Spaľovanie je reakcia, pri ktorej sa chemická energia paliva premieňa na teplo.
Spaľovanie môže byť úplné alebo neúplné. K úplnému spáleniu dochádza, keď je dostatok kyslíka. Jeho nedostatok spôsobuje nedokonalé spaľovanie, pri ktorom sa uvoľňuje menej tepla ako pri úplnom spaľovaní a vzniká oxid uhoľnatý (CO), ktorý pôsobí jedovato na obsluhujúci personál, tvoria sa sadze usadzujúce sa na vykurovacej ploche kotla a zvyšujúce tepelné straty, čo vedie k nadmernej spotrebe paliva a zníženiu účinnosti kotol, znečistenie ovzdušia.
Na spálenie 1 m 3 metánu potrebujete 10 m 3 vzduchu, ktorý obsahuje 2 m 3 kyslíka. Pre úplné spálenie zemný plyn vzduch sa dodáva do pece s miernym prebytkom. Pomer skutočne spotrebovaného objemu vzduchu V d k teoreticky potrebnému V t sa nazýva koeficient prebytočného vzduchu a = V d / V t Tento ukazovateľ závisí od konštrukcie plynového horáka a pece: čím sú dokonalejšie, menšie a. Je potrebné zabezpečiť, aby koeficient prebytočného vzduchu nebol menší ako 1, pretože to vedie k neúplnému spaľovaniu plynu. Zvýšenie pomeru prebytočného vzduchu znižuje účinnosť. kotlová jednotka.
Úplnosť spaľovania paliva sa dá určiť pomocou analyzátora plynu a vizuálne - podľa farby a povahy plameňa: priehľadný modrastý - úplné spálenie;
červená alebo žltá – spaľovanie nie je úplné.
Rýchlosť, ktorou sa zóna horenia pohybuje v smere kolmom na samotnú zónu, sa nazýva rýchlosť šírenia plameňa. Rýchlosť šírenia plameňa charakterizuje rýchlosť ohrevu zmesi plynu a vzduchu na zápalnú teplotu. Najvyššia rýchlosť Plameň vodíka a vodného plynu (3 m/s) má najmenšie šírenie plameň zemného plynu a zmesi propán-bután. Vysoká rýchlosť šírenia plameňa priaznivo vplýva na úplnosť spaľovania plynu, kým nízka rýchlosť je naopak jednou z príčin nedokonalého spaľovania plynu. Rýchlosť šírenia plameňa sa zvyšuje pri použití zmesi kyslíka a plynu namiesto zmesi vzduchu a plynu.
Spaľovanie sa reguluje zvýšením prívodu vzduchu do kotla alebo znížením prívodu plynu. Tento proces využíva primárny (zmiešaný s plynom v horáku - pred spaľovaním) a sekundárny (v kombinácii s plynom alebo zmesou plynu a vzduchu v ohnisku kotla počas spaľovania) vzduch.
V kotloch vybavených difúznymi horákmi (bez núteného prívodu vzduchu) sa sekundárny vzduch pod vplyvom vákua dostáva do pece cez odfukovacie dvierka.
V kotloch vybavených vstrekovacie horáky: primárny vzduch vstupuje do horáka vstrekovaním a je regulovaný nastavovacou podložkou a sekundárny vzduch vstupuje cez preplachovacie dvierka.
V kotloch so zmiešavacími horákmi je primárny a sekundárny vzduch privádzaný do horáka ventilátorom a riadený vzduchovými ventilmi.
Porušenie vzťahu medzi rýchlosťou zmesi plynu a vzduchu na výstupe z horáka a rýchlosťou šírenia plameňa vedie k oddeľovaniu alebo preskakovaniu plameňa na horákoch.
Ak je rýchlosť zmesi plynu a vzduchu na výstupe z horáka väčšia ako rýchlosť šírenia plameňa, dochádza k separácii a ak je menšia, dochádza k prerazeniu.
Ak plameň vybuchne a prerazí, pracovníci údržby musia kotol uhasiť, vyvetrať ohnisko a dymovody a kotol znova zapáliť.
Spaľovanie zemného plynu je zložitý fyzikálno-chemický proces interakcie jeho horľavých zložiek s okysličovadlom, pri ktorom sa chemická energia paliva premieňa na teplo. Spaľovanie môže byť úplné alebo neúplné. Pri zmiešaní plynu so vzduchom je teplota v peci dostatočne vysoká na spaľovanie a nepretržitý prísun paliva a vzduchu zaisťuje úplné spálenie paliva. Pri nedodržiavaní týchto pravidiel dochádza k nedokonalému spaľovaniu paliva, čo vedie k menšiemu uvoľňovaniu tepla (CO), vodíka (H2), metánu (CH4) a v dôsledku toho k usadzovaniu sadzí na vykurovacích plochách, čím sa zhoršuje prenos tepla. a zvýšenie tepelných strát, čo zase vedie k nadmernej spotrebe paliva a zníženiu účinnosti kotla, a teda k znečisteniu ovzdušia.
Koeficient prebytočného vzduchu závisí od konštrukcie plynového horáka a pece. Koeficient prebytočného vzduchu musí byť aspoň 1, inak môže dôjsť k neúplnému spaľovaniu plynu. A tiež zvýšenie koeficientu prebytočného vzduchu znižuje účinnosť zariadenia využívajúceho teplo v dôsledku veľkých tepelných strát s výfukovými plynmi.
Úplnosť spaľovania sa zisťuje pomocou analyzátora plynu a podľa farby a vône.
Úplné spaľovanie plynu. metán + kyslík = oxid uhličitý+ voda CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O Okrem týchto plynov sa do atmosféry s horľavými plynmi dostáva aj dusík a zvyšný kyslík. N2 + O2 Ak nedôjde k úplnému spáleniu plynu, do ovzdušia sa uvoľňujú horľavé látky - oxid uhoľnatý, vodík, sadze.CO + H + C
Neúplné spaľovanie plynu nastáva v dôsledku nedostatočného vzduchu. Súčasne sa v plameni vizuálne objavujú jazyky sadzí Nebezpečenstvo neúplného spaľovania plynu je, že oxid uhoľnatý môže spôsobiť otravu personálu kotolne. Obsah CO vo vzduchu 0,01-0,02% môže spôsobiť miernu otravu. Vyššia koncentrácia môže viesť k ťažkej otrave a smrti Vzniknuté sadze sa usadzujú na stenách kotlov, čím sa zhoršuje prenos tepla do chladiacej kvapaliny a znižuje sa účinnosť kotolne. Sadze vedú teplo 200-krát horšie ako metán Teoreticky je na spálenie 1 m3 plynu potrebných 9 m3 vzduchu. V reálnych podmienkach je potrebné viac vzduchu. To znamená, že je potrebné nadmerné množstvo vzduchu. Táto hodnota označená ako alfa ukazuje, koľkokrát sa spotrebuje viac vzduchu, než je teoreticky potrebné. Koeficient alfa závisí od typu konkrétneho horáka a je zvyčajne predpísaný v pase horáka alebo v súlade s odporúčaniami organizácie vykonávaných prác pri uvádzaní do prevádzky. . Keď sa množstvo prebytočného vzduchu zvýši nad odporúčanú úroveň, tepelné straty sa zvyšujú. Pri výraznom zvýšení množstva vzduchu sa môže plameň odlomiť a vytvoriť núdzovú situáciu. Ak je množstvo vzduchu menšie, ako sa odporúča, spaľovanie bude neúplné, čím vzniká nebezpečenstvo otravy personálu kotolne Nedokonalé spaľovanie je určené:
Kategória K: Dodávka plynu
Proces spaľovania plynu
Hlavnou podmienkou spaľovania plynu je prítomnosť kyslíka (a teda vzduchu). Bez prítomnosti vzduchu je spaľovanie plynu nemožné. Pri spaľovaní plynu dochádza k chemickej reakcii, keď sa kyslík vo vzduchu spája s uhlíkom a vodíkom v palive. Reakcia nastáva s uvoľňovaním tepla, svetla, ako aj oxidu uhličitého a vodnej pary.
V závislosti od množstva vzduchu zapojeného do procesu spaľovania plynu dochádza k úplnému alebo neúplnému spaľovaniu.
Pri dostatočnom prívode vzduchu dochádza k úplnému spáleniu plynu, v dôsledku čoho jeho produkty spaľovania obsahujú nehorľavé plyny: oxid uhličitý C02, dusík N2, vodnú paru H20. Najviac (objemovo) v produktoch spaľovania dusíka je 69,3-74%.
Pre úplné spálenie plynu je tiež potrebné, aby bol zmiešaný so vzduchom v určitých (pre každý plyn) množstvách. Čím vyšší je kalorický obsah plynu, tým je požadovaný viac vzduchu. Na spálenie 1 m3 zemného plynu je teda potrebných asi 10 m3 vzduchu, umelého - asi 5 m3, zmiešaného - asi 8,5 m3.
Pri nedostatočnom prívode vzduchu dochádza k nedokonalému spaľovaniu plynu alebo chemickému podhoreniu horľavých materiálov. komponentov; V produktoch spaľovania sa objavujú horľavé plyny: oxid uhoľnatý CO, metán CH4 a vodík H2
Pri nedokonalom spaľovaní plynu je dlhý, dymový, svietiaci, nepriehľadný, žltá pochodeň.
Nedostatok vzduchu teda vedie k neúplnému spaľovaniu plynu a prebytok vedie k nadmernému ochladzovaniu teploty plameňa. Teplota vznietenia zemného plynu je 530 °C, koksárenského plynu - 640 °C, zmesového plynu - 600 °C. Okrem toho pri výraznom prebytku vzduchu dochádza aj k neúplnému spaľovaniu plynu. V tomto prípade je koniec fakle žltkastej farby, nie úplne priehľadný, s nejasným modrozeleným jadrom; plameň je nestabilný a schádza z horáka.
Ryža. 1. Plynový plameň - bez predbežného zmiešania plynu so vzduchom; b -c čiastočný predch. overiteľné miešanie plynu so vzduchom; c - s predbežným úplným zmiešaním plynu so vzduchom; 1 - vnútorná tmavá zóna; 2 - dymový svetelný kužeľ; 3 - horiaca vrstva; 4 - produkty spaľovania
V prvom prípade (obr. 1,a) má horák dlhšia dĺžka a pozostáva z troch zón. IN atmosférický vzduch horí čistý plyn. V prvom vnútornom tmavá zóna plyn nehorí: nezmiešava sa so vzdušným kyslíkom a nezohrieva sa na zápalnú teplotu. Vzduch vstupuje do druhej zóny v nedostatočnom množstve: je zadržiavaný horiacou vrstvou, a preto sa nemôže dobre miešať s plynom. Svedčí o tom jasne žiariaca, svetložltá, dymová farba plameňa. Do tretej zóny vstupuje v dostatočnom množstve vzduch, ktorého kyslík sa dobre mieša s plynom, plyn horí domodra.
Pri tejto metóde sa plyn a vzduch privádzajú do pece oddelene. V ohnisku dochádza nielen k spaľovaniu zmesi plynu a vzduchu, ale aj k procesu prípravy zmesi. Tento spôsob spaľovania plynu je široko používaný v priemyselných zariadeniach.
V druhom prípade (obr. 1.6) dochádza k horeniu plynu oveľa lepšie. V dôsledku čiastočného predbežného zmiešania plynu so vzduchom sa pripravená zmes plynu a vzduchu dostáva do spaľovacej zóny. Plameň sa skráti, nesvieti a má dve zóny - vnútornú a vonkajšiu.
Zmes plynu a vzduchu vo vnútornej zóne nehorí, pretože nebola zahriata na zápalnú teplotu. Vo vonkajšej zóne horí zmes plynu a vzduchu, zatiaľ čo v hornej časti zóny teplota prudko stúpa.
Pri čiastočnom zmiešaní plynu so vzduchom v tomto prípade dôjde k úplnému spáleniu plynu iba s dodatočným prívodom vzduchu do horáka. Počas spaľovania plynu sa vzduch dodáva dvakrát: prvýkrát pred vstupom do pece (primárny vzduch), druhýkrát priamo do pece (sekundárny vzduch). Tento spôsob spaľovania plynu je základom zariadenia plynové horáky Pre domáce spotrebiče a vykurovanie kotolní.
V treťom prípade je horák výrazne skrátený a plyn horí úplnejšie, pretože zmes plynu a vzduchu bola vopred pripravená. Krátky priehľadný plameň indikuje úplnosť spaľovania plynu modrá farba(bezplameňové spaľovanie), ktoré sa používa v zariadeniach infračervené žiarenie s plynovým kúrením.
- Proces spaľovania plynu
Všeobecné informácie. Ďalším významným zdrojom vnútorného znečistenia, silným senzibilizačným faktorom pre človeka, je zemný plyn a splodiny jeho spaľovania. Plyn je viaczložkový systém pozostávajúci z desiatok rôznych zlúčenín, vrátane tých špeciálne pridaných (tabuľka 12.3).
Existujú priame dôkazy, že používanie spotrebičov spaľujúcich zemný plyn (plynové sporáky a kotly) má nepriaznivý vplyv na ľudské zdravie. Okrem toho jedinci so zvýšenou citlivosťou na faktory prostredia neadekvátne reagujú na zložky zemného plynu a splodín jeho spaľovania.
Zemný plyn v domácnosti je zdrojom mnohých rôznych znečisťujúcich látok. Patria sem zlúčeniny, ktoré sú priamo prítomné v plyne (odoranty, plynné uhľovodíky, toxické organokovové komplexy a rádioaktívny plyn radón), produkty nedokonalého spaľovania (oxid uhoľnatý, oxid dusičitý, aerosolizované organické častice, polycyklické aromatické uhľovodíky a malé množstvá prchavých organických zlúčenín ). Všetky tieto zložky môžu pôsobiť na ľudský organizmus buď samostatne, alebo vo vzájomnej kombinácii (synergický efekt).
Tabuľka 12.3
Zloženie plynného paliva Zložky Obsah, % Metán 75-99 Etán 0,2-6,0 Propán 0,1-4,0 Bután 0,1-2,0 Pentán Do 0,5 Etylén Obsiahnuté v jednotlivých ložiskách Propylén Butylén Benzén Oxid siričitý Vodík sírovodík-0001 Kysličník uhličitý01. na 0,001
Odoranty. Odoranty sú organické aromatické zlúčeniny obsahujúce síru (merkaptány, tioétery a tioaromatické zlúčeniny). Pridáva sa do zemného plynu na detekciu únikov. Hoci sú tieto zlúčeniny prítomné vo veľmi malých, podprahových koncentráciách, ktoré sa pre väčšinu jedincov nepovažujú za toxické, ich zápach môže u zdravých ľudí spôsobiť nevoľnosť a bolesti hlavy.
Klinické skúsenosti a epidemiologické údaje naznačujú, že chemicky citliví ľudia reagujú neprimerane na chemické zlúčeniny prítomné aj v podprahových koncentráciách. Jedinci s astmou často identifikujú zápach ako promótor (spúšťač) astmatických záchvatov.
Odoranty zahŕňajú napríklad metántiol. Metántiol, tiež známy ako metylmerkaptán (merkaptometán, tiometylalkohol), je plynná zlúčenina, ktorá sa bežne používa ako aromatická prísada do zemného plynu. Nepríjemný zápach väčšina ľudí zažíva pri koncentrácii 1 diel na 140 ppm, avšak túto zlúčeninu môžu vysokocitliví jedinci zistiť pri výrazne nižších koncentráciách. Toxikologické štúdie na zvieratách ukázali, že 0,16 % metántiolu, 3,3 % etántiolu alebo 9,6 % dimetylsulfidu je schopných vyvolať kómu u 50 % potkanov vystavených týmto zlúčeninám počas 15 minút.
Ďalším merkaptánom, ktorý sa tiež používa ako aromatická prísada do zemného plynu, je merkaptoetanol (C2H6OS), známy tiež ako 2-tioetanol, etylmerkaptán. Silne dráždi oči a pokožku, môže spôsobiť toxické účinky cez pokožku. Je horľavý a pri zahrievaní sa rozkladá za vzniku vysoko toxických výparov SOx.
Merkaptány ako látky znečisťujúce vnútorné ovzdušie obsahujú síru a sú schopné zachytávať elementárnu ortuť. Vo vysokých koncentráciách môžu merkaptány spôsobiť poruchu periférnej cirkulácie a zvýšenú srdcovú frekvenciu a môžu stimulovať stratu vedomia, rozvoj cyanózy alebo dokonca smrť.
Aerosóly. Pri spaľovaní zemného plynu vznikajú malé organické častice (aerosóly), vrátane karcinogénnych aromatických uhľovodíkov, ako aj niektoré prchavé organické zlúčeniny. DOS sú podozrivé senzibilizačné činidlá, ktoré sú schopné spolu s ďalšími zložkami vyvolať syndróm „chorých budov“, ako aj viacnásobnú chemickú citlivosť (MCS).
JIOC zahŕňa aj formaldehyd, ktorý vzniká v malom množstve pri spaľovaní plynu. Použitie plynové spotrebiče v domácnosti, kde žijú citliví jedinci, sa zvyšuje vystavenie týmto dráždivým látkam, následne sa zvyšujú symptómy ochorenia a tiež sa podporuje ďalšia senzibilizácia.
Aerosóly vznikajúce pri spaľovaní zemného plynu sa môžu stať adsorpčnými miestami pre rôzne chemické zlúčeniny prítomné vo vzduchu. Látky znečisťujúce ovzdušie sa teda môžu koncentrovať v mikroobjemoch a navzájom reagovať, najmä ak kovy pôsobia ako reakčné katalyzátory. Čím menšia je častica, tým vyššia je koncentračná aktivita tohto procesu.
Okrem toho vodná para vznikajúca pri spaľovaní zemného plynu je transportným článkom pre aerosólové častice a znečisťujúce látky pri ich prenose do pľúcnych alveol.
Spaľovaním zemného plynu vznikajú aj aerosóly s obsahom polycyklických aromatických uhľovodíkov. Majú nepriaznivý vplyv na dýchacieho systému a sú známymi karcinogénmi. Okrem toho môžu uhľovodíky viesť k chronická intoxikácia u vnímavých ľudí.
Pre ľudské zdravie je nepriaznivá aj tvorba benzénu, toluénu, etylbenzénu a xylénu pri spaľovaní zemného plynu. Je známe, že benzén je karcinogénny v dávkach výrazne pod prahovými hladinami. Expozícia benzénu koreluje so zvýšeným rizikom rakoviny, najmä leukémie. Senzibilizačné účinky benzénu nie sú známe.
Organokovové zlúčeniny. Niektoré zložky zemného plynu môžu obsahovať vysoké koncentrácie toxických ťažkých kovov vrátane olova, medi, ortuti, striebra a arzénu. S najväčšou pravdepodobnosťou sú tieto kovy prítomné v zemnom plyne vo forme organokovových komplexov, ako je trimetylarsenit (CH3)3As. Spojenie týchto toxických kovov s organickou matricou ich robí rozpustnými v lipidoch. To vedie k vysokej úrovni absorpcie a tendencii k bioakumulácii v ľudskom tukovom tkanive. Vysoká toxicita tetrametylplumbitu (CH3)4Pb a dimetylortuti (CH3)2Hg naznačuje vplyv na ľudské zdravie, pretože metylované zlúčeniny týchto kovov sú toxickejšie ako kovy samotné. Tieto zlúčeniny predstavujú osobitné nebezpečenstvo počas laktácie u žien, pretože v tomto prípade lipidy migrujú z telesných tukových zásob.
Dimetylortuť (CH3)2Hg je obzvlášť nebezpečná organokovová zlúčenina pre svoju vysokú lipofilitu. Metylortuť sa môže dostať do tela inhaláciou a tiež pokožkou. Absorpcia tejto zlúčeniny v gastrointestinálnom trakte je takmer 100%. Ortuť má výrazný neurotoxický účinok a schopnosť ovplyvňovať reprodukčnú funkciu človeka. Toxikológia nemá údaje o bezpečných hladinách ortuti pre živé organizmy.
Organické zlúčeniny arzénu sú tiež veľmi toxické, najmä pri ich metabolickej deštrukcii (metabolickej aktivácii), čo má za následok vznik vysoko toxických anorganických foriem.
Produkty spaľovania zemného plynu. Oxid dusičitý môže pôsobiť na pľúcny systém, čo uľahčuje vývoj alergické reakcie na iné látky, znižuje funkciu pľúc, náchylnosť na infekčné choroby pľúc, potencuje bronchiálnu astmu a iné ochorenia dýchacích ciest. Toto je obzvlášť výrazné u detí.
Existujú dôkazy, že NO2 produkovaný spaľovaním zemného plynu môže vyvolať:
zápal pľúcneho systému a znížená vitálna funkcia pľúc;
zvýšené riziko príznakov podobných astme, vrátane sipotu, dýchavičnosti a záchvatov. To je bežné najmä u žien, ktoré varia na plynových sporákoch, ako aj u detí;
zníženie odolnosti voči bakteriálne ochorenia pľúca v dôsledku zníženia imunologických mechanizmov obrany pľúc;
Poskytovanie všeobecne nepriaznivých účinkov na imunitný systém ľudí a zvierat;
vplyv ako adjuvans na vývoj alergických reakcií na iné zložky;
zvýšená citlivosť a zvýšená alergická odpoveď na vedľajšie alergény.
Produkty spaľovania zemného plynu obsahujú pomerne vysokú koncentráciu sírovodíka (H2S), ktorý znečisťuje životné prostredie. V koncentráciách nižších ako 50 ppm je jedovatý a pri koncentrácii 0,1 – 0,2 % je smrteľný už pri krátkom pôsobení. Keďže telo má mechanizmus na detoxikáciu tejto zlúčeniny, toxicita sírovodíka súvisí viac s jeho koncentráciou expozície ako s dĺžkou expozície.
Hoci sírovodík má silný zápach jeho nepretržitá nízka koncentrácia vedie k strate čuchu. To umožňuje výskyt toxických účinkov u ľudí, ktorí môžu byť nevedomky vystavení nebezpečným hladinám tohto plynu. Jeho malé koncentrácie vo vzduchu obytných priestorov vedú k podráždeniu očí a nosohltanu. Mierne úrovne spôsobujú bolesť hlavy, závraty, ako aj kašeľ a ťažkosti s dýchaním. Vysoké úrovne viesť k šoku, kŕčom, kóme, ktorá končí smrťou. Osoby, ktoré prežili akútnu toxicitu sírovodíka, majú neurologickú dysfunkciu, ako je amnézia, tras, nerovnováha a niekedy aj vážnejšie poškodenie mozgu.
Akútna toxicita relatívne vysokých koncentrácií sírovodíka je dobre známa, ale bohužiaľ je k dispozícii málo informácií o chronickej expozícii tejto zložke nízkymi dávkami.
Radón. Radón (222Rn) je tiež prítomný v zemnom plyne a môže sa potrubím dostať do plynových kachlí, ktoré sa stávajú zdrojom znečistenia. Keďže radón sa rozpadá na olovo (210Pb má polčas rozpadu 3,8 dňa), vytvára tenkú vrstvu rádioaktívneho olova (priemerná hrúbka 0,01 cm), ktorá pokrýva vnútorné povrchy potrubia a zariadenia. Vytvorenie vrstvy rádioaktívneho olova zvyšuje hodnotu pozadia rádioaktivity o niekoľko tisíc rozpadov za minútu (na ploche 100 cm2). Jeho odstránenie je veľmi náročné a vyžaduje výmenu rúrok.
Treba si uvedomiť, že na odstránenie toxických účinkov a prinesenie úľavy chemicky citlivým pacientom nestačí len vypnutie plynového zariadenia. Plynové zariadenia musia byť úplne odstránené z priestorov, pretože ani nepracujú plynový sporák pokračuje v uvoľňovaní aromatických zlúčenín, ktoré absorboval počas rokov používania.
Kumulatívne účinky zemného plynu, vplyv aromatických zlúčenín a produktov spaľovania na ľudské zdravie nie sú presne známe. Predpokladá sa, že účinky viacerých zlúčenín sa môžu násobiť a odozva na vystavenie viacerým znečisťujúcim látkam môže byť väčšia ako súčet jednotlivých účinkov.
Stručne povedané, vlastnosti zemného plynu, ktoré vyvolávajú obavy o zdravie ľudí a zvierat, sú: horľavosť a výbušnosť;
asfyxické vlastnosti;
znečistenie vnútorného vzduchu produktmi spaľovania;
prítomnosť rádioaktívnych prvkov (radón);
obsah vysoko toxických zlúčenín v produktoch spaľovania;
prítomnosť stopových množstiev toxických kovov;
obsah toxických aromatických zlúčenín pridávaných do zemného plynu (najmä pre ľudí s viacnásobnou chemickou citlivosťou);
schopnosť zložiek plynu senzibilizovať.
Spaľovanie plynného paliva je kombináciou nasledujúcich fyzikálnych a chemické procesy: miešanie horľavého plynu so vzduchom, zahrievanie zmesi, tepelný rozklad horľavých zložiek, zapálenie a chemická zlúčenina horľavé prvky so vzdušným kyslíkom.
Stabilné spaľovanie zmesi plyn-vzduch je možné pri kontinuálnom prívode potrebných množstiev horľavého plynu a vzduchu do čela spaľovania, ich dôkladnom premiešaní a zahriatí na zápalnú alebo samozápalnú teplotu (tab. 5).
Zapálenie zmesi plynu a vzduchu sa môže uskutočniť:
- zahriatie celého objemu zmesi plynu a vzduchu na teplotu samovznietenia. Táto metóda sa používa v spaľovacích motoroch, kde sa zmes plynu a vzduchu zahrieva rýchlym stlačením na určitý tlak;
- použitie vonkajších zdrojov vznietenia (zapaľovače atď.). V tomto prípade sa nie celá zmes plynu a vzduchu, ale jej časť, zahreje na zápalnú teplotu. Táto metóda používa sa pri spaľovaní plynov v horákoch plynových spotrebičov;
- existujúci horák nepretržite počas procesu spaľovania.
Na spustenie spaľovacej reakcie plynného paliva je potrebné vynaložiť určité množstvo energie na rozbitie molekulárnych väzieb a vytvorenie nových.
Chemický vzorec na spaľovanie plynového paliva označujúci celý reakčný mechanizmus spojený s objavením sa a zmiznutím veľké množstvo voľných atómov, radikálov a iných aktívnych častíc je komplexný. Preto sa pre zjednodušenie používajú rovnice, ktoré vyjadrujú počiatočný a konečný stav reakcií spaľovania plynu.
Ak sú uhľovodíkové plyny označené C m H n, potom rovnica chemická reakcia spaľovanie týchto plynov v kyslíku nadobudne formu
CmHn+ (m + n/4)02 = mC02+ (n/2)H20,
kde m je počet atómov uhlíka v uhľovodíkovom plyne; n je počet atómov vodíka v plyne; (m + n/4) - množstvo kyslíka potrebné na úplné spálenie plynu.
V súlade so vzorcom sú rovnice spaľovania plynu odvodené:
- metán CH4 + 202 = C02 + 2H20
- etán C2H6 + 3,502 = 2CO2 + ZH20
- bután C4H10 + 6,5 O2 = 4 CO2 + 5 H20
- propán C3H8 + 503 = ZC02 + 4H20.
IN praktické podmienky Pri spaľovaní plynu sa kyslík neprijíma v čistej forme, ale je obsiahnutý vo vzduchu. Pretože vzduch pozostáva z objemu 79 % dusíka a 21 % kyslíka, potom na každý objem kyslíka je potrebných 100: 21 = 4,76 objemu vzduchu alebo 79: 21 = 3,76 objemu dusíka. Potom možno reakciu spaľovania metánu vo vzduchu napísať takto:
CH4 + 202 + 2 * 3,76 N2 = C02 + 2H20 + 7,52 N2.
Z rovnice je zrejmé, že na spálenie 1 m 3 metánu je potrebný 1 m 3 kyslíka a 7,52 m 3 dusíka alebo 2 + 7,52 = 9,52 m 3 vzduchu.
Výsledkom spaľovania 1 m 3 metánu, 1 m 3 oxidu uhličitého, 2 m 3 vodnej pary a 7,52 m 3 dusíka. V tabuľke nižšie sú uvedené tieto údaje pre najbežnejšie horľavé plyny.
Pre proces spaľovania zmesi plynu a vzduchu je potrebné, aby množstvo plynu a vzduchu v zmesi plynu a vzduchu bolo v určitých medziach. Tieto limity sa nazývajú limity horľavosti alebo limity výbušnosti. Existujú dolné a horné hranice horľavosti. Minimálny obsah plynu v zmesi plynu a vzduchu, vyjadrený v objemových percentách, pri ktorom dôjde k vznieteniu, sa nazýva dolná hranica horľavosti. Maximálny obsah plynu v zmesi plynu so vzduchom, nad ktorým sa zmes bez prísunu dodatočného tepla nezapáli, sa nazýva horná hranica horľavosti.
Množstvo kyslíka a vzduchu pri spaľovaní určitých plynov
|
Na spálenie 1 m 3 plynu je potrebné m 3 |
Pri spaľovaní 1 m 3 sa uvoľňuje plyn, m 3 |
Spaľné teplo He, kJ/m 3 |
|||||
|
kyslík |
oxidu uhličitého uhlíka |
||||||
|
Oxid uhoľnatý |
|||||||
Ak zmes plynu a vzduchu obsahuje menej plynu ako je dolná hranica horľavosti, potom nebude horieť. Ak v zmesi plynu a vzduchu nie je dostatok vzduchu, spaľovanie neprebehne úplne.
Inertné nečistoty v plynoch majú veľký vplyv na limity výbušnosti. Zvýšenie obsahu balastu (N 2 a CO 2) v plyne zužuje limity horľavosti a keď obsah balastu stúpne nad určité limity, zmes plynu a vzduchu sa nezapáli pri žiadnom pomere plynu a vzduchu (tabuľka nižšie).
Počet objemov inertného plynu na 1 objem horľavého plynu, pri ktorom zmes plynu a vzduchu prestáva byť výbušná
Najmenšie množstvo vzduchu potrebné na úplné spálenie plynu sa nazýva teoretický prietok vzduchu a označuje sa Lt, teda ak je dolná výhrevnosť plynového paliva 33520 kJ/m. 3 , potom teoreticky požadované množstvo spaľovacieho vzduchu 1 m 3 plyn
L T= (33 520/4190)/1,1 = 8,8 m3.
Skutočný prietok vzduchu však vždy prevyšuje teoretický. To sa vysvetľuje skutočnosťou, že je veľmi ťažké dosiahnuť úplné spálenie plynu pri teoretických prietokoch vzduchu. Preto akékoľvek plynová inštalácia na spaľovanie plynu pracuje s trochou prebytočného vzduchu.
Takže praktické prúdenie vzduchu
Ln = aL T,
Kde Ln- praktické prúdenie vzduchu; α - koeficient prebytočného vzduchu; L T- teoretické prúdenie vzduchu.
Koeficient prebytočného vzduchu je vždy väčší ako jedna. Pre zemný plyn áno α = 1,05 - 1,2. Koeficient α ukazuje, koľkokrát skutočný prietok vzduchu prevyšuje teoretický prietok považovaný za jednotku. Ak α = 1, potom sa nazýva zmes plynu a vzduchu stechiometrická.
O α = 1,2 Spaľovanie plynu sa uskutočňuje s prebytkom vzduchu o 20 %. Spaľovanie plynov by malo spravidla prebiehať s minimálnou hodnotou a, pretože s poklesom prebytočného vzduchu sa znižujú tepelné straty zo spalín. Vzduch, ktorý sa podieľa na spaľovaní, je primárny a sekundárny. Primárne nazývaný vzduch vstupujúci do horáka na zmiešanie s plynom; sekundárne- vzduch vstupujúci do spaľovacej zóny nie zmiešaný s plynom, ale oddelene.