Zgorevanje je reakcija, pri kateri se kemična energija goriva pretvori v toploto.
Zgorevanje je lahko popolno ali nepopolno. Do popolnega zgorevanja pride, ko je dovolj kisika. Njegovo pomanjkanje povzroča nepopolno zgorevanje, pri katerem se sprosti manj toplote kot pri popolnem zgorevanju, in ogljikov monoksid (CO), ki strupeno deluje na osebje, nastajajo saje, ki se usedajo na grelno površino kotla in povečujejo toplotne izgube, kar vodi do prevelike porabe goriva in zmanjšanja učinkovitosti kotel, onesnaženost zraka.
Za sežig 1 m 3 metana potrebujemo 10 m 3 zraka, ki vsebuje 2 m 3 kisika. Za popolno izgorevanje zemeljski plin zrak se v peč dovaja z rahlim presežkom. Razmerje med dejansko porabljeno prostornino zraka V d in teoretično zahtevanim V t se imenuje koeficient presežka zraka a = V d / V t. Ta indikator je odvisen od zasnove plinskega gorilnika in peči: bolj popolni so, manjši a. Zagotoviti je treba, da koeficient presežka zraka ni manjši od 1, saj to vodi do nepopolnega zgorevanja plina. Povečanje razmerja presežka zraka zmanjša učinkovitost. kotlovska enota.
Popolnost zgorevanja goriva je mogoče določiti z analizatorjem plina in vizualno - po barvi in naravi plamena: prozorno modrikasto - popolno zgorevanje;
rdeča ali rumena – zgorevanje ni popolno.
Hitrost, s katero se območje zgorevanja giblje v smeri, ki je pravokotna na samo območje, se imenuje hitrost širjenja plamena. Hitrost širjenja plamena označuje hitrost segrevanja mešanice plina in zraka do temperature vžiga. Največja hitrost Najmanjši razpon imata plamen vodika in vodnega plina (3 m/s), najmanjši pa plamen zemeljskega plina in mešanice propan-butana. Visoka hitrost širjenja plamena ugodno vpliva na popolnost zgorevanja plina, medtem ko je nizka hitrost, nasprotno, eden od razlogov za nepopolno zgorevanje plina. Hitrost širjenja plamena se poveča pri uporabi mešanice kisika in plina namesto mešanice plina in zraka.
Zgorevanje uravnavamo tako, da povečamo dovod zraka v kurišče kotla ali zmanjšamo dovod plina. Pri tem procesu se uporablja primarni (pomešan s plinom v gorilniku – pred zgorevanjem) in sekundarni (pomešan s plinom ali mešanico plina in zraka v kurišču kotla med zgorevanjem) zrak.
Pri kotlih, opremljenih z difuzijskimi gorilniki (brez prisilnega dovoda zraka), sekundarni zrak pod vplivom vakuuma vstopa v peč skozi izpihovalna vrata.
V opremljenih kotlih gorilniki za vbrizgavanje: primarni zrak vstopa v gorilnik skozi vbrizgavanje in se regulira z nastavitveno podložko, sekundarni zrak pa vstopa skozi odzračevalna vrata.
Pri kotlih z mešalnimi gorilniki se primarni in sekundarni zrak v gorilnik dovaja s pomočjo ventilatorja in krmili zračni ventili.
Kršitev razmerja med hitrostjo mešanice plina in zraka na izstopu iz gorilnika in hitrostjo širjenja plamena vodi do ločitve ali skakanja plamena na gorilnike.
Če je hitrost mešanice plina in zraka na izstopu iz gorilnika večja od hitrosti širjenja plamena, pride do separacije, če je manjša, pa do preboja.
Če plamen izbruhne in se prebije, mora vzdrževalec kotel pogasiti, prezračiti kurišče in dimne kanale ter ponovno prižgati kotel.
Zgorevanje zemeljskega plina je kompleksen fizikalno-kemijski proces interakcije njegovih gorljivih komponent z oksidantom, med katerim se kemična energija goriva pretvori v toploto. Zgorevanje je lahko popolno ali nepopolno. Pri mešanju plina z zrakom je temperatura v kurišču dovolj visoka za zgorevanje, stalen dovod goriva in zraka pa zagotavlja popolno izgorevanje goriva. Pri neupoštevanju teh pravil pride do nepopolnega zgorevanja goriva, kar vodi do manjšega sproščanja toplote (CO), vodika (H2), metana (CH4) in posledično do odlaganja saj na grelnih površinah, poslabšanja prenosa toplote. ter povečanje toplotnih izgub, kar posledično vodi v prekomerno porabo goriva in zmanjšanje izkoristka kotla ter posledično onesnaževanje zraka.
Koeficient presežka zraka je odvisen od izvedbe plinskega gorilnika in peči. Koeficient presežka zraka mora biti vsaj 1, sicer lahko pride do nepopolnega zgorevanja plina. In tudi povečanje koeficienta presežka zraka zmanjša učinkovitost toplotne naprave zaradi velikih toplotnih izgub z izpušnimi plini.
Popolnost zgorevanja ugotavljamo z analizatorjem plina ter z barvo in vonjem.
Popolno zgorevanje plina. metan + kisik = ogljikov dioksid+ voda CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O Poleg teh plinov prideta v ozračje z vnetljivimi plini še dušik in preostali kisik. N2 + O2 Če plin ne zgori v celoti, se v ozračje sproščajo vnetljive snovi - ogljikov monoksid, vodik, saje.CO + H + C
Do nepopolnega zgorevanja plina pride zaradi pomanjkanja zraka. Hkrati se v plamenu vidno pojavijo jeziki saj, saj lahko ogljikov monoksid povzroči zastrupitev osebja v kotlovnici. Vsebnost CO v zraku 0,01-0,02 % lahko povzroči blago zastrupitev. Višja koncentracija lahko povzroči hudo zastrupitev in posledično saje, ki se usedajo na stene kotlov in s tem poslabšajo prenos toplote na hladilno sredstvo ter zmanjšajo učinkovitost kotlovnice. Saje prevajajo toploto 200-krat slabše od metana, za zgorevanje 1 m3 plina je potrebnih 9 m3 zraka. V realnih razmerah je potrebno več zraka. To pomeni, da je potrebna presežna količina zraka. Ta vrednost, označena kot alfa, kaže, kolikokrat več zraka se porabi, kot je teoretično potrebno. Koeficient alfa je odvisen od vrste določenega gorilnika in je običajno predpisan v potnem listu gorilnika ali v skladu s priporočili organizacije opravljenih del za zagon. . Ko se količina odvečnega zraka poveča nad priporočeno raven, se toplotne izgube povečajo. Ob znatnem povečanju količine zraka lahko pride do izbruha plamena, kar povzroči izredne razmere. Če je količina zraka manjša od priporočene, bo zgorevanje nepopolno, kar povzroči nevarnost zastrupitve osebja v kotlovnici. Nepopolno zgorevanje določa:
K kategorija: Oskrba s plinom
Postopek zgorevanja plina
Glavni pogoj za zgorevanje plina je prisotnost kisika (in s tem zraka). Brez prisotnosti zraka je zgorevanje plina nemogoče. Med zgorevanjem plina pride do kemične reakcije, ko se kisik v zraku združi z ogljikom in vodikom v gorivu. Reakcija poteka s sproščanjem toplote, svetlobe, pa tudi ogljikovega dioksida in vodne pare.
Odvisno od količine zraka, ki je vključen v proces zgorevanja plina, pride do popolnega ali nepopolnega zgorevanja.
Z zadostnim dovodom zraka pride do popolnega zgorevanja plina, zaradi česar njegovi produkti zgorevanja vsebujejo negorljive pline: ogljikov dioksid C02, dušik N2, vodna para H20. Največ (po prostornini) v produktih zgorevanja dušika je 69,3-74%.
Za popolno zgorevanje plina je potrebno tudi, da je v določenih (za vsak plin) količinah pomešan z zrakom. Višja kot je kalorična vsebnost plina, potrebna je več zrak. Tako je za izgorevanje 1 m3 zemeljskega plina potrebno približno 10 m3 zraka, umetnega - približno 5 m3, mešanega - približno 8,5 m3.
Če ni zadostnega dovoda zraka, pride do nepopolnega zgorevanja plina ali kemičnega podgorevanja gorljivih materialov. komponente; V produktih zgorevanja se pojavljajo gorljivi plini: ogljikov monoksid CO, metan CH4 in vodik H2.
Pri nepopolnem zgorevanju plina nastane dolg, dimljen, svetleč, neprozoren, rumena svetilka.
Tako pomanjkanje zraka vodi do nepopolnega zgorevanja plina, presežek pa do prekomernega ohlajanja temperature plamena. Temperatura vžiga zemeljskega plina je 530 °C, koksnega plina - 640 °C, mešanega plina - 600 °C. Poleg tega pri znatnem presežku zraka pride tudi do nepopolnega zgorevanja plina. V tem primeru je konec bakle rumenkaste barve, ne popolnoma prozoren, z nejasnim modrozelenim jedrom; plamen je nestabilen in uhaja z gorilnika.
riž. 1. Plinski plamen - brez predhodnega mešanja plina z zrakom; b -c delno prev. preverljivo mešanje plina z zrakom; c - s predhodnim popolnim mešanjem plina z zrakom; 1 - notranja temna cona; 2 - dimljen svetleči stožec; 3 - goreča plast; 4 - produkti zgorevanja
V prvem primeru (slika 1,a) ima gorilnik daljša dolžina in je sestavljen iz treh con. IN atmosferski zrakčisti plin gori. V prvem notranjem temno območje plin ne gori: ni pomešan s kisikom v zraku in se ne segreje na temperaturo vžiga. Zrak vstopa v drugo cono v nezadostnih količinah: zadrži ga goreča plast, zato se ne more dobro mešati s plinom. To dokazuje svetlo žareča, svetlo rumena, dimljena barva plamena. Zrak vstopa v tretjo cono v zadostnih količinah, katerega kisik se dobro meša s plinom, plin gori modrikasto.
S to metodo se plin in zrak dovajata v peč ločeno. V kurišču ne poteka samo zgorevanje mešanice plina in zraka, temveč tudi postopek priprave mešanice. Ta način zgorevanja plina se pogosto uporablja v industrijskih obratih.
V drugem primeru (slika 1.6) se zgorevanje plina zgodi veliko bolje. Zaradi delnega predhodnega mešanja plina z zrakom pride pripravljena mešanica plina in zraka v območje zgorevanja. Plamen postane krajši, nesvetleč in ima dve coni - notranjo in zunanjo.
Mešanica plina in zraka v notranjem območju ne gori, ker ni bila segreta na temperaturo vžiga. V zunanjem območju gori mešanica plina in zraka, medtem ko v zgornjem delu območja temperatura močno naraste.
Pri delnem mešanju plina z zrakom v tem primeru pride do popolnega zgorevanja plina le z dodatnim dovodom zraka v gorilnik. Med zgorevanjem plina se zrak dovaja dvakrat: prvič pred vstopom v kurišče (primarni zrak), drugič neposredno v kurišče (sekundarni zrak). Ta metoda zgorevanja plina je osnova naprave plinski gorilniki Za gospodinjski aparati in ogrevalne kotlovnice.
V tretjem primeru se gorilnik bistveno skrajša in plin zgori bolj popolno, saj je mešanica plina in zraka predhodno pripravljena. Kratek prozoren plamen označuje popolnost zgorevanja plina modra barva(brezplamensko zgorevanje), ki se uporablja v napravah infrardeče sevanje s plinskim ogrevanjem.
- Postopek zgorevanja plina
Splošne informacije. Drug pomemben vir notranjega onesnaženja, močan dejavnik preobčutljivosti ljudi, so zemeljski plin in produkti njegovega zgorevanja. Plin je večkomponentni sistem, sestavljen iz več deset različnih spojin, vključno s posebej dodanimi (tabela 12.3).
Obstajajo neposredni dokazi, da uporaba naprav na zemeljski plin (plinske peči in kotli) škodljivo vpliva na zdravje ljudi. Poleg tega se ljudje s povečano občutljivostjo na okoljske dejavnike neustrezno odzivajo na sestavine zemeljskega plina in produkte njegovega zgorevanja.
Zemeljski plin v domu je vir številnih različnih onesnaževal. Sem spadajo spojine, ki so neposredno prisotne v plinu (dišave, plinasti ogljikovodiki, strupeni organokovinski kompleksi in radioaktivni plin radon), produkti nepopolnega zgorevanja (ogljikov monoksid, dušikov dioksid, aerosolizirani organski delci, policiklični aromatski ogljikovodiki in majhne količine hlapnih organskih spojin ). Vse te sestavine lahko vplivajo na človeško telo same ali v kombinaciji med seboj (sinergijski učinek).
Tabela 12.3
Sestava plinastega goriva Vsebnost komponent, % Metan 75-99 Etan 0,2-6,0 Propan 0,1-4,0 Butan 0,1-2,0 Pentan Do 0,5 Etilen Vsebovano v posameznih usedlinah Propilen Butilen Benzen Žveplov dioksid Vodikov sulfid Ogljikov dioksid 0,1-0,7 Ogljikov monoksid 0,001 Hidr gen Up na 0,001
Odoranti. Odoranti so organske aromatske spojine, ki vsebujejo žveplo (merkaptani, tioetri in tioaromatske spojine). Dodaja se zemeljskemu plinu za odkrivanje puščanja. Čeprav so te spojine prisotne v zelo majhnih koncentracijah pod pragom, ki za večino posameznikov niso strupene, lahko njihov vonj povzroči slabost in glavobole pri zdravih ljudeh.
Klinične izkušnje in epidemiološki podatki kažejo, da se kemično občutljivi ljudje neustrezno odzivajo na kemične spojine, ki so prisotne že v koncentracijah pod pragom. Posamezniki z astmo pogosto prepoznajo vonj kot spodbujevalec (sprožilec) astmatičnih napadov.
Odoranti vključujejo na primer metantiol. Metantiol, znan tudi kot metil merkaptan (merkaptometan, tiometil alkohol), je plinasta spojina, ki se običajno uporablja kot aromatski dodatek zemeljskemu plinu. Neprijeten vonj večina ljudi občuti pri koncentraciji 1 del v 140 ppm, vendar lahko zelo občutljivi posamezniki to spojino zaznajo pri znatno nižjih koncentracijah. Toksikološke študije na živalih so pokazale, da lahko 0,16 % metantiola, 3,3 % etanetiola ali 9,6 % dimetil sulfida povzroči komo pri 50 % podgan, ki so bile 15 minut izpostavljene tem spojinam.
Drugi merkaptan, ki se uporablja tudi kot aromatski dodatek zemeljskemu plinu, je merkaptoetanol (C2H6OS), znan tudi kot 2-tioetanol, etil merkaptan. Močno draži oči in kožo, lahko povzroči strupene učinke preko kože. Je vnetljiv in pri segrevanju razpade, da tvori zelo strupene hlape SOx.
Merkaptani, ki so onesnaževalci zraka v zaprtih prostorih, vsebujejo žveplo in lahko zajamejo elementarno živo srebro. V visokih koncentracijah lahko merkaptani povzročijo moteno periferno cirkulacijo in povečan srčni utrip ter lahko povzročijo izgubo zavesti, razvoj cianoze ali celo smrt.
Aerosoli. Pri zgorevanju zemeljskega plina nastajajo majhni organski delci (aerosoli), vključno z rakotvornimi aromatskimi ogljikovodiki, pa tudi nekatere hlapne organske spojine. DOS so domnevno senzibilizirajoči agensi, ki lahko skupaj z drugimi komponentami povzročijo sindrom "bolne zgradbe" in večkratno kemično občutljivost (MCS).
JIOC vključuje tudi formaldehid, ki nastaja v majhnih količinah med zgorevanjem plina. Uporaba plinske naprave v domu, kjer živijo občutljivi posamezniki, poveča izpostavljenost tem dražilnim snovem, posledično poveča simptome bolezni in spodbuja nadaljnjo preobčutljivost.
Aerosoli, ki nastanejo med zgorevanjem zemeljskega plina, lahko postanejo adsorpcijska mesta za različne kemične spojine, prisotne v zraku. Tako se lahko onesnaževala zraka koncentrirajo v mikrovolumenih in reagirajo med seboj, zlasti kadar kovine delujejo kot reakcijski katalizatorji. Manjši kot je delec, večja je koncentracijska aktivnost tega procesa.
Poleg tega je vodna para, ki nastane pri izgorevanju zemeljskega plina, transportna povezava za aerosolne delce in onesnaževala med njihovim prenosom v pljučne alveole.
Pri zgorevanju zemeljskega plina nastajajo tudi aerosoli, ki vsebujejo policiklične aromatske ogljikovodike. Negativno vplivajo na dihalni sistem in so znane rakotvorne snovi. Poleg tega lahko ogljikovodiki privedejo do kronična zastrupitev pri dovzetnih ljudeh.
Za zdravje ljudi je neugoden tudi nastanek benzena, toluena, etilbenzena in ksilena pri zgorevanju zemeljskega plina. Znano je, da je benzen rakotvoren v odmerkih precej pod mejnimi vrednostmi. Izpostavljenost benzenu je povezana s povečanim tveganjem za raka, zlasti levkemijo. Preobčutljivostni učinki benzena niso znani.
Organokovinske spojine. Nekatere sestavine zemeljskega plina lahko vsebujejo visoke koncentracije strupenih težkih kovin, vključno s svincem, bakrom, živim srebrom, srebrom in arzenom. Po vsej verjetnosti so te kovine prisotne v zemeljskem plinu v obliki organokovinskih kompleksov, kot je trimetilarsenit (CH3)3As. Zaradi povezave teh strupenih kovin z organskim matriksom so topne v lipidih. To vodi do visoke stopnje absorpcije in nagnjenosti k bioakumulaciji v človeškem maščobnem tkivu. Visoka toksičnost tetrametilplumbita (CH3)4Pb in dimetil živega srebra (CH3)2Hg kaže na vpliv na zdravje ljudi, saj so metilirane spojine teh kovin bolj toksične od kovin samih. Te spojine predstavljajo posebno nevarnost med dojenjem pri ženskah, saj v tem primeru lipidi migrirajo iz telesnih maščobnih depojev.
Dimetil živo srebro (CH3)2Hg je zaradi svoje visoke lipofilnosti še posebej nevarna organokovinska spojina. Metil živo srebro lahko vstopi v telo z vdihavanjem in tudi skozi kožo. Absorpcija te spojine v prebavnem traktu je skoraj 100-odstotna. Živo srebro ima izrazit nevrotoksični učinek in sposobnost vpliva na človeško reproduktivno funkcijo. Toksikologija nima podatkov o varnih ravneh živega srebra za žive organizme.
Zelo toksične so tudi organske arzenove spojine, predvsem med presnovnim uničenjem (presnovna aktivacija), kar povzroči nastanek zelo toksičnih anorganskih oblik.
Produkti zgorevanja zemeljskega plina. Dušikov dioksid lahko deluje na pljučni sistem, kar olajša razvoj alergijske reakcije drugimi snovmi, zmanjša delovanje pljuč dovzetnost za nalezljive bolezni pljuča, potencira bronhialno astmo in druge bolezni dihal. To je še posebej izrazito pri otrocih.
Obstajajo dokazi, da lahko NO2, ki nastane pri sežiganju zemeljskega plina, povzroči:
vnetje pljučnega sistema in zmanjšana vitalna funkcija pljuč;
povečano tveganje za simptome, podobne astmi, vključno s piskajočim dihanjem, zasoplostjo in napadi. To je še posebej pogosto pri ženskah, ki kuhajo na plinskih štedilnikih, pa tudi pri otrocih;
zmanjšanje odpornosti na bakterijske bolezni pljuča zaradi zmanjšanja imunoloških mehanizmov obrambe pljuč;
Zagotavljanje škodljivih učinkov na splošno na imunski sistem ljudi in živali;
vpliva kot adjuvans na razvoj alergijskih reakcij na druge sestavine;
povečana občutljivost in povečan alergijski odziv na stranske alergene.
Produkti zgorevanja zemeljskega plina vsebujejo dokaj visoko koncentracijo vodikovega sulfida (H2S), ki onesnažuje okolju. V koncentracijah nižjih od 50 ppm je strupen, v koncentraciji 0,1-0,2 % pa je usoden že ob kratki izpostavljenosti. Ker ima telo mehanizem za razstrupljanje te spojine, je toksičnost vodikovega sulfida bolj povezana s koncentracijo izpostavljenosti kot s trajanjem izpostavljenosti.
Čeprav ima vodikov sulfid močan vonj, njegova stalna izpostavljenost nizkim koncentracijam povzroči izgubo občutka za vonj. To omogoča pojav toksičnih učinkov pri ljudeh, ki so morda nevede izpostavljeni nevarnim ravnem tega plina. Manjše koncentracije le-tega v zraku stanovanjskih prostorov povzročajo draženje oči in nazofarinksa. Zmerne ravni povzročajo glavobol, omotica, pa tudi kašelj in težko dihanje. Visoke ravni povzročijo šok, konvulzije, komo, ki se konča s smrtjo. Osebe, ki so preživele akutno zastrupitev z vodikovim sulfidom, doživljajo nevrološke motnje, kot so amnezija, tresenje, neravnovesje in včasih hujše poškodbe možganov.
Akutna toksičnost sorazmerno visokih koncentracij vodikovega sulfida je dobro znana, vendar je na žalost na voljo malo informacij o kronični izpostavljenosti tej komponenti majhnim odmerkom.
Radon. Radon (222Rn) je prisoten tudi v zemeljskem plinu in se lahko prenaša po cevovodih do plinskih peči, ki postanejo vir onesnaženja. Ker radon razpade na svinec (210Pb ima razpolovno dobo 3,8 dni), ustvari tanko plast radioaktivnega svinca (povprečno 0,01 cm debelo), ki prekriva notranje površine cevi in oprema. Nastanek plasti radioaktivnega svinca poveča vrednost radioaktivnosti ozadja za nekaj tisoč razpadov na minuto (na površini 100 cm2). Odstranjevanje je zelo težko in zahteva zamenjavo cevi.
Upoštevati je treba, da zgolj izklop plinske opreme ni dovolj za odstranitev toksičnih učinkov in olajšanje kemično občutljivih bolnikov. Plinska oprema je treba v celoti odstraniti iz prostorov, saj tudi nedelovna plinski štedilnikše naprej sprošča aromatične spojine, ki jih je absorbiral v letih uporabe.
Kumulativni učinki zemeljskega plina, vpliv aromatskih spojin in produktov zgorevanja na zdravje ljudi niso natančno znani. Domneva se, da se lahko učinki več spojin množijo in da je odziv zaradi izpostavljenosti več onesnaževalom lahko večji od vsote posameznih učinkov.
Če povzamemo, značilnosti zemeljskega plina, ki povzročajo skrb za zdravje ljudi in živali, so: vnetljivost in eksplozivnost;
asfiksalne lastnosti;
onesnaženje zraka v zaprtih prostorih s produkti zgorevanja;
prisotnost radioaktivnih elementov (radon);
vsebnost zelo strupenih spojin v produktih zgorevanja;
prisotnost strupenih kovin v sledovih;
vsebnost strupenih aromatskih spojin, dodanih zemeljskemu plinu (zlasti za ljudi z večkratno kemično občutljivostjo);
sposobnost komponent plina za senzibilizacijo.
Zgorevanje plinastega goriva je kombinacija naslednjih fizikalnih in kemični procesi: mešanje vnetljivega plina z zrakom, segrevanje mešanice, termična razgradnja vnetljivih komponent, vžig in kemična spojina gorljivih elementov z zračnim kisikom.
Stabilno zgorevanje mešanice plina in zraka je možno s stalnim dovajanjem potrebnih količin gorljivega plina in zraka na fronto zgorevanja, njihovim temeljitim mešanjem in segrevanjem do temperature vžiga ali samovžiga (tabela 5).
Vžig mešanice plina in zraka se lahko izvede:
- segrevanje celotne prostornine mešanice plina in zraka na temperaturo samovžiga. Ta metoda se uporablja pri motorjih z notranjim izgorevanjem, kjer se mešanica plina in zraka s hitrim stiskanjem segreje na določen tlak;
- uporaba zunanjih virov vžiga (vžigalniki itd.). V tem primeru se na temperaturo vžiga ne segreje celotna mešanica plina in zraka, ampak njen del. Ta metoda uporablja se pri zgorevanju plinov v gorilnikih plinskih naprav;
- obstoječi gorilnik neprekinjeno med procesom zgorevanja.
Za začetek reakcije zgorevanja plinastega goriva je treba porabiti določeno količino energije za prekinitev molekularnih vezi in ustvarjanje novih.
Kemijska formula za zgorevanje plinskega goriva, ki prikazuje celoten reakcijski mehanizem, povezan s pojavom in izginotjem velika količina prostih atomov, radikalov in drugih aktivnih delcev je kompleksen. Zato so za poenostavitev uporabljene enačbe, ki izražajo začetno in končno stanje reakcij zgorevanja plina.
Če ogljikovodične pline označimo s C m H n, potem enačba kemična reakcija zgorevanje teh plinov v kisiku bo prevzelo obliko
C m H n + (m + n/4)O 2 = mCO 2 + (n/2)H 2 O,
kjer je m število ogljikovih atomov v ogljikovodikovem plinu; n je število vodikovih atomov v plinu; (m + n/4) - količina kisika, ki je potrebna za popolno zgorevanje plina.
V skladu s formulo so izpeljane enačbe zgorevanja plina:
- metan CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
- etan C 2 H 6 + 3,5 O 2 = 2CO 2 + ZH 2 O
- butan C 4 H 10 + 6,5 O 2 = 4 CO 2 + 5 H 2 0
- propan C 3 H 8 + 5O 3 = ZCO 2 + 4H 2 O.
IN praktične pogoje Pri gorenju plina se kisik ne vzame v čisti obliki, ampak je vključen v zrak. Ker je zrak po prostornini sestavljen iz 79% dušika in 21% kisika, je za vsako prostornino kisika potrebno 100: 21 = 4,76 prostornine zraka ali 79: 21 = 3,76 prostornine dušika. Potem lahko reakcijo zgorevanja metana v zraku zapišemo na naslednji način:
CH 4 + 2O 2 + 2 * 3,76 N 2 = CO 2 + 2H 2 O + 7,52 N 2.
Iz enačbe je razvidno, da je za zgorevanje 1 m 3 metana potrebno 1 m 3 kisika in 7,52 m 3 dušika oziroma 2 + 7,52 = 9,52 m 3 zraka.
Pri zgorevanju 1 m 3 metana dobimo 1 m 3 ogljikovega dioksida, 2 m 3 vodne pare in 7,52 m 3 dušika. Spodnja tabela prikazuje te podatke za najpogostejše vnetljive pline.
Za zgorevanje plinsko-zračne mešanice je potrebno, da je količina plina in zraka v plinsko-zračni mešanici v določenih mejah. Te meje se imenujejo meje vnetljivosti ali meje eksplozivnosti. Obstajajo spodnja in zgornja meja vnetljivosti. Najmanjša vsebnost plina v mešanici plina in zraka, izražena v volumskih odstotkih, pri kateri pride do vžiga, se imenuje spodnja meja vnetljivosti. Največja vsebnost plina v mešanici plina in zraka, nad katero se mešanica ne vname brez dovajanja dodatne toplote, se imenuje zgornja meja vnetljivosti.
Količina kisika in zraka pri gorenju nekaterih plinov
|
Za izgorevanje 1 m 3 potrebnega plina, m 3 |
Pri zgorevanju 1 m 3 se sprosti plin, m 3 |
Zgorevalna toplota He, kJ/m 3 |
|||||
|
kisik |
dioksid ogljik |
||||||
|
Ogljikov monoksid |
|||||||
Če mešanica plina in zraka vsebuje manj plina od spodnje meje vnetljivosti, potem ne bo gorela. Če v mešanici plina in zraka ni dovolj zraka, zgorevanje ne poteka v celoti.
Inertne primesi v plinih imajo velik vpliv na meje eksplozije. Povečanje vsebnosti balasta (N 2 in CO 2 ) v plinu zoži meje vnetljivosti in ko se vsebnost balasta poveča nad določene meje, se mešanica plina in zraka ne vname pri nobenem razmerju plin/zrak (tabela spodaj).
Število prostornin inertnega plina na 1 prostornino vnetljivega plina, pri katerem mešanica plina in zraka preneha biti eksplozivna
Najmanjša količina zraka, potrebna za popolno zgorevanje plina, se imenuje teoretični pretok zraka in se označuje z Lt, to je, če je spodnja kurilna vrednost plinskega goriva 33520 kJ/m 3 , potem teoretično zahtevana količina zgorevalni zrak 1 m 3 plin
L T= (33,520/4190)/1,1 = 8,8 m3.
Vendar dejanski pretok zraka vedno presega teoretičnega. To je razloženo z dejstvom, da je zelo težko doseči popolno zgorevanje plina pri teoretičnih pretokih zraka. Zato koli plinska napeljava Za zgorevanje plina deluje z nekaj presežka zraka.
Torej, praktičen pretok zraka
Ln = αL T,
kje Ln- praktičen pretok zraka; α - koeficient presežka zraka; L T- teoretični pretok zraka.
Koeficient presežka zraka je vedno večji od ena. Za zemeljski plin je α = 1,05 - 1,2. Koeficient α prikazuje, kolikokrat dejanski pretok zraka presega teoretičnega, vzetega kot enoto. če α = 1, potem se imenuje mešanica plina in zraka stehiometrična.
pri α = 1,2 Zgorevanje plina poteka s presežkom zraka za 20%. Zgorevanje plinov naj bi praviloma potekalo z minimalno vrednostjo a, saj se z zmanjšanjem presežka zraka zmanjšajo toplotne izgube iz dimnih plinov. Zrak, ki sodeluje pri zgorevanju, je primarni in sekundarni. Primarni imenovan zrak, ki vstopa v gorilnik, da se pomeša s plinom; sekundarni- zrak, ki vstopa v območje zgorevanja, ni mešan s plinom, ampak ločeno.