Gazın tam ve eksik yanması. Gaz yakma

Yanma, yanıcı yakıt bileşenlerini havadaki oksijenle birleştiren, yoğun ısı, ışık ve yanma ürünleri salınımının eşlik ettiği, zamanla hızlı bir şekilde meydana gelen kimyasal bir reaksiyondur.

Metanın hava ile yanma reaksiyonu:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2 O + QN

C3 H8 + 5O2 = 3CO2 + 3H2 O + QN

İçin LPG'li:

C4 H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2 O + QN

Ürünler tam yanma gazlar su buharıdır (H2 Ö), karbon dioksit (CO2 ) veya karbondioksit.

Gazlar tamamen yandığında alevin rengi genellikle mavimsi-mor olur.

Kuru havanın hacimsel bileşiminin şu şekilde olduğu varsayılmaktadır:Ö2 ≈ 21%, N2 ≈ %79, bundan şu sonuç çıkıyor

4,76 m3'te 1 m3 oksijen bulunur (≈ 5 m3) hava.

Sonuç: yakmak için

- 1 m3 metan için 2 m3 oksijen veya yaklaşık 10 m3 hava gerekir.

- 1m3 propan - 5m3 oksijen veya yaklaşık 25m3 hava,

- 1m3 bütan – 6,5m3 oksijen veya yaklaşık 32,5m3 hava,

- 1m3 LPG ~ 6m3 oksijen veya yaklaşık 30m3 hava.

Uygulamada, gaz yakıldığında su buharı kural olarak yoğunlaşmaz, ancak diğer yanma ürünleriyle birlikte uzaklaştırılır. Bu yüzden teknik hesaplamalar daha düşük kalorifik değere sahip QN.

Yanma için gerekli koşullar:

1. yakıtın mevcudiyeti (gaz);

2. oksitleyici bir maddenin varlığı (hava oksijeni);

3. bir tutuşma sıcaklığı kaynağının varlığı.

Gazların eksik yanması.

Sebep eksik yanma gaz yetersiz miktarda havadır.

Gazların eksik yanmasının ürünleri karbon monoksit veya karbon monoksittir (CO), yanmamış yanıcı hidrokarbonlar (Cn Hm) ve atomik karbon veya kurum.

Doğal gaz içinCH4 + Ö2 → CO2 + H2 Ö + CO+ CH4 + C

İçin LPG'liCn Hm + O2 → CO2 + H2 O + CO + Cn Hm + C

En tehlikeli olanı insan vücudu üzerinde toksik etkisi olan karbon monoksitin ortaya çıkmasıdır. Kurum oluşumu aleve sarı bir renk verir.

Gazın eksik yanması insan sağlığı açısından tehlikelidir (havadaki %1 CO2 ile ölümcül zehirlenmeye neden olmak için kişinin 2-3 nefes alması yeterlidir).

Eksik yanma ekonomik değildir (kurum, ısı transfer sürecini engeller; gazın eksik yanması ile gazı yaktığımız ısıyı alamayız).

Yanmanın tamlığını kontrol etmek için, tam yanma durumunda mavi olması gereken alevin rengine ve eksik yanma durumunda sarımsı saman rengine dikkat edin. Yanmanın tamlığını kontrol etmenin en gelişmiş yolu, yanma ürünlerini gaz analizörleri kullanarak analiz etmektir.

Gaz yakma yöntemleri.

Birincil ve ikincil hava kavramı.

Gaz yakmanın 3 yolu vardır:

1) difüzyon,

2) kinetik,

3) karışık.

Difüzyon yöntemi veya gazın havayla ön karışımının yapılmadığı yöntem.

Brülörden yanma bölgesine yalnızca gaz akar. Yanma için gerekli olan hava, yanma bölgesinde gazla karıştırılır. Bu havaya ikincil denir.

Alev uzun ve sarıdır.

A= 1,3÷1,5T≈ (900÷1000) oC

Kinetik yöntem - gazın hava ile tamamen ön karışımını içeren bir yöntem.

Brülöre gaz verilir ve bir üfleme cihazı tarafından hava sağlanır. Yanma için gerekli olan ve gazla ön karışım için brülöre verilen havaya birincil hava denir.

Alev kısa, yeşilimsi-mavimsi renktedir.

A= 1,01÷1,05T≈ 1400o C

Karışık yöntem - gazın hava ile kısmi ön karışımına sahip bir yöntem.

Gaz, brülöre birincil havayı enjekte eder. Yanma bölgesi brülörden alır gaz-hava karışımı Tam yanma için yeterli hava yok. Havanın geri kalanı ikincildir.

Alev orta büyüklükte, yeşilimsi mavi renktedir.

A=1,1 ¸ 1,2 T≈1200o C

Aşırı hava oranıA= Lvesaire./L teori - pratikte yanma için gerekli hava miktarının teorik olarak hesaplanan yanma için gerekli hava miktarına oranıdır.

Her zaman olmalıA>1, aksi takdirde yetersiz yanma meydana gelir.

LÖrn.=A∙ L teorik, yani fazla hava katsayısı, pratikte yanma için gereken hava miktarının, teorik olarak hesaplanan yanma için gereken hava miktarından kaç kat daha fazla olduğunu gösterir.

Bölüm İçeriği

Yanarken organik yakıtlar kazan fırınlarında karbon oksitler CO x = CO + CO 2, su buharı H 2 O, kükürt oksitler SO x = SO 2 + SO 3, nitrojen oksitler NO x = NO + NO 2, polisiklik gibi çeşitli yanma ürünleri oluşur. aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar), florür bileşikleri, vanadyum bileşikleri V205, katı parçacıklar vb. (bkz. Tablo 7.1.1). Fırınlarda yakıtın eksik yanması durumunda egzoz gazları ayrıca CH 4, C 2 H 4 vb. hidrokarbonları da içerebilir. Eksik yanmanın tüm ürünleri zararlıdır, ancak modern teknoloji Yakıt yakılarak bunların oluşumu en aza indirilebilir [1].

Tablo 7.1.1. Elektrikli kazanlarda organik yakıtların alevli yanmasından kaynaklanan spesifik emisyonlar [3]

Açıklama: A p, S p – sırasıyla yakıtın çalışma kütlesi başına kül ve kükürt içeriği, %.

Çevrenin sıhhi değerlendirmesinin kriteri, yer seviyesindeki atmosferik havada zararlı maddenin izin verilen maksimum konsantrasyonudur (MPC). MAC, insan vücuduna günlük olarak uzun süre maruz kaldığında herhangi bir patolojik değişikliğe veya hastalığa neden olmayan çeşitli maddelerin ve kimyasal bileşiklerin konsantrasyonu olarak anlaşılmalıdır.

İzin verilen maksimum konsantrasyonlar (MPC) zararlı maddeler nüfuslu alanların atmosferik havasındaki değerler tabloda verilmiştir. 7.1.2 [4]. Zararlı maddelerin maksimum tekli konsantrasyonu, günlük ortalama konsantrasyon olan 20 dakika içinde alınan numunelerle belirlenir.

Tablo 7.1.2. Nüfuslu alanların atmosferik havasında izin verilen maksimum zararlı madde konsantrasyonları

Her bir zararlı madde için ayrı ayrı hesaplamalar yapılır, böylece her birinin konsantrasyonu tabloda verilen değerleri aşmaz. 7.1.2. Kazan daireleri için bu koşullar getirilerek sıkılaştırıldı. ek gereksinimler ifadesiyle belirlenen kükürt ve nitrojen oksitlerin etkilerini özetleme ihtiyacı hakkında

Aynı zamanda, yerel hava eksiklikleri veya elverişsiz termal ve aerodinamik koşullar nedeniyle, fırınlarda ve yanma odalarında esas olarak karbon monoksit CO (karbon monoksit), hidrojen H2 ve ısıyı karakterize eden çeşitli hidrokarbonlardan oluşan eksik yanma ürünleri oluşur. Kimyasal eksik yanmadan (kimyasal yetersiz yanma) kazan ünitesinde kayıp.

Ek olarak, yanma işlemi sırasında ortaya çıkıyor bütün çizgiçeşitli yakıt ve hava nitrojen N2 bileşenlerinin oksidasyonu nedeniyle oluşan kimyasal bileşikler. Bunların en önemli kısmını nitrojen oksitler NOx ve kükürt oksitler SOx oluşturur.

Azot oksitler, hem havadaki moleküler nitrojenin hem de yakıtın içerdiği nitrojenin oksidasyonu nedeniyle oluşur. Deneysel çalışmalar, kazan fırınlarında oluşan NOx'in ana payının, yani %96‑100'ünün nitrojen monoksit (oksit) NO olduğunu göstermiştir. NO2 dioksit ve nitrojen hemioksit N20 önemli ölçüde daha küçük miktarlarda oluşur ve bunların payları yaklaşık olarak şöyledir: NO2 için - %4'e kadar ve N20 için - toplam NOx emisyonunun yüzde biri. Kazanlarda yakıtın yakılmasıyla ilgili tipik koşullar altında, nitrojen dioksit NO 2 konsantrasyonları, NO içeriğine kıyasla genellikle ihmal edilebilir düzeydedir ve genellikle 0 ila 7 arasında değişir. ppm 20÷30'a kadar ppm. Aynı zamanda, sıcak ve soğuk bölgelerin türbülanslı bir alevde hızla karışması, akışın soğuk bölgelerinde nispeten büyük nitrojen dioksit konsantrasyonlarının ortaya çıkmasına neden olabilir. Ayrıca fırının üst kısmında ve yatay bacada kısmi NO2 emisyonu meydana gelir. T> 900÷1000 K) ve belirli koşullar altında fark edilebilir boyutlara da ulaşabilir.

Yakıtların yanması sırasında oluşan azot hemioksit N20, görünüşe göre kısa vadeli bir ara maddedir. Kazanların arkasındaki yanma ürünlerinde pratik olarak N2O yoktur.

Yakıtta bulunan kükürt, kükürt oksitler SOx: kükürt dioksit SO2 (kükürt dioksit) ve kükürt SO3 (kükürt trioksit) anhidritlerin oluşumunun kaynağıdır. SOx'in toplam kütle emisyonu yalnızca yakıttaki kükürt içeriğine bağlıdır S p ve baca gazlarındaki konsantrasyonları aynı zamanda hava akış katsayısı a'ya da bağlıdır. Kural olarak, SO2'nin payı %97‑99'dur ve SO3'ün payı, SOx'in toplam veriminin %1‑3'üdür. Kazanlardan çıkan gazlardaki gerçek SO2 içeriği %0,08 ile %0,6 arasında değişir ve SO3 konsantrasyonu %0,0001 ile %0,008 arasında değişir.

Zararlı bileşenler arasında baca gazlarıözel bir yer işgal ediyor büyük grup polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar). Pek çok PAH, yüksek kanserojen ve/veya mutajenik aktiviteye sahiptir ve şehirlerde emisyonlarının sıkı bir şekilde kontrol edilmesini ve sınırlandırılmasını gerektiren fotokimyasal dumanı etkinleştirir. Aynı zamanda, fenantren, fluoranten, piren ve diğerleri gibi bazı PAH'lar fizyolojik olarak neredeyse inerttir ve kanserojen değildir.

PAH'lar herhangi bir hidrokarbon yakıtın eksik yanması sonucu oluşur. İkincisi, yakıt hidrokarbonlarının oksidasyon reaksiyonlarının yanma cihazlarının soğuk duvarları tarafından engellenmesi nedeniyle meydana gelir ve ayrıca yakıt ve havanın yetersiz karışımından da kaynaklanabilir. Bu, fırınlarda (yanma odaları) lokal oksidasyon bölgelerinin oluşmasına yol açar. düşük sıcaklık veya aşırı yakıt bulunan alanlar.

Dolayı büyük miktar Baca gazlarındaki farklı PAH'lar ve bunların konsantrasyonlarını ölçmenin zorluğu, yanma ürünlerinin kanserojen kirlenme düzeyi ve atmosferik hava en güçlü ve stabil kanserojen olan benzo(a)piren (B(a)P) C 20 H 12 konsantrasyonuyla değerlendirilir.

Yüksek toksisiteleri nedeniyle, vanadyum oksitler gibi akaryakıt yanma ürünlerinden özel olarak söz edilmelidir. Vanadyum, akaryakıtın mineral kısmında bulunur ve yandığında vanadyum oksitler VO, VO2 oluşturur. Bununla birlikte, konvektif yüzeylerde birikintiler oluştuğunda vanadyum oksitler esas olarak V205 formunda sunulur. Vanadyum pentoksit V 2 O 5, vanadyum oksitlerin en toksik formudur, bu nedenle emisyonları V 2 O 5 cinsinden hesaplanır.

Tablo 7.1.3. Elektrikli kazanlarda organik yakıtların yakılması sırasında yanma ürünlerindeki zararlı maddelerin yaklaşık konsantrasyonu

Fuel oil ve katı yakıt yakıldığında emisyonlar aynı zamanda uçucu kül, kurum parçacıkları, PAH'lar ve mekanik yetersiz yanma sonucu yanmamış yakıttan oluşan katı parçacıkları da içerir.

Çeşitli yakıt türlerinin yakılması sırasında baca gazlarındaki zararlı maddelerin konsantrasyon aralıkları tabloda verilmiştir. 7.1.3.

Günümüzde en yaygın yakıt doğal gazdır. Doğal gaz, dünyanın en derinlerinden çıkarıldığı için doğal gaz olarak adlandırılmaktadır.

Gaz yakma işlemi, doğal gazın havadaki oksijenle etkileşime girdiği kimyasal bir reaksiyondur.

Gaz yakıtta yanıcı bir kısım ve yanıcı olmayan bir kısım vardır.

Doğal gazın ana yanıcı bileşeni metan - CH4'tür. Doğal gazdaki içeriği %98'e ulaşır. Metan kokusuz, tatsız ve toksik değildir. Yanma sınırı %5 ila %15 arasındadır. Doğal gazın ana yakıt türlerinden biri olarak kullanılmasını mümkün kılan bu niteliklerdir. %10'un üzerindeki metan konsantrasyonu yaşamı tehdit eder; oksijen eksikliği nedeniyle boğulma meydana gelebilir.

Gaz kaçaklarını tespit etmek için gaz kokulandırılır, yani keskin kokulu bir madde (etil merkaptan) eklenir. Bu durumda gaz zaten %1'lik bir konsantrasyonda tespit edilebilir.

Doğal gaz, metana ek olarak yanıcı gazlar (propan, bütan ve etan) da içerebilir.

Gazın yüksek kalitede yanmasını sağlamak için yanma bölgesine yeterli havanın sağlanması ve gazın havayla iyi karışmasının sağlanması gerekir. Optimum oran 1: 10'dur. Yani, gazın bir kısmı için on kısım hava vardır. Ayrıca istenilen sıcaklık rejimini oluşturmak gerekir. Bir gazın tutuşabilmesi için tutuşma sıcaklığına kadar ısıtılması ve gelecekte sıcaklığın tutuşma sıcaklığının altına düşmemesi gerekir.

Yanma ürünlerinin atmosfere atılmasını organize etmek gereklidir.

Atmosfere salınan yanma ürünlerinde yanıcı madde bulunmaması durumunda tam yanma sağlanır. Bu durumda karbon ve hidrojen bir araya gelerek karbondioksit ve su buharını oluşturur.

Görsel olarak, tam yanma ile alev açık mavi veya mavimsi-mor renktedir.

Bu gazların yanı sıra nitrojen ve kalan oksijen yanıcı gazlarla atmosfere salınır. N2+O2

Gaz yanması tamamen gerçekleşmezse, yanıcı maddeler atmosfere salınır - karbon monoksit, hidrojen, kurum.

Yetersiz hava nedeniyle gazın eksik yanması meydana gelir. Aynı zamanda alevde görsel olarak kurum dilleri belirir.

Gazın eksik yanması tehlikesi, karbon monoksitin kazan dairesi personelinin zehirlenmesine neden olabilmesidir. Havadaki %0,01-0,02 oranındaki CO içeriği hafif zehirlenmeye neden olabilir. Daha yüksek konsantrasyonlar ciddi zehirlenmelere ve ölüme neden olabilir.

Ortaya çıkan kurum, kazanın duvarlarına yerleşerek ısının soğutucuya transferini bozar ve kazan dairesinin verimliliğini azaltır. Kurum, ısıyı metandan 200 kat daha kötü iletir.

Teorik olarak 1m3 gazı yakmak için 9m3 havaya ihtiyaç vardır. Gerçek koşullarda daha fazla havaya ihtiyaç vardır.

Yani aşırı miktarda havaya ihtiyaç vardır. Alfa olarak adlandırılan bu değer, teorik olarak gerekenden kaç kat daha fazla hava tüketildiğini gösterir.

Alfa katsayısı, belirli brülörün tipine bağlıdır ve genellikle brülör pasaportunda veya gerçekleştirilen işletmeye alma işinin organizasyonuna ilişkin önerilere uygun olarak belirtilir.

Fazla hava miktarı tavsiye edilen seviyenin üzerine çıktıkça ısı kaybı da artar. Hava miktarının önemli ölçüde artmasıyla alev kopabilir ve acil bir durum yaratabilir. Hava miktarının tavsiye edilenden az olması durumunda yanma tam olarak gerçekleşmeyecek ve kazan dairesi personelinin zehirlenme riski oluşacaktır.

Yakıt yanma kalitesinin daha doğru kontrolü için, egzoz gazlarının bileşimindeki belirli maddelerin içeriğini ölçen cihazlar - gaz analizörleri vardır.

Gaz analizörleri kazanlarla birlikte temin edilebilir. Bunların mevcut olmaması durumunda ilgili ölçümler, devreye alan kuruluş tarafından portatif gaz analizörleri kullanılarak gerçekleştirilir. Gerekli kontrol parametrelerinin belirlendiği bir rejim haritası hazırlanır. Onlara bağlı kalarak yakıtın normal şekilde tamamen yanmasını sağlayabilirsiniz.

Yakıt yanmasını düzenleyen ana parametreler şunlardır:

• brülörlere sağlanan gaz ve havanın oranı.

• aşırı hava katsayısı.

• fırında vakum.

• Kazan verimlilik faktörü.

Bu durumda kazanın verimliliği, faydalı ısının harcanan toplam ısı miktarına oranı anlamına gelir.

Hava bileşimi

Gaz yanmasının ana koşulu oksijenin (ve dolayısıyla havanın) varlığıdır. Hava olmadan gazın yanması mümkün değildir. Gazın yanması sırasında havadaki oksijen, yakıttaki karbon ve hidrojenle birleştiğinde kimyasal bir reaksiyon meydana gelir. Reaksiyon ısı, ışık, karbondioksit ve su buharının açığa çıkmasıyla gerçekleşir.

Gazın yanma işleminde yer alan hava miktarına bağlı olarak tam veya eksik yanma meydana gelir.

Yeterli hava beslemesi ile, yanma ürünlerinin yanıcı olmayan gazlar içermesi sonucu gazın tamamen yanması meydana gelir: karbondioksit C02, nitrojen N2, su buharı H20. Azotun yanma ürünlerinde en önemlisi (hacimce)% 69,3-74'tür.

Gazın tam yanması için ayrıca belirli miktarlarda (her gaz için) hava ile karıştırılması da gereklidir. Gazın kalorifik değeri ne kadar yüksek olursa, gereken hava miktarı da o kadar fazla olur. Böylece, 1 m3 doğal gazı yakmak için yaklaşık 10 m3 hava, yapay - yaklaşık 5 m3, karışık - yaklaşık 8,5 m3 havaya ihtiyaç vardır.

Yetersiz hava beslemesi varsa, gazın eksik yanması veya yanıcı bileşenlerin kimyasal olarak yetersiz yanması meydana gelir; Yanma ürünlerinde yanıcı gazlar ortaya çıkar: karbon monoksit CO, metan CH4 ve hidrojen H2

Gazın eksik yanması ile uzun, dumanlı, parlak, opak, sarı bir meşale gözlenir.

Böylece, hava eksikliği gazın eksik yanmasına, fazlalığı ise alev sıcaklığının aşırı soğumasına yol açar. Doğal gazın tutuşma sıcaklığı 530 °C, kok gazı - 640 °C, karışım gazı - 600 °C'dir. Ek olarak, önemli miktarda hava fazlalığı ile gazın eksik yanması da meydana gelir. Bu durumda, meşalenin ucu sarımsı renktedir, tamamen şeffaf değildir ve belirsiz mavimsi-yeşil bir göbeğe sahiptir; alev kararsız ve ocaktan çıkıyor.

Pirinç. 1. Gaz alevi - gazın havayla önceden karıştırılması olmadan; b -c kısmi önceki. gazın havayla doğrulanabilir karışımı; c - gazın hava ile önceden tamamen karıştırılmasıyla; 1 - iç karanlık bölge; 2 - dumanlı ışıklı koni; 3 - yanan katman; 4 - yanma ürünleri

İlk durumda (Şekil 1a), meşale daha uzundur ve üç bölgeden oluşur. Saf gaz atmosferik havada yanar. Birinci iç karanlık bölgede gaz yanmaz: havadaki oksijenle karışmaz ve tutuşma sıcaklığına kadar ısıtılmaz. Hava ikinci bölgeye yetersiz miktarlarda girer: yanan tabaka tarafından tutulur ve bu nedenle gazla iyi karışamaz. Bu, alevin parlak, açık sarı, dumanlı rengiyle kanıtlanır. Hava, oksijeni gazla iyice karışan üçüncü bölgeye yeterli miktarda girer, gaz mavimsi yanar.

Bu yöntemle fırına gaz ve hava ayrı ayrı verilir. Ateş kutusunda sadece gaz-hava karışımının yanması değil, aynı zamanda karışımın hazırlanması süreci de meydana gelir. Bu gaz yakma yöntemi endüstriyel tesislerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

İkinci durumda (Şekil 1.6), gazın yanması çok daha iyi gerçekleşir. Gazın hava ile kısmi ön karışımı sonucunda hazırlanan gaz-hava karışımı yanma bölgesine girer. Alev kısalır, ışık saçmaz ve iç ve dış olmak üzere iki bölgeye sahiptir.

İç bölgedeki gaz-hava karışımı ateşleme sıcaklığına kadar ısıtılmadığı için yanmaz. Dış bölgede gaz-hava karışımı yanarken, bölgenin üst kısmında sıcaklık keskin bir şekilde yükseliyor.

Gazın hava ile kısmen karıştırılmasıyla, bu durumda gazın tamamen yanması yalnızca torca ilave hava beslemesi ile gerçekleşir. Gazın yanması sırasında hava iki kez beslenir: ilk kez fırına girmeden önce (birincil hava), ikinci kez doğrudan fırına (ikincil hava). Bu gaz yakma yöntemi, ev aletleri ve ısıtma kazanları için gaz brülörlerinin tasarımının temelini oluşturur.

Üçüncü durumda, gaz-hava karışımı önceden hazırlandığı için meşale önemli ölçüde kısalır ve gaz daha tamamen yanar. Gaz yanmasının tamlığı, gaz ısıtmak için kızılötesi radyasyon cihazlarında kullanılan kısa şeffaf mavi bir meşale (alevsiz yanma) ile gösterilir.