Gaz halindeki yakıtın tutuşması ve yanması için koşullar. Yanan gaz

Doğal gazın yanması, yakıtın kimyasal enerjisi ısıya dönüştürülürken, yanıcı bileşenlerinin bir oksitleyici madde ile etkileşiminin karmaşık bir fiziksel ve kimyasal sürecidir. Yanma tamamlanmış veya eksik olabilir. Gaz hava ile karıştırıldığında, fırın içindeki sıcaklık yanma için yeterince yüksek olur, yakıt ve hava sürekli beslenir, yakıtın tamamen yanması gerçekleştirilir. Yakıtın eksik yanması, bu kurallara uyulmadığında ortaya çıkar, bu da daha az ısı salınımına, (CO), hidrojen (H2), metan (CH4) ve sonuç olarak ısıtma yüzeylerinde kurum birikmesine, kötüleşen ısı transferine yol açar. ve artan ısı kaybı, bu da aşırı yakıt tüketimine ve kazanın veriminin düşmesine ve buna bağlı olarak hava kirliliğine neden olur.

Fazla hava oranı, gaz brülörünün ve fırının tasarımına bağlıdır. Fazla hava katsayısı en az 1 olmalıdır, aksi takdirde gazın eksik yanmasına neden olabilir. Ayrıca fazla hava katsayısındaki bir artış, egzoz gazları ile büyük ısı kayıpları nedeniyle ısı kullanan tesisatın verimliliğini azaltır.

Yanmanın tam olup olmadığı bir gaz analiz cihazı kullanılarak ve renk ve koku ile belirlenir.

Gazın tamamen yanması. metan + oksijen \u003d karbondioksit + su CH4 + 2O2 \u003d CO2 + 2H2O Bu gazlara ek olarak nitrojen ve kalan oksijen yanıcı gazlarla atmosfere girer. N2 + O2 Gazın yanması eksikse, atmosfere yanıcı maddeler yayılır - karbon monoksit, hidrojen, kurum.CO + H + C

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 CO içeriği %0.01-0.02 hafif zehirlenmelere neden olabilir. Daha yüksek bir konsantrasyon ciddi zehirlenmelere ve ölüme neden olabilir Ortaya çıkan kurum, kazanların duvarlarına yerleşerek soğutma sıvısına ısı transferini bozar ve kazan dairesinin verimini düşürür. Kurum ısıyı metandan 200 kat daha kötü iletir.Teorik olarak 1 m3 gazı yakmak için 9 m3 hava gerekir. Gerçek koşullarda daha fazla havaya ihtiyaç vardır. Yani, fazla miktarda havaya ihtiyaç vardır. Alfa ile gösterilen bu değer, teorik olarak gerekli olandan kaç kat daha fazla hava tüketildiğini gösterir Alfa katsayısı, belirli bir brülörün tipine bağlıdır ve genellikle brülörün pasaportunda veya görevlendiren kuruluşun tavsiyelerine göre belirtilir. Fazla hava miktarının tavsiye edilenin üzerine çıkmasıyla ısı kayıpları artar. Hava miktarında önemli bir artış ile alev ayrımı meydana gelebilir ve bu da acil bir durum yaratır. Hava miktarı tavsiye edilenden az ise, yanma eksik olacaktır ve bu nedenle kazan dairesi personelinin zehirlenmesi riski yaratacaktır.

Bölüm içeriği

Kazan fırınlarında organik yakıtları yakarken, karbon oksitler CO x \u003d CO + CO2, su buharı H20, kükürt oksitler SO x \u003d SO2 + SO3, nitrojen oksitler NO x \ gibi çeşitli yanma ürünleri oluşur. u003d NO + NO 2 , polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar), florürler, vanadyum bileşikleri V205 , partikül madde, vb. (bkz. Tablo 7.1.1). Fırınlarda yakıtın eksik yanması durumunda, egzoz gazları ayrıca CH4, C2H4 vb.

Tablo 7.1.1. Güç kazanlarında organik yakıtların alevlenmesinden kaynaklanan spesifik emisyonlar [3]

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

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

Yerleşim yerlerinin atmosferik havasındaki zararlı maddelerin izin verilen maksimum konsantrasyonları (MPC) Tablo'da verilmiştir. 7.1.2 [4]. Zararlı maddelerin bir kerelik maksimum konsantrasyonu, günlük ortalama - 20 dakika içinde alınan numunelerle belirlenir.

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

Hesaplamalar her bir zararlı madde için ayrı ayrı yapılır, böylece her birinin konsantrasyonu Tabloda verilen değerleri geçmez. 7.1.2. Kazan daireleri için, ifade ile belirlenen kükürt ve azot oksitlerin etkilerini özetleme ihtiyacına ilişkin ek gerekliliklerin getirilmesiyle bu koşullar sıkılaştırılır.

Aynı zamanda, yerel hava eksiklikleri veya elverişsiz termal ve aerodinamik koşullar nedeniyle, fırınlarda ve yanma odalarında, esas olarak karbon monoksit CO (karbon monoksit), hidrojen H 2 ve ısıyı karakterize eden çeşitli hidrokarbonlardan oluşan tamamlanmamış yanma ürünleri oluşur. Yanmanın kimyasal eksikliğinden (kimyasal yetersiz yanma) kazan ünitesindeki kayıplar.

Ek olarak, yanma işlemi sırasında, yakıtın çeşitli bileşenlerinin ve havadaki N2 nitrojenin oksidasyonu sonucu oluşan bir dizi kimyasal bileşik elde edilir. Bunların en önemli kısmı nitrojen oksitler NOx ve kükürt SOx'tir.

Azot oksitler, hem havadaki moleküler azotun hem de yakıtta bulunan azotun oksidasyonu nedeniyle oluşur. Deneysel çalışmalar, kazanların fırınlarında oluşan NOx'in ana payının, yani %96÷100'ünün nitrojen monoksit (oksit) NO'ya düştüğünü göstermiştir. Nitrojen dioksit NO 2 ve nitrojen hemioksit N20 çok daha küçük miktarlarda oluşur ve payları yaklaşık olarak: NO2 için -% 4'e kadar ve N20 için - toplam NOx emisyonunun yüzde birinin yüzde biri. Kazanlardaki yakıtların tipik alevlenme koşulları altında, nitrojen dioksit NO 2 konsantrasyonları, kural olarak, NO içeriğine kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir ve genellikle 0÷7 aralığındadır. ppm 20÷30'a kadar ppm. Aynı zamanda, türbülanslı bir alevde sıcak ve soğuk bölgelerin hızlı bir şekilde karışması, akışın soğuk bölgelerinde nispeten yüksek nitrojen dioksit konsantrasyonlarına yol açabilir. Ayrıca fırının üst kısmında ve yatay bacada ( T> 900÷1000 K) ve belirli koşullar altında gözle görülür boyutlara da ulaşabilir.

Yakıtların yanması sırasında oluşan nitrojen hemoksit N20, görünüşe göre kısa ömürlü bir ara maddedir. Kazanların arkasındaki yanma ürünlerinde N 2 O pratik olarak yoktur.

Yakıtta bulunan kükürt, kükürt oksit SOx oluşum kaynağıdır: kükürtlü S02 (kükürt dioksit) ve sülfürik S03 (kükürt trioksit) anhidritler. SOx'in toplam kütle emisyonu yalnızca yakıt Sp'deki kükürt içeriğine bağlıdır ve bunların baca gazlarındaki konsantrasyonları da hava akış katsayısına α bağlıdır. Kural olarak, SO2'nin payı %97÷99'dur ve SO3'ün payı, SOx'in toplam çıktısının %1÷3'üdür. Kazanlardan çıkan gazlardaki gerçek SO2 içeriği %0,08 ila %0,6 arasında ve SO3 konsantrasyonu - %0,0001 ila %0,008 arasında değişmektedir.

Baca gazlarının zararlı bileşenleri arasında büyük bir grup polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar) özel bir yer tutar. Birçok PAH, yüksek kanserojen ve (veya) mutajenik aktiviteye sahiptir, şehirlerde emisyonlarının sıkı bir şekilde kontrol edilmesini ve sınırlandırılmasını gerektiren fotokimyasal dumanı aktive eder. Aynı zamanda fenantren, floranten, piren ve diğerleri gibi bazı PAH'lar neredeyse fizyolojik olarak inerttir ve kanserojen değildir.

PAH'lar, herhangi bir hidrokarbon yakıtın eksik yanması sonucunda oluşur. İkincisi, yakıt hidrokarbonlarının oksidasyon reaksiyonlarının yanma cihazlarının soğuk duvarları tarafından engellenmesi nedeniyle oluşur ve ayrıca tatmin edici olmayan bir yakıt ve hava karışımından da kaynaklanabilir. Bu, fırınlarda (yanma odaları) düşük sıcaklıkta yerel oksitleyici bölgelerin veya fazla yakıtlı bölgelerin oluşmasına yol açar.

Baca gazlarındaki çok sayıda farklı PAH ve bunların konsantrasyonlarını ölçmenin zorluğu nedeniyle, yanma ürünlerinin ve atmosferik havanın kanserojen kirlilik seviyesini en güçlü ve kararlı kanserojen, benzo(a) konsantrasyonu ile tahmin etmek alışılmış bir durumdur. piren (B(a)P) C20H12.

Yüksek toksisite nedeniyle, vanadyum oksitler gibi akaryakıt yanma ürünlerinden özel olarak bahsedilmelidir. Vanadyum, akaryakıtın mineral kısmında bulunur ve yandığında vanadyum oksitler VO, VO2 oluşturur. Bununla birlikte, konvektif yüzeylerde tortu oluşumu sırasında vanadyum oksitler esas olarak V205 formunda bulunur. Vanadyum pentoksit V205, vanadyum oksitlerin en toksik formudur, bu nedenle emisyonları V205 cinsinden açıklanır.

Tablo 7.1.3. Güç kazanlarında organik yakıtların alevlenmesi sırasında yanma ürünlerindeki zararlı maddelerin yaklaşık konsantrasyonu

Fuel oil ve katı yakıtların yanması sırasında emisyonlar aynı zamanda uçucu kül, is parçacıkları, PAH'lar ve mekanik yanmanın bir sonucu olarak yanmamış yakıttan oluşan partikül madde içerir.

Çeşitli yakıt türlerinin yanması sırasında baca gazlarındaki zararlı maddelerin konsantrasyon aralıkları Tablo'da verilmiştir. 7.1.3.

Bir gazın yanması, yanıcı gaz bileşenlerinin havadaki oksijen ile kombinasyonunun ısı salımıyla birlikte bir reaksiyonudur. Yanma süreci, yakıtın kimyasal bileşimine bağlıdır. Doğal gazın ana bileşeni metandır, ancak küçük miktarlarda bulunan etan, propan ve bütan da yanıcıdır.

Batı Sibirya yataklarından üretilen doğal gazın neredeyse tamamı (%99'a kadar) CH4 metandan oluşmaktadır. Hava, oksijen (%21) ve azot ile az miktarda diğer yanıcı olmayan gazlardan (%79) oluşur. Basitleştirilmiş, metanın tamamen yanması reaksiyonu aşağıdaki gibidir:

CH4 + 2O2 + 7,52 N2 = CO2 + 2H20 + 7,52 N2

Tam yanma sırasında yanma reaksiyonu sonucunda karbondioksit CO2 oluşur ve su buharı H2O çevreye ve insana zararlı etkisi olmayan bir maddedir. Nitrojen N reaksiyona katılmaz. 1 m³ metanın tamamen yanması için teorik olarak 9,52 m³ hava gereklidir. Pratik açıdan 1 m³ doğal gazın tamamen yanması için en az 10 m³ havaya ihtiyaç duyulduğu kabul edilmektedir. Bununla birlikte, yalnızca teorik olarak gerekli miktarda hava sağlanırsa, yakıtın tamamen yanmasını sağlamak imkansızdır: gazı, her birine gerekli sayıda oksijen molekülü sağlanacak şekilde hava ile karıştırmak zordur. molekülleri. Uygulamada, yanmaya teorik olarak gerekenden daha fazla hava verilir. Fazla hava miktarı, yanma için fiilen kullanılan hava miktarının teorik olarak gerekli miktara oranını gösteren fazla hava katsayısı a ile belirlenir:

α = V gerçeği./V teorisi.

burada V, yanma için fiilen kullanılan hava miktarıdır, m³;
V teorik olarak gerekli hava miktarıdır, m³.

Fazla hava katsayısı, brülör tarafından gaz yanma kalitesini karakterize eden en önemli göstergedir. a ne kadar küçük olursa, egzoz gazları tarafından o kadar az ısı taşınır ve gaz kullanan ekipmanın verimliliği o kadar yüksek olur. Ancak gazı yetersiz fazla hava ile yakmak, eksik yanmaya neden olabilecek hava eksikliğine neden olur. Gazın hava ile tamamen ön karışımına sahip modern brülörler için, fazla hava katsayısı 1,05 - 1,1 "aralığındadır, yani yanma için hava teorik olarak gerekenden% 5 - 10 daha fazla tüketilir.

Eksik yanma ile yanma ürünleri, kurum şeklinde yanmamış karbonun yanı sıra önemli miktarda karbon monoksit CO içerir. Brülör çok zayıf çalışıyorsa, yanma ürünleri hidrojen ve yanmamış metan içerebilir. Karbon monoksit CO (karbon monoksit) odadaki havayı kirletir (yanma ürünlerini atmosfere boşaltmadan ekipman kullanırken - gaz sobaları, düşük termal güce sahip sütunlar) ve toksik etkiye sahiptir. Kurum, ısı değişim yüzeylerini kirletir, ısı transferini keskin bir şekilde azaltır ve ev tipi gaz kullanan ekipmanın verimliliğini azaltır. Ek olarak, gaz sobaları kullanıldığında bulaşıklar kurumla kirlenir ve bu da çıkarılması için büyük çaba gerektirir. Su ısıtıcılarında kurum, "ihmal edilen" durumlarda, yanma ürünlerinden ısı transferinin neredeyse tamamen durmasına kadar ısı eşanjörünü kirletir: sütun yanar ve su birkaç derece ısınır.

Eksik yanma oluşur:

• yanma için yetersiz hava beslemesi ile;
• gaz ve havanın zayıf karışımı ile;
• yanma reaksiyonunun tamamlanmasından önce alevin aşırı soğuması ile.

Gaz yanma kalitesi alevin rengi ile kontrol edilebilir. Düşük kaliteli gaz yanması, sarı dumanlı bir alevle karakterize edilir. Gaz tamamen yandığında, alev yüksek sıcaklıkta mavimsi-mor renkte kısa bir meşaledir. Endüstriyel brülörlerin çalışmasını kontrol etmek için baca gazlarının bileşimini ve yanma ürünlerinin sıcaklığını analiz eden özel cihazlar kullanılır. Şu anda, belirli ev tipi gaz kullanan ekipmanı ayarlarken, yanma sürecini sıcaklık ve baca gazlarının analizi ile düzenlemek de mümkündür.

Teşekkürler!

İlginizi çekebilir:

Gaz yanması için ana koşul, oksijenin (ve dolayısıyla havanın) varlığıdır. Hava olmadan, gaz yanması imkansızdır. Gazın yanması sürecinde, havadaki oksijen ile yakıttaki karbon ve hidrojen kombinasyonunun kimyasal bir reaksiyonu gerçekleşir. Reaksiyon, ısı, ışık ve ayrıca karbondioksit ve su buharının salınmasıyla gerçekleşir.

Gazın yanma sürecinde yer alan hava miktarına bağlı olarak, tam veya eksik yanması meydana gelir.

Yeterli hava beslemesiyle, gazın tamamen yanması meydana gelir ve bunun sonucunda yanma ürünleri yanıcı olmayan gazlar içerir: karbondioksit CO2, nitrojen N2, su buharı H20. En önemlisi (hacimce) yanma ürünlerinde nitrojen -% 69.3-74.

Gazın tam olarak yanması için hava ile de (her gaz için) belirli miktarlarda karışması gerekir. Gazın ısıl değeri ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla hava gerekir. Bu nedenle, 1 m3 doğal gazı yakmak için yaklaşık 10 m3 hava gereklidir, yapay - yaklaşık 5 m3, karışık - yaklaşık 8,5 m3.

Yetersiz hava beslemesi durumunda, gazın eksik yanması veya yanıcı bileşenlerin kimyasal olarak az yanması meydana gelir; yanıcı gazlar yanma ürünlerinde görülür - karbon monoksit CO, metan CH4 ve hidrojen H2

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

Böylece, hava eksikliği gazın eksik yanmasına neden olur ve fazla hava alev sıcaklığının aşırı soğumasına yol açar. Doğal gazın tutuşma sıcaklığı 530 °C, kok - 640 °C, karışım - 600 °C'dir. Ek olarak, önemli miktarda hava fazlalığı ile gazın eksik yanması da meydana gelir. Bu durumda, meşalenin ucu sarımsıdır, tamamen şeffaf değildir ve çekirdeği bulanık mavimsi yeşildir; alev kararsız ve brülörden kopuyor.

Pirinç. 1. Gaz alevi i - gazın hava ile önceden karıştırılması olmadan; b -kısmi önceki ile gazın hava ile güvene dayalı 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), torç uzundur ve üç bölgeden oluşur. Saf gaz atmosferik havada yanar. İlk iç karanlık bölgede gaz yanmaz: atmosferik oksijenle karışmaz ve tutuşma sıcaklığına kadar ısıtılmaz. İkinci bölgede hava yetersiz miktarlarda girer: yanan tabaka tarafından geciktirilir ve bu nedenle gazla iyi karışamaz. Bu, alevin parlak, parlak, açık sarı dumanlı rengiyle kanıtlanır. Üçüncü bölgede yeterli miktarda hava girer, oksijeni gazla iyi karışır, gaz mavimsi renkte yanar.

Bu yöntemle fırına gaz ve hava ayrı ayrı beslenir. Fırında sadece gaz-hava karışımının yanması değil, aynı zamanda karışımın hazırlanma süreci de gerçekleşir. Bu gaz yakma yöntemi endüstriyel tesislerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

İkinci durumda (Şekil 1.6), gaz yanması çok daha iyidir. Gazın hava ile kısmi ön karışımı sonucunda hazırlanan gaz-hava karışımı yanma bölgesine girer. Alev kısalır, ışıksız hale gelir, iç ve dış olmak üzere iki bölgesi vardır.

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

Gazın hava ile kısmen karıştırılmasıyla, bu durumda, gazın tamamen yanması yalnızca torca ek bir hava beslemesi ile gerçekleşir. Gaz yakma sürecinde hava iki kez verilir: 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 yapımının temelidir.

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

Doğal gazın yanma ürünleri karbondioksit, su buharı, bir miktar fazla oksijen ve nitrojendir. Eksik gaz yanma ürünleri karbon monoksit, yanmamış hidrojen ve metan, ağır hidrokarbonlar, kurum olabilir.

Yanma ürünlerinde ne kadar fazla karbondioksit CO 2 varsa, içlerinde o kadar az karbon monoksit CO olacak ve yanma o kadar eksiksiz olacaktır. “Yanma ürünlerinde maksimum CO 2 içeriği” kavramı uygulamaya konulmuştur. Bazı gazların yanma ürünlerinde bulunan karbondioksit miktarı aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

Gaz yanma ürünlerindeki karbondioksit miktarı

Tablodaki verileri kullanarak ve yanma ürünlerindeki CO2 yüzdesini bilerek, gaz yanma kalitesini ve fazla hava katsayısını kolayca belirleyebilirsiniz a. Bunu yapmak için bir gaz analizörü yardımıyla gaz yanma ürünlerindeki CO 2 miktarını belirlemek ve tablodan alınan CO 2max değerini elde edilen değere bölmek gerekir. Yani, örneğin, gaz yanma ürünleri yanma ürünlerinde %10,2 karbondioksit içeriyorsa, o zaman fırındaki fazla hava katsayısı

α = CO 2maks /CO 2 analizi = 11,8 / 10,2 = 1,15.

Fırına hava akışını ve yanmasının eksiksizliğini kontrol etmenin en mükemmel yolu, otomatik gaz analizörleri kullanarak yanma ürünlerinin analizidir. Gaz analizörleri periyodik olarak egzoz gazlarından bir numune alır ve içlerindeki karbondioksit içeriğini ve ayrıca hacim yüzdesi olarak karbon monoksit ve yanmamış hidrojen (CO + H 2) miktarını belirler.

Ölçek üzerindeki gaz analizörü ibresinin okumaları (CO2 + H2) sıfıra eşitse, bu, yanmanın tamamlandığı ve yanma ürünlerinde karbon monoksit ve yanmamış hidrojen olmadığı anlamına gelir. Ok sıfırdan sağa saparsa, yanma ürünleri karbon monoksit ve yanmamış hidrojen içerir, yani eksik yanma meydana gelir. Diğer ölçekte, gaz analizörü iğnesi, yanma ürünlerinde maksimum CO 2max içeriğini göstermelidir. Tam yanma, CO + H 2 ölçeğinin ibresi sıfır olduğunda maksimum karbondioksit yüzdesinde gerçekleşir.