Doğalgaz yakıldığında hangi maddeler oluşur? Gaz yakma

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. Tüm ürünler eksik yanma zararlıdır ama 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.

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

Yanma ürünlerinde ne kadar fazla karbondioksit CO2 olursa, içlerinde o kadar az karbon monoksit CO olacak ve yanma o kadar eksiksiz olacaktır. “Yanma ürünlerinde maksimum CO 2 içeriği” kavramı uygulamaya konuldu. Bazı gazların yanma ürünlerindeki karbondioksit miktarı aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

Gaz yanma ürünlerindeki karbondioksit miktarı

Tablo verilerini kullanarak ve yanma ürünlerindeki CO 2 yüzdesini bilerek, gaz yanma kalitesini ve fazla hava katsayısı a'yı kolayca belirleyebilirsiniz. Bunun için gaz analizörü kullanarak gaz yanma ürünlerindeki CO 2 miktarını belirlemeli ve tablodan alınan CO 2max değerini elde edilen değere bölmelisiniz. Örneğin, gaz yakarken yanma ürünleri% 10,2 karbondioksit içeriyorsa, fırındaki fazla hava katsayısı

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

Fırına hava akışını ve yanmanın bütünlüğünü kontrol etmenin en gelişmiş yolu, yanma ürünlerini otomatik gaz analizörleri kullanarak analiz etmektir. Gaz analizörleri periyodik olarak egzoz gazlarından bir numune alır ve içlerindeki karbondioksit içeriğini ve ayrıca hacim yüzdesi olarak karbon monoksit ve yanmamış hidrojen (CO + H2) miktarını belirler.

Gaz analiz cihazının ölçekteki iğne okuması (CO 2 + H 2) sıfırsa, bu, yanmanın tamamlandığı ve yanma ürünlerinde karbon monoksit veya yanmamış hidrojen olmadığı anlamına gelir. Ok sıfırdan sağa saparsa, yanma ürünleri karbon monoksit ve yanmamış hidrojen içerir, yani eksik yanma meydana gelir. Başka bir ölçekte, gaz analiz cihazının iğnesi yanma ürünlerindeki maksimum CO 2max içeriğini göstermelidir. Tam yanma, CO + H2 ölçek göstergesi sıfırda olduğunda maksimum karbondioksit yüzdesinde meydana gelir.

Kokulandırma

Yanıcı gazların kokusu yoktur. Havadaki varlıklarını zamanında belirlemek, sızıntı noktalarını hızlı ve doğru bir şekilde tespit etmek için gaz kokulandırılır (koku verir). Kokulandırma için etil merkaptan (C2H5SH) kullanılır. Kokulandırma oranı 1000 m3 gaz başına 16 g etil merkaptan, 1000 m3 gaz başına 8 g etil merkaptan kükürttür. Kokulandırma gaz dağıtım istasyonlarında (GDS) yapılmaktadır. Havada %1 oranında doğalgaz varsa kokusunu almalısınız.

İç mekandaki gazın %20'si boğulmaya neden oluyor

%5-15 patlama

%0,15 karbon monoksit CO- zehirlenme; %0,5 CO = 30 dk. nefes almak ölümcüldür; %1 karbon monoksit öldürücüdür.

Metan ve diğer hidrokarbon gazları zehirli değildir ancak bunların solunması baş dönmesine neden olur ve havadaki yüksek seviyeler oksijen eksikliği nedeniyle boğulmaya neden olur.

Yakıtın tam ve eksik yanması:

1m³ gazı yakmak için 10m³ havaya ihtiyacınız vardır.

Doğal gazın yanması, yakıtın kimyasal enerjisini ısıya dönüştüren bir reaksiyondur.

Yanma tam veya eksik olabilir. Yeterli oksijen olduğunda tam yanma meydana gelir.

Gazın tamamen yanması ile CO2 (karbon dioksit), H2O oluşur

(su). Gaz tam yanmadığında ısı kaybı meydana gelir. Oksijen eksikliği O2 oksitleyici madde.

CO'nun eksik yanmasının ürünleri karbon monoksit, zehirli, C karbon, kurumdur.

Eksik yanma, gazın hava ile yetersiz bir karışımıdır, yanma reaksiyonu tamamlanmadan alevin aşırı soğumasıdır.

Doğal gazın ana bileşenlerinin yanma reaksiyonu:

1:10 metan CH4 + 20 2 = CO2 + 2H2O = karbondioksit + su

CH4 + 1.5O2 = 2H2O + CO - karbon monoksit gazının eksik yanması

Doğal gazın diğer yakıt türlerine göre avantajları ve dezavantajları.

Avantajları:

Gaz üretiminin maliyeti kömür ve petrolden önemli ölçüde daha düşüktür;

Yüksek kalorifik değer;

Tam yanma ve işletme personeli için daha kolay koşullar sağlanır;

Doğal gazlarda karbon monoksit ve hidrojen sülfürün bulunmaması, gaz sızıntılarından kaynaklanan zehirlenmeleri önler;

Gaz yakarken, fırında minimum hava kalıntısı olması gerekir ve mekanik art yanma nedeniyle herhangi bir maliyet oluşmaz;

Gaz yakıt yakarken daha hassas sıcaklık kontrolü sağlanır;

Gaz yakarken, brülörler fırın içinde erişilebilir bir yere yerleştirilebilir, bu da daha iyi ısı transferi ve gerekli sıcaklık koşulları sağlar;

Belirli bir yerde ısınmak için alevin şeklini değiştirme yeteneği.

Kusurlar:

Patlama ve yangın tehlikesi;

Gazın yanma işlemi yalnızca oksijenin yeri değiştirildiğinde mümkündür;

Kendiliğinden yanma sırasında patlama etkisi;

Gaz ve hava karışımının patlaması olasılığı.

Gaz yanması aşağıdaki süreçlerin birleşimidir:

Yanıcı gazın havaya karışması,

· karışımın ısıtılması,

yanıcı bileşenlerin termal ayrışması,

· yanıcı bileşenlerin atmosferik oksijenle tutuşması ve kimyasal birleşimi, buna bir meşale oluşumu ve yoğun ısı salınımı eşlik eder.

Metanın yanması reaksiyona göre gerçekleşir:

CH4 + 2O2 = C02 + 2H2O

Gazın yanması için gerekli koşullar:

· Gerekli yanıcı gaz ve hava oranının sağlanması,

· ateşleme sıcaklığına kadar ısıtma.

Gaz-hava karışımı alt alevlenme sınırından daha az içeriyorsa yanmaz.

Gaz-hava karışımında üst yanıcılık sınırından daha fazla gaz varsa tamamen yanmaz.

Gazın tamamen yanması sonucu ortaya çıkan ürünlerin bileşimi:

· CO 2 – karbondioksit

· H 2 O – su buharı

* N 2 – nitrojen (yanma sırasında oksijenle reaksiyona girmez)

Eksik gaz yanma ürünlerinin bileşimi:

· CO – karbon monoksit

· C – kurum.

1 m3 doğalgazın yanması için 9,5 m3 havaya ihtiyaç vardır. Pratikte hava tüketimi her zaman daha yüksektir.

Davranış gerçek tüketim teorik olarak hava gerekli akış fazla hava katsayısı denir: α = L/L t.,

Nerede: L - gerçek tüketim;

Lt teorik olarak gerekli akış hızıdır.

Aşırı hava katsayısı her zaman birden büyüktür. Doğal gazda ise 1,05 – 1,2’dir.

2. Anlık su ısıtıcılarının amacı, tasarımı ve ana özellikleri.

Anlık gazlı su ısıtıcıları. Su çekerken suyu belirli bir sıcaklığa ısıtmak için tasarlanmıştır Anlık su ısıtıcıları, termal güç yüküne göre ayrılır: 33600, 75600, 105000 kJ, otomasyon derecesine göre - en yüksek ve birinci sınıflara. Yeterlik su ısıtıcıları %80, oksit içeriği %0,05'ten fazla değil, çekiş kırıcının arkasındaki yanma ürünlerinin sıcaklığı 180 0 C'den az değil. Prensip, su çekilmesi sırasında suyun ısıtılmasına dayanmaktadır.

Anlık su ısıtıcılarının ana bileşenleri şunlardır: gaz yakıcı cihazı, ısı eşanjörü, otomasyon sistemi ve gaz çıkışı. Enjeksiyon brülörüne düşük basınçlı gaz verilir. Yanma ürünleri bir ısı eşanjöründen geçer ve bacaya boşaltılır. Yanma ısısı, ısı eşanjöründen akan suya aktarılır. Yangın odasını soğutmak için, ısıtıcıdan geçen suyun dolaştığı bir bobin kullanılır. Gazlı ani su ısıtıcıları, kısa süreli çekiş kaybı durumunda gaz brülörünün alevinin sönmesini önleyen gaz egzoz cihazları ve çekiş kesicilerle donatılmıştır. Bacaya bağlantı için duman çıkış borusu bulunmaktadır.

Gazlı anlık su ısıtıcısı -VPG. Kasanın ön duvarında: bir gaz vanası kontrol kolu, solenoid vanayı açmak için bir düğme ve ateşleme ve ana brülörün alevini gözlemlemek için bir gözlem penceresi bulunur. Cihazın üst kısmında duman tahliye cihazı, alt kısmında ise cihazın gaz ve su sistemlerine bağlanmasını sağlayan borular bulunmaktadır. Gaz solenoid valfe girer, su-gaz brülör ünitesinin gaz blok valfi sırayla pilot brülörü açar ve ana brülöre gaz sağlar.

Ateşleyicinin çalışması gerektiğinde ana brülöre gaz akışının bloke edilmesi, bir termokupl tarafından çalıştırılan bir elektromanyetik valf tarafından gerçekleştirilir. Su kaynağının varlığına bağlı olarak ana brülöre gaz beslemesinin bloke edilmesi, su blok valfinin membranından bir çubuk aracılığıyla tahrik edilen bir valf tarafından gerçekleştirilir.

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.

Gazın tamamen yanması.

metan + oksijen = karbondioksit + su

CH4 + 2O2 = C02 + 2H2O

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