Изгарянето на газ е комбинация от следните процеси:
Смесване на горим газ с въздух
загряване на сместа
термично разлагане на горими компоненти,
Запалване и химическа комбинация на горими компоненти с атмосферен кислород, придружени от образуване на факел и интензивно отделяне на топлина.
Изгарянето на метан протича в съответствие с реакцията:
CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
Необходими условия за изгаряне на газ:
Осигуряване на необходимото съотношение на горим газ и въздух,
нагряване до температура на запалване.
Ако газовъздушната смес от газ е по-малка от долната граница на запалимост, тогава няма да гори.
Ако в сместа газ-въздух има повече газ от горната граница на запалимост, тогава тя няма да изгори напълно.
Съставът на продуктите от пълното изгаряне на газ:
CO 2 - въглероден диоксид
H 2 O - водна пара
* N 2 - азот (не реагира с кислород по време на горене)
Състав на продуктите от непълно изгаряне на газ:
CO - въглероден окис
C - сажди.
За изгарянето на 1 m 3 природен газ са необходими 9,5 m 3 въздух. На практика консумацията на въздух винаги е по-висока.
Поведение действително потреблениевъздух до теоретично необходим потоксе нарича коефициент на излишък на въздух: α = L/L t .,
Къде: L- действителен разход;
L t - теоретично необходим дебит.
Коефициентът на излишък на въздух винаги е по-голям от единица. За природния газ е 1,05 - 1,2.
2. Предназначение, устройство и основни характеристики на проточни бойлери.
Проточни газови бойлери.Предназначени за загряване на вода до определена температура по време на изтегляне , Проточните бойлери се разделят според натоварването на топлинната мощност: 33600, 75600, 105000 kJ, според степента на автоматизация - на най-висок и първи клас. ефективност бойлери 80%, съдържание на оксид не повече от 0,05%, температурата на продуктите от горенето зад прекъсвача на тяга е не по-ниска от 180 0 C. Принципът се основава на нагряване на вода по време на периода на изтегляне.
Основните възли на проточните бойлери са: газова горелка, топлообменник, система за автоматизация и изход за газ. Газът с ниско налягане се подава в инжекционната горелка. Продуктите от горенето преминават през топлообменника и се изхвърлят в комина. Топлината от изгарянето се предава на водата, преминаваща през топлообменника. За охлаждане на горивната камера се използва намотка, през която циркулира вода, преминавайки през нагревателя. Газовите проточни бойлери са снабдени с газоотвеждащи устройства и тягопрекъсвачи, които в случай на краткотрайно нарушаване на тягата предотвратяват изгасването на пламъка на газовата горелка. Има димоотвод за свързване към комина.
Газ проточен бойлер– HSV.На предната стена на корпуса са разположени: копче за управление газов клапан, бутон за включване на соленоидния вентил и прозорец за наблюдение на пламъка на пилотната и основната горелка. В горната част на устройството има устройство за изпускане на дим, отдолу има разклонителни тръби за свързване на устройството към газовата и водната системи. Газът навлиза в електромагнитния клапан, газовият спирателен вентил на блока на водната и газовата горелка последователно включва пилотната горелка и подава газ към основната горелка.
Блокирането на потока газ към основната горелка, със задължителната работа на запалителя, се извършва от електромагнитен клапан, работещ от термодвойка. Блокирането на подаването на газ към главната горелка, в зависимост от наличието на всмукване на вода, се извършва от клапан, задвижван през стеблото от мембраната на водния блок.
Основното условие за изгаряне на газ е наличието на кислород (и следователно въздух). Без наличието на въздух изгарянето на газ е невъзможно. В процеса на изгаряне на газ протича химическа реакция на комбинацията от кислород във въздуха с въглерод и водород в горивото. Реакцията протича с отделяне на топлина, светлина, както и въглероден диоксид и водни пари.
В зависимост от количеството въздух, участващ в процеса на изгаряне на газ, възниква неговото пълно или непълно изгаряне.
При достатъчно подаване на въздух се получава пълно изгаряне на газа, в резултат на което продуктите му на изгаряне съдържат незапалими газове: въглероден диоксид CO2, азот N2, водна пара H20. Най-много (по обем) в продуктите на горенето на азот - 69,3-74%.
За пълното изгаряне на газа е необходимо той да се смеси с въздуха в определени (за всеки газ) количества. Колкото по-висока е калоричността на газа, толкова повече въздух е необходим. И така, за изгаряне на 1 m3 природен газ са необходими около 10 m3 въздух, изкуствен - около 5 m3, смесен - около 8,5 m3.
При недостатъчно подаване на въздух се получава непълно изгаряне на газ или химическо недогаряне на горими компоненти; в продуктите на горенето се появяват горими газове - въглероден окис CO, метан CH4 и водород H2
При непълно изгаряне на газа се наблюдава дълга, димна, светеща, непрозрачна, жълта факла.
Така липсата на въздух води до непълно изгаряне на газа, а излишъкът на въздух води до прекомерно охлаждане на температурата на пламъка. Температурата на запалване на природния газ е 530 °C, на кокса - 640 °C, на сместа - 600 °C. Освен това при значителен излишък на въздух се получава и непълно изгаряне на газа. В този случай краят на факлата е жълтеникав, не напълно прозрачен, с размазано синкаво-зелено ядро; пламъкът е нестабилен и се откъсва от горелката.
Ориз. 1. Газов пламък i - без предварително смесване на газ с въздух; b -с частично пред. доверително смесване на газ с въздух; c - с предварително пълно смесване на газ с въздух; 1 - вътрешна тъмна зона; 2 - опушен светещ конус; 3 - горящ слой; 4 - продукти от горенето
В първия случай (фиг. 1а) факелът е дълъг и се състои от три зони. Чистият газ гори в атмосферния въздух. В първата вътрешна тъмна зона газът не гори: не се смесва с атмосферния кислород и не се нагрява до температурата на запалване. Във втората зона въздухът навлиза в недостатъчни количества: той се забавя от горящия слой и поради това не може да се смеси добре с газа. Това се доказва от ярко светещия, светложълт опушен цвят на пламъка. В третата зона навлиза въздух в достатъчно количество, чийто кислород се смесва добре с газа, газът изгаря в синкав цвят.
При този метод газът и въздухът се подават в пещта отделно. В пещта се извършва не само изгарянето на сместа газ-въздух, но и процесът на приготвяне на сместа. Този метод на изгаряне на газ се използва широко в промишлени предприятия.
Във втория случай (фиг. 1.6) изгарянето на газ е много по-добро. В резултат на частичното предварително смесване на газ с въздух, приготвената газовъздушна смес навлиза в зоната на горене. Пламъкът става по-къс, несветещ, има две зони - вътрешна и външна.
Газово-въздушната смес във вътрешната зона не гори, тъй като не е нагрята до температурата на запалване. Във външната зона газово-въздушната смес гори, докато температурата рязко се повишава в горната част на зоната.
При частично смесване на газ с въздух, в този случай пълното изгаряне на газа става само с допълнително подаване на въздух към горелката. В процеса на изгаряне на газ въздухът се подава два пъти: първият път - преди да влезе в пещта (първичен въздух), вторият път - директно в пещта (вторичен въздух). Този метод на изгаряне на газ е в основата на устройството газови горелкиза домакински уредии отоплителни котли.
В третия случай факелът е значително съкратен и газът изгаря по-пълно, тъй като сместа газ-въздух е предварително приготвена. Пълнотата на изгаряне на газа се доказва от къса прозрачна факла син цвят(безпламъчно горене), което се използва в устройства с инфрачервено излъчване за отопление на газ.
- Процес на изгаряне на газ
Съдържание на раздела
При изгаряне на органични горива в котелни пещи се образуват различни продукти на горене, като въглеродни оксиди CO x \u003d CO + CO 2, водна пара H 2 O, серни оксиди SO x \u003d SO 2 + SO 3, азотни оксиди NO x \ u003d NO + NO 2 , полициклични ароматни въглеводороди (ПАВ), флуориди, ванадиеви съединения V 2 O 5 , прахови частици и др. (виж таблица 7.1.1). При непълно изгаряне на гориво в пещи отработените газове могат да съдържат и въглеводороди CH 4, C 2 H 4 и др. Всички продукти на непълно изгаряне обаче са вредни, когато модерна технологияизгаряне на гориво, тяхното образуване може да бъде сведено до минимум [1].
Таблица 7.1.1. Специфични емисии от изгаряне на органични горива в факели в електрически котли [3]
Символи: A p, S p – съответно съдържанието на пепел и сяра на работна маса гориво, %.
Критерият за санитарна оценка на околната среда е максимално допустимата концентрация (ПДК) на вредно вещество в атмосферния въздух на нивото на земята. MPC трябва да се разбира като такава концентрация на различни вещества и химични съединения, която при ежедневно излагане за дълго време на човешкото тяло не причинява никакви патологични промени или заболявания.
Пределно допустимите концентрации (ПДК) на вредни вещества в атмосферния въздух на населените места са дадени в табл. 7.1.2 [4]. Максималната еднократна концентрация на вредни вещества се определя от проби, взети в рамките на 20 минути, среднодневната - за денонощие.
Таблица 7.1.2. Пределно допустими концентрации на вредни вещества в атмосферния въздух на населените места
| Замърсител | Максимално допустима концентрация, mg / m 3 | |
| Максимално еднократно | Средно дневно | |
| Прах нетоксичен | 0,5 | 0,15 |
| серен диоксид | 0,5 | 0,05 |
| въглероден окис | 3,0 | 1,0 |
| въглероден окис | 3,0 | 1,0 |
| азотен диоксид | 0,085 | 0,04 |
| Азотен оксид | 0,6 | 0,06 |
| Сажди (сажди) | 0,15 | 0,05 |
| водороден сулфид | 0,008 | 0,008 |
| Бенз(а)пирен | - | 0,1 μg / 100 m 3 |
| Ванадиев пентоксид | - | 0,002 |
| Флуорни съединения (за флуор) | 0,02 | 0,005 |
| хлор | 0,1 | 0,03 |
Изчисленията се извършват за всяко вредно вещество поотделно, така че концентрацията на всяко от тях да не надвишава стойностите, дадени в табл. 7.1.2. За котелните тези условия се затягат с въвеждането допълнителни изискваниявърху необходимостта от сумиране на въздействието на серните и азотните оксиди, което се определя от израза
В същото време, поради локален недостиг на въздух или неблагоприятни топлинни и аеродинамични условия, в пещите и горивните камери се образуват продукти от непълно изгаряне, състоящи се главно от въглероден оксид CO (въглероден оксид), водород H 2 и различни въглеводороди, които характеризират топлината загуби в котелния агрегат от химическа непълнота на изгаряне (химическо недогаряне).
Освен това по време на процеса на горене, цяла линияхимични съединения, образувани в резултат на окисляването на различни компоненти на горивото и азота във въздуха N 2. Най-значимата част от тях са азотните оксиди NO x и сярата SO x .
Азотните оксиди се образуват в резултат на окисляването както на молекулярния азот във въздуха, така и на азота, съдържащ се в горивото. Експерименталните изследвания показват, че основният дял на NO x, образуван в пещите на котлите, а именно 96÷100%, се пада на азотния монооксид (оксид) NO. Азотният диоксид NO 2 и хемиоксидът N 2 O се образуват в много по-малки количества, като техният дял е приблизително: за NO 2 - до 4%, а за N 2 O - стотни от процента от общата емисия на NO x. При типични условия на изгаряне на гориво в котли концентрациите на азотен диоксид NO 2 като правило са незначителни в сравнение със съдържанието на NO и обикновено варират от 0÷7 ppmдо 20÷30 ppm. В същото време бързото смесване на горещи и студени области в турбулентен пламък може да доведе до относително големи концентрации на азотен диоксид в студените зони на потока. В допълнение, частични емисии на NO 2 възникват в горната част на пещта и в хоризонталния димоотвод (при T> 900÷1000 K) и при определени условия може да достигне и забележими размери.
Азотният хемоксид N 2 O, образуван при изгарянето на горива, очевидно е краткотраен междинен продукт. N 2 O практически липсва в продуктите на горенето зад котлите.
Съдържащата се в горивото сяра е източник на образуване на серни оксиди SO x: серен SO 2 (серен диоксид) и серен SO 3 (серен триоксид) анхидриди. Общата маса на емисиите на SO x зависи само от съдържанието на сяра в горивото S p , а концентрацията им в димните газове също зависи от коефициента на въздушния поток α. По правило делът на SO 2 е 97÷99%, а делът на SO 3 е 1÷3% от общото производство на SO x . Действителното съдържание на SO 2 в газовете, излизащи от котлите, е от 0,08 до 0,6%, а концентрацията на SO 3 - от 0,0001 до 0,008%.
Сред вредните компоненти на димните газове специално място заемат голяма групаполициклични ароматни въглеводороди (PAH). Много PAH имат висока канцерогенна и (или) мутагенна активност, активират фотохимичен смог в градовете, което изисква строг контрол и ограничаване на техните емисии. В същото време някои ПАВ, като фенантрен, флуорантен, пирен и редица други, са почти физиологично инертни и не са канцерогенни.
ПАВ се образуват в резултат на непълно изгаряне на всякакви въглеводородни горива. Последното се дължи на инхибирането на реакциите на окисление на горивните въглеводороди от студените стени на горивните устройства и може да бъде причинено и от незадоволителна смес от гориво и въздух. Това води до образуване в пещите (горивните камери) на локални окислителни зони с ниска температура или зони с излишно гориво.
Поради Голям бройразлични ПАВ в димните газове и трудността при измерване на техните концентрации, нивото на канцерогенно замърсяване на продуктите от горенето и атмосферен въздухоценен от концентрацията на най-мощния и стабилен канцероген - бенз (а) пирен (B (a) P) C 20 H 12.
Поради високата токсичност трябва да се споменат специално такива продукти от изгарянето на мазута като ванадиевите оксиди. Ванадият се съдържа в минералната част на мазута и при изгаряне образува ванадиеви оксиди VO, VO 2 . Въпреки това, по време на образуването на отлагания върху конвективни повърхности, ванадиевите оксиди присъстват главно под формата на V 2 O 5 . Ванадиевият пентоксид V 2 O 5 е най-токсичната форма на ванадиевите оксиди, поради което техните емисии се отчитат като V 2 O 5 .
Таблица 7.1.3. Приблизителна концентрация на вредни вещества в продуктите на горене при изгаряне на органични горива в факелни котли
| Емисии = | Концентрация, mg / m 3 | ||
| Природен газ | мазут | Въглища | |
| Азотни оксиди NO x (по отношение на NO 2) | 200÷ 1200 | 300÷ 1000 | 350 ÷1500 |
| Серен диоксид SO2 | - | 2000÷6000 | 1000÷5000 |
| Серен анхидрид SO3 | - | 4÷250 | 2 ÷100 |
| Въглероден окис CO | 10÷125 | 10÷150 | 15÷150 |
| Бенз (а) пирен C 20 H 12 | (0,1÷1, 0) 10 -3 | (0,2÷4,0) 10 -3 | (0,3÷14) 10 -3 |
| Твърди частици | - | <100 | 150÷300 |
По време на изгарянето на мазут и твърди горива емисиите съдържат и прахови частици, състоящи се от летлива пепел, частици сажди, PAH и неизгоряло гориво в резултат на механично недоизгаряне.
Диапазоните на концентрациите на вредни вещества в димните газове при изгаряне на различни видове горива са дадени в табл. 7.1.3.
Ld. - действителното количество въздух, подаден към пещта, обикновено се подава в излишък. Връзката между теоретичния и действителния поток се изразява с уравнението:където α е коефициентът на излишък на въздух (обикновено по-голям от 1).
Непълното изгаряне на газ води до прекомерен разход на гориво и увеличава риска от отравяне с продукти от непълно изгаряне на газ, които включват и въглероден окис (CO).
Продукти от изгаряне на газове и управление на горивния процес.
Продуктите от горенето на природния газ са въглероден диоксид (въглероден диоксид), водна пара, малко излишък на кислород и азот. Излишният кислород се съдържа в продуктите на горенето само в случаите, когато изгарянето става с излишък на въздух, а азотът винаги се съдържа в продуктите на горенето, тъй като той е неразделна част от въздуха и не участва в горенето.
Продуктите от непълно изгаряне на газ могат да бъдат въглероден окис (въглероден окис), неизгорял водород и метан, тежки въглеводороди, сажди.
Процесът на горене може да се прецени най-правилно от уредите за анализ на димните газове, които показват съдържанието на въглероден диоксид и кислород в него. Ако пламъкът в пещта на котела е удължен и има тъмно жълт цвят, това показва липса на въздух, а ако пламъкът стане къс и има ослепително бял цвят, тогава неговият излишък.
Има два начина за регулиране на работата на котелния агрегат чрез промяна на топлинната мощност на всички горелки, монтирани в котела, или чрез изключване на част от тях. Методът на регулиране зависи от местните условия и трябва да бъде посочен в производствените инструкции. Промяната на топлинната мощност на горелките е допустима, ако не надхвърля границите на стабилна работа. Отклонението на топлинната мощност извън границите на стабилна работа може да доведе до отделяне или обратен удар на пламъка.
Регулирайте работата на отделните горелки на две стъпки, като бавно и постепенно променяте потока въздух и газ.
Когато намалявате топлинната мощност, първо намалете подаването на въздух, и след това газ; с увеличаване на топлинната мощност, първо увеличете подаването на газ, и след това въздух.
В този случай вакуумът в пещта трябва да се регулира чрез промяна на позицията на шибъра с котела или лопатките на направляващата лопатка пред димоотвода.
Ако е необходимо да се увеличи топлинната мощност на горелките, увеличаване на вакуума в пещта; с намаляване на топлинната мощност първо се регулира работата на горелките и след това вакуумът в пещта се намалява.
Методи за изгаряне на газ.
В зависимост от метода на обучение БГВМетодите на изгаряне могат да бъдат разделени на дифузия, смесена и кинетична.
При дифузия При този метод газът навлиза във фронта на горене под налягане и въздух от околното пространство поради молекулярна или турбулентна дифузия, образуването на смес протича едновременно с процеса на горене, следователно скоростта на процеса на горене се определя от скоростта на образуване на сместа.
Процесът на горене започва след образуването на контакт между газ и въздух и образуването на гореща вода с необходимия състав. В този случай въздухът дифундира към газовата струя, а газът дифундира от газовата струя във въздуха. По този начин се създава захранване с гореща вода в близост до газовата струя, в резултат на изгарянето на която се образува зона на първично изгаряне на газ (2) . Изгарянето на основната част от газа става в зоната (Z),в зоната (4) движещи се продукти на горенето.
Този метод на изгаряне се използва главно в ежедневието (фурни, газови котлони и др.)
При смесения метод на изгаряне на газ, горелката гарантира, че газът е предварително смесен само с част от въздуха, необходим за пълното изгаряне на газа. Останалата част от въздуха идва от околната среда директно към факлата.
В този случай само част от газа се смесва с първичен въздух (50%-60%), а останалият газ, разреден с продукти от горенето, изгаря след добавяне на кислород от вторичния въздух.
Въздухът около пламъка се нарича втори .
При кинетичния метод на изгаряне на газ БГВ се подава към мястото на горене напълно подготвено вътре в горелката.
Класификация на газовите горелки .
Газовата горелка е устройство, което осигурява стабилно изгаряне на газообразно гориво и регулиране на горивния процес.
Основните функции на газовите горелки:
Подаване на газ и въздух към фронта на горене;
образуване на смес;
Стабилизиране на фронта на запалването;
Осигуряване на необходимата интензивност на процеса на изгаряне на газ.
Според метода на изгаряне на газ всички горелки могат да бъдат разделени на три групи:
Дифузия - без предварително смесване на газ с въздух;
Дифузионно-кинетичен - с непълно предварително смесване на газ с въздух;
Кинетичен - с пълно предварително смесване на газ с въздух.
Според начина на подаване на въздух горелките се разделят на:
Безпродухване - при което въздухът навлиза в пещта поради изхвърлянето в нея.
Инжекционни - при които се всмуква въздух благодарение на енергията на газовата струя.
Blast - при който въздухът се подава към горелката или пещта с помощта на вентилатор.
Според налягането на газа, на който работят горелките:
- ниско налягане до 0,05 kgf / cm 2;
- средно налягане над 0,05 до 3 kgf/cm 2 ;
- високо налягане над 3 kgf/cm 2 .
Общи изисквания за всички горелки:
Осигуряване на пълното изгаряне на газа;
Стабилност при промяна на топлинната мощност;
Надеждност по време на работа;
Компактност;
Обслужваемост.
Изгарянето на природен газ е сложен физико-химичен процес на взаимодействие на неговите горими компоненти с окислител, докато химическата енергия на горивото се превръща в топлина. Изгарянето може да бъде пълно и непълно. Когато газът се смесва с въздух, температурата в пещта е достатъчно висока за изгаряне, горивото и въздухът се подават непрекъснато, извършва се пълно изгаряне на горивото. При неспазване на тези правила възниква непълно изгаряне на горивото, което води до по-малко отделяне на топлина (CO), водород (H2), метан (CH4) и в резултат на това до отлагане на сажди върху нагревателните повърхности, влошаване на топлообмена и увеличаване загуба на топлина, което от своя страна води до прекомерен разход на гориво и намаляване на ефективността на котела и съответно до замърсяване на въздуха.
Коефициентът на излишен въздух зависи от конструкцията на газовата горелка и пещта. Коефициентът на излишък на въздух трябва да бъде най-малко 1, в противен случай може да доведе до непълно изгаряне на газа. Освен това увеличаването на коефициента на излишък на въздух намалява ефективността на инсталацията, използваща топлина, поради големи загуби на топлина с отработените газове.
Пълнотата на изгаряне се определя с помощта на газов анализатор и по цвят и мирис.
Пълно изгаряне на газ. метан + кислород \u003d въглероден диоксид + вода CH4 + 2O2 \u003d CO2 + 2H2O В допълнение към тези газове, азотът и останалият кислород навлизат в атмосферата с горими газове. N2 + O2 Ако изгарянето на газа е непълно, тогава в атмосферата се отделят горими вещества - въглероден оксид, водород, сажди. CO + H + C
Непълното изгаряне на газа възниква поради недостатъчен въздух. В същото време в пламъка визуално се появяват езици на сажди.Опасността от непълно изгаряне на газа е, че въглеродният окис може да причини отравяне на персонала на котелното помещение. Съдържанието на CO във въздуха 0,01-0,02% може да причини леко отравяне. По-висока концентрация може да доведе до тежко отравяне и смърт.Получените сажди се утаяват по стените на котлите, като по този начин влошават преноса на топлина към охлаждащата течност и намаляват ефективността на котелното помещение. Саждите провеждат топлина 200 пъти по-лошо от метана Теоретично за изгарянето на 1 m3 газ са необходими 9 m3 въздух. В реални условия е необходим повече въздух. Тоест, необходимо е излишно количество въздух. Тази стойност, обозначена като алфа, показва колко пъти повече въздух се консумира от теоретично необходимото.Коефициентът алфа зависи от вида на конкретна горелка и обикновено се предписва в паспорта на горелката или в съответствие с препоръките на организацията за въвеждане в експлоатация. С увеличаване на количеството излишен въздух над препоръчителното се увеличават топлинните загуби. При значително увеличаване на количеството въздух може да възникне отделяне на пламъка, създавайки аварийна ситуация. Ако количеството въздух е по-малко от препоръчаното, тогава изгарянето ще бъде непълно, което създава риск от отравяне на персонала на котелното помещение.Непълното изгаряне се определя от: