Rauchgase aus der Erdgasverbrennung. Große Enzyklopädie über Öl und Gas

Giftig (schädlich) werden genannt Chemische Komponenten, was sich negativ auf die Gesundheit von Mensch und Tier auswirkt.

Die Art des Brennstoffs beeinflusst die Zusammensetzung der bei seiner Verbrennung entstehenden Schadstoffe. Kraftwerke nutzen feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe. Die wichtigsten in Kesselrauchgasen enthaltenen Schadstoffe sind: Schwefeloxide (SO 2 und SO 3), Stickoxide (NO und NO 2), Kohlenmonoxid (CO), Vanadiumverbindungen (hauptsächlich Vanadiumpentoxid V 2 O 5). ZU Schadstoffe enthält auch Asche.

Fester Brennstoff. In der Wärmeenergietechnik werden Kohle (Braun-, Stein-, Anthrazitkohle), Ölschiefer und Torf verwendet. Die Zusammensetzung fester Brennstoffe ist schematisch dargestellt.

Wie Sie sehen können, besteht der organische Teil des Kraftstoffs aus Kohlenstoff C, Wasserstoff H, Sauerstoff O, organischem Schwefel Sopr. Zur Zusammensetzung des brennbaren Teils des Brennstoffs aus einer Reihe von Lagerstätten gehört auch anorganischer Pyritschwefel FeS 2.

Der nicht brennbare (mineralische) Teil des Kraftstoffs besteht aus Feuchtigkeit W und Asche A. Der Hauptteil des mineralischen Bestandteils des Brennstoffs wird bei der Verbrennung zu Flugasche, die von den Rauchgasen mitgerissen wird. Der andere Teil kann je nach Ausführung des Ofens und den physikalischen Eigenschaften des mineralischen Bestandteils des Brennstoffs zu Schlacke werden.

Der Aschegehalt heimischer Kohlen variiert stark (10-55 %). Der Staubgehalt ändert sich entsprechend. Rauchgase 60–70 g/m 3 bei Kohlen mit hohem Aschegehalt.

Eines der wichtigsten Merkmale von Asche ist, dass ihre Partikel unterschiedliche Größen haben, die zwischen 1-2 und 60 Mikrometern oder mehr liegen. Dieses Merkmal als Parameter, der Asche charakterisiert, wird als Dispersion bezeichnet.

Chemische Zusammensetzung Festbrennstoffasche ist sehr vielfältig. Typischerweise besteht Asche aus Oxiden von Silizium, Aluminium, Titan, Kalium, Natrium, Eisen, Kalzium und Magnesium. Calcium in der Asche kann in Form von freiem Oxid sowie in der Zusammensetzung von Silikaten, Sulfaten und anderen Verbindungen vorliegen.

Detailliertere Analysen des mineralischen Anteils fester Brennstoffe zeigen, dass die Asche in geringen Mengen weitere Elemente enthalten kann, beispielsweise Germanium, Bor, Arsen, Vanadium, Mangan, Zink, Uran, Silber, Quecksilber, Fluor, Chlor. Mikroverunreinigungen der aufgeführten Elemente sind in Flugaschefraktionen unterschiedlicher Partikelgröße ungleichmäßig verteilt und in der Regel nimmt ihr Gehalt mit abnehmender Partikelgröße zu.

Fester Brennstoff kann Schwefel in folgenden Formen enthalten: Pyrit Fe 2 S und Pyrit FeS 2 in den Molekülen des organischen Teils des Kraftstoffs und in Form von Sulfaten im mineralischen Teil. Durch die Verbrennung werden Schwefelverbindungen in Schwefeloxide umgewandelt, wobei etwa 99 % Schwefeldioxid SO 2 sind.


Der Schwefelgehalt von Kohlen beträgt je nach Lagerstätte 0,3-6 %. Der Schwefelgehalt von Ölschiefer erreicht 1,4-1,7 %, Torf -0,1 %.

Hinter dem Kessel befinden sich Verbindungen von Quecksilber, Fluor und Chlor in gasförmigem Zustand.

Die Zusammensetzung der Asche fester Brennstoffe kann radioaktive Isotope von Kalium, Uran und Barium enthalten. Diese Emissionen haben praktisch keinen Einfluss auf die Strahlungssituation im Bereich des Wärmekraftwerks, obwohl ihre Gesamtmenge die Emissionen radioaktiver Aerosole bei Kernkraftwerken gleicher Leistung übersteigen kann.

Flüssigen Brennstoff. IN In der Wärmeenergietechnik werden Heizöl, Schieferöl, Diesel sowie Kessel- und Ofenbrennstoff verwendet.

Flüssiger Kraftstoff enthält keinen Pyritschwefel. Die Zusammensetzung der Heizölasche umfasst Vanadiumpentoxid (V 2 O 5) sowie Ni 2 O 3, A1 2 O 3, Fe 2 O 3, SiO 2, MgO und andere Oxide. Der Aschegehalt von Heizöl überschreitet nicht 0,3 %. Bei vollständiger Verbrennung beträgt der Gehalt an Feststoffpartikeln in den Rauchgasen etwa 0,1 g/m3, dieser Wert steigt jedoch während der Reinigung der Heizflächen der Kessel von äußeren Ablagerungen stark an.

Schwefel in Heizöl kommt hauptsächlich in Form organischer Verbindungen, elementarem Schwefel und Schwefelwasserstoff vor. Sein Gehalt hängt vom Schwefelgehalt des Öls ab, aus dem es gewonnen wird.

Je nach Schwefelgehalt werden Heizöle unterteilt in: schwefelarme S p<0,5%, сернистые S p = 0,5+ 2,0 % und hoher Schwefelgehalt S p >2,0 %.

Dieselkraftstoff Je nach Schwefelgehalt wird es in zwei Gruppen eingeteilt: die erste – bis zu 0,2 % und die zweite – bis zu 0,5 %. Schwefelarmer Kessel- und Ofenbrennstoff enthält nicht mehr als 0,5 Schwefel, Schwefelbrennstoff enthält bis zu 1,1, Schieferöl enthält nicht mehr als 1%.

Gasförmiger Kraftstoff stellt den „saubersten“ organischen Brennstoff dar, da er vollständig verbrannt wird giftige Substanzen Es entstehen lediglich Stickoxide.

Asche. Bei der Berechnung der Emission fester Partikel in die Atmosphäre ist zu berücksichtigen, dass neben der Asche auch unverbrannter Brennstoff (Unterverbrennung) in die Atmosphäre gelangt.

Mechanische Unterverbrennung q1 für Kammeröfen, wenn wir den gleichen Brennstoffgehalt in der Schlacke und im Mitriss annehmen.

Da alle Brennstoffarten unterschiedliche Heizwerte haben, werden bei der Berechnung häufig der angegebene Aschegehalt Apr und der Schwefelgehalt Spr verwendet.

Die Eigenschaften einiger Kraftstoffarten sind in der Tabelle aufgeführt. 1.1.

Der Anteil der aus dem Feuerraum ausgetragenen Feststoffpartikel hängt von der Art des Feuerraums ab und kann anhand folgender Daten ermittelt werden:

Kammern mit fester Schlackenentfernung., 0,95

Offen mit flüssiger Schlackenentfernung 0,7-0,85

Halboffen mit flüssiger Schlackenentfernung 0,6-0,8

Zweikammer-Feuerstellen................. 0,5-0,6

Feuerräume mit vertikalen Voröfen 0,2-0,4

Horizontale Zyklonöfen 0,1–0,15

Vom Tisch 1.1 zeigt, dass Ölschiefer und Braunkohle sowie Ekibastus-Kohle den höchsten Aschegehalt aufweisen.

Schwefeloxide. Die Emission von Schwefeloxiden wird durch Schwefeldioxid bestimmt.

Wie Untersuchungen gezeigt haben, hängt die Bindung von Schwefeldioxid durch Flugasche in den Schornsteinen von Kraftkesseln hauptsächlich vom Gehalt an Calciumoxid in der Arbeitsmasse des Brennstoffs ab.

In Trockenaschesammlern werden Schwefeloxide praktisch nicht aufgefangen.

Der Anteil der in Nassaschesammlern aufgefangenen Oxide, der vom Schwefelgehalt des Brennstoffs und der Alkalität des Bewässerungswassers abhängt, kann anhand der im Handbuch dargestellten Diagramme ermittelt werden.

Stickoxide. Die Menge an Stickoxiden in Form von NO 2 (t/Jahr, g/s), die mit den Rauchgasen eines Kessels (Gehäuses) mit einer Produktivität von bis zu 30 t/h in die Atmosphäre emittiert werden, kann mit der empirischen Formel berechnet werden im Handbuch.

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Die Zusammensetzung von Rauchgasen wird anhand von Verbrennungsreaktionen berechnet Komponenten Kraftstoff.

Die Zusammensetzung von Rauchgasen wird mit speziellen Geräten, sogenannten Gasanalysatoren, bestimmt. Dies sind die Hauptgeräte, die den Grad der Perfektion und Effizienz des Verbrennungsprozesses in Abhängigkeit vom Kohlendioxidgehalt in den Abgasen bestimmen, dessen optimaler Wert von der Art des Brennstoffs, der Art und Qualität der Verbrennungseinrichtung abhängt.

Die Zusammensetzung von Rauchgasen unter stationären Bedingungen ändert sich wie folgt: Der Gehalt an H2S und S02 nimmt stetig ab, 32, CO2 und CO – ändern sich unwesentlich / Bei der schichtweisen Verbrennung von Oxa werden die oberen Schichten des Katalysators regeneriert vor den unteren. Es ist ein allmählicher Temperaturabfall in der Reaktionskammer zu beobachten und in den Rauchgasen am Ausgang des Reaktors tritt Sauerstoff auf.


Die Zusammensetzung von Rauchgasen wird durch Proben kontrolliert.

Die Zusammensetzung des Rauchgases wird nicht nur durch den Wasserdampfgehalt, sondern auch durch den Gehalt anderer Komponenten bestimmt.

Die Zusammensetzung der Rauchgase variiert entlang der Fackellänge. Bei der Berechnung der Strahlungswärmeübertragung kann diese Änderung nicht berücksichtigt werden. Daher basieren praktische Berechnungen der Strahlungswärmeübertragung auf der Zusammensetzung der Rauchgase am Ende der Kammer. Dies ist eine Vereinfachung in einem gewissen Ausmaß begründet durch die Überlegung, dass der Verbrennungsprozess meist im ersten, nicht sehr großen Teil der Kammer intensiv abläuft und daher Großer Teil In den Kammern befinden sich manchmal Gase, deren Zusammensetzung der am Ende der Kammer ähnelt. Am Ende enthält es fast immer nur sehr wenige Produkte unvollständiger Verbrennung.

Die Zusammensetzung von Rauchgasen wird anhand der Verbrennungsreaktionen der Brennstoffbestandteile berechnet.

Die Zusammensetzung der Rauchgase bei der vollständigen Verbrennung von Gas aus verschiedenen Feldern unterscheidet sich geringfügig.

Die Zusammensetzung der Rauchgase umfasst: 2 61 kg CO2; 0 45 kg H2O; 7 34 kg N2 und 3 81 kg Luft pro 1 kg Kohle. Bei 870 °C beträgt das Rauchgasvolumen pro 1 kg Kohle 45 m3 und bei 16 °C 11 3 m3; Die Dichte des Rauchgasgemisches beträgt 0,318 kg/l3, was dem 1,03-fachen der Dichte von Luft bei gleicher Temperatur entspricht.

Wenn die elementare Zusammensetzung der Arbeitsmasse des Brennstoffs bekannt ist, ist es möglich, theoretisch die für die Verbrennung des Brennstoffs erforderliche Luftmenge und die Menge der erzeugten Rauchgase zu bestimmen.

Die zur Verbrennung benötigte Luftmenge wird in berechnet Kubikmeter unter normalen Bedingungen (0 ° C und 760 mm Hg) - für 1 kg festen oder flüssigen Brennstoff und für 1 m 3 gasförmigen.

Theoretisches Volumen trockener Luft. Für die vollständige Verbrennung von 1 kg festem und flüssigem Brennstoff wird das theoretisch erforderliche Luftvolumen m 3 /kg ermittelt, indem die verbrauchte Sauerstoffmasse durch die Sauerstoffdichte unter Normalbedingungen ρ N dividiert wird

O 2 = 1,429 kg/m3 und um 0,21, da die Luft 21 % Sauerstoff enthält

Für die vollständige Verbrennung von 1 m 3 trockenem gasförmigem Brennstoff ist das erforderliche Luftvolumen m3/m3 erforderlich.

In den obigen Formeln wird der Gehalt an Brennelementen in Massenprozent und die Zusammensetzung der brennbaren Gase CO, H 2, CH 4 usw. in Volumenprozent ausgedrückt; СmНn – im Gas enthaltene Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Methan CH 4 (M= 1, n= 4), Ethan C 2 H 6 (M= 2, n= 6) usw. Diese digitalen Bezeichnungen bilden den Koeffizienten (m + n/4)

Beispiel 5. Bestimmen Sie die theoretische Luftmenge, die für die Verbrennung von 1 kg Kraftstoff erforderlich ist nächste Aufstellung: Cp = 52,1 %; H p = 3,8 %;

S R 4 = 2,9 %; N R=1,1 %; Ö R= 9,1%

Wenn wir diese Größen in Formel (27) einsetzen, erhalten wir V° B=

0,0889 (52,1 + 0,375 2,9) + 0,265 3,8 - - 0,0333 9,1 = 5,03 m3/kg.

Beispiel 6. Bestimmen Sie die theoretische Luftmenge, die zur Verbrennung von 1 m3 trockenem Gas der folgenden Zusammensetzung erforderlich ist:

CH4 = 76,7 %; C 2 H 6 = 4,5 %; C 3 H 8 = 1,7 %; C 4 H 10 = 0,8 %; C5H12 = 0,6 %; H 2 = 1 %; C0 2 =0,2 %; ZU, = 14,5%.

Ersetzen numerische Werte in Formel (29) erhalten wir

Theoretisches Rauchgasvolumen. Bei vollständiger Verbrennung des Brennstoffs enthalten die den Ofen verlassenden Rauchgase: Kohlendioxid CO 2, H 2 O-Dämpfe (entsteht bei der Verbrennung von Brennstoffwasserstoff), Schwefeldioxid SO 2, Stickstoff N 2 – neutrales Gas, das mit der Atmosphäre in den Ofen gelangt Sauerstoff, Stickstoff aus der Brennstoffzusammensetzung H 2 sowie Sauerstoff aus überschüssiger Luft O 2. Bei unvollständiger Verbrennung des Kraftstoffs werden diesen Elementen Kohlenmonoxid CO, Wasserstoff H2 und Methan CH4 hinzugefügt. Zur Vereinfachung der Berechnung werden Verbrennungsprodukte in trockene Gase und Wasserdampf unterteilt.

Gasförmige Verbrennungsprodukte bestehen aus dreiatomigen Gasen CO 2 und SO 2, deren Summe üblicherweise mit dem Symbol RO 2 bezeichnet wird, und zweiatomigen Gasen – Sauerstoff O 2 und Stickstoff N 2.

Dann sieht die Gleichheit so aus:

mit vollständiger Verbrennung

R0 2 + 0 2 + N 2 = 100 %, (31)

mit unvollständiger Verbrennung

R0 2 + 0 2 + N 2 + CO = 100 %;

Das Volumen trockener dreiatomiger Gase wird ermittelt, indem die Massen der CO 2 - und SO 2 -Gase durch ihre Dichte unter normalen Bedingungen dividiert werden.

Pso 2 = 1,94 und Pso 2 = 2,86 kg/m3 – die Dichten von Kohlendioxid und Schwefeldioxid unter normalen Bedingungen.

Erdgas ist heute der am weitesten verbreitete Brennstoff. Erdgas wird Erdgas genannt, weil es aus den Tiefen der Erde gefördert wird.

Der Gasverbrennungsprozess ist chemische Reaktion, bei dem Interaktion stattfindet Erdgas mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff.

Bei gasförmigem Kraftstoff gibt es einen brennbaren und einen nicht brennbaren Teil.

Der wichtigste brennbare Bestandteil von Erdgas ist Methan – CH4. Sein Anteil im Erdgas erreicht 98 %. Methan ist geruchlos, geschmacklos und ungiftig. Die Brennbarkeitsgrenze liegt zwischen 5 und 15 %. Es sind diese Eigenschaften, die es möglich gemacht haben, Erdgas als einen der Hauptbrennstoffe zu nutzen. Eine Methankonzentration von mehr als 10 % ist lebensgefährlich, durch Sauerstoffmangel kann es zum Ersticken kommen.

Um Gaslecks zu erkennen, wird das Gas odoriert, das heißt, es wird ein stark riechender Stoff (Ethylmercaptan) zugesetzt. In diesem Fall kann das Gas bereits bei einer Konzentration von 1 % nachgewiesen werden.

Neben Methan kann Erdgas brennbare Gase enthalten – Propan, Butan und Ethan.

Um eine qualitativ hochwertige Verbrennung des Gases zu gewährleisten, ist es notwendig, der Verbrennungszone ausreichend Luft zuzuführen und eine gute Vermischung des Gases mit der Luft sicherzustellen. Das optimale Verhältnis beträgt 1:10. Das heißt, auf einen Teil Gas kommen zehn Teile Luft. Darüber hinaus ist es notwendig, das Notwendige zu schaffen Temperaturregime. Damit sich ein Gas entzünden kann, muss es auf seine Zündtemperatur erhitzt werden und die Temperatur darf in Zukunft nicht unter die Zündtemperatur fallen.

Es ist notwendig, die Entfernung von Verbrennungsprodukten in die Atmosphäre zu organisieren.

Eine vollständige Verbrennung wird erreicht, wenn in den in die Atmosphäre abgegebenen Verbrennungsprodukten keine brennbaren Stoffe enthalten sind. Dabei verbinden sich Kohlenstoff und Wasserstoff zu Kohlendioxid und Wasserdampf.

Optisch ist die Flamme bei vollständiger Verbrennung hellblau oder bläulich-violett.

Vollständige Verbrennung von Gas.

Methan + Sauerstoff = Kohlendioxid + Wasser

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

Zusätzlich zu diesen Gasen werden Stickstoff und restlicher Sauerstoff mit brennbaren Gasen in die Atmosphäre abgegeben. N2+O2

Erfolgt die Gasverbrennung nicht vollständig, werden brennbare Stoffe in die Atmosphäre freigesetzt – Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Ruß.

Aufgrund von Luftmangel kommt es zu einer unvollständigen Gasverbrennung. Gleichzeitig erscheinen optisch Rußzungen in der Flamme.

Die Gefahr einer unvollständigen Gasverbrennung besteht darin, dass Kohlenmonoxid zu einer Vergiftung des Heizraumpersonals führen kann. Ein CO-Gehalt in der Luft von 0,01–0,02 % kann zu leichten Vergiftungen führen. Höhere Konzentrationen können zu schweren Vergiftungen und zum Tod führen.

Der entstehende Ruß setzt sich an den Kesselwänden ab, beeinträchtigt dadurch die Wärmeübertragung auf das Kühlmittel und verringert den Wirkungsgrad des Kesselraums. Ruß leitet Wärme 200-mal schlechter als Methan.

Theoretisch werden 9 m3 Luft benötigt, um 1 m3 Gas zu verbrennen. Unter realen Bedingungen ist mehr Luft erforderlich.

Das heißt, es wird eine überschüssige Luftmenge benötigt. Dieser mit Alpha bezeichnete Wert gibt an, wie oft mehr Luft verbraucht wird, als theoretisch nötig wäre.

Der Alpha-Koeffizient hängt von der Art des jeweiligen Brenners ab und wird in der Regel im Brennerpass oder gemäß den Empfehlungen zur Organisation der durchgeführten Inbetriebnahmearbeiten angegeben.

Wenn die überschüssige Luftmenge über den empfohlenen Wert hinaus ansteigt, erhöht sich der Wärmeverlust. Bei deutliche Steigerung Bei geringer Luftmenge kann die Flamme abreißen und eine Notsituation entstehen. Wenn die Luftmenge geringer als empfohlen ist, erfolgt die Verbrennung unvollständig und es besteht die Gefahr einer Vergiftung für das Personal im Heizraum.

Zur genaueren Kontrolle der Qualität der Kraftstoffverbrennung gibt es Geräte – Gasanalysatoren, die den Gehalt bestimmter Stoffe in der Zusammensetzung von Abgasen messen.

Gasanalysatoren können komplett mit Kessel geliefert werden. Sofern diese nicht verfügbar sind, werden die entsprechenden Messungen durch den Auftraggeber mit tragbaren Gasanalysatoren durchgeführt. Es wird eine Regimekarte erstellt, in der die notwendigen Steuerungsparameter vorgegeben sind. Durch deren Einhaltung können Sie eine normale vollständige Verbrennung des Kraftstoffs gewährleisten.

Die wichtigsten Parameter zur Regulierung der Kraftstoffverbrennung sind:

  • das Verhältnis von Gas und Luft, die den Brennern zugeführt werden.
  • Luftüberschusskoeffizient.
  • Vakuum im Ofen.
  • Effizienzfaktor des Kessels.

Unter dem Wirkungsgrad des Kessels versteht man in diesem Fall das Verhältnis der Nutzwärme zur Menge der insgesamt aufgewendeten Wärme.

Luftzusammensetzung

Gasname Chemisches Element Inhalt in der Luft
Stickstoff N2 78 %
Sauerstoff O2 21 %
Argon Ar 1 %
Kohlendioxid CO2 0.03 %
Helium Er weniger als 0,001 %
Wasserstoff H2 weniger als 0,001 %
Neon Ne weniger als 0,001 %
Methan CH4 weniger als 0,001 %
Krypton Kr weniger als 0,001 %
Xenon Xe weniger als 0,001 %


 

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