Gaze arse de la arderea gazelor naturale. Marea enciclopedie a petrolului și gazelor

Sunt numite toxice (dăunătoare). compuși chimici afectând negativ sănătatea umană și animală.

Tipul de combustibil afectează compoziția substanțelor nocive formate în timpul arderii acestuia. Centralele electrice folosesc combustibili solizi, lichizi și gazoși. Principalele substanțe nocive conținute în gazele de ardere ale cazanelor sunt: ​​oxizi (oxizi) de sulf (SO 2 și SO 3), oxizi de azot (NO și NO 2), monoxid de carbon (CO), compuși de vanadiu (în principal pentoxid de vanadiu V 2 O). 5). LA Substanțe dăunătoare se aplică și pentru cenușă.

combustibil solid. În ingineria energiei termice, se folosesc cărbuni (maro, piatră, cărbune antracit), șisturi bituminoase și turbă. Compoziția combustibilului solid este prezentată schematic.

După cum puteți vedea, partea organică a combustibilului constă din carbon C, hidrogen H, oxigen O, sulf organic S opr. Compoziția părții combustibile a combustibilului unui număr de depozite include, de asemenea, sulf anorganic, pirit FeS 2.

Partea incombustibilă (minerală) a combustibilului este formată din umiditate Wși cenușă A. Partea principală a componentei minerale a combustibilului trece în timpul procesului de ardere în cenușă zburătoare transportată de gazele de ardere. Cealaltă parte, în funcție de designul cuptorului și de caracteristicile fizice ale componentei minerale a combustibilului, se poate transforma în zgură.

Conținutul de cenușă al cărbunilor autohtoni variază foarte mult (10-55%). Conținutul de praf se modifică în consecință. gaze de ardere, ajungând la 60-70 g/m 3 pentru cărbunii cu cenușă mare.

Una dintre cele mai importante caracteristici ale cenușii este că particulele sale au dimensiuni diferite, care variază de la 1-2 la 60 de microni sau mai mult. Această caracteristică ca parametru care caracterizează cenușa se numește finețe.

Compoziție chimică cenușa de combustibil solid este destul de diversă. Cenușa constă de obicei din oxizi de siliciu, aluminiu, titan, potasiu, sodiu, fier, calciu, magneziu. Calciul din cenușă poate fi prezent sub formă de oxid liber, precum și în compoziția de silicați, sulfați și alți compuși.

Analize mai detaliate ale părții minerale a combustibililor solizi arată că pot exista și alte elemente în cenușă în cantități mici, de exemplu, germaniu, bor, arsen, vanadiu, mangan, zinc, uraniu, argint, mercur, fluor, clor. Oligoelemente ale acestor elemente sunt distribuite neuniform în fracțiuni de cenușă zburătoare de diferite dimensiuni ale particulelor, iar conținutul lor crește de obicei odată cu scăderea dimensiunii particulelor.

combustibil solid poate conţine sulf sub următoarele forme: pirita Fe 2 S şi pirita FeS 2 ca parte a moleculelor părţii organice a combustibilului şi sub formă de sulfaţi în partea minerală. Compușii sulfului ca rezultat al arderii sunt transformați în oxizi de sulf, iar aproximativ 99% este dioxid de sulf SO2.


Conținutul de sulf al cărbunelui, în funcție de depozit, este de 0,3-6%. Conținutul de sulf al șisturilor bituminoase ajunge la 1,4-1,7%, turbă - 0,1%.

Compușii de mercur, fluor și clor se află în spatele cazanului în stare gazoasă.

Cenușa de combustibil solid poate conține izotopi radioactivi de potasiu, uraniu și bariu. Aceste emisii practic nu afectează situația radiațiilor în zona TPP, deși cantitatea lor totală poate depăși emisiile de aerosoli radioactivi la centralele nucleare de aceeași capacitate.

Combustibil lichid. ÎN păcură, ulei de șist, motorină și combustibil pentru cazane-cuptoare sunt utilizate în ingineria termoenergetică.

Nu există sulf de pirit în combustibilul lichid. Compoziția cenușii de păcură include pentoxid de vanadiu (V 2 O 5 ), precum și Ni 2 O 3 , A1 2 O 3 , Fe 2 O 3 , SiO 2 , MgO și alți oxizi. Conținutul de cenușă din păcură nu depășește 0,3%. Odată cu arderea sa completă, conținutul de particule solide în gazele de ardere este de aproximativ 0,1 g / m 3, cu toate acestea, această valoare crește brusc în timpul curățării suprafețelor de încălzire ale cazanelor de depunerile externe.

Sulful din păcură se găsește în principal sub formă de compuși organici, sulf elementar și hidrogen sulfurat. Conținutul său depinde de conținutul de sulf al uleiului din care este derivat.

Păcurele pentru cuptoare, în funcție de conținutul de sulf din ele, se împart în: S p cu conținut scăzut de sulf<0,5%, сернистые S p = 0,5+2,0%și acru S p >2,0%.

Combustibil dieselîn funcție de conținutul de sulf este împărțit în două grupe: primul - până la 0,2% și al doilea - până la 0,5%. Combustibilul de cazan-cuptor cu conținut scăzut de sulf nu conține mai mult de 0,5 sulf, combustibil sulfuros - până la 1,1, ulei de șist - nu mai mult de 1%.

combustibil gazos este cel mai „curat” combustibil organic, de când este complet ars substante toxice se formează doar oxizi de azot.

Frasin. Atunci când se calculează emisia de particule solide în atmosferă, trebuie să se țină cont de faptul că combustibilul nears (subars) intră în atmosferă împreună cu cenușa.

Subardere mecanică q1 pentru cuptoarele cu cameră, dacă presupunem același conținut de combustibili în zgură și antrenare.

Datorită faptului că toate tipurile de combustibil au valori calorice diferite, calculele folosesc adesea conținutul redus de cenușă Apr și conținutul de sulf Spr,

Caracteristicile unor tipuri de combustibil sunt prezentate în tabel. 1.1.

Proporția de particule solide care nu sunt transportate din cuptor depinde de tipul cuptorului și poate fi luată din următoarele date:

Camere cu îndepărtare a zgurii solide., 0,95

Deschideți cu îndepărtarea zgurii lichide 0,7-0,85

Semi-deschis cu îndepărtarea zgurii lichide 0,6-0,8

Focare cu două camere ....................... 0,5-0,6

Focare cu precuptoare verticale 0,2-0,4

Cuptoare ciclonice orizontale 0,1-0,15

Din Tabel. 1.1 se poate observa că șisturile combustibile și cărbunele brun, precum și cărbunele Ekibastuz, au cel mai mare conținut de cenușă.

Oxizi de sulf. Emisia de oxizi de sulf este determinată de dioxidul de sulf.

Studiile au arătat că legarea dioxidului de sulf de către cenușa zburătoare în conductele de gaz ale cazanelor electrice depinde în principal de conținutul de oxid de calciu din masa de lucru a combustibilului.

În colectoarele de cenușă uscată, oxizii de sulf practic nu sunt captați.

Proporția de oxizi captați în colectoarele umede de cenușă, care depinde de conținutul de sulf al combustibilului și de alcalinitatea apei de irigare, poate fi determinată din graficele prezentate în manual.

oxizi de azot. Cantitatea de oxizi de azot în termeni de NO 2 (t/an, g/s) emisă în atmosferă cu gazele de ardere ale unui cazan (carcasa) cu o capacitate de până la 30 t/h poate fi calculată folosind formula empirică din manualul.

Pagina 1


Compoziția gazelor de ardere se calculează pe baza reacțiilor de ardere părțile constitutive combustibil.

Compoziția gazelor de ardere se determină cu ajutorul unor dispozitive speciale numite analizoare de gaze. Acestea sunt principalele instrumente care determină gradul de perfecțiune și eficiență a procesului de ardere, în funcție de conținutul de dioxid de carbon din gazele de ardere, a cărui valoare optimă depinde de tipul de combustibil, tipul și calitatea dispozitivului de ardere.

Compoziția gazelor de ardere în starea de echilibru se modifică după cum urmează: conținutul de H2S și S02 este în scădere constantă, 32, CO2 și CO - se modifică ușor / În arderea strat cu strat a oxa, straturile superioare ale catalizatorului sunt regenerate mai devreme decât cele inferioare. Se observă o scădere treptată a temperaturii în zona de reacție, iar oxigenul apare în gazele de ardere la ieșirea din reactor.


Compoziția gazelor de ardere este controlată prin probe.

Compoziția gazelor de ardere este determinată nu numai de conținutul de vapori de apă, ci și de conținutul altor componente.

Compoziția gazelor de ardere variază de-a lungul lungimii flăcării. Nu este posibil să se țină cont de această modificare atunci când se calculează transferul radiativ de căldură. Prin urmare, calculele practice ale transferului radiativ de căldură se bazează pe compoziția gazelor de ardere la capătul camerei. Aceasta este o simplificare în într-o oarecare măsură este justificată de considerația că procesul de ardere se desfășoară de obicei intens în partea inițială, nu foarte mare, a camerei și, prin urmare, majoritatea camera este ocupată de gaze a căror compoziție este apropiată de compoziția sa de la capătul camerei. La sfârșitul acestuia, aproape întotdeauna conține foarte puțini produse de ardere incompletă.

Compoziția gazelor de ardere se calculează pe baza reacțiilor de ardere ale părților constitutive ale combustibilului.

Compoziția gazelor de ardere în timpul arderii complete a gazelor din diferite câmpuri diferă ușor.

Gazele de ardere includ: 2 61 kg CO2; 0 45 kg H2O; 7 34 kg de N2 și 3 81 kg de aer la 1 kg de cărbune. La 870 C, volumul gazelor de ardere la 1 kg de cărbune este de 45 m3, iar la 16 C este de 113 m3; densitatea amestecului de gaze arse este de 0,318 kg/l3, care este de 103 ori mai mare decât densitatea aerului la aceeași temperatură.

Dacă se cunoaște compoziția elementară a masei de lucru a combustibilului, este posibil să se determine teoretic cantitatea de aer necesară arderii combustibilului și cantitatea de gaze de ardere generate.

Cantitatea de aer necesară arderii este calculată în metri cubiîn condiții normale (0 ° C și 760 mm Hg) - pentru 1 kg de combustibil solid sau lichid și pentru 1 m 3 gazos.

Volumul teoretic al aerului uscat. Pentru arderea completă a 1 kg de combustibil solid și lichid, volumul de aer necesar teoretic, m 3 / kg, se găsește împărțind masa de oxigen consumată la densitatea oxigenului în condiții normale ρ N

Cam 2 \u003d 1,429 kg / m3 și cu 0,21, deoarece aerul conține 21% oxigen

Pentru arderea completă a 1 m 3 de combustibil gazos uscat, volumul necesar de aer, m3 / m3,

În formulele de mai sus, conținutul de elemente combustibile este exprimat în procente în greutate, iar compoziția gazelor combustibile CO, H 2 , CH 4 etc. - ca procent în volum; CmHn - hidrocarburi care formează gazul, de exemplu metanul CH4 (m= 1, n= 4), etan C2H6 (m= 2, n= 6), etc. Aceste numere alcătuiesc coeficientul (m + n/4)

Exemplul 5. Determinați cantitatea teoretică de aer necesară pentru arderea a 1 kg de combustibil următoarea compoziție: Cp = 52,1%; Hp = 3,8%;

S R 4 = 2,9%; N R=1,1%; O R= 9,1%

Înlocuind aceste cantități în formula (27), obținem V° B=

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

Exemplul 6 Determinați cantitatea teoretică de aer necesară pentru arderea a 1 m3 de gaz uscat cu următoarea compoziție:

CH4 = 76,7%; C2H6 = 4,5%; C3H8 = 1,7%; C4H10 = 0,8%; C5H12 = 0,6%; H2 = 1%; CO2 = 0,2%; LA, = 14,5%.

Înlocuind valori numericeîn formula (29), obținem

Volumul teoretic al gazelor de ardere. La arderea completă a combustibilului, gazele de ardere care ies din cuptor conțin: dioxid de carbon CO 2, vapori de H 2 O (formați în timpul arderii combustibilului hidrogen), dioxid de sulf SO 2, azot N 2 - un gaz neutru care a intrat în cuptor cu oxigenul atmosferic, azotul din compoziția combustibilului H 2 , precum și oxigenul din excesul de aer O 2 . La arderea incompletă a combustibilului, la aceste elemente se adaugă monoxid de carbon CO, hidrogen H2 și metan CH4. Pentru confortul calculelor, produsele de ardere sunt împărțite în gaze uscate și vapori de apă.

Produsele de combustie gazoasă constau din gaze triatomice CO 2 și SO 2, a căror sumă este de obicei indicată prin simbolul RO 2, și gaze diatomice - oxigen O 2 și azot N 2.

Atunci egalitatea va arăta astfel:

cu ardere completă

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

cu ardere incompletă

R02 + 02 + N2 + CO = 100%;

Volumul gazelor triatomice uscate se află prin împărțirea maselor de gaze CO 2 și SO 2 la densitatea lor în condiții normale.

Pco 2 = 1,94 și Pso 2 = 2,86 kg / m3 - densitatea dioxidului de carbon și a dioxidului de sulf în condiții normale.

Gazul natural este cel mai utilizat combustibil astăzi. Gazul natural se numește gaz natural deoarece este extras chiar din intestinele Pământului.

Procesul de ardere al unui gaz este reactie chimica, la care are loc interacțiunea gaz natural cu oxigen în aer.

În combustibilul gazos există o parte combustibilă și o parte incombustibilă.

Principalul component combustibil al gazelor naturale este metanul - CH4. Conținutul său în gaze naturale ajunge la 98%. Metanul este inodor, insipid și non-toxic. Limita sa de inflamabilitate este de la 5 la 15%. Aceste calități au făcut posibilă utilizarea gazelor naturale ca unul dintre principalele tipuri de combustibil. Concentrația de metan este mai mult de 10% periculoasă pentru viață, așa că poate apărea sufocarea din cauza lipsei de oxigen.

Pentru a detecta o scurgere de gaz, gazul este supus odorizării, cu alte cuvinte, se adaugă o substanță cu miros puternic (etil mercaptan). În acest caz, gazul poate fi detectat deja la o concentrație de 1%.

Pe lângă metan, gazele combustibile precum propanul, butanul și etanul pot fi prezente în gazele naturale.

Pentru a asigura arderea de înaltă calitate a gazului, este necesar să aduceți aer în zona de ardere în cantități suficiente și să obțineți o bună amestecare a gazului cu aerul. Raportul de 1: 10 este considerat optim, adică zece părți de aer cad pe o parte a gazului. În plus, este necesar să se creeze necesarul regim de temperatură. Pentru ca gazul să se aprindă, acesta trebuie încălzit la temperatura de aprindere, iar în viitor temperatura nu ar trebui să scadă sub temperatura de aprindere.

Este necesar să se organizeze eliminarea produselor de ardere în atmosferă.

Arderea completă se realizează dacă nu există substanțe combustibile în produsele de ardere eliberate în atmosferă. În acest caz, carbonul și hidrogenul se combină și formează dioxid de carbon și vapori de apă.

Vizual, cu arderea completă, flacăra este albastru deschis sau violet-albăstrui.

Arderea completă a gazului.

metan + oxigen = dioxid de carbon + apă

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

Pe lângă aceste gaze, azotul și oxigenul rămas intră în atmosferă cu gaze combustibile. N2 + O2

Dacă arderea gazului nu este completă, atunci substanțele combustibile sunt emise în atmosferă - monoxid de carbon, hidrogen, funingine.

Arderea incompletă a gazului are loc din cauza aerului insuficient. În același timp, limbi de funingine apar vizual în flacără.

Pericolul arderii incomplete a gazului este că monoxidul de carbon poate provoca otrăvirea personalului din camera cazanelor. Conținutul de CO din aer 0,01-0,02% poate provoca otrăviri ușoare. Concentrațiile mai mari pot duce la otrăviri severe și la moarte.

Funinginea rezultată se depune pe pereții cazanelor, înrăutățind astfel transferul de căldură către lichidul de răcire, ceea ce reduce eficiența cazanului. Funinginea conduce căldura de 200 de ori mai rău decât metanul.

Teoretic, este nevoie de 9m3 de aer pentru a arde 1m3 de gaz. În condiții reale, este nevoie de mai mult aer.

Adică este nevoie de o cantitate în exces de aer. Această valoare, notată alpha, arată de câte ori se consumă mai mult aer decât este necesar teoretic.

Coeficientul alfa depinde de tipul unui anumit arzător și este de obicei prescris în pașaportul arzătorului sau în conformitate cu recomandările organizației de punere în funcțiune.

Odată cu creșterea cantității de aer în exces peste cel recomandat, pierderile de căldură cresc. La crestere semnificativa cantitatea de aer, flacăra se poate rupe, creând o urgență. Dacă cantitatea de aer este mai mică decât cea recomandată, arderea va fi incompletă, creând astfel riscul de otrăvire a personalului cazanului.

Pentru a controla mai precis calitatea arderii combustibilului, există dispozitive - analizoare de gaze care măsoară conținutul anumitor substanțe din compoziția gazelor de eșapament.

Analizoarele de gaze pot fi furnizate cu boilere. Dacă acestea nu sunt disponibile, măsurătorile relevante sunt efectuate de către organizația de punere în funcțiune folosind analizoare portabile de gaz. Se întocmește o hartă a regimului în care sunt prescriși parametrii de control necesari. Prin aderarea la acestea, puteți asigura arderea normală completă a combustibilului.

Principalii parametri pentru controlul arderii combustibilului sunt:

  • raportul dintre gaz și aer furnizat arzătoarelor.
  • raportul de aer în exces.
  • crăpătură în cuptor.
  • Factorul de randament al cazanului.

În același timp, randamentul cazanului înseamnă raportul dintre căldura utilă și valoarea căldurii totale consumate.

Compoziția aerului

Denumirea gazului Element chimic Conținut în aer
Azot N2 78 %
Oxigen O2 21 %
Argon Ar 1 %
Dioxid de carbon CO2 0.03 %
Heliu El mai puțin de 0,001%
Hidrogen H2 mai puțin de 0,001%
Neon Ne mai puțin de 0,001%
Metan CH4 mai puțin de 0,001%
Krypton kr mai puțin de 0,001%
Xenon Xe mai puțin de 0,001%

 

Ar putea fi util să citiți: