Doğal gazın yanmasından kaynaklanan baca gazları. Büyük petrol ve gaz ansiklopedisi

Toksik (zararlı) denir kimyasal bileşikler insan ve hayvan sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir.

Yakıt türü, yanması sırasında oluşan zararlı maddelerin bileşimini etkiler. Enerji santrallerinde katı, sıvı ve gaz yakıtlar kullanılır. Kazan baca gazlarında bulunan ana zararlı maddeler şunlardır: kükürt oksitler (SO 2 ve SO 3), nitrojen oksitler (NO ve NO 2), karbon monoksit (CO), vanadyum bileşikleri (esas olarak vanadyum pentoksit V 2 O 5). İLE zararlı maddeler kül de içerir.

Katı yakıt. Termik enerji mühendisliğinde kömür (kahverengi, taş, antrasit kömür), bitümlü şist ve turba kullanılmaktadır. Katı yakıtın bileşimi şematik olarak gösterilmiştir.

Gördüğünüz gibi yakıtın organik kısmı karbon C, hidrojen H, oksijen O, organik kükürt Sopr'dan oluşuyor. Yakıtın yanıcı kısmının bir takım birikintilerden bileşimi ayrıca inorganik pirit kükürt FeS2'yi de içerir.

Yakıtın yanıcı olmayan (mineral) kısmı nemden oluşur K ve kül A. Yakıtın mineral bileşeninin ana kısmı, yanma sırasında baca gazları tarafından taşınan uçucu küle dönüşür. Diğer kısım ise fırının tasarımına ve yakıtın mineral bileşeninin fiziksel özelliklerine bağlı olarak cürufa dönüşebilir.

Yerli kömürlerin kül içeriği çok değişkenlik göstermektedir (%10-55). Toz seviyeleri buna göre değişir. baca gazları yüksek küllü kömürlerde 60-70 g/m3'e ulaşmaktadır.

Külün en önemli özelliklerinden biri taneciklerinin 1-2 mikron ile 60 mikron ve üzeri arasında değişen farklı boyutlarda olmasıdır. Külü karakterize eden bir parametre olarak bu özelliğe dispersiyon adı verilir.

Kimyasal bileşim katı yakıt külü oldukça çeşitlidir. Tipik olarak kül, silikon, alüminyum, titanyum, potasyum, sodyum, demir, kalsiyum ve magnezyum oksitlerden oluşur. Küldeki kalsiyum, serbest oksit formunda ve ayrıca silikatlar, sülfatlar ve diğer bileşiklerin bileşiminde mevcut olabilir.

Katı yakıtların mineral kısmının daha ayrıntılı analizleri, külün küçük miktarlarda başka elementler de içerebileceğini göstermektedir; örneğin, germanyum, bor, arsenik, vanadyum, manganez, çinko, uranyum, gümüş, cıva, flor, klor. Listelenen elementlerin mikro safsızlıkları, farklı parçacık boyutlarındaki uçucu kül fraksiyonlarında eşit olmayan bir şekilde dağılır ve genellikle parçacık boyutunun küçülmesiyle içerikleri artar.

Katı yakıt aşağıdaki formlarda kükürt içerebilir: yakıtın organik kısmının moleküllerinde pirit Fe2S ve pirit FeS2 ve mineral kısmında sülfatlar formunda. Yanma sonucunda kükürt bileşikleri, yaklaşık %99'u kükürt dioksit SO2 olmak üzere kükürt oksitlere dönüştürülür.


Kömürlerin kükürt içeriği, yataklara bağlı olarak %0,3-6 arasındadır. Bitümlü şistteki kükürt içeriği %1,4-1,7'ye, turba ise %-0,1'e ulaşır.

Kazanın arkasında gaz halinde cıva, flor ve klor bileşikleri bulunur.

Katı yakıt külünün bileşimi potasyum, uranyum ve baryumun radyoaktif izotoplarını içerebilir. Bu emisyonların termik santral alanındaki radyasyon durumu üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur, ancak toplam miktarları aynı güce sahip nükleer santrallerdeki radyoaktif aerosol emisyonlarını aşabilir.

Sıvı yakıt. İÇİNDE Termik enerji mühendisliğinde akaryakıt, kaya yağı, dizel ve kazan ve fırın yakıtı kullanılır.

Sıvı yakıtta pirit kükürt yoktur. Akaryakıt külünün bileşimi, vanadyum pentoksitin (V205) yanı sıra Ni203, A1203, Fe203, Si02, MgO ve diğer oksitleri içerir. Akaryakıtın kül içeriği %0,3'ü geçmez. Tamamen yandığında baca gazlarındaki katı partikül içeriği yaklaşık 0,1 g/m3 civarındadır ancak kazanların ısıtma yüzeylerinin dış birikintilerden temizlenmesi döneminde bu değer keskin bir şekilde artar.

Akaryakıttaki kükürt esas olarak organik bileşikler, elementel kükürt ve hidrojen sülfür formunda bulunur. İçeriği elde edildiği yağın kükürt içeriğine bağlıdır.

İçlerindeki kükürt içeriğine bağlı olarak, ısıtma yağları aşağıdakilere ayrılır: düşük kükürtlü S p<0,5%, сернистые S p = %0,5+ %2,0 ve yüksek kükürt S p >%2,0.

Dizel yakıt kükürt içeriğine göre iki gruba ayrılır: birincisi -% 0,2'ye kadar ve ikincisi -% 0,5'e kadar. Düşük kükürtlü kazan ve fırın yakıtı en fazla 0,5 kükürt içerir, kükürt yakıtı en fazla 1,1 içerir, kaya yağı en fazla 1,1 içerir 1%.

Gazlı yakıt tamamen yakıldığı için “en temiz” organik yakıtı temsil eder. zehirli maddeler sadece nitrojen oksitler oluşur.

Kül. Katı parçacıkların atmosfere emisyonunu hesaplarken, yanmamış yakıtın (yetersiz yanma) külle birlikte atmosfere girdiğini hesaba katmak gerekir.

Cüruf ve sürüklenmede aynı yanıcı içeriğin olduğunu varsayarsak, hazneli fırınlar için mekanik yetersiz yakma q1.

Tüm yakıt türlerinin farklı kalorifik değerlere sahip olması nedeniyle hesaplamalarda sıklıkla verilen kül içeriği Apr ve kükürt içeriği Spr kullanılır.

Bazı yakıt türlerinin özellikleri tabloda verilmiştir. 1.1.

Ocaktan taşınan katı parçacıkların oranı, yanma odasının tipine bağlıdır ve aşağıdaki verilere göre alınabilir:

Katı cüruf giderme özelliğine sahip hazneler., 0,95

Sıvı cüruf giderme ile açık 0,7-0,85

Sıvı cüruf gidermeli yarı açık 0,6-0,8

İki odalı ocaklar.................. 0,5-0,6

Dikey ön fırınlı ocaklar 0,2-0,4

Yatay siklon fırınları 0,1-0,15

Masadan Şekil 1.1, bitümlü şist ve kahverengi kömürün yanı sıra Ekibastuz kömürünün de en yüksek kül içeriğine sahip olduğunu göstermektedir.

Kükürt oksitler. Kükürt oksitlerin emisyonu kükürt dioksit ile belirlenir.

Çalışmaların gösterdiği gibi, buhar kazanlarının bacalarındaki uçucu kül tarafından kükürt dioksitin bağlanması esas olarak yakıtın çalışma kütlesindeki kalsiyum oksit içeriğine bağlıdır.

Kuru kül toplayıcılarda kükürt oksitler pratikte yakalanmaz.

Yakıtın kükürt içeriğine ve sulama suyunun alkaliliğine bağlı olarak ıslak kül toplayıcılarda yakalanan oksitlerin oranı, kılavuzda sunulan grafiklerden belirlenebilir.

Azot oksitler. Verimliliği 30 t/saat'e kadar olan bir kazanın (gövde) baca gazları ile atmosfere NO 2 cinsinden (t/yıl, g/s) yayılan nitrojen oksit miktarı, ampirik formül kullanılarak hesaplanabilir. kılavuzda.

Sayfa 1


Baca gazlarının bileşimi yanma reaksiyonlarına göre hesaplanır bileşenler yakıt.  

Baca gazlarının bileşimi, gaz analizörleri adı verilen özel cihazlar kullanılarak belirlenir. Bunlar, optimum değeri yakıt tipine, yanma cihazının tipine ve kalitesine bağlı olan egzoz baca gazlarındaki karbondioksit içeriğine bağlı olarak yanma işleminin mükemmellik ve verimlilik derecesini belirleyen ana cihazlardır.  

Kararlı durum koşulları altında baca gazlarının bileşimi şu şekilde değişir: H2S ve S02 içeriği giderek azalır, 32, CO2 ve CO - önemsiz ölçüde değişir / Oksanın katman katman yanması ile katalizörün üst katmanları yenilenir alttakilerden önce. Reaksiyon odasında kademeli bir sıcaklık düşüşü gözlenir ve reaktör çıkışındaki baca gazlarında oksijen görülür.  


Baca gazlarının bileşimi numunelerle kontrol edilir.  

Baca gazının bileşimi yalnızca su buharı içeriğine göre değil aynı zamanda diğer bileşenlerin içeriğine göre de belirlenir.  

Baca gazlarının bileşimi torç uzunluğuna göre değişir. Işınımsal ısı transferi hesaplanırken bu değişikliğin dikkate alınması mümkün değildir. Bu nedenle, radyasyonla ısı transferinin pratik hesaplamaları, odanın sonundaki baca gazlarının bileşimine dayanmaktadır. Bu bir basitleştirmedir bir ölçüde Yanma işleminin genellikle odanın çok büyük olmayan ilk kısmında yoğun bir şekilde ilerlediği ve dolayısıyla çoğu odalar bazen bileşimi odanın sonundakine yakın olan gazlar tarafından işgal edilir. Sonunda neredeyse her zaman çok az sayıda eksik yanma ürünü içerir.  

Baca gazlarının bileşimi, yakıt bileşenlerinin yanma reaksiyonlarına göre hesaplanır.  

Farklı alanlardan gelen gazın tamamen yanması sırasında baca gazlarının bileşimi biraz farklılık gösterir.  

Baca gazlarının bileşimi şunları içerir: 2 61 kg CO2; 0 45 kg H2O; 1 kg kömür başına 7 34 kg N2 ve 3 81 kg hava. 870 C'de 1 kg kömür başına baca gazlarının hacmi 45 m3, 16 C'de 11 3 m3'e eşittir; baca gazı karışımının yoğunluğu 0,318 kg/l3 olup, bu aynı sıcaklıktaki havanın yoğunluğunun 1,03 katıdır.  

Yakıtın çalışma kütlesinin elementel bileşimi biliniyorsa, yakıtın yanması için gereken hava miktarını ve üretilen baca gazı miktarını teorik olarak belirlemek mümkündür.

Yanma için gerekli hava miktarı hesaplanır. metreküp normal koşullar altında (0 ° C ve 760 mm Hg) - 1 kg katı veya sıvı yakıt ve 1 m3 gaz için.

Kuru havanın teorik hacmi. 1 kg katı ve sıvı yakıtın tamamen yanması için teorik olarak gerekli hava hacmi, m 3 /kg, normal koşullar altında tüketilen oksijen kütlesinin oksijen yoğunluğuna bölünmesiyle bulunur ρ N

Ç2 = 1,429 kg/m3 ve 0,21, çünkü hava %21 oksijen içerir

1 m3 kuru gaz yakıtın tamamen yanması için gerekli hava hacmi, m3/m3,

Yukarıdaki formüllerde, yakıt elemanlarının içeriği kütlece yüzde olarak ifade edilir ve yanıcı gazlar CO, H2, CH4 vb. - hacimce yüzde olarak ifade edilir; СmНn - gazın içerdiği hidrokarbonlar, örneğin metan CH4 (M= 1, n= 4), etan C2H6 (M= 2, n= 6), vb. Bu dijital gösterimler katsayıyı oluşturur (m + n/4)

Örnek 5. 1 kg yakıtın yanması için gerekli olan teorik hava miktarını belirleyin sonraki kadro: Cp =%52.1; Hp =%3.8;

S R 4 = %2,9; N R=%1,1; Ö R= 9,1%

Bu miktarları formül (27)'de değiştirerek şunu elde ederiz: V° B=

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

Örnek 6. Aşağıdaki bileşime sahip 1 m3 kuru gazın yanması için gereken teorik hava miktarını belirleyin:

CH4 = %76,7; C2H6 =%4,5; C3H8 = %1,7; C4H10 = %0,8; C5H12 = %0,6; H2 = %1; C02 =%0,2; İLE, = 14,5%.

Değiştirme sayısal değerler formül (29)'a girersek, şunu elde ederiz:

Teorik baca gazı hacmi. Yakıtın tamamen yanması ile fırından çıkan baca gazları şunları içerir: karbondioksit CO2, H20 buharları (yakıt hidrojeninin yanması sırasında oluşur), kükürt dioksit SO2, nitrojen N2 - fırına atmosferik olarak giren nötr gaz oksijen, yakıt bileşimi H2'den nitrojen ve ayrıca fazla hava O2'den gelen oksijen. Yakıt tam olarak yakılmadığında bu elementlere karbon monoksit CO, hidrojen H2 ve metan CH4 eklenir. Hesaplama kolaylığı için yanma ürünleri kuru gazlara ve su buharına ayrılır.

Gaz halindeki yanma ürünleri, toplamı genellikle RO2 sembolü ile gösterilen triatomik gazlar CO2 ve SO2'den ve diatomik gazlar - oksijen O2 ve nitrojen N2'den oluşur.

O zaman eşitlik şöyle görünecektir:

tam yanma ile

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

eksik yanma ile

R02 + 02 + N2 + CO = %100;

Kuru triatomik gazların hacmi, CO 2 ve SO 2 gazlarının kütlelerinin normal koşullardaki yoğunluklarına bölünmesiyle bulunur.

Pso 2 = 1,94 ve Pso 2 = 2,86 kg/m3 - normal koşullar altında karbondioksit ve kükürt dioksitin yoğunlukları.

Günümüzde en yaygın yakıt doğal gazdır. Doğal gaz, dünyanın en derinlerinden çıkarıldığı için doğal gaz olarak adlandırılmaktadır.

Gazın yanma süreci Kimyasal reaksiyon etkileşimin gerçekleştiği yer doğal gaz havada bulunan oksijen ile.

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. Yanıcılık 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 gerekli ortamı oluşturmak gerekiyor. sıcaklık rejimi. 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 tam olarak gerçekleşmediği takdirde atmosfere yanıcı maddeler salınır. karbonmonoksit, 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 yürütülen işletmeye alma işinin organizasyonuna ilişkin önerilere uygun olarak belirtilir.

Fazla hava miktarı önerilen düzeyin üzerine çıktıkça ısı kaybı da artar. Şu tarihte: önemli artış hava miktarının artmasıyla alev kopabilir ve acil 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

Gaz adı Kimyasal element Havadaki içerikler
Azot N2 78 %
Oksijen O2 21 %
Argon Ar 1 %
Karbon dioksit CO2 0.03 %
Helyum O %0,001'den az
Hidrojen H2 %0,001'den az
Neon Hayır %0,001'den az
Metan CH4 %0,001'den az
Kripton Kr. %0,001'den az
Ksenon Xe %0,001'den az


 

Okumak faydalı olabilir: