Димові гази при спалюванні газу. Велика енциклопедія нафти та газу

Токсичними (шкідливими) називаються хімічні сполуки, що негативно впливають на здоров'я людини та тварин.

Вид палива впливає на склад шкідливих речовин, що утворюються при його спалюванні. На електростанціях використовується тверде, рідке та газоподібне паливо. Основними шкідливими речовинами, що містяться в димових газах котлів, є: оксиди (оксиди) сірки (SO 2 і SO 3), оксиди азоту (NO і NO 2), оксид вуглецю (СО), сполуки ванадію (в основному пентаксид ванадію V 2 O 5). До шкідливим речовинамвідноситься також зола.

Тверде паливо. У теплоенергетиці використовують вугілля (буре, кам'яне, антрацитовий штиб), горючі сланці та торф. Склад твердого палива схематично уявити.

Як видно органічна частина палива складається з вуглецю, водню Н, кисню Про, органічної сірки S opr . До складу палива палива ряду родовищ входить також неорганічна, піритна сірка FeS 2.

Негорюча (мінеральна) частина палива складається з вологи Wта золи А.Основна частина мінеральної складової палива переходить у процесі спалювання в летючу золу, що відносить димові гази. Інша частина в залежності від конструкції топки та фізичних особливостей мінеральної складової палива може перетворюватися на шлак.

Зольність вітчизняного вугілля коливається у межах (10-55%). Відповідно змінюється і запиленість димових газівдосягаючи для високозольного вугілля 60-70 г/м 3 .

Однією з найважливіших особливостей золи є те, що її частинки мають різні розміри, які знаходяться в діапазоні від 1 -2 до 60 мкм і більше. Ця особливість як параметр, що характеризує золу, називається дисперсністю.

Хімічний складзоли твердого палива досить різноманітний. Зазвичай зола складається з оксидів кремнію, алюмінію, титану, калію, натрію, заліза, кальцію, магнію. Кальцій у золі може бути у вигляді вільного оксиду, а також у складі силікатів, сульфатів та інших сполук.

Більш детальні аналізи мінеральної частини твердих палив показують, що в золі в невеликих кількостях можуть бути інші елементи, наприклад, германій, бор, миш'як, ванадій, марганець, цинк, уран, срібло, ртуть, фтор, хлор. Мікродомішки перерахованих елементів розподіляються у різних за розмірами частинок фракціях летючої золи нерівномірно, і зазвичай їх вміст збільшується із зменшенням розмірів цих частинок.

Тверде паливоможе містити сірку в наступних формах: колчедану Fe 2 S і піриту FeS 2 у складі молекул органічної частини палива та у вигляді сульфатів у мінеральній частині. З'єднання сірки в результаті горіння перетворюються на оксиди сірки, причому близько 99% становить сірчистий ангідрид SO 2 .


Сірчистість вугілля залежно від родовища становить 0,3-6%. Сірчистість горючих сланців сягає 1,4-1,7%, торфу -0,1%.

З'єднання ртуті, фтору та хлору знаходяться за котлом у газоподібному стані.

У складі золи твердих видів палива можуть бути радіоактивні ізотопи калію, урану та барію. Ці викиди практично не впливають на радіаційну обстановку в районі ТЕС, хоча їхня загальна кількість може перевищувати викиди радіоактивних аерозолів на АЕС тієї ж потужності.

Рідке паливо. Утеплоенергетиці застосовуються мазут, сланцеве масло, дизельне та котельно-пічне паливо.

У рідкому паливі відсутня піритна сірка. До складу золи мазуту входять пентаоксид ванадію (V 2 O 5), а також Ni 2 O 3 , A1 2 O 3 Fe 2 O 3 SiO 2 MgO та інші оксиди. Зольність мазуту вбирається у 0,3%. При повному його згорянні вміст твердих частинок у димових газах становить близько 0,1 г/м 3 проте це значення різко зростає в період очищення поверхонь нагріву котлів від зовнішніх відкладень.

Сірка в мазуті знаходиться переважно у вигляді органічних сполук, елементарної сірки та сірководню. Її зміст залежить від сірчистості нафти, з якої його отримано.

Топкові мазути в залежності від вмісту в них сірки поділяються на: малосірчисті S р<0,5%, сернистые S p = 0,5 + 2,0%та високосірчисті S p >2,0%.

Дизельне паливоза вмістом сірки ділиться на дві групи: перша-до 0,2% та друга-до 0,5%. У малосірчистому котельно-пічному паливі міститься сірки не більше 0,5, у сірчистому - до 1,1, у сланцевому маслі - не більше 1%.

Газоподібне паливоявляє собою найбільш «чисте» органічне паливо, тому що при його повному згоранні токсичних речовинутворюються лише оксиди азоту.

Попелюшка. При розрахунку викиду твердих частинок в атмосферу необхідно враховувати, що разом із золою в атмосферу надходить паливо, що не згоріло (недопал).

Механічний недопал q1 для камерних топок, якщо прийняти однаковим вміст горючих у шлаку та винесення.

У зв'язку з тим, що всі види палива мають різну теплоту згоряння, в розрахунках часто використовують наведені зольність Апр і сірчистість Sпр,

Характеристики деяких видів палива наведено у табл. 1.1.

Частка твердих частинок ун, що виносяться з топки, залежить від типу топки і може бути прийнята за такими даними:

Камери з твердим видаленням шлаку., 0,95

Відкриті з рідким шлаковидаленням 0,7-0,85

Напіввідкриті з рідким шлаковидаленням 0,6-0,8

Двокамерні топки...................... 0,5-0,6

Топки із вертикальними передтопками 0,2-0,4

Горизонтальні циклонні топки 0,1-0,15

З табл. 1.1 видно, що найбільшу зольність мають горючі сланці та буре вугілля, а також екібастузьке кам'яне вугілля.

Оксиди сірки. Викид оксидів сірки визначається за сірчистим ангідридом.

Як показали дослідження, зв'язування сірчистого ангідриду летючою золою в газоходах енергетичних котлів залежить переважно від вмісту оксиду кальцію в робочій масі палива.

У сухих золоуловлювачах оксиди сірки практично не вловлюються.

Частку оксидів, що уловлюються в мокрих золоуловлювачах, яка залежить від сірчистості палива та лужності зрошуючої води, можна визначити за графіками, представленими в методичці.

Оксиди азоту. Кількість оксидів азоту в перерахунку на NO 2 (т/рік, г/с), що викидаються в атмосферу з димовими газами котла (корпусу) продуктивністю до 30 т/год, може бути розрахована за емпіричною формулою в методичці.

Сторінка 1


Склад димових газів розраховують виходячи з реакцій згоряння складових частинпалива.  

Склад димових газів визначають за допомогою спеціальних приладів, які називають газоаналізаторами. Це основні прилади, що визначають ступінь досконалості та економічності топкового процесу в залежності від вмісту вуглекислоти в димових газах, оптимальне значення якої залежить від роду палива, типу і якості топкового пристрою.  

Склад димових газів при режимі, що встановився, змінюється таким чином: вміст H2S і S02 неухильно знижується, 32, СО2 і СО - змінюється незначно / При пошаровому горінні окса верхні шари каталізатора регенеруються раніше нижніх. Спостерігається поступове зниження температури в реакційній юні, і димових газах на виході з реактора з'являється кисень.  


Склад димових газів контролюють за пробами.  

Склад димового газу визначається не тільки вмістом водяної пари, але також і вмістом інших компонентів.  

Склад димових газів змінюється за довжиною смолоскипа. Врахувати цю зміну при розрахунку радіаційного теплообміну неможливо. Тому практичні розрахунки радіаційного теплообміну ведуть склад димових газів наприкінці камери. Це спрощення в певної міривиправдовується тим міркуванням, що процес горіння зазвичай інтенсивно протікає в початковій, невеликій частині камери, і тому більша частинакамера буває зайнята газами, склад яких близький до його складу в кінці камери. Наприкінці її майже завжди міститься дуже небагато продуктів неповного згоряння.  

Склад димових газів розраховують виходячи з реакцій згоряння складових частин палива.  

Склад димових газів при повному згорянні газу різних родовищ відрізняється незначною мірою.  

До складу димових газів входить: 261 кг СО2; 0 45 кг Н2О; 734 кг N2 і 381 кг повітря на I кг вугілля. При 870 З обсяг димових газів на 1 кг вугілля становить 45 ж3, а за 16 З він дорівнює 11 3 м3; щільність суміші димових газів дорівнює 0318 кг/ж3, що в 103 рази більше щільності повітря при тій же температурі.  

Якщо відомий елементарний склад робочої маси палива, можна теоретично визначити кількість повітря, необхідного для горіння палива, і кількість димових газів, що утворюються.

Кількість повітря, необхідне для горіння, обчислюють у кубічних метрахпри нормальних умовах (0°С та 760 мм рт. ст)-для 1 кг твердого або рідкого палива та для 1 м 3 газоподібного.

Теоретичний об'єм сухого повітря.Для повного згоряння 1 кг твердого та рідкого палива теоретично необхідний об'єм повітря, м 3 /кг, знаходять розподілом маси витраченого кисню на щільність кисню за нормальних умов ρ Н

Про 2 = 1,429 кг/м3 і 0,21, оскільки у повітрі міститься 21% кисню

Для повного згоряння 1 м 3 сухого газоподібного палива необхідний об'єм повітря, м3/м3,

У наведених формулах вміст елементів палива виражається у відсотках за масою, а склад горючих газів СО, Н 2 , СН 4 та ін - у відсотках за обсягом; СmНn - вуглеводні, що входять до складу газу, наприклад, метан СН 4 (m= 1, n = 4), етан З 2 Н 6 (m= 2, n = 6) і т. д. Ці цифрові позначення становлять коефіцієнт (m + n/4)

Приклад 5. Визначити теоретичну кількість повітря, необхідну для згоряння 1 кг палива наступного складу: Р = 52,1%; Н р = 3,8%;

S р 4 = 2,9%; N р=1,1%; O р= 9,1%

Підставляючи ці величини у формулу (27), отримаємо V° B =

0,0889 (52,1 + 0,375 2,9) + 0,265 3,8 - - 0,0333 9,1 = 5,03 м3/кг.

Приклад 6. Визначити теоретичну кількість повітря, необхідну для горіння 1 м3 сухого газу наступного складу:

СН 4 = ​​76,7%; 2 Н 6 =4,5%; З 3 Н 8 = 1,7%; 4 Н 10 = 0,8%; С5Н12 = 0,6%; Н2 = 1%; С02 = 0,2%; До, = 14,5%.

Підставляючи числові значенняу формулу (29), отримаємо

Теоретичний об'єм димових газів.При повному згорянні палива димові гази, що йдуть з топки, містять: двоокис вуглецю СО 2 пари Н 2 О (утворюються при згорянні водню палива), сірчистий ангідрид SО 2 азот N 2 - нейтральний газ, що надійшов в топку з киснем повітря, зі складу палива Н 2 а також кисень надлишкового повітря Про 2 . При неповному згорянні палива до зазначених елементів додаються ще окис вуглецю, водень Н 2 і метан СН 4 . Для зручності підрахунків продукти згоряння поділяють на сухі гази та водяні пари.

Газоподібні продукти згоряння складаються з триатомних газів СО 2 і SО 2 , суму яких прийнято позначати символом RO 2 і двоатомних газів - кисню О 2 і азоту N 2 .

Тоді рівність матиме вигляд:

при повному згоранні

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

при неповному згоранні

R0 2 + 0 2 + N 2 + СО = 100%;

Об'єм сухих триатомних газів знаходиться розподілом мас газів СО 2 і СО 2 на їх щільність за нормальних умов.

Рсо 2 = 1,94 і Psо 2 = 2,86 кг/м3 - щільності двоокису вуглецю та сірчистого газу за нормальних умов.

Природний газ - це найпоширеніше паливо на сьогоднішній день. Природний газ так і називається природним, тому що він видобувається з надр Землі.

Процес горіння газу є хімічною реакцією, при якій відбувається взаємодія природного газуз киснем, що міститься у повітрі.

У газоподібному паливі є горюча частина і негорюча.

Основним пальним компонентом газу є метан — CH4. Його вміст у природному газі досягає 98%. Метан не має запаху, не має смаку та є нетоксичним. Межа його займистості знаходиться від 5 до 15%. Саме ці якості дозволили використовувати природний газ як один із основних видів палива. Небезпечно для життя концентрація метану більше 10%, так може настати ядуху, внаслідок нестачі кисню.

Для виявлення витоку газу, газ піддають одоризації, інакше кажучи додають сильно пахнучу речовину (етилмеркаптан). При цьому газ можна виявити вже за концентрації 1 %.

Крім метану в природному газі можуть бути горючі гази - пропан, бутан і етан.

Для забезпечення якісного горіння газу необхідно в достатній кількості підвести повітря в зону горіння і досягти хорошого перемішування газу з повітрям. Оптимальним вважається співвідношення 1:10. Тобто одну частину газу припадає десять частин повітря. Крім цього необхідно створення потрібного температурного режиму. Щоб газ спалахнув необхідно його нагріти до температури його займання і надалі температура не повинна опускатися нижче за температуру займання.

Необхідно організувати відведення продуктів згоряння в атмосферу.

Повне горіння досягається в тому випадку, якщо в продуктах згоряння, що виходять в атмосферу, відсутні горючі речовини. При цьому вуглець і водень з'єднуються разом і утворюють вуглекислий газ та пари води.

Візуально при повному згорянні полум'я світло-блакитне або блакитно-фіолетове.

Повне згоряння газу.

метан + кисень = вуглекислий газ + вода

СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О

Крім цих газів в атмесферу з горючими газами виходить азот і кисень, що залишився. N 2 + O 2

Якщо згоряння газу відбувається в повному обсязі, то атмосферу викидаються горючі речовини – чадний газ, водень, сажа.

Неповне згоряння газу відбувається через недостатню кількість повітря. При цьому візуально в полум'ї з'являються мови кіптяви.

Небезпека неповного згоряння газу полягає в тому, що чадний газ може спричинити отруєння персоналу котельні. Зміст СО повітря 0,01-0,02% може викликати легке отруєння. Вища концентрація може призвести до тяжкого отруєння та смерті.

Сажа, що утворюється, осідає на стінках котлів, що погіршує, тим самим передачу тепла теплоносія знижує ефективність роботи котельні. Сажа проводить тепло гірше за метан у 200 разів.

Теоретично для спалювання 1м3 газу необхідно 9м3 повітря. У реальних умовах повітря потрібно більше.

Тобто необхідна надмірна кількість повітря. Ця величина альфа, що позначається, показує у скільки разів повітря витрачається більше, ніж необхідно теоретично.

Коефіцієнт альфа залежить від типу конкретного пальника і зазвичай прописується в паспорті пальника або у відповідність до рекомендацій організації пусконалагоджувальної роботи.

Зі збільшенням кількості надлишкового повітря вище за рекомендоване, зростають втрати тепла. При значному збільшеннікількості повітря може статися відрив полум'я, створивши аварійну ситуацію. Якщо кількість повітря менша за рекомендоване, то горіння буде неповним, створюючи тим самим загрозу отруєння персоналу котельні.

Для більш точного контролю якості згоряння палива існують прилади — газоаналізатори, які вимірюють вміст певних речовин у складі газів.

Газоаналізатори можуть надходити в комплекті з казанами. Якщо їх немає, відповідні вимірювання проводить пусконалагоджувальна організація за допомогою переносних газоаналізаторів. Складається режимна карта, в якій прописуються необхідні контрольні параметри. Дотримуючись їх, можна забезпечити нормальне повне згоряння палива.

Основними параметрами регулювання горіння палива є:

  • співвідношення газу і повітря, що подаються на пальники.
  • коефіцієнт надлишку повітря.
  • розрядження у топці.
  • Коефіцієнт корисної дії казана.

При цьому під коефіцієнтом корисної дії котла мають на увазі співвідношення корисного тепла до величини всього витраченого тепла.

Склад повітря

Назва газу Хімічний елемент Зміст у повітрі
Азот N2 78 %
Кисень O2 21 %
Аргон Ar 1 %
Вуглекислий газ CO2 0.03 %
Гелій He менше 0,001%
Водень H2 менше 0,001%
Неон Ne менше 0,001%
Метан CH4 менше 0,001%
Криптон Kr менше 0,001%
Ксенон Xe менше 0,001%


 

Можливо, буде корисно почитати: