Zložkové zloženie spalín. Teoretický objem vzduchu a spalín

zloženie produktov úplného spaľovania

Zloženie produktov úplného spaľovania zahŕňa aj balastové zložky - dusík (N2) a kyslík (O2).

Dusík vstupuje do pece vždy so vzduchom a kyslík zostáva z prúdov vzduchu, ktoré sa nepoužívajú v procese spaľovania. Spaliny vznikajúce pri úplnom spaľovaní plynného paliva teda pozostávajú zo štyroch zložiek: COg, H2O, Og a N2

Pri neúplnom spaľovaní plynného paliva sa v spalinách objavujú horľavé zložky, oxid uhoľnatý, vodík a niekedy aj metán. Pri veľkom chemickom podpaľovaní sa v produktoch spaľovania objavujú častice uhlíka, z ktorých sa tvoria sadze. K neúplnému spaľovaniu plynu môže dôjsť vtedy, keď je v zóne spaľovania nedostatok vzduchu (cst> 1), neuspokojivé miešanie vzduchu s plynom, kontakt plameňa so studenými stenami, čo vedie k ukončeniu spaľovacej reakcie.

Príklad. Predpokladajme, že spaľovaním 1 m3 plynu Dashava vznikajú suché produkty spaľovania Kci-35 m3 / m3, pričom produkty spaľovania obsahujú horľavé zložky v množstve: CO = 0,2%; H2 = 0,10 / o; CH4 = = 0,05%.

Určte tepelné straty z chemickej neúplnosti spaľovania. Táto strata sa rovná Q3 = VC, g ("26, ZSO + Yu8H3 + 358CH4) = 35 (126,3-0,2 + 108-0,1 + 358-0,05) =

1890 kJ / m3.

Rosný bod produktov spaľovania je určený nasledovne. Najprv sa zistí celkový objem produktov spaľovania

a poznajúc množstvo vodných pár Vhn, ktoré obsahujú, určia parciálny tlak vodnej pary Pngo (tlak nasýtených vodných pár pri určitej teplote) podľa vzorca

P "to = vmlVr, bar.

Každá hodnota parciálneho tlaku vodnej pary zodpovedá určitému rosnému bodu.

Príklad. Spaľovacie produkty Vr = 25 m3 / m3, vrátane vodných pár Vsn = 2,4 m3 / m3, vznikajú spaľovaním 1 m3 zemného plynu Dashava pri = 2,5. Je potrebné určiť teplotu rosného bodu.

Parciálny tlak vodnej pary v produktoch spaľovania je

^ 0 = ^ / ^ = 2,4 / 25 = 0,096 baru.

Zistený parciálny tlak zodpovedá teplote 46 ° C. Toto je rosný bod. Ak majú spaliny tohto zloženia teplotu nižšiu ako 46 ° C, začne sa proces kondenzácie vodnej pary.

Účinnosť prevádzky sporákov pre domácnosť prevedených na plynné palivo je charakterizovaná výkonovým koeficientom (COP), účinnosť akéhokoľvek vykurovacieho zariadenia je určená z tepelnej bilancie, tj. Rovnosti medzi teplom generovaným počas spaľovania paliva a spotrebou toto teplo na užitočné vykurovanie.

Počas prevádzky plynových kachlí pre domácnosť existujú prípady, keď sú výfukové plyny v komínoch chladené na rosný bod. Rosný bod je teplota, na ktorú sa musí vzduch alebo iný plyn ochladiť, aby v ňom obsiahnutá vodná para dosiahla nasýtenie.

Obsah sekcie

Pri spaľovaní organických palív v kotlových peciach vznikajú rôzne produkty spaľovania, ako napríklad oxidy uhlíka CO x = CO + CO 2, vodná para H 2 O, oxidy síry SO x = SO 2 + SO 3, oxidy dusíka NO x = NO + NO 2, polycyklické aromatické uhľovodíky (PAH), fluoridové zlúčeniny, zlúčeniny vanádu V 2 O 5, pevné častice atď. (Pozri tabuľku 7.1.1). V prípade neúplného spaľovania paliva v peciach môžu výfukové plyny obsahovať aj uhľovodíky CH 4, C 2 H 4 atď. Všetky produkty neúplného spaľovania sú škodlivé, avšak s modernou technológiou spaľovania paliva je možné ich tvorbu minimalizovať [ 1].

Tabuľka 7.1.1. Špecifické emisie zo spaľovania organických palív v energetických kotloch [3]

Legenda: A p, S p - obsah popola a síry na pracovnú hmotnosť paliva,%.

Kritériom pre hygienické hodnotenie životného prostredia je maximálna prípustná koncentrácia (MPC) škodlivej látky v okolitom ovzduší na úrovni zeme. MPC treba chápať ako takú koncentráciu rôznych látok a chemické zlúčeniny, ktorá pri dlhodobom dennom pôsobení na ľudský organizmus nespôsobuje žiadne patologické zmeny ani choroby.

Maximálne prípustné koncentrácie (MPC) škodlivých látok v atmosférickom vzduchu osídlených oblastí sú uvedené v tabuľke. 7.1.2 [4]. Maximálna jednorazová koncentrácia škodlivých látok je stanovená vzorkami odobratými do 20 minút, priemerom denne - za deň.

Tabuľka 7.1.2. Maximálna prípustná koncentrácia škodlivých látok v atmosférickom vzduchu osídlených oblastí

Výpočty sa vykonávajú pre každú nebezpečnú látku oddelene, aby koncentrácia každej z nich nepresiahla hodnoty uvedené v tabuľke. 7.1.2. V prípade kotolní sú tieto podmienky sprísnené zavedením ďalších požiadaviek na potrebu sčítať účinok oxidov síry a dusíka, ktorý je určený výrazom

V dôsledku lokálneho nedostatku vzduchu alebo nepriaznivých tepelných a aerodynamických podmienok sa zároveň v peciach a spaľovacích komorách tvoria neúplné produkty spaľovania pozostávajúce predovšetkým z oxidu uhoľnatého CO (oxidu uhoľnatého), vodíka H 2 a rôznych uhľovodíkov, ktoré charakterizujú tepelné straty v kotlovej jednotke z chemickej neúplnosti spaľovania (chemické neúplné spaľovanie).

Spaľovací proces navyše produkuje množstvo chemických zlúčenín, ktoré vznikajú v dôsledku oxidácie rôznych zložiek paliva a dusíka vo vzduchu N 2. Najvýznamnejšou časťou z nich sú oxidy dusíka NO x a síra SO x.

Oxidy dusíka vznikajú oxidáciou molekulárneho dusíka vo vzduchu aj dusíka v palive. Experimentálne štúdie ukázali, že hlavný podiel NO x tvoreného v peciach kotlov, konkrétne 96 ÷ 100%, pripadá na oxid dusnatý (oxid) NO. Oxid NO 2 a oxid dusičitý N 2 O sa tvoria v oveľa menších množstvách a ich podiel je približne: pre NO 2 - až 4%a pre N 2 O - stotiny percenta celkových emisií NO x. Za typických podmienok horľavého spaľovania palív v kotloch je koncentrácia oxidu dusičitého NO 2 v porovnaní s obsahom NO spravidla zanedbateľná a zvyčajne sa pohybuje od 0 do 7. ppm až 20 ÷ 30 ppm... Rýchle miešanie horúcich a studených oblastí v turbulentnom plameni môže súčasne viesť k relatívne vysokým koncentráciám oxidu dusičitého v chladných oblastiach toku. Čiastočné emisie NO 2 sa navyše vyskytujú v hornej časti pece a v horizontálnom plynovom potrubí (o T> 900 ÷ 1000 K) a za určitých podmienok môže dosiahnuť aj znateľné veľkosti.

Oxid dusičitý N 2 O, ktorý vzniká pri spaľovaní paliva, je s najväčšou pravdepodobnosťou krátkodobým medziproduktom. N 2 O v produktoch spaľovania za kotlami prakticky chýba.

Síra obsiahnutá v palive je zdrojom tvorby oxidov síry SO x: anhydridy síry SO 2 (oxid siričitý) a sírový SO 3 (oxid sírový). Celkové hmotnostné emisie SO x závisia len od obsahu síry v palive S p a ich koncentrácia v spalinách závisí aj od súčiniteľa prietoku vzduchu α. Podiel SO 2 je spravidla 97 ÷ 99% a podiel SO 3 je 1 ÷ 3% z celkového výstupu SO x. Skutočný obsah SO2 v plynoch opúšťajúcich kotly sa pohybuje od 0,08 do 0,6%a koncentrácia SO3 - od 0,0001 do 0,008%.

Medzi škodlivé zložky spaliny je zvláštne miesto veľká skupina polycyklické aromatické uhľovodíky (PAH). Mnoho PAU má vysokú karcinogénnu a / alebo mutagénnu aktivitu, aktivuje fotochemické smogy v mestách, čo si vyžaduje prísnu kontrolu a obmedzenie ich emisie. Niektoré PAU, napríklad fenantrén, fluorantén, pyrén a množstvo ďalších, sú zároveň fyziologicky takmer inertné a nie sú karcinogénne.

PAU sa tvoria v dôsledku neúplného spaľovania akýchkoľvek uhľovodíkových palív. K poslednému menovanému dochádza v dôsledku inhibície oxidačných reakcií palivových uhľovodíkov studenými stenami spaľovacích zariadení a môže to byť tiež spôsobené neuspokojivým zmiešaním paliva a vzduchu. To vedie k tvorbe lokálnych oxidačných zón s nízkou teplotou alebo zón s prebytkom paliva v peciach (spaľovacích komorách).

Vzhľadom na veľký počet rôznych PAU v spalinách a náročnosť merania ich koncentrácií je zvykom hodnotiť úroveň karcinogénneho znečistenia produktov spaľovania a atmosférického vzduchu koncentráciou najsilnejšieho a najstabilnejšieho karcinogénu - benzo (a) pyrén (B (a) P) C20H12.

Vzhľadom na vysokú toxicitu by sa mali obzvlášť pozorovať také produkty spaľovania vykurovacích olejov, ako sú oxidy vanádu. Vanád je obsiahnutý v minerálnej časti vykurovacieho oleja a pri spaľovaní vytvára oxidy vanádu VO, VO 2. Keď sa však na konvekčných povrchoch vytvoria usadeniny, oxidy vanádu sú prítomné hlavne vo forme V 2 O 5. Oxid vanadičitý V 2 O 5 je najtoxickejšia forma oxidov vanádu, takže ich emisie sa účtujú pomocou V 2 O 5.

Tabuľka 7.1.3. Približná koncentrácia škodlivých látok v produktoch spaľovania počas horľavého spaľovania organických palív v energetických kotloch

Pri spaľovaní vykurovacieho oleja a tuhých palív obsahujú emisie aj tuhé častice pozostávajúce z popolčeka, častíc sadzí, PAU a nespáleného paliva v dôsledku mechanického spaľovania.

Rozsahy koncentrácií škodlivých látok v spalinách pri spaľovaní rôznych druhov palív sú uvedené v tabuľke. 7.1.3.

Analýza spalín z kotla vám umožňuje identifikovať a eliminovať odchýlky od bežných prevádzkových režimov, čím zvyšuje účinnosť spaľovania paliva a znižuje emisie toxických plynov do atmosféry. Aby sme pochopili, ako efektívne spaľovacie zariadenie funguje a ako identifikovať odchýlky v jeho prevádzke pomocou analyzátora spalín, je potrebné vedieť, ktoré plyny a v akých koncentráciách sú v spalinách prítomné.

Zložky spalín sú uvedené nižšie v poradí podľa klesajúcej koncentrácie v spalinách.

Dusík N2.

Dusík je hlavným prvkom okolitého vzduchu (79%). Dusík sa nezúčastňuje na procese spaľovania, je to balast. Čerpaním do kotla sa ohrieva a so sebou nesie energiu vynaloženú na jeho ohrev do komína, čím sa znižuje účinnosť kotla. Analyzátory spalín nemeria koncentráciu dusíka.

Oxid uhličitý CO2.

Vytvorené počas spaľovania paliva. Dusivý plyn v koncentráciách nad 15% objemu spôsobuje rýchlu stratu vedomia. Analyzátory spalín zvyčajne nemerajú koncentráciu oxidu uhličitého, ale určujú ju výpočtom z koncentrácie zvyškového kyslíka. Niektoré modely analyzátorov plynov, ako napríklad MRU Vario Plus, môžu byť vybavené optickými infračervenými snímačmi na meranie koncentrácie oxidu uhličitého.

• dieselové horáky - 12,5 ... 14%
• plynové horáky - 8 ... 11%

Kyslík O2.

Zvyškový kyslík, ktorý sa v procese spaľovania nepoužíva kvôli prebytočnému vzduchu, sa vyhodí spolu s výfukovými plynmi. Koncentrácia zvyškového kyslíka sa používa na posúdenie úplnosti (účinnosti) spaľovania paliva. Okrem toho sa koncentrácia kyslíka používa na stanovenie tepelných strát so spalinami a koncentrácie oxidu uhličitého.

Koncentrácia kyslíka v prenosných analyzátoroch spalín sa meria pomocou elektrochemických kyslíkových senzorov, v stacionárnych analyzátoroch plynu sa navyše často používajú zirkóniové senzory.

• dieselové horáky - 2 ... 5%
• plynové horáky - 2 ... 6%

Oxid uhoľnatý CO.

Oxid uhoľnatý alebo oxid uhoľnatý je jedovatý plyn, ktorý vzniká neúplným spaľovaním. Plyn je ťažší ako vzduch a v prípade netesností alebo vyhorení v komínoch kotlov sa môže uvoľniť do pracovného prostredia, čím je personál vystavený riziku otravy. Pri koncentráciách CO do 10 000 ppm sa na jeho detekciu zvyčajne používajú elektrochemické články. Na meranie koncentrácií nad 10 000 ppm sa používajú hlavne optické články, vrátane prenosných analyzátorov plynov.

• naftové horáky - 80 ... 150 ppm
• plynové horáky - 80 ... 100 ppm

Oxidy dusíka (NOx).

Pri vysokých teplotách v kotlovej peci tvorí dusík oxid dusnatý NO so vzdušným kyslíkom. Ďalej sa NO pod vplyvom kyslíka oxiduje na NO2. Zložky NO a NO2 sa nazývajú oxidy dusíka NOx.

Koncentrácia NO sa meria elektrochemickými senzormi. NO2 v jednoduchých modeloch analyzátorov plynov je určený výpočtom a rovná sa 5 ... 10% percenta nameranej koncentrácie NO. V niektorých prípadoch sa koncentrácia NO2 meria samostatným elektrochemickým senzorom oxidu dusičitého. V každom prípade je výsledná koncentrácia oxidov dusíka NOx rovná súčtu koncentrácií NO a NO2.

• naftové horáky - 50 ... 120 ppm
• plynové horáky - 50 ... 100 ppm

Oxid siričitý (SO2).

Toxický plyn zo spaľovania palív obsahujúcich síru. Pri interakcii SO2 s vodou (kondenzát) alebo vodnou parou vzniká kyselina sírová H2SO3. Na meranie koncentrácií SO2 sa bežne používajú elektrochemické články.

Nehorľavé uhľovodíky (CH).

Nehorľavé uhľovodíky CH sa tvoria v dôsledku neúplného spaľovania paliva. Táto skupina zahŕňa metán CH4, bután C4H10 a benzén C6H6. Na meranie koncentrácie nehorľavých uhľovodíkov sa používajú termokatalytické alebo optické infračervené články.

Na meranie koncentrácie plynov v priemyselných emisiách a spalinách sa používajú analyzátory plynu Kaskad-N 512, DAG 500, Kometa-Topogaz, AKVT atď. Domácej výroby, alebo zariadenia zahraničnej výroby od výrobcov ako Testo, MSI Drager , MRU, Kane atď. ...

Zemný plyn je dnes najpoužívanejším palivom. Zemný plyn sa nazýva zemný plyn, pretože sa ťaží z hĺbok Zeme.

Spaľovanie plynu je chemická reakcia, pri ktorej zemný plyn interaguje s kyslíkom vo vzduchu.

Plynné palivo obsahuje horľavú a nehorľavú časť.

Hlavnou horľavou zložkou zemného plynu je metán - CH4. Jeho obsah v zemnom plyne dosahuje 98%. Metán je netoxický, bez zápachu a chuti. Jeho limit horľavosti je 5 až 15%. Tieto vlastnosti umožnili využiť zemný plyn ako jeden z hlavných typov palív. Koncentrácia metánu viac ako 10% je život ohrozujúca, takže v dôsledku nedostatku kyslíka môže dôjsť k zaduseniu.

Aby sa zistil únik plynu, plyn sa odorizuje, inými slovami, pridá sa silne zapáchajúca látka (etylmerkaptán). V tomto prípade môže byť plyn detegovaný už pri koncentrácii 1%.

Zemný plyn môže okrem metánu obsahovať aj horľavé plyny - propán, bután a etán.

Na zabezpečenie vysoko kvalitného spaľovania plynu je potrebné dodať do spaľovacej zóny dostatok vzduchu a dosiahnuť dobré premiešanie plynu so vzduchom. Optimálny pomer je 1: 10. To znamená, že jedna časť plynu tvorí desať častí vzduchu. Okrem toho je potrebné vytvoriť požadovaný teplotný režim. Aby sa plyn vznietil, je potrebné ho zahriať na teplotu vznietenia a v budúcnosti by teplota nemala klesnúť pod teplotu vznietenia.

Je potrebné zorganizovať odstraňovanie produktov spaľovania do atmosféry.

Úplné spálenie sa dosiahne, ak v produktoch spaľovania nie sú žiadne horľavé látky vypúšťané do atmosféry. V tomto prípade sa uhlík a vodík kombinujú a vytvárajú oxid uhličitý a vodnú paru.

Vizuálne je pri úplnom spálení plameň svetlo modrý alebo modrofialový.

Úplné spaľovanie plynu.

metán + kyslík = oxid uhličitý + voda

CH4 + 2O2 = C02 + 2H20

Okrem týchto plynov sa do atmosféry s horľavými plynmi uvoľňuje dusík a zvyšný kyslík. N 2 + O 2

Ak k spaľovaniu plynu nedôjde úplne, potom sa do atmosféry uvoľňujú horľavé látky - oxid uhoľnatý, vodík, sadze.

K neúplnému spaľovaniu plynu dochádza v dôsledku nedostatku vzduchu. Zároveň sa v plameni objavia jazyky sadzí.

Nebezpečenstvo neúplného spaľovania plynu je, že oxid uhoľnatý môže otráviť personál kotolne. Obsah CO vo vzduchu 0,01-0,02% môže spôsobiť miernu otravu. Vyššia koncentrácia môže viesť k ťažkej otrave a smrti.

Výsledné sadze sa usadzujú na stenách kotlov, čím zhoršujú prenos tepla do chladiacej kvapaliny a znižujú účinnosť kotolne. Sadze vedú teplo 200 -krát horšie ako metán.

Na spálenie 1m3 plynu je teoreticky potrebných 9m3 vzduchu. V skutočných podmienkach je potrebné viac vzduchu.

To znamená, že je potrebné nadbytočné množstvo vzduchu. Táto hodnota označená alfa ukazuje, koľkokrát sa spotrebuje viac vzduchu, ako je teoreticky nevyhnutné.

Koeficient alfa závisí od typu konkrétneho horáka a je spravidla predpísaný v pase horáka alebo v súlade s odporúčaniami organizácie vykonanej práce pri uvádzaní do prevádzky.

Keď sa množstvo prebytočného vzduchu zvyšuje nad odporúčané množstvo, zvyšujú sa tepelné straty. Pri výraznom zvýšení množstva vzduchu môže dôjsť k oddeleniu plameňa, čím dôjde k núdzovej situácii. Ak je množstvo vzduchu menšie ako odporúčané, spaľovanie bude neúplné, čo pre personál kotolne predstavuje hrozbu otravy.

Na presnejšiu kontrolu kvality spaľovania paliva existujú zariadenia - analyzátory plynov, ktoré merajú obsah určitých látok v zložení výfukových plynov.

Plynové analyzátory je možné dodať s kotlami. Ak tam nie sú, príslušné organizácie vykonajú príslušné merania pomocou prenosných analyzátorov plynov. Je zostavená mapa režimu, v ktorej sú predpísané potrebné kontrolné parametre. Ich dodržiavaním môžete zaistiť normálne úplné spálenie paliva.

Hlavné parametre pre reguláciu spaľovania paliva sú:

• pomer plynu a vzduchu dodávaného do horákov.

• pomer prebytočného vzduchu.

• výboj v ohnisku.

• Účinnosť kotla.

V tomto prípade koeficient účinnosti kotla znamená pomer užitočného tepla k množstvu všetkého spotrebovaného tepla.

Zloženie vzduchu

Stránka 1

Zloženie spalín sa vypočíta na základe spaľovacích reakcií zložiek paliva.

Zloženie spalín sa určuje pomocou špeciálnych zariadení nazývaných analyzátory plynov. Toto sú hlavné zariadenia, ktoré určujú stupeň dokonalosti a účinnosti spaľovacieho procesu v závislosti od obsahu oxidu uhličitého vo výfukových spalinách, ktorých optimálna hodnota závisí od druhu paliva, druhu a kvality spaľovacieho zariadenia .

Zloženie spalín v ustálenom stave sa mení nasledujúcim spôsobom: obsah H2S a S02 sa neustále znižuje, 32, CO2 a CO sa nevýznamne menia / Pri spaľovaní oxidov po vrstvách sa regenerujú horné vrstvy katalyzátora skôr ako tie nižšie. V reakčnej mladosti je pozorovaný postupný pokles teploty a v spalinách na výstupe z reaktora sa objavuje kyslík.

Zloženie spalín je kontrolované vzorkami.

Zloženie spalín je určené nielen obsahom vodnej pary, ale aj obsahom ďalších zložiek.

Zloženie spalín sa líši pozdĺž dĺžky horáka. Pri výpočte prenosu sálavého tepla nie je možné túto zmenu zohľadniť. Praktické výpočty prenosu sálavého tepla sú preto založené na zložení spalín na konci komory. Toto zjednodušenie je do určitej miery odôvodnené úvahou, že spaľovací proces zvyčajne prebieha intenzívne v počiatočnej, nie príliš veľkej časti komory, a preto je väčšina komory obsadená plynmi, ktorých zloženie sa na konci blíži svojmu zloženiu. komory. Nakoniec takmer vždy obsahuje veľmi málo produktov nedokonalého spaľovania.

Zloženie spalín sa vypočíta na základe reakcií spaľovania palivových zložiek.

Zloženie spalín pri úplnom spaľovaní plynu z rôznych polí sa mierne líši.

Zloženie spalín zahŕňa: 2 61 kg СО2; 0 45 kg H20; 7 34 kg N2 a 3 81 kg vzduchu na 1 kg uhlia. Pri 870 C je objem spalín na 1 kg uhlia 45 m3 a pri 16 C sa rovná 11 3 m3; hustota zmesi spalín sa rovná 0 318 kg / l3, čo je 1 03 krát viac ako hustota vzduchu pri rovnakej teplote.