При неполном горении образуется что
Горение газа
Горением называют быстро протекающую во времени химическую реакцию соединения горючих компонентов топлива с кислородом воздуха, сопровождающуюся интенсивным выделением теплоты, света и продуктов сгорания.
Для метана реакция горения с воздухом:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q н
C 3 H 8 + 5O 2 = 3CO 2 + 3H 2 O + Q н
Для СУГ:
C 4 H 10 + 6,5O 2 = 4CO 2 + 5H 2 O + Q н
Продуктами полного сгорания газов являются водяные пары (H 2 O), диоксид углерода (CO 2 ) или углекислый газ.
При полном сгорании газов цвет пламени, как правило, голубовато-фиолетовый.
Объемный состав сухого воздуха принимается: O 2 ≈ 21%, N 2 ≈ 79%, из этого след., что
1м 3 кислорода содержится в 4,76м 3 (≈5 м 3 ) воздуха.
Вывод: для сжигания
— 1м 3 метана необходимо 2м 3 кислорода или около 10м 3 воздуха,
— 1м 3 пропана – 5м 3 кислорода или около 25м 3 воздуха,
— 1м 3 бутана – 6,5м 3 кислорода или около 32,5м 3 воздуха,
— 1м 3 СУГ
6м 3 кислорода или около 30м 3 воздуха.
Практически при сжигании газа водяные пары, как правило, не конденсируются, а удаляются вместе с другими продуктами сгорания. Поэтому технические расчеты ведут по низшей теплоте сгорания Q н.
Условия, необходимые для горения:
1. наличие топлива (газа);
2. наличие окислителя (кислорода воздуха);
3. наличие источника температуры воспламенения.
Неполное сгорание газов.
Причиной неполного сгорания газа является недостаточное количество воздуха.
Продуктами неполного сгорания газов являются оксид углерода или угарный газ (CO), несгоревшие горючие углеводороды (C n H m ) и атомарный углерод или сажа.
Для природного газа CH 4 + O 2 → CO 2 + H 2 O + CO + CH 4 + C
Для СУГ C n H m + O 2 → CO 2 + H 2 O + CO + C n H m + C
Наиболее опасным является появление угарного газа, который действует на организм человека отравляюще. Образование сажи придает пламени желтую окраску.
Неполное сгорание газа опасно для здоровья человека (при содержании 1% СО в воздухе 2-3 вздоха для человека достаточно, чтобы отравиться со смертельным исходом).
Неполное сгорание неэкономично (сажа препятствует процессу передачи тепла, при неполном сгорании газа мы недополучаем тепло, ради которого сжигаем газ).
Для контроля полноты сгорания обращают внимание на цвет пламени, которое при полном сгорании должно быть голубым, а при неполном сгорании – желтовато-соломенным. Наиболее совершенный способ контроля полноты сгорания – анализ продуктов сгорания с помощью газоанализаторов.
Способы сжигания газа.
Понятие о первичном и вторичном воздухе.
Существуют 3 способа сжигания газа:
1) диффузионный,
2) кинетический,
3) смешанный.
Диффузионный способ или способ без предварительного смешения газа с воздухом.
Из горелки в зону горения поступает только газ. Воздух, необходимый для горения, смешивается с газом в зоне горения. Этот воздух называется вторичным.
Пламя вытянутое, желтого цвета.
a= 1,3÷1,5 t ≈ (900÷1000) о С
Кинетический способ – способ с полным предварительным смешением газа с воздухом.
В горелку подается газ и подается воздух дутьевым устройством. Воздух, необходимый для горения и который подается в горелку для предварительного смешения с газом, называется первичным.
Пламя короткое, зеленовато-синеватого цвета.
a= 1,01÷1,05 t≈ 1400 о С
Смешанный способ – способ с частичным предварительным смешиванием газа с воздухом.
Газ инжектирует первичный воздух в горелку. В зону горения из горелки поступает газовоздушная смесь с недостаточным для полного сгорания количеством воздуха. Остальной воздух – вторичный.
Пламя средних размеров, зеленовато-голубоко цвета.
a=1,1¸1,2 t ≈1200 о С
Всегда должен быть a>1, в противном случае будет недожог.
Lпр.=a∙Lтеор., т.е. коэффициент избытка воздуха показывает во сколько раз количество воздуха, необходимого для горения на практике больше количества воздуха, необходимого для горения и посчитанного теоретически.
Процессы распространения пламени, неполное горение
Горение – это реакция, при которой происходит преобразование химической энергии топлива в тепло.
Горение бывает полным и неполным. Полное горение происходит при достаточном количестве кислорода. Нехватка его вызывает неполное сгорание, при котором выделяется меньшее количество тепла, чем при полном, и окись углерода (СО), отравляюще действующая на обслуживающий персонал, образовывается сажа, оседающая на поверхности нагрева котла и увеличивающая потери тепла, что приводит к перерасходу топлива и снижению к.п.д. котла, загрязнению атмосферы.
Для сгорания 1 м 3 метана нужно 10 м 3 воздуха, в котором находится 2 м 3 кислорода. Для полного сжигания природного газа воздух подают в топку с небольшим избытком. Отношение действительно израсходованного объёма воздуха Vд к теоретически необходимому Vт называется коэффициентом избытка воздуха a = Vд/Vт. Этот показатель зависит от конструкции газовой горелки и топки: чем они совершеннее тем меньше a. Необходимо следить, чтобы коэффициент излишка воздуха не был меньше 1, так как это приводит к неполному сгоранию газа. Увеличение коэффициента избытка воздуха снижает к.п.д. котлоагрегата.
Полноту сгорания топлива можно определить с помощью газоанализатора и визуально – по цвету и характеру пламени: прозрачно-голубоватое – сгорание полное;
красный или жёлтый – сгорание неполное.
Горение регулируется увеличением подачи воздуха в топку котла или уменьшением подачи газа. В этом процессе используется первичный (смешивается с газом в горелке – до горения) и вторичный (соединяется с газом или газовоздушной смесью в топке котла в процессе горения) воздух.
В котлах, оборудованных диффузионными горелками (без принудительной подачи воздуха), вторичный воздух под действием разряжения поступает в топку через поддувочные дверцы.
В котлах, оборудованных инжекционными горелками: первичный воздух поступает в горелку за счёт инжекции и регулируется регулировочной шайбой, а вторичный – через поддувочные дверцы.
В котлах со смесительными горелками первичный и вторичный воздух подаётся в горелку вентилятором и регулируется воздушными задвижками.
Нарушение соотношения между скоростью газовоздушной смеси на выходе из горелки и скоростью распространения пламени приводит к отрыву или проскакиванию пламени на горелках.
Если скорость газовоздушной смеси на выходе из горелки больше скорости распространения пламени – отрыв, а если меньше – проскок.
При отрыве и проскоке пламени обслуживающий персонал должен погасить котёл, провентилировать топку и газоходы и снова разжечь котёл.
Охрана Труда
Продукты сгорания. Полное и неполное горение. Газовоздушные потоки при горении
В процессе горения образуются продукты сгорания. Состав us швисит от горящего вещества и условий горения. Продукты сгорания, за исключением окиси углерода, гореть не способны.
Дым, образующийся при горении органических веществ, содержит твердые частицы и газообразные продукты (углекислый газ, окись углерода, азот, сернистый газ и другие). В зависимости от состава веществ и условий их горения получается различный по содержанию дым. Дымы, образующиеся при горении разных веществ, отличаются не только составом, но цветом и и пахом. По цвету дыма можно определить, какое вещество горит, хотя цвет дыма изменяется в зависимости от условий трения. При горении древесины дым имеет серовато-черный пнет; бумаги, сена, соломы — беловато-желтый; ткани и хлопка— бурый; нефтепродуктов — черный и т. д.
Во время пожара продукты сгорания не только осложняют его тушение, но и способствуют распространению. Нагретые до нысокой температуры продукты сгорания, соприкасаясь с конструкциями и предметами, выполненными из сгораемых материалов, нагревая их, создают условия для горения.
Различают два вида горения: полное, протекающее при достаточном и избыточном количестве кислорода, и неполное, происходящее при недостаточном его количестве. При неполном горении образуется окись углерода, а при полном — углекислый газ, которые при определенной их концентрации в воздухе поражают органы дыхания человека.
Отравляющее действие окиси углерода при содержании ее и воздухе в пределах 0,5—1,0% проявляется очень быстро. Углекислый газ в малых концентрациях (до 2%) не приводит к заметным изменениям дыхания. Значительные его концентрации (от 4%’ и более) опасны для жизни. При концентрации углекислого газа 10%’ в воздухе человек теряет сознание.
В процессе горения некоторых веществ выделяются также ядовитые отравляющие газы. Поэтому для защиты органов дыхания и зрения человека от отравляющих веществ любых концентраций при тушении пожара следует пользоваться кислородно-изолирующим противогазом.
Лица, не имеющие средств индивидуальной защиты, должны быть немедленно эвакуированы на свежий воздух.
С момента возникновения пожара создаются условия для газового обмена. Нагретый воздух и продукты сгорания в зоне горения в силу физического свойства — теплового расширения имеют меньший удельный вес по сравнению с холодным, относительно тяжелым окружающим воздухом. Вследствие этого нагретый воздух и продукты сгорания образуют восходящий поток газов, удаляющийся от очага пожара вверх. Одновременно к очагу пожара со свежим воздухом поступает кислород.
Скорость восходящего потока газов увеличивается,- если разность’ температур дыма и газов, окружающих очаг пожара, также повышается. Возрастание скорости восходящего потока приводит к увеличению количества воздуха, поступающего в зону горения, в связи с чем усиливается интенсивность горения и повышается температура. С увеличением газового обмена неполнота горения уменьшается.
Тепло при пожаре может передаваться тремя способами: теплопроводностью, радиацией и конвекцией.
Передача тепла теплопроводностью осуществляется при непосредственном соприкосновении материала с источником тепла.
Основными источниками теплового импульса являются открытое пламя и искра.
Удаление горючих материалов от источника огня или теплового импульса, непрерывное охлаждение их или экранирование исключают передачу тепла теплопроводностью.
Тепловая энергия, излучаемая путем радиации, способна распространяться на всю массу реагирующих материалов и веществ. С увеличением расстояния между тепловым источником и нагреваемым предметом степень воздействия лучистого тепла уменьшается и исключается возможность горения материала. На этом принципе — увеличение расстояния — разрабатываются нормы противопожарных разрывов между тепловым источником и сгораемым материалом, зданием или между различными зданиями и сооружениями.
Действие лучистого тепла уменьшают: охлаждением водой нагреваемого материала, созданием тепловой изоляции (асбестом, кошмой, песком, слоем пены); экранированием и удалением горючих материалов; снижением температуры в зоне радиации.
Влияние тепловой энергии на горючие материалы конвекцией обусловливается перемещением масс жидкости или газа вследствие разности температур в их частях. Более нагретые, а следовательно, менее плотные массы жидкости или газа стремятся перемещаться вверх, а холодные, более плотные — вниз. Соприкосновение нагретых газообразных продуктов сгорания (газов) или жидкости с горючими материалами и веществами при определенной температуре может привести к их воспламенению.
Чтобы устранить тепловое влияние конвекционных потоков нагретых газов на материалы и конструкции сооружений, перекрывают каналы, шахты и отверстия. На открытых площадках объектов для этого создают водяные завесы.
Полное и неполное сгорание газа
Природный газ, добываемый из западносибирских месторождений, практически полностью (до 99 %) состоит из метана СН4. Воздух состоит из кислорода (21%) и азота и незначительного количества других негорючих газов (79%). Упрощенно реакция полного сгорания метана выглядит следующим образом:
СН4 + 2О2 + 7,52 N2 = СО2 + 2Н20 + 7,52 N2
В результате реакции горения при полном сгорании образуется углекислый газ CO2, и пары воды H2O вещества, не оказывающие вредного влияния на окружающую среду и человека. Азот N, в реакции не участвует. Для полного сгорания 1 м³ метана теоретически необходимо 9,52 м³ воздуха. Для практических целей считается, что для полного сгорания 1 м³ природного газа необходимо не менее 10 м³ воздуха. Однако если подавать только теоретически необходимое количество воздуха, то добиться полного сгорания топлива невозможно: трудно так перемешать газ с воздухом, чтобы к каждой его молекуле было подведено необходимое количество молекул кислорода. На практике на горение подается воздуха больше, чем теоретически необходимо. Величина избытка воздуха определяется коэффициентом избытка воздуха а, который показывает отношение количества воздуха, фактически израсходованного на горение, к теоретически необходимому количеству:
где V количество воздуха, фактически израсходованного на горение, м³;
V – теоретически необходимое количество воздуха, м³.
Коэффициент избытка воздуха является важнейшим показателем, характеризующим качество сжигания газа горелкой. Чем меньше а, тем меньше теплоты унесут уходящие газы, тем выше коэффициент полезного действия газоиспользующего оборудования. Но сжигание газа с недостаточным избытком воздуха приводит к нехватке воздуха, что может стать причиной неполного сгорания. Для современных горелок с полным предварительным смешением газа с воздухом коэффициент избытка воздуха лежит в пределах 1,05 – 1,1» то есть на горение расходуется воздуха на 5 – 10% больше от теоретически необходимого.
Неполное сгорание происходит:
Качество сжигания газа можно контролировать по цвету пламени. Некачественное сжигание газа характеризуется желтым коптящим пламенем. При полном сжигании газа пламя представляет собой короткий факел голубовато-фиолетового цвета с высокой температурой. Для контроля работы промышленных горелок применяют специальные приборы, анализирующие состав дымовых газов и температуру продуктов сжигания. В настоящее время при наладке отдельных типов бытового газоиспользующего оборудования также возможно регулирование процесса горения по температуре и анализу уходящих газов.
Охрана Труда
Продукты сгорания. Полное и неполное горение. Газовоздушные потоки при горении
В процессе горения образуются продукты сгорания. Состав us швисит от горящего вещества и условий горения. Продукты сгорания, за исключением окиси углерода, гореть не способны.
Дым, образующийся при горении органических веществ, содержит твердые частицы и газообразные продукты (углекислый газ, окись углерода, азот, сернистый газ и другие). В зависимости от состава веществ и условий их горения получается различный по содержанию дым. Дымы, образующиеся при горении разных веществ, отличаются не только составом, но цветом и и пахом. По цвету дыма можно определить, какое вещество горит, хотя цвет дыма изменяется в зависимости от условий трения. При горении древесины дым имеет серовато-черный пнет; бумаги, сена, соломы — беловато-желтый; ткани и хлопка— бурый; нефтепродуктов — черный и т. д.
Во время пожара продукты сгорания не только осложняют его тушение, но и способствуют распространению. Нагретые до нысокой температуры продукты сгорания, соприкасаясь с конструкциями и предметами, выполненными из сгораемых материалов, нагревая их, создают условия для горения.
Различают два вида горения: полное, протекающее при достаточном и избыточном количестве кислорода, и неполное, происходящее при недостаточном его количестве. При неполном горении образуется окись углерода, а при полном — углекислый газ, которые при определенной их концентрации в воздухе поражают органы дыхания человека.
Отравляющее действие окиси углерода при содержании ее и воздухе в пределах 0,5—1,0% проявляется очень быстро. Углекислый газ в малых концентрациях (до 2%) не приводит к заметным изменениям дыхания. Значительные его концентрации (от 4%’ и более) опасны для жизни. При концентрации углекислого газа 10%’ в воздухе человек теряет сознание.
В процессе горения некоторых веществ выделяются также ядовитые отравляющие газы. Поэтому для защиты органов дыхания и зрения человека от отравляющих веществ любых концентраций при тушении пожара следует пользоваться кислородно-изолирующим противогазом.
Лица, не имеющие средств индивидуальной защиты, должны быть немедленно эвакуированы на свежий воздух.
С момента возникновения пожара создаются условия для газового обмена. Нагретый воздух и продукты сгорания в зоне горения в силу физического свойства — теплового расширения имеют меньший удельный вес по сравнению с холодным, относительно тяжелым окружающим воздухом. Вследствие этого нагретый воздух и продукты сгорания образуют восходящий поток газов, удаляющийся от очага пожара вверх. Одновременно к очагу пожара со свежим воздухом поступает кислород.
Скорость восходящего потока газов увеличивается,- если разность’ температур дыма и газов, окружающих очаг пожара, также повышается. Возрастание скорости восходящего потока приводит к увеличению количества воздуха, поступающего в зону горения, в связи с чем усиливается интенсивность горения и повышается температура. С увеличением газового обмена неполнота горения уменьшается.
Тепло при пожаре может передаваться тремя способами: теплопроводностью, радиацией и конвекцией.
Передача тепла теплопроводностью осуществляется при непосредственном соприкосновении материала с источником тепла.
Основными источниками теплового импульса являются открытое пламя и искра.
Удаление горючих материалов от источника огня или теплового импульса, непрерывное охлаждение их или экранирование исключают передачу тепла теплопроводностью.
Тепловая энергия, излучаемая путем радиации, способна распространяться на всю массу реагирующих материалов и веществ. С увеличением расстояния между тепловым источником и нагреваемым предметом степень воздействия лучистого тепла уменьшается и исключается возможность горения материала. На этом принципе — увеличение расстояния — разрабатываются нормы противопожарных разрывов между тепловым источником и сгораемым материалом, зданием или между различными зданиями и сооружениями.
Действие лучистого тепла уменьшают: охлаждением водой нагреваемого материала, созданием тепловой изоляции (асбестом, кошмой, песком, слоем пены); экранированием и удалением горючих материалов; снижением температуры в зоне радиации.
Влияние тепловой энергии на горючие материалы конвекцией обусловливается перемещением масс жидкости или газа вследствие разности температур в их частях. Более нагретые, а следовательно, менее плотные массы жидкости или газа стремятся перемещаться вверх, а холодные, более плотные — вниз. Соприкосновение нагретых газообразных продуктов сгорания (газов) или жидкости с горючими материалами и веществами при определенной температуре может привести к их воспламенению.
Чтобы устранить тепловое влияние конвекционных потоков нагретых газов на материалы и конструкции сооружений, перекрывают каналы, шахты и отверстия. На открытых площадках объектов для этого создают водяные завесы.