Za potpuno sagorevanje 1 m 3 suvog gasovitog goriva potrebna je zapremina vazduha, m3 / m3,

U navedenim formulama sadržaj gorivnih elemenata izražen je u težinskim procentima, a sastav zapaljivih gasova CO, H 2 , CH 4 itd. - u zapreminskim procentima; CmHn - ugljikovodici koji čine plin, na primjer metan CH 4 (m= 1, n= 4), etan C 2 H 6 (m= 2, n= 6), itd. Ovi brojevi čine koeficijent (m + n/4)

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

sa nepotpunim sagorevanjem

R0 2 + 0 2 + N 2 + CO = 100%;

Zapremina suvih troatomskih gasova se dobija dijeljenjem masa CO 2 i SO 2 gasova njihovom gustinom u normalnim uslovima.

Pco 2 = 1,94 i Pso 2 = 2,86 kg / m3 - gustina ugljičnog dioksida i sumpor dioksida u normalnim uvjetima.

Prirodni plin je danas najčešće korišteno gorivo. Prirodni gas se naziva prirodnim gasom jer se vadi iz samih nedra Zemlje.

Proces sagorijevanja plina je kemijska reakcija u kojoj prirodni plin stupa u interakciju s kisikom sadržanim u zraku.

U plinovitom gorivu postoji zapaljivi dio i dio koji nije gori.

Glavna zapaljiva komponenta prirodnog gasa je metan - CH4. Njegov sadržaj u prirodnom gasu dostiže 98%. Metan je bez mirisa, ukusa i netoksičan. Njegova granica zapaljivosti je od 5 do 15%. Upravo su te kvalitete omogućile korištenje prirodnog plina kao jedne od glavnih vrsta goriva. Koncentracija metana je više od 10% opasna po život, pa može doći do gušenja zbog nedostatka kiseonika.

Da bi se otkrilo curenje plina, plin se podvrgava odorizaciji, drugim riječima, dodaje se supstanca jakog mirisa (etil merkaptan). U ovom slučaju, plin se može detektirati već u koncentraciji od 1%.

Osim metana, u prirodnom plinu mogu biti prisutni i zapaljivi plinovi kao što su propan, butan i etan.

Da bi se osiguralo kvalitetno sagorevanje gasa, potrebno je u zonu sagorevanja uneti vazduh u dovoljnim količinama i postići dobro mešanje gasa sa vazduhom. Optimalnim se smatra omjer 1: 10. To jest, deset dijelova zraka pada na jedan dio gasa. Osim toga, potrebno je stvoriti željeni temperaturni režim. Da bi se plin zapalio, mora se zagrijati do temperature paljenja i ubuduće temperatura ne bi trebala pasti ispod temperature paljenja.

Potrebno je organizirati uklanjanje produkata izgaranja u atmosferu.

Potpuno sagorijevanje se postiže ako u produktima sagorijevanja koji se ispuštaju u atmosferu nema zapaljivih tvari. U tom slučaju se ugljik i vodik spajaju i tvore ugljični dioksid i vodenu paru.

Vizualno, sa potpunim sagorevanjem, plamen je svetloplave ili plavkasto-ljubičaste boje.

Potpuno sagorevanje gasa.

metan + kisik = ugljični dioksid + voda

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

Osim ovih plinova, dušik i preostali kisik ulaze u atmosferu sa zapaljivim plinovima. N 2 + O 2

Ako izgaranje plina nije potpuno, tada se u atmosferu emituju zapaljive tvari - ugljični monoksid, vodonik, čađ.

Nepotpuno sagorevanje gasa nastaje zbog nedovoljnog vazduha. Istovremeno, u plamenu se vizuelno pojavljuju jezici čađi.

Opasnost od nepotpunog sagorevanja gasa je da ugljen monoksid može izazvati trovanje osoblja kotlarnice. Sadržaj CO u vazduhu 0,01-0,02% može izazvati blago trovanje. Veće koncentracije mogu dovesti do teškog trovanja i smrti.

Nastala čađa se taloži na zidovima kotlova, čime se pogoršava prijenos topline na rashladno sredstvo, što smanjuje efikasnost kotlovnice. Čađ provodi toplotu 200 puta lošije od metana.

Teoretski, za sagorevanje 1m3 gasa potrebno je 9m3 vazduha. U realnim uslovima potrebno je više vazduha.

Odnosno, potrebna je suvišna količina zraka. Ova vrijednost, označena alfa, pokazuje koliko je puta više zraka utrošeno nego što je teoretski potrebno.

Alfa koeficijent ovisi o vrsti određenog plamenika i obično se propisuje u pasošu plamenika ili u skladu s preporukama organizacije za puštanje u rad.

Sa povećanjem količine viška zraka iznad preporučene, povećavaju se gubici topline. Sa značajnim povećanjem količine zraka može doći do odvajanja plamena, stvarajući hitan slučaj. Ako je količina zraka manja od preporučene, tada će sagorijevanje biti nepotpuno, što stvara opasnost od trovanja osoblja kotlarnice.

Za precizniju kontrolu kvaliteta sagorevanja goriva postoje uređaji - gasni analizatori koji mere sadržaj određenih supstanci u sastavu izduvnih gasova.

Gasni analizatori se mogu isporučiti sa kotlovima. Ako nisu dostupni, relevantna mjerenja provodi organizacija za puštanje u rad pomoću prijenosnih gasnih analizatora. Sastavlja se režimska karta u kojoj su propisani potrebni kontrolni parametri. Pridržavajući se njih, možete osigurati normalno potpuno sagorijevanje goriva.

Glavni parametri za kontrolu sagorevanja goriva su:

• odnos gasa i vazduha koji se dovode do gorionika.

• odnos viška vazduha.

• pukotina u peći.

• Faktor efikasnosti kotla.

U ovom slučaju, efikasnost kotla znači omjer korisne topline i vrijednosti ukupne utrošene topline.

Sastav vazduha

Stranica 1

Sastav dimnih gasova se izračunava na osnovu reakcija sagorevanja sastavnih delova goriva.

Sastav dimnih plinova određuje se pomoću posebnih uređaja koji se nazivaju gasni analizatori. Ovo su glavni instrumenti koji određuju stepen savršenstva i efikasnosti procesa sagorevanja, u zavisnosti od sadržaja ugljen-dioksida u dimnim gasovima, čija optimalna vrednost zavisi od vrste goriva, vrste i kvaliteta uređaja za sagorevanje.

Sastav dimnih gasova u stacionarnom stanju se menja na sledeći način: sadržaj H2S i S02 se konstantno smanjuje, 32, CO2 i CO - blago se menja / Kod sagorevanja oxa sloj po sloj, gornji slojevi katalizatora se regenerišu ranije od nižih. Uočava se postepeno smanjenje temperature u zoni reakcije, a kisik se pojavljuje u dimnim plinovima na izlazu iz reaktora.

Sastav dimnih plinova kontrolira se uzorcima.

Sastav dimnog plina određen je ne samo sadržajem vodene pare, već i sadržajem ostalih komponenti.

Sastav dimnih gasova varira po dužini plamena. Ovu promjenu nije moguće uzeti u obzir pri proračunu radijacijskog prijenosa topline. Stoga se praktični proračuni radijacijskog prijenosa topline zasnivaju na sastavu dimnih plinova na kraju komore. Ovo pojednostavljenje je donekle opravdano činjenicom da se proces sagorevanja obično intenzivno odvija u početnom, ne baš velikom delu komore, pa je stoga veći deo komore zauzet gasovima čiji je sastav blizak onom na kraju komore. komora. Na kraju gotovo uvijek sadrži vrlo malo proizvoda nepotpunog sagorijevanja.

Sastav dimnih gasova se izračunava na osnovu reakcija sagorevanja sastavnih delova goriva.

Sastav dimnih gasova pri potpunom sagorevanju gasa iz različitih polja se neznatno razlikuje.

Dimni plinovi uključuju: 2 61 kg CO2; 0 45 kg H2O; 7 34 kg N2 i 3 81 kg zraka na 1 kg uglja. Na 870 C zapremina dimnih gasova po 1 kg uglja je 45 m3, a na 16 C 113 m3; gustina mješavine dimnih plinova je 0 318 kg/l3, što je 103 puta veće od gustine zraka na istoj temperaturi.

Otrovni (štetni) su hemijska jedinjenja koja štetno utiču na zdravlje ljudi i životinja.

Vrsta goriva utiče na sastav štetnih materija koje nastaju tokom njegovog sagorevanja. Elektrane koriste čvrsta, tečna i gasovita goriva. Glavne štetne materije sadržane u dimnim gasovima kotlova su: oksidi sumpora (oksidi) (SO 2 i SO 3), oksidi azota (NO i NO 2), ugljen monoksid (CO), jedinjenja vanadija (uglavnom vanadijev pentoksid V 2 O 5). Pepeo takođe spada u štetne materije.

čvrsto gorivo. U termoenergetici se koriste ugljevi (mrki, kameni, antracitni ugalj), uljni škriljci i treset. Šematski je prikazan sastav čvrstog goriva.

Kao što vidite, organski dio goriva sastoji se od ugljika C, vodonika H, ​​kisika O, organskog sumpora S opr. Sastav zapaljivog dijela goriva brojnih ležišta uključuje i neorganski, pirit sumpor FeS 2.

Negorivi (mineralni) dio goriva sastoji se od vlage W i pepeo ALI. Glavni dio mineralne komponente goriva tokom procesa sagorijevanja prelazi u elektrofilterski pepeo koji odnose dimni plinovi. Drugi dio, ovisno o dizajnu peći i fizičkim karakteristikama mineralne komponente goriva, može se pretvoriti u šljaku.

Sadržaj pepela domaćeg uglja veoma varira (10-55%). U skladu s tim, mijenja se i sadržaj prašine u dimnim plinovima, dostižući 60-70 g/m 3 za visokopepelni ugalj.

Jedna od najvažnijih karakteristika pepela je da njegove čestice imaju različite veličine, koje se kreću od 1-2 do 60 mikrona ili više. Ova karakteristika kao parametar koji karakteriše pepeo naziva se finoća.

Hemijski sastav pepela od čvrstog goriva je prilično raznolik. Pepeo se obično sastoji od oksida silicijuma, aluminijuma, titanijuma, kalijuma, natrijuma, gvožđa, kalcijuma, magnezijuma. Kalcijum u pepelu može biti prisutan u obliku slobodnog oksida, kao iu sastavu silikata, sulfata i drugih jedinjenja.

Detaljnije analize mineralnog dela čvrstih goriva pokazuju da u pepelu u malim količinama mogu biti i drugi elementi, na primer germanijum, bor, arsen, vanadijum, mangan, cink, uranijum, srebro, živa, fluor, hlor. Elementi u tragovima ovih elemenata su neravnomjerno raspoređeni u frakcijama elektrofilterskog pepela različitih veličina čestica, a obično njihov sadržaj raste sa smanjenjem veličine čestica.

čvrsto gorivo može sadržavati sumpor u sljedećim oblicima: pirit Fe 2 S i pirit FeS 2 kao dio molekula organskog dijela goriva iu obliku sulfata u mineralnom dijelu. Jedinjenja sumpora kao rezultat sagorevanja pretvaraju se u okside sumpora, a oko 99% je sumpor dioksid SO 2.

Sadržaj sumpora u uglju, u zavisnosti od ležišta, iznosi 0,3-6%. Sadržaj sumpora u uljnim škriljcima dostiže 1,4-1,7%, treseta - 0,1%.

Iza kotla u gasovitom stanju su jedinjenja žive, fluora i hlora.

Pepeo od čvrstog goriva može sadržavati radioaktivne izotope kalijuma, uranijuma i barijuma. Ove emisije praktično ne utiču na radijacionu situaciju u području TE, iako njihova ukupna količina može premašiti emisije radioaktivnih aerosola u nuklearnim elektranama istog kapaciteta.

Tečno gorivo. AT lož ulje, ulje iz škriljaca, dizel i gorivo za kotlovske peći koriste se u termoenergetici.

U tečnom gorivu nema piritnog sumpora. Sastav pepela loživog ulja uključuje vanadijev pentoksid (V 2 O 5), kao i Ni 2 O 3 , A1 2 O 3 , Fe 2 O 3 , SiO 2 , MgO i druge okside. Sadržaj pepela lož ulja ne prelazi 0,3%. Sa njegovim potpunim sagorevanjem, sadržaj čvrstih čestica u dimnim gasovima iznosi oko 0,1 g / m 3, međutim, ova vrednost se naglo povećava tokom čišćenja grejnih površina kotlova od spoljnih naslaga.

Sumpor se u lož ulju nalazi uglavnom u obliku organskih jedinjenja, elementarnog sumpora i vodonik sulfida. Njegov sadržaj ovisi o sadržaju sumpora u ulju iz kojeg se dobiva.

Lož ulja za peći, zavisno od sadržaja sumpora u njima, dijele se na: niskosumporna S p<0,5%, сернистые S p = 0,5+2,0% i kiselo S p >2,0%.

Dizelsko gorivo u smislu sadržaja sumpora podijeljeno je u dvije grupe: prva - do 0,2% i druga - do 0,5%. Gorivo za kotlovske peći sa niskim sadržajem sumpora ne sadrži više od 0,5 sumpora, sumporno gorivo - do 1,1, ulje iz škriljaca - ne više od 1%.

gasovito gorivo je „najčišće“ organsko gorivo, jer kada potpuno izgori, od otrovnih tvari nastaju samo dušikovi oksidi.

Ash. Prilikom proračuna emisije čvrstih čestica u atmosferu, mora se uzeti u obzir da neizgorelo gorivo (presagorelo) ulazi u atmosferu zajedno sa pepelom.

Mehaničko sagorevanje q1 za komorne peći, ako pretpostavimo isti sadržaj gorivih materija u šljaci i zahvatu.

Zbog činjenice da sve vrste goriva imaju različite kalorijske vrijednosti, u proračunima se često koriste smanjeni sadržaj pepela Apr i sadržaj sumpora Spr,

Karakteristike pojedinih vrsta goriva date su u tabeli. 1.1.

Udio čvrstih čestica koje se ne odnesu iz peći ovisi o vrsti peći i može se uzeti iz sljedećih podataka:

Komore sa uklanjanjem čvrste šljake., 0,95

Otvoreno sa tečnim uklanjanjem šljake 0,7-0,85

Poluotvoreni sa tečnim uklanjanjem šljake 0,6-0,8

Dvokomorna ložišta ....................... 0,5-0,6

Ložišta sa vertikalnim predpećima 0,2-0,4

Horizontalne ciklonske peći 0,1-0,15

Iz tabele. 1.1 vidi se da zapaljivi škriljci i mrki ugalj, kao i ekibastuski ugalj, imaju najveći sadržaj pepela.

Oksidi sumpora. Emisija sumpornih oksida određena je sumpordioksidom.

Istraživanja su pokazala da vezivanje sumpordioksida elektrofilterskim pepelom u plinskim kanalima energetskih kotlova ovisi uglavnom o sadržaju kalcijevog oksida u radnoj masi goriva.

U suhim kolektorima pepela oksidi sumpora se praktički ne hvataju.

Udio oksida zarobljenih u vlažnim kolektorima pepela, koji ovisi o sadržaju sumpora u gorivu i alkalnosti vode za navodnjavanje, može se odrediti iz grafikona prikazanih u priručniku.

dušikovi oksidi. Količina azotnih oksida u smislu NO 2 (t/god., g/s) koja se emituje u atmosferu sa dimnim gasovima kotla (kućišta) kapaciteta do 30 t/h može se izračunati pomoću empirijske formule u priručnik.

Sadržaj odjeljka

Prilikom sagorijevanja organskih goriva u kotlovskim pećima nastaju različiti produkti sagorijevanja, kao što su ugljični oksidi CO x = CO + CO 2, vodena para H 2 O, oksidi sumpora SO x = SO 2 + SO 3, dušikovi oksidi NO x \ u003d NO + NO 2 , policiklični aromatični ugljovodonici (PAH), fluoridi, jedinjenja vanadijuma V 2 O 5 , čestice, itd. (vidi tabelu 7.1.1). U slučaju nepotpunog sagorevanja goriva u pećima, izduvni gasovi mogu sadržati i ugljovodonike CH4, C2H4 itd. Svi produkti nepotpunog sagorevanja su štetni, ali se njihovo stvaranje može minimizirati savremenom tehnologijom sagorevanja goriva [1].

Tabela 7.1.1. Specifične emisije iz spaljivanja organskih goriva u energetskim kotlovima [3]

Simboli: A p, S p – sadržaj pepela i sumpora po radnoj masi goriva, %.

Kriterijum za sanitarnu ocjenu životne sredine je maksimalno dozvoljena koncentracija (MPC) štetne materije u atmosferskom vazduhu na nivou tla. MPC treba shvatiti kao takvu koncentraciju različitih supstanci i hemijskih spojeva, koja uz svakodnevnu dugotrajnu izloženost ljudskom tijelu ne izaziva nikakve patološke promjene ili bolesti.

Maksimalno dozvoljene koncentracije (MPC) štetnih materija u atmosferskom vazduhu naseljenih mesta date su u tabeli. 7.1.2 [4]. Maksimalna jednokratna koncentracija štetnih tvari utvrđuje se uzorcima uzetim u roku od 20 minuta, prosječna dnevna - dnevno.

Tabela 7.1.2. Maksimalno dozvoljene koncentracije štetnih materija u atmosferskom vazduhu naseljenih mesta

Proračuni se vrše za svaku štetnu tvar posebno, tako da koncentracija svake od njih ne prelazi vrijednosti date u tabeli. 7.1.2. Za kotlovnice ovi uslovi su pooštreni uvođenjem dodatnih zahtjeva o potrebi sumiranja djelovanja oksida sumpora i dušika, što je određeno izrazom

Istovremeno, usled lokalnog nedostatka vazduha ili nepovoljnih termičkih i aerodinamičkih uslova, u pećima i komorama za sagorevanje nastaju produkti nepotpunog sagorevanja, koji se uglavnom sastoje od ugljen monoksida CO (ugljenmonoksida), vodonika H2 i raznih ugljovodonika, koji karakterišu toplotu. gubici u kotlovskom agregatu zbog hemijske nepotpunosti sagorevanja (hemijsko sagorevanje).

Osim toga, tokom procesa sagorijevanja dobiva se niz kemijskih spojeva koji nastaju kao rezultat oksidacije različitih komponenti goriva i dušika u zraku N 2. Najznačajniji dio njih su dušikovi oksidi NO x i sumpor SO x .

Oksidi dušika nastaju zbog oksidacije i molekularnog dušika u zraku i dušika sadržanog u gorivu. Eksperimentalna istraživanja su pokazala da glavni udio NOx koji nastaje u ložištima kotlova, odnosno 96÷100%, otpada na dušikov monoksid (oksid) NO. Azot dioksid NO 2 i dušikov hemioksid N 2 O nastaju u znatno manjim količinama, a njihov udio je približno: za NO 2 - do 4%, a za N 2 O - stoti dio procenta ukupne emisije NOx. U tipičnim uslovima spaljivanja goriva u kotlovima, koncentracije azot-dioksida NO 2 su po pravilu zanemarljive u odnosu na sadržaj NO i obično se kreću od 0÷7 ppm do 20÷30 ppm. Istovremeno, brzo miješanje toplih i hladnih područja u turbulentnom plamenu može dovesti do relativno velikih koncentracija dušikovog dioksida u hladnim zonama strujanja. Osim toga, do djelomične emisije NO 2 dolazi u gornjem dijelu peći iu horizontalnom dimovodu (na T> 900÷1000 K) i pod određenim uslovima može dostići i primetne veličine.

Dušikov hemoksid N 2 O, koji nastaje tokom sagorevanja goriva, je, po svemu sudeći, kratkotrajni međuprodukt. N 2 O praktično nema u produktima sagorevanja iza kotlova.

Sumpor sadržan u gorivu izvor je stvaranja sumpornih oksida SO x: sumpornog SO 2 (sumpor-dioksid) i sumpornog SO 3 (sumpor-trioksida) anhidrida. Ukupna emisija mase SO x zavisi samo od sadržaja sumpora u gorivu S p , a njihova koncentracija u dimnim gasovima zavisi i od koeficijenta protoka vazduha α. Po pravilu, udio SO 2 je 97÷99%, a udio SO 3 je 1÷3% ukupne proizvodnje SO x . Stvarni sadržaj SO 2 u gasovima koji izlaze iz kotlova kreće se od 0,08 do 0,6%, a koncentracija SO 3 - od 0,0001 do 0,008%.

Među štetnim komponentama dimnih gasova posebno mjesto zauzima velika grupa policikličnih aromatičnih ugljovodonika (PAH). Mnogi PAH imaju visoku kancerogenu i (ili) mutagenu aktivnost, aktiviraju fotohemijski smog u gradovima, što zahtijeva strogu kontrolu i ograničenje njihovih emisija. Istovremeno, neki PAH, kao što su fenantren, fluoranten, piren i niz drugih, gotovo su fiziološki inertni i nisu kancerogeni.

PAH nastaju kao rezultat nepotpunog sagorijevanja bilo kojeg ugljikovodika goriva. Ovo posljednje nastaje zbog inhibicije reakcija oksidacije ugljovodonika goriva hladnim zidovima uređaja za sagorijevanje, a može biti uzrokovano i nezadovoljavajućom mješavinom goriva i zraka. To dovodi do stvaranja u pećima (komorama za sagorijevanje) lokalnih oksidirajućih zona s niskom temperaturom ili zona sa viškom goriva.

Zbog velikog broja različitih PAH-ova u dimnim plinovima i teškoće mjerenja njihovih koncentracija, uobičajeno je da se nivo kancerogene kontaminacije produkata sagorijevanja i atmosferskog zraka procjenjuje koncentracijom najjačeg i najstabilnijeg kancerogena, benzo(a) piren (B(a)P) C 20 H 12 .

Zbog visoke toksičnosti, posebno treba spomenuti proizvode sagorijevanja lož ulja kao što su oksidi vanadijuma. Vanadijum se nalazi u mineralnom delu lož ulja i pri sagorevanju stvara vanadijum okside VO, VO 2 . Međutim, prilikom formiranja naslaga na konvektivnim površinama, oksidi vanadijuma su prisutni uglavnom u obliku V 2 O 5 . Vanadijum pentoksid V 2 O 5 je najotrovniji oblik vanadijum oksida, pa se njihova emisija obračunava kao V 2 O 5 .

Tabela 7.1.3. Približna koncentracija štetnih materija u produktima sagorevanja pri spaljivanju organskih goriva u kotlovima

Prilikom sagorevanja lož ulja i čvrstih goriva, emisije sadrže i čestice, koje se sastoje od letećeg pepela, čestica čađi, PAH-a i neizgorenog goriva kao rezultat mehaničkog nedozvoljenog sagorevanja.

Opsezi koncentracija štetnih materija u dimnim gasovima pri sagorevanju različitih vrsta goriva dati su u tabeli. 7.1.3.