8.1. SPALOVAC? REAKCE

Spalov?n? je rychle plynouc? chemick? reakce slu?ov?n? ho?lav?ch slo?ek s kysl?kem, doprov?zen? intenzivn?m uvol?ov?n?m tepla a prudk?m zv??en?m teploty zplodin ho?en?. Spalovac? reakce jsou pops?ny tzv. stechiometrick? rovnice, kter? charakterizuj? kvalitativn? a kvantitativn? l?tky vstupuj?c? do reakce a z n? vypl?vaj?c? (Stechiometrick? slo?en? ho?lav? sm?si (z ?eck?ho stoicheion - z?klad, prvek a ?eck?ho metro - m???m) - slo?en? sm?si, ve kter? je okysli?ovadla p?esn? tolik, kolik je nutn? pro ?plnou oxidaci paliva. ). Obecn? rovnice pro spalovac? reakci libovoln?ho uhlovod?ku

CmHn+ (m + n/4) O2 = mC02 + (n/2) H20 + Q(8,1)

kde m, n je po?et atom? uhl?ku a vod?ku v molekule; Q je tepeln? ??inek reakce nebo spaln? teplo.

Spalovac? reakce n?kter?ch plyn? jsou uvedeny v tabulce. 8.1. Tyto rovnice jsou bilan?n? a nelze z nich soudit ani rychlost reakc?, ani mechanismus chemick?ch p?em?n.

Tabulka 8.1. Spalovac? reakce a v?h?evnost such?ch plyn? (p?i 0°С a 101,3 kPa)

Tepeln? ??inek (v?h?evnost) Q - mno?stv? tepla uvoln?n?ho p?i ?pln?m sp?len? 1 kmol, 1 kg nebo 1 m 3 plynu za norm?ln?ch fyzik?ln?ch podm?nek. Je vy??? Q in a ni??? Q n v?h?evnost: vy??? v?h?evnost zahrnuje kondenza?n? teplo vodn? p?ry p?i spalov?n? (ve skute?nosti p?i spalov?n? plynu vodn? p?ra nekondenzuje, ale je odv?d?na spolu s ostatn?mi produkty spalov?n?) . Technick? v?po?ty se obvykle prov?d?j? podle ni??? v?h?evnosti, bez zohledn?n? kondenza?n?ho tepla vodn? p?ry (?2400 kJ / kg).

??innost po??tan? podle ni??? v?h?evnosti je form?ln? vy???, ale kondenza?n? teplo vodn? p?ry je pom?rn? vysok? a jeho vyu?it? je v?ce ne? rozumn?. Potvrzen?m toho je aktivn? vyu?it? v topn? technice kontaktn?ch v?m?n?k?, kter? jsou designov? velmi rozmanit?.

U sm?si ho?lav?ch plyn? je vy??? (a ni???) v?h?evnost plyn? ur?ena pom?rem

Q = r 1 Q 1 + r 2 Q 2 + ... + r n Q n (8,2)

kde r1, r2, ..., r n - objemov? (mol?rn?, hmotnostn?) zlomky slo?ek obsa?en?ch ve sm?si; Q 1 , Q 2 , …, Q n - v?h?evnost slo?ek.

Pou?it? tabulky. 8.1 lze vy??? a ni??? v?h?evnost, kJ / m 3, komplexn?ho plynu ur?it podle n?sleduj?c?ch vzorc?:

Q v \u003d 127,5 H2 + 126,4 CO + 398 CH4 + 703 C2H6 + 1012 C8H8 + 1338 C4H10 + 1329 C4H10 +
+ 1693 C5H12 + 630 C2H4 + 919 C3H6 +1214 C4H8 (8,3)

Qn \u003d 107,9 H2 + 126,4 CO + 358,8 CH4 + 643 C2H6 + 931,8 C8H8 + 1235 C4H10 + 1227 C4H10+
+ 1566 C5H12 + 595 C2H4 + 884 C8H6 + 1138 C4H8 (8,4)

kde H2, CO, CH4 atd. - obsah jednotliv?ch slo?ek v plynn?m palivu, objem. %.

Proces spalov?n? je mnohem komplikovan?j?? ne? podle vzorce (8.1), proto?e spolu s rozv?tven?m ?et?zc? doch?z? k jejich l?m?n? v d?sledku tvorby meziprodukt? stabiln?ch slou?enin, kter? p?i vysok?ch teplot?ch podl?haj? dal??m p?em?n?m. P?i dostate?n? koncentraci kysl?ku vznikaj? kone?n? produkty: vodn? p?ra H 2 O a oxid uhli?it? CO 2. P?i nedostatku oxida?n?ho ?inidla, stejn? jako p?i ochlazen? reak?n? z?ny, se mohou meziprodukty stabilizovat a dostat se do prost?ed?.

Intenzita uvol?ov?n? tepla a n?r?st teploty vedou k n?r?stu aktivn?ch ??stic v reak?n?m syst?mu. Takov? vztah mezi ?et?zovou reakc? a teplotou, kter? je charakteristick? pro t?m?? v?echny spalovac? procesy, vedl k zaveden? konceptu ?et?zov?-tepeln? exploze - samotn? chemick? reakce spalov?n? jsou ?et?zov?ho charakteru a k jejich zrychlen? doch?z? v d?sledku uvoln?n? tepla a zv??en? teploty v reak?n?m syst?mu.

Rychlost chemick? reakce v homogenn? sm?si je ?m?rn? sou?inu koncentrac? reaktant?:

w = kС 1 С 2 (8,5)

kde C1 a C2 jsou koncentrace reaguj?c?ch slo?ek, kmol/m3; k - konstanta reak?n? rychlosti v z?vislosti na povaze reaktant? a teplot?.

P?i spalov?n? plynu mohou b?t koncentrace reaktant? podm?n?n? pova?ov?ny za nezm?n?n?, proto?e ve spalovac? z?n? doch?z? ke kontinu?ln?mu p??livu ?erstv?ch slo?ek jednohodnotov?ho slo?en?.

Konstanta reak?n? rychlosti (podle Arrheniovy rovnice):

K \u003d K 0 e -E / RT (8,6)

kde Ko - preexponenci?ln? faktor pro biometrick? homogenn? sm?si, ?1,0; E - aktiva?n? energie, kJ/kmol; R je univerz?ln? plynov? konstanta, J/(kg K); T - absolutn? teplota, K (°C); e je z?klad p?irozen?ch logaritm?.

Preexponenci?ln? faktor K 0 lze interpretovat jako konstantu odr??ej?c? ?plnost sr??ky molekul a E - jako minim?ln? energii rozbit? vazeb molekul a vytvo?en? aktivn?ch ??stic, kter? zaji??uj? ??innost sr??ek. Pro b??n? ho?lav? sm?si se pohybuje v rozmez? (80?150) 10 3 kJ/kmol.

Rovnice (8.6) ukazuje, ?e rychlost chemick?ch reakc? prudce roste s rostouc? teplotou: nap?. zv??en? teploty z 500 na 1000 K vede ke zv??en? rychlosti spalovac? reakce faktorem 2 10 4 ?5 10 8kr?t (v z?vislosti na aktiva?n? energii).

Rychlost spalovac?ch reakc? je ovlivn?na jejich ?et?zov?m charakterem. Zpo??tku atomy a radik?ly vznikl? reakc? vstupuj? do slou?enin s v?choz?mi l?tkami a mezi sebou navz?jem, tvo?? kone?n? produkty a nov? ??stice, kter? opakuj? stejn? ?et?zec reakc?. Rostouc? generace takov?ch ??stic vede k „urychlov?n?“ chemick?ch reakc? – vlastn? k explozi cel? sm?si.

Vysokoteplotn? spalov?n? uhlovod?k? je slo?it? a je spojeno s tvorbou aktivn?ch ??stic ve form? atom? a radik?l? a tak? intermedi?rn?ch molekul?rn?ch slou?enin. Jako p??klad jsou uvedeny spalovac? reakce nejjednodu???ho uhlovod?ku - metanu:

1. H + O 2 -> OH + O
   CH 4 + OH -› CH 3 + H 2O
   CH 4 + O -› CH 2 + H 2O
2. CH 3 + O 2 -› HCNO + OH
   CH 2 + O 2 -› HCHO + O
3. HCHO + OH -› HCO + H20
   HCNO + O -› CO + H20
   HCO + O 2 -› CO + O + OH
4. CO + O -› CO 2
   CO + OH -> CO 2 + H

V?sledek jednoho cyklu:

2CH 4 + 4O 2 -› 2CO 2 + 4H 2O

8.2. V?PO?TY SPALOV?N?

Kysl?k pro spalov?n? poch?z? ze vzduchu jako jeho slo?ka. Pro v?po?ty se p?edpokl?d?, ?e objemov? slo?en? such?ho vzduchu je n?sleduj?c?:

kysl?k - 21,0 %, dus?k - 79,0 %.

Podle uveden?ch informac? je 1 m 3 kysl?ku obsa?en ve 100/21 = 4,76 m 3 vzduchu, nebo 79/21 = 3,76 m 3 dus?ku na 1 m 3 kysl?ku. Vzhledem k tomu, ?e 1 kmol plynu za norm?ln?ch podm?nek zauj?m? objem 22,4 litr?, lze spalovac? reakci (viz rovnice 8.1) jak?hokoli uhlovod?ku ve vzduchu zapsat ve zobecn?n? podob?:

CmHn+ (t + n/4) (02 + 3,76N2) = tC02+ (n/2) H20+ (t + n/4) 3,76N2

Po?adavky na kysl?k a vzduch p?i spalov?n? r?zn?ch plyn?, vypo?ten? z dan?ch spalovac?ch reakc?, jsou uvedeny v tabulce. 8.2.

Tabulka 8.2. Teoretick? pot?eba such?ho kysl?ku a vzduchu m 3 a objem spalin plynu p?i spalov?n? 1 m 3 plynu

Pro komplexn? plyn se spot?eba such?ho vzduchu V c, m 3 / m 3 vypo??t? podle vzorce, kter? zohled?uje spot?ebu kysl?ku jednotliv?ch slo?ek sm?si:

Vc \u003d 4,76 / 100 (0,5H2 + 0,5CO + 2CH4 + 3,5C2H6 + 5C3H8 + 6,5C4H10 + 3C2H4 + 4,5C3H6+6C4H8 -O 2) (8,7)

Teoretick? pr?tok vlhk?ho vzduchu V vl, m 3 / m 3, bl??e ur?en? vzorcem (8.7) objemem obsa?en? vodn? p?ry:

V ow \u003d V s + 0,001244d ve V s (8,8)

kde d vlhkost vzduchu, g/m3.

P?i nezn?m?m chemick?m slo?en? plyn?, ale zn?m? ni??? v?h?evnosti Q n, kJ / m 3, teoretick? spot?eba vzduchu V t, m 3 / m 3,

Vt ? Q n / 3770 (8,9)

Skute?n? spot?eba vzduchu V dv, m 3 / m 3, je v?dy br?na pon?kud velk?:

V motor \u003d Vt a (8.10)

kde a je koeficient p?ebytku vzduchu, odpov?daj?c? po?adavk?m GOST. Pro ?pln? sho?en? paliva mus? b?t hodnota a v?t?? ne? 1. Slo?en? a objem spalin, vypo?ten? ze spalovac?ch reakc? n?kter?ch plyn? v such?m vzduchu, jsou uvedeny v tabulce. 8.2.

8.3. TEPLOTA HO?EN?

V tepeln? technice se rozli?uj? teploty spalov?n? plyn?: tepeln? v?konov?, kalorimetrick?, teoretick? a skute?n? (v?po?tov?). Topn? v?kon t w - maxim?ln? teplota produkt? ?pln?ho spalov?n? plynu za adiabatick?ch podm?nek s koeficientem p?ebytku vzduchu a = 1,0 a p?i teplot? plynu a vzduchu rovn? 0 ° C:

t W = Q n /(?Vc p)(8,11)

kde Q n - ni??? v?h?evnost plynu, kJ / m 3; ? Vc p - sou?et sou?in? objem? oxidu uhli?it?ho, vodn? p?ry a dus?ku vznikl?ch p?i spalov?n? 1 m 3 plynu (m 3 / m 3) a jejich pr?m?rn?ch objemov?ch tepeln?ch kapacit p?i konstantn?m tlaku p?i teplot?ch od 0 °C a? tw (kJ/(m3 o °C).

Vzhledem k prom?nlivosti tepeln? kapacity plyn? je tepeln? v?kon stanoven metodou postupn?ch aproximac?. Jeho hodnota pro zemn? plyn (?2000°C) je br?na jako v?choz? parametr, p?i a = 1,0 se stanov? objemy slo?ek spalin podle tabulky. 8.3 se zjist? jejich pr?m?rn? tepeln? kapacita a pot? se podle vzorce (8.11) vypo?te tepeln? v?kon plynu. Pokud se v d?sledku v?po?tu uk??e, ?e je ni??? nebo vy??? ne? p?ijat?, nastav? se jin? teplota a v?po?et se opakuje.

Tabulka 8.3. Pr?m?rn? objemov? tepeln? kapacita plyn?, kJ / (m 3 ° С)

Tepeln? v?kon b??n?ch jednoduch?ch a slo?it?ch plyn? p?i jejich spalov?n? v such?m vzduchu je uveden v tabulce. 8.4. P?i spalov?n? plynu v atmosf?rick?m vzduchu obsahuj?c?m asi 1 hm. % vlhkosti se tepeln? v?kon sn??? o 25-30°C.

Tabulka 8.4. Tepeln? v?kon plyn? v such?m vzduchu

Kalorimetrick? teplota spalov?n? t a? - teplota stanoven? bez zohledn?n? disociace vodn? p?ry a oxidu uhli?it?ho, ale s p?ihl?dnut?m ke skute?n? po??te?n? teplot? plynu a vzduchu. Od tepeln?ho v?konu t se li?? t?m, ?e teplota plynu a vzduchu i sou?initel p?ebytku vzduchu a jsou br?ny podle jejich skute?n?ch hodnot. T k m??ete ur?it podle vzorce:

t k \u003d (Q n + q fyzick?) / (SVc p) (8.12)

kde q fyzik?ln? - tepeln? obsah (fyzick? teplo) plynu a vzduchu, m??eno od 0 °C, kJ/m 3.

P??rodn? a zkapaln?n? uhlovod?kov? plyny se obvykle p?ed spalov?n?m nezah??vaj? a jejich objem je mal? ve srovn?n? s objemem spalovac?ho vzduchu. Proto lze p?i ur?ov?n? kalorimetrick? teploty ignorovat tepeln? obsah plyn?. P?i spalov?n? plyn? s n?zkou v?h?evnost? (gener?tor, vysok? pec apod.) m? jejich tepeln? obsah (zejm?na oh??t? p?ed spalov?n?m) velmi v?znamn? vliv na kalorimetrickou teplotu.

Z?vislost kalorimetrick? teploty zemn?ho plynu st?edn?ho slo?en? ve vzduchu o teplot? 0°C a vlhkosti 1% na sou?initeli p?ebytku vzduchu a je uvedena v tabulce. 8.5, pro zkapaln?n? uhlovod?kov? plyn p?i spalov?n? na such?m vzduchu - v tabulce. 8.7. Tabulkov? data. 8.5–8.7 lze s dostate?nou p?esnost? v?st p?i stanoven? kalorimetrick? teploty spalov?n? jin?ch zemn?ch plyn?, relativn? podobn?ho slo?en?, a uhlovod?kov?ch plyn? t?m?? jak?hokoli slo?en?. Je-li t?eba dos?hnout vysok? teploty p?i spalov?n? plyn? s n?zk?mi sou?initeli p?ebytku vzduchu, a tak? zv??it ??innost pec?, v praxi doch?z? k oh?evu vzduchu, co? vede ke zv??en? kalorimetrick? teploty (viz tab. 8.6).

Tabulka 8.5. Kalorimetrick? a teoretick? teploty spalov?n? zemn?ho plynu na vzduchu s t = 0°C a 1% vlhkosti v z?vislosti na sou?initeli p?ebytku vzduchu a

Tabulka 8.6. Kalorimetrick? teplota spalov?n? zemn?ho plynu t k, ° С v z?vislosti na koeficientu p?ebytku such?ho vzduchu a jeho teplot? (zaokrouhlen? hodnoty)

Tabulka 8.7. Kalorimetrick? teplota spalov?n? t na technick? propan v such?m vzduchu s t = 0°C v z?vislosti na sou?initeli p?ebytku vzduchu a

Teoretick? teplota spalov?n? t T - maxim?ln? teplota, stanoven? podobn? jako kalorimetrick? t k, ale upraven? pro endotermick? (vy?aduj?c? teplo) reakce disociace oxidu uhli?it?ho a vodn? p?ry, prob?haj?c? se zv?t?ov?n?m objemu:

CO 2 ‹–› CO + 0,5 O 2 - 283 mJ / mol (8,13)

H 2 O ‹–› H 2 + 0,5O 2 - 242 mJ / mol (8,14)

P?i vysok?ch teplot?ch m??e disociace v?st ke vzniku atom?rn?ch vod?kov?ch, kysl?kov?ch a OH hydroxylov?ch skupin. Nav?c p?i spalov?n? plynu v?dy vznik? n?jak? oxid dus?ku. V?echny tyto reakce jsou endotermick? a vedou ke sn??en? teploty spalov?n?.

Teoretickou teplotu spalov?n? lze ur?it podle n?sleduj?c?ho vzorce:

t T \u003d (Q n + q fyzick? - q dis) / (SVc p) (8,15)

kde q dis - celkov? n?klady na teplo na disociaci CO 2 a H 2 O ve spalin?ch, kJ / m 3; SVc p je sou?et sou?inu objemu a pr?m?rn? tepeln? kapacity zplodin ho?en? p?i zohledn?n? disociace na 1 m 3 plynu.

Tabulka 8.8. Stupe? disociace vodn? p?ry H 2 O a oxidu uhli?it?ho CO 2 v z?vislosti na parci?ln?m tlaku

Jak je vid?t z tabulky. 8.8, p?i teplot?ch do 1600 °C se nemus? br?t v ?vahu stupe? disociace a teoretick? teplota spalov?n? m??e b?t rovna kalorimetrick?. P?i vy???ch teplot?ch m??e stupe? disociace v?razn? sn??it teplotu v pracovn?m prostoru. V praxi to nen? zvl??tn? pot?eba, teoretickou teplotu spalov?n? je pot?eba stanovit pouze u vysokoteplotn?ch pec? pracuj?c?ch na p?edeh??t? vzduch (nap??klad pece s otev?enou n?st?j?). U instalac? kotl? to nen? nutn?.

Tabulka 8.9. Maximum
vznikaj?c? teploty
ve voln?m plameni, °С

Skute?n? (v?po?tov?) teplota spalin t d- teplota, kter? je dosa?eno v re?ln?ch podm?nk?ch na nejteplej??m m?st? ho??ku. Je ni??? ne? teoretick? a z?vis? na tepeln?ch ztr?t?ch do okol?, m??e p?enosu tepla ze spalovac? z?ny s?l?n?m, d?lce spalovac?ho procesu v ?ase atd. Skute?n? pr?m?rn? teploty v topeni?t?ch a kotl?ch jsou ur?eno tepelnou bilanc? nebo p?ibli?n? teoretickou nebo kalorimetrickou teplotou spalov?n? v z?vislosti na teplot? v pec?ch se zaveden?m experiment?ln? stanoven?ch korek?n?ch faktor? do nich:

t d = t t i (8,16)

kde i- tzv. pyrometrick? koeficient v mez?ch:

• pro dob?e vyroben? tepeln? a topn? pece s tepelnou izolac? - 0,75–0,85;
• pro uzav?en? pece bez tepeln? izolace - 0,70–0,75;
• pro topeni?t? st?n?n?ch kotl? - 0,60–0,75.

V praxi je nutn? zn?t nejen v??e uveden? adiabatick? teploty spalov?n?, ale i maxim?ln? teploty, kter? se v plameni vyskytuj?. Jejich p?ibli?n? hodnoty jsou obvykle stanoveny experiment?ln? spektrografick?mi metodami. Maxim?ln? teploty, kter? se vyskytuj? ve voln?m plameni ve vzd?lenosti 5–10 mm od vrcholu k?nick?ho ?ela spalov?n?, jsou uvedeny v tabulce. 8.9. Z rozboru uveden?ch dat vypl?v?, ?e maxim?ln? teploty v plameni jsou men?? ne? tepeln? v?kon (vzhledem k cen? tepla na disociaci H 2 O a CO 2 a odvod tepla ze z?ny plamene).

8.4. TEPLOTA SAMOVZN?CEN?

Pro zah?jen? spalovac?ch reakc? jsou nutn? podm?nky pro vzn?cen? sm?si paliva s okysli?ovadlem. Zap?len? m??e b?t samovoln? a vynucen? (vzn?cen?).

Teplota samovzn?cen?- minim?ln? teplota, p?i kter? v oh??t? sm?si plyn-vzduch za??n? samovoln? (t.j. bez vn?j??ho p??vodu tepla) spalovac? proces v d?sledku uvol?ov?n? tepla ho??c?mi ??sticemi plynu.

Teplota samovzn?cen? nen? pro dan? plyn pevn? dan? a z?vis? na mnoha parametrech: jeho obsahu ve sm?si plyn-vzduch, stupni homogenity sm?si, tvaru a velikosti n?doby, ve kter? se sm?s zah??v?, rychlosti a zp?sob jej?ho oh?evu, katalytick? ??inek st?n n?doby, tlak, pod kter?m sm?s. P?esn? zohledn?n? t?chto faktor? je velmi obt??n?, proto se v praxi nap?. p?i posuzov?n? v?bu?nosti pou??vaj? experiment?ln? data (viz tab. 8.10).

Tabulka 8.10. Nejni??? nam??en? teploty samovzn?cen? n?kter?ch plyn? a par sm?chan?ch se vzduchem p?i atmosf?rick?m tlaku

Teploty samovzn?cen? ho?lav?ch plyn? v kysl?ku jsou pon?kud ni??? ne? ve vzduchu. Zav?d?n? balastn?ch ne?istot (dus?k a oxid uhli?it?) do slo?en? plynu vede ke zv??en? teploty samovzn?cen?. P??tomnost slo?ek s n?zkou teplotou samovzn?cen? v komplexn?ch plynech vede ke sn??en? teploty samovzn?cen? sm?si.

Nucen? zap?len? (zap?len?) se prov?d? zap?len?m sm?si v jednom nebo v?ce bodech vysokoteplotn?m zdrojem - otev?en?m plamenem nebo elektrickou jiskrou v m?st?, kde plyn unik? ze spalovac?ch kan?l? ho??k? do objemu pece . Zap?len? se od samovzn?cen? li?? t?m, ?e ho?lav? sm?s je p?ivedena do podoby plamene nikoli v cel?m sv?m objemu, ale pouze v jeho mal? ??sti. Odvod tepla z vyh??van? z?ny vy?aduje, aby rychlost uvol?ov?n? tepla ze zdroje vzn?cen? p?es?hla tento odvod tepla. Po zap?len? je zdroj vzn?cen? odstran?n a ke spalov?n? doch?z? ???en?m ?ela plamene.

8.5. LIMITY HO?LAVOSTI A V?BUCHU

Sm?si plynu a vzduchu se mohou vzn?tit (explodovat) pouze tehdy, kdy? je obsah plynu ve sm?si v ur?it?ch (pro ka?d? plyn) limitech. V tomto ohledu existuj? doln? a horn? koncentra?n? limity ho?lavosti. Spodn? mez odpov?d? minimu a horn? - maxim?ln?mu mno?stv? plynu ve sm?si, p?i kter?m se vzn?t? (p?i zapalov?n?) a spont?nn? (bez p??livu tepla zven??) ???en? plamene (samovzn?cen?). Stejn? limity odpov?daj? podm?nk?m v?bu?nosti sm?s? plynu se vzduchem.

Pokud je obsah plynu ve sm?si plynu a vzduchu ni??? ne? spodn? mez ho?lavosti, nem??e takov? sm?s ho?et a explodovat, proto?e teplo uvoln?n? v bl?zkosti zdroje vzn?cen? nesta?? k zah??t? sm?si na z?palnou teplotu. Pokud je obsah plynu ve sm?si mezi doln? a horn? mez? ho?lavosti, zap?len? sm?s se vzn?t? a sho?? jak v bl?zkosti zdroje vzn?cen?, tak i p?i jeho odstran?n?. Tato sm?s je v?bu?n?. ??m ?ir?? je rozsah mez? ho?lavosti (tak? naz?van?ch meze v?bu?nosti) a ??m ni??? je spodn? mez, t?m je plyn v?bu?n?j??. A kone?n?, pokud obsah plynu ve sm?si p?ekro?? horn? hranici ho?lavosti, pak je mno?stv? vzduchu ve sm?si nedostate?n? pro ?pln? sp?len? plynu.

Existence mez? ho?lavosti je zp?sobena tepeln?mi ztr?tami p?i spalov?n?. Kdy? se ho?lav? sm?s z?ed? vzduchem, kysl?kem nebo plynem, zv??? se tepeln? ztr?ty, sn??? se rychlost ???en? plamene a po odstran?n? zdroje vzn?cen? se zastav? ho?en?.

Tabulka 8.11. Meze ho?lavosti plyn? sm?chan?ch se vzduchem (p?i t = 20°C a p = 101,3 kPa)

Tabulka 8.12. Meze ho?lavosti plyn? sm?chan?ch s kysl?kem (p?i t = 20 °C a p = 101,3 kPa)

Limity ho?lavosti pro b??n? plyny ve sm?s?ch se vzduchem a kysl?kem jsou uvedeny v tabulce. 8.11–8.12. Se zvy?ov?n?m teploty sm?si se roz?i?uj? meze ho?lavosti a p?i teplot? p?ekra?uj?c? teplotu samovzn?cen? ho?? sm?si plynu se vzduchem nebo kysl?kem p?i jak?mkoli objemov?m pom?ru.

Hranice ho?lavosti z?vis? nejen na typech ho?lav?ch plyn?, ale tak? na podm?nk?ch experiment? (kapacita n?doby, tepeln? v?kon zdroje vzn?cen?, teplota sm?si, ???en? plamene nahoru, dol?, horizont?ln? atd.). To vysv?tluje pon?kud odli?n? hodnoty t?chto limit? v r?zn?ch liter?rn?ch zdroj?ch. V tabulce. Obr?zky 8.11–8.12 ukazuj? pom?rn? spolehliv? data z?skan? p?i pokojov? teplot? a atmosf?rick?m tlaku p?i ???en? plamene zdola nahoru v trubici o pr?m?ru 50 mm a v?ce. Kdy? se plamen ???? shora dol? nebo vodorovn?, spodn? limity se m?rn? zvy?uj? a horn? se sni?uj?. Meze ho?lavosti komplexn?ch ho?lav?ch plyn?, kter? neobsahuj? balastn? ne?istoty, jsou ur?eny pravidlem aditivity:

L g \u003d (r 1 + r 2 + ... + r n) / (r 1 / l 1 + r 2 / l 2 + ... + r n / l n) (8.17)

kde Lg je doln? nebo horn? mez ho?lavosti komplexn?ho plynu ve sm?si plyn-vzduch nebo plyn-kysl?k, obj. %; r 1 , r 2 , …, r n - obsah jednotliv?ch slo?ek ve slo?en?m plynu, objem. %; r 1 + r 2 + ... + r n \u003d 100 %; l 1, l 2, ..., l n - doln? nebo horn? hranice ho?lavosti jednotliv?ch slo?ek ve sm?si plyn-vzduch nebo plyn-kysl?k podle tabulky. 8.11 nebo 8.12, sv. %.

V p??tomnosti balastn?ch ne?istot v plynu lze meze ho?lavosti ur?it podle vzorce:

L b \u003d L g / (8,18)

kde L b - horn? a doln? meze ho?lavosti sm?si s balastn?mi ne?istotami, obj. %; L g - horn? a doln? hranice ho?lavosti ho?lav? sm?si, obj. %; B - mno?stv? balastn?ch ne?istot, zlomky jednotky.

P?i v?po?tu je ?asto nutn? zn?t sou?initel p?ebytku vzduchu a pro r?zn? meze ho?lavosti (viz tab. 8.11) a tak? tlak, kter? vznik? p?i v?buchu sm?si plynu se vzduchem. Sou?initel p?ebytku vzduchu odpov?daj?c? horn? nebo doln? hranici ho?lavosti lze ur?it vzorcem

a = (100/L – 1) (1/V T) (8,19)

Tlak vznikaj?c? p?i v?buchu sm?si plynu se vzduchem lze s dostate?nou aproximac? ur?it pomoc? n?sleduj?c?ch vzorc?:

pro stechiometrick? pom?r jednoduch?ho plynu ke vzduchu:

P vz \u003d P n (1 + vt k) (m / n) (8,20)

pro jak?koli pom?r komplexn?ho plynu ke vzduchu:

R vz \u003d R n (1 + vt k) V vlps / (1 + aV m) (8,21)

kde P vz - tlak vznikaj?c? p?i v?buchu, MPa; p n - po??te?n? tlak (p?ed v?buchem), MPa; v - koeficient objemov? rozta?nosti plyn?, ??seln? rovn? tlakov?mu koeficientu (1/273); t K - kalorimetrick? teplota spalov?n?, °С; m je po?et mol? po v?buchu, ur?en? reakc? spalov?n? plynu ve vzduchu; n je po?et mol? p?ed exploz? zapojenou do spalovac? reakce; V vlps - objem zplodin mokr?ho spalov?n? na 1 m 3 plynu, m 3; V t - teoretick? spot?eba vzduchu, m 3 /m 3.

Tabulka 8.13. Tlak vznikaj?c? p?i v?buchu sm?si propan-vzduch v z?vislosti na v?tla?n?m sou?initeli ksb a typu ochrann?ho za??zen?

V?bu?n? tlaky uveden? v tabulce. 8.13 nebo ur?en? podle vzorc? m??e nastat pouze tehdy, je-li plyn zcela sp?len uvnit? z?sobn?ku a jeho st?ny jsou dimenzov?ny na tyto tlaky. Jinak jsou limitov?ni pevnost? st?n nebo jejich nejsn?ze zni?iteln?ch ??st? - tlakov? pulsy se ???? nezap?len?m objemem sm?si rychlost? zvuku a dos?hnou plotu mnohem rychleji ne? ?elo plamene.

Tato vlastnost – rozd?l v rychlosti ???en? plamene a tlakov?ch pulzech (r?zov? vlna) – je v praxi ?iroce vyu??v?na k ochran? plynov?ch za??zen? a prostor p?ed zni?en?m p?i v?buchu. K tomu se do otvor? st?n a strop? instaluj? snadno otev?rateln? nebo skl?dac? p???ky, r?my, panely, ventily atd. Tlak vznikaj?c? p?i v?buchu z?vis? na konstruk?n?ch vlastnostech ochrann?ch za??zen? a v?bojov?m koeficientu ksb, co? je pom?r plochy ochrann?ch za??zen? k objemu m?stnosti.

8.6. HO?EN? V ST?L?M PROST?ED?

Pohyb z?ny plamene - ?elo plamene, - plocha odd?luj?c? nezreagovanou ho?lavou sm?s od zplodin ho?en?, je zp?sobena t?m, ?e studen? ho?lav? sm?s p?ed n? se vlivem tepeln? vodivosti a dif?ze zah?eje na z?palnou teplotu. hork?ch produkt? spalov?n? do studen? sm?si. Naz?v?me line?rn? rychlost, kterou se ?elo plamene pohybuje homogenn? ho?lavou sm?s? rovnom?rn? rychlost ???en? plamene v z?vislosti jak na druhu plynu, tak na jeho obsahu ve sm?si plynu se vzduchem. Minim?ln? rychlost pro v?echny typy ho?lav?ch plyn? odpov?d? spodn? a horn? hranici zap?len? a maxim?ln? - pom?ru plyn? a vzduchu.

R??e. 8.1. K?ivky rovnom?rn?ch rychlost?
???en? plamene u n, defin
v trubce o pr?m?ru 25,4 mm
1-vod?k; 2-voda plyn; 3-oxid uhelnat?;
4-ethylen; 5-koks?rensk? plyn; 6-ethan; 7-methan;
8-gener?torov? dm?chac? plyn p?ra-vzduch

R??e. 8.2. Vliv pr?m?ru d tr a koncentrace
metan sm?chan? se vzduchem ke zm?n?
rovnom?rn? rychlost ???en? plamene u n

Experimenty prok?zaly, ?e rychlost ???en? plamene z?vis? na pr?m?ru v?lcov? trubky, kterou se plamen ????: ??m v?t?? je pr?m?r, t?m vy??? je rychlost ???en?. Zv?t?en? pr?m?ru trubky sni?uje vliv st?n na spalovac? proces a pohybuj?c? se ?elo plamene a p?isp?v? ke zv??en? konvekce (obr. 8.2). Anal?za dat grafu ukazuje, ?e u velmi mal?ch rozm?r? trubek je ???en? plamene obecn? nemo?n? (kv?li siln?mu relativn?mu odvodu tepla). Velikosti trubek, kan?l? a ?t?rbin, ve kter?ch se plamen ne????, se naz?vaj? kritick?.

Pro r?zn? plyny se li??:

• studen? sm?s metanu se vzduchem - 3 mm;
• sm?s vod?ku a vzduchu - 0,9 mm;
• zah??t? sm?s metanu se vzduchem - 1,2 mm.

Ha?en? v kan?lech mal?ho pr??ezu se v praxi pou??v? k vytvo?en? pojistek plamene: m???ky zpomaluj?c? ho?en?, keramick? por?zn? kotou?e, kotou?e z lisovan?ch kovov?ch kuli?ek, n?doby pln?n? jemnozrnn?mi materi?ly atd.); po??rn? kan?ly v konstrukci ho??k? pracuj?c?ch na sm?si plyn-vzduch.

Pro srovn?vac? charakteristiku ho?lav?ch vlastnost? plyn? (bez ohledu na velikost trubek) je koncept "norm?ln? rychlost ???en? plamene"- to je rychlost, vzta?en? na studenou (dosud nezap?lenou) sm?s, se kterou se plamen pohybuje po norm?le k jej?mu povrchu. P?edpokl?d? se, ?e ?elo plamene je ploch? a rovn? pr?m?ru trubky:

u n \u003d w p pr 2 / S (8,22)

kde u n je norm?ln? rychlost ???en? plamene, m/s; w p - nam??en? rovnom?rn? rychlost ???en? plamene, m/s; r - polom?r trubky, m; S je plocha ?ela plamene, m 2 .

Tabulka 8.14. Rychlosti ???en? plamene v r?zn?ch sm?s?ch plyn-vzduch (p?i t=20°C a p=103,3 kPa), m/s

Jak je patrn? z ?daj? v tabulce. 8.14, maxim?ln? rychlost ???en? plamene odpov?d? sm?s?m plynu a vzduchu s nedostatkem okysli?ovadla (ne stechiometrick?). S p?ebytkem paliva se zvy?uje ??innost sr??ky reaguj?c?ch ??stic a zvy?uje se rychlost chemick?ch reakc?.

Rychlosti ???en? plamene u sm?s? plyn-kysl?k jsou ??dov? vy??? ne? u sm?s? plyn-vzduch. Maxim?ln? norm?ln? rychlost ???en? plamene je tedy pro sm?s metanu a kysl?ku 3,3 m/s a pro sm?s propanu a butanu s kysl?kem 3,5–3,6 m/s.

Maxim?ln? norm?ln? rychlost ???en? plamene ve sm?si komplexn?ho plynu se vzduchem, m/s, je ur?ena vzorcem:

u n max \u003d (r 1 u 1 + r 2 u 2 + ... + r n u n) / (r 1 + r 2 + ... + r n) (8,23)

kde r 1 , r 2 ,…r n je obsah jednotliv?ch slo?ek ve slo?it?m plynu, objem. %; u 1 , u 2 ,...u n jsou maxim?ln? norm?ln? rychlosti ???en? plamene komplexn?ch slo?ek plynu sm?chan?ch se vzduchem, m/s.

Uveden? pom?ry jsou vhodn? pro plyny, kter? maj? bl?zko norm?ln? rychlosti ???en? plamene, nap??klad pro p??rodn? a zkapaln?n? uhlovod?kov? plyny. Pro sm?si plyn? s dramaticky rozd?ln?mi rychlostmi ???en? plamene (nap?. sm?si p??rodn?ch a um?l?ch plyn?, sm?si s vysok?m obsahem vod?ku) ud?vaj? pouze p?ibli?n? hodnoty.

Pokud sm?s obsahuje balastn? ne?istoty (dus?k a oxid uhli?it?), pak pro p?ibli?n? v?po?et rychlosti ???en? plamene je t?eba pou??t n?sleduj?c? vzorec:

u b \u003d u n max (1 - 0,01 N 2 - 0,012 CO 2) (8,24)

V?razn? zvy?uje rychlost ???en? plamene oh?evem sm?si plynu a vzduchu:

u‘ n \u003d u n (T‘ / T) (8,25)

kde u‘ n jsou rychlosti ???en? plamene v oh??van? sm?si s absolutn? teplotou T‘, K; a n - tot??, ve studen? sm?si s teplotou T, K.

P?edeh??v?n? sm?si m?n? svou hustotu nep??mo ?m?rn? k absolutn? teplot?, a proto se ?m?rn? s touto teplotou zvy?uj? i rychlosti ???en? plamene. Tuto skute?nost je nutn? p?i v?po?tech zohlednit zejm?na v p??padech, kdy jsou spalovac? kan?ly ho??k? um?st?ny ve vyt?p?n?m zdivu nebo jsou-li ovlivn?ny s?l?n?m topeni?t?, hork?mi plyny apod.

Rovnom?rnost ???en? plamene je mo?n? za n?sleduj?c?ch podm?nek:

• po??rn? trubice je kr?tk?;
• spalov?n? se ???? p?i konstantn?m tlaku bl?zk?m atmosf?rick?mu.

Pokud je d?lka trubice v?znamn?, pak se rovnom?rn? ???en? plamene u n?kter?ch sm?s? m??e zm?nit ve vibrace a n?sledn? v detonaci s rychlost? nadzvukov?ho ho?en? (2000 m/s nebo v?ce), kdy se sm?s zap?l? v d?sledku r?zov? vlna, kter? zah?eje sm?s na teploty nad z?palnou teplotou. K detonaci doch?z? ve sm?s?ch s vysokou rychlost? ???en? plamene. Meze detona?n? koncentrace jsou u??? ne? meze ho?lavosti sm?s? plyn-vzduch a plyn-kysl?k, sv. %: propan - 3,2–37, isobutan - 2,8–31, vod?k - 15–90. Tlak vznikaj?c? p?i detona?n?m ho?en? m??e desetin?sobn? p?ekro?it po??te?n? tlak a v?st ke zni?en? potrub? a dal??ch n?dob ur?en?ch pro vysok? tlaky.

8.7. HO?EN? P?I LAMIN?RN?M A TURBULENTN?M PROUDU

R??e. 8.3. p?edn? spalovac?
sm?s plynu a vzduchu v
lamin?rn? pohyb

?elo plamene lze zastavit vytvo?en?m bl???c?ho se pohybu ho?lav? sm?si rychlost? rovnou norm?ln? rychlosti ???en? plamene. Dobr?m p??kladem je povrch vnit?n?ho ku?ele Bunsenova ho??ku. ?pravou slo?en? sm?si plyn-vzduch vyt?kaj?c? z ho??ku v lamin?rn?m re?imu pohybu lze dos?hnout vzhledu stabiln?ho a ost?e ohrani?en?ho ku?ele ho?en? (obr. 8.3). Bo?n? plocha ku?ele (?ela plamene), kter? je nehybn? vzhledem k zapalovac? hran? kan?lu ho??ku, se pohybuje sm?rem k vyt?kaj?c? sm?si plynu a vzduchu a plamen se v tomto p??pad? ???? pod?l kolmice k zapalovac? plo?e u ka?d?ho z nich. jeho body. Na povrchu k?nick?ho ?ela plamene je zachov?na rovnost rychlost? - pr?m?ty rychlosti proud?n? sm?si plynu a vzduchu na norm?lu wн na tvo??c? p??mku ku?ele a norm?ln? rychlost ???en? plamene neodpov?daj? Michelsonovu z?konu:

w n \u003d w cosf \u003d u n (8.26)

kde f je ?hel mezi sm?rem proud?n? a norm?lou k povrchu ku?elovit?ho ?ela plamene; w pot - pr?m?rn? pr?tok sm?si plynu a vzduchu proch?zej?c? ho??kem za jednotku ?asu, m/s.

St?lost norm?ln? rychlosti ???en? plamene plat? pouze pro hlavn? ??st bo?n? plochy ku?elov?ho ?ela plamene. V horn? ??sti ku?ele se rychlost zvy?uje v d?sledku oh?evu sm?si plynu se vzduchem o t?sn? rozm?st?n? ?seky ku?elov? plochy ?ela plamene a u z?kladny ku?ele se sni?uje v d?sledku chladic?ho ??inku konce. sou??st? po??rn?ho kan?lu ho??ku.

Pro praktick? v?po?ty se tento rozd?l obvykle zanedb?v? a p?edpokl?d? se, ?e rychlost pr?chodu sm?si ?elem plamene je konstantn? po cel?m povrchu ku?ele a rovn? se u n.

Pr?m?rn? norm?ln? rychlost ???en? plamene je

u n \u003d V cm / S (8,27)

kde V cm je objem sm?si plynu a vzduchu proch?zej?c? ho??kem, S je plocha ?ela ku?elov?ho plamene.

V praxi k?nick? ?elo plamene nem? pravideln? geometrick? tvar, proto se pro p?esn? ur?en? S plamen vyfotografuje, ?elo plamene se rozd?l? na ?adu komol?ch ku?el?. Sou?et bo?n?ch ploch je celkov? povrch ?ela ku?elov?ho plamene. Hodnoty norm?ln?ch rychlost? ???en? plamene, stanoven? jak metodou Bunsenova ho??ku, tak jin?mi metodami, jsou stejn? a rovnaj? se norm?ln?m rychlostem uveden?m v tabulce. 8.14.

V??ka ku?elov?ho ?ela plamene z?vis? p?edev??m na velikosti spalovac?ho kan?lu ho??ku. Sn??en? v??ky plamene lze dos?hnout rozdrcen?m velk?ch po??rn?ch kan?l? na n?kolik mal?ch. U sm?s? plyn-vzduch stejn?ho slo?en? lze v??ku ku?elov?ch ?el plamene mal?ch kan?lk? h p?ibli?n? ur?it z v??ky ?ela plamene jednoho kan?lu H:

h = H/ ?n(8,28)

kde n je po?et mal?ch kan?l?.

U ho??k? s vysok?m tepeln?m v?konem (ho??ky pr?myslov?ch kotl?, pec? atd.) prob?h? spalov?n? zpravidla v turbulentn?m proud?n? - hladk? ku?elovit? ?elo plamene je rozmazan? a ztr?c? sv?j jasn? ku?elovit? tvar v d?sledku v?rov?ho pohybu a pulzac?. V tomto p??pad? jsou pozorov?ny dva charakteristick? typy spalov?n?, odpov?daj?c? turbulenci mal?ho a velk?ho rozsahu.

P?i m?r?ch turbulence nep?esahuj?c?ch tlou??ku z?ny lamin?rn?ho spalov?n? si k?nick? ?elo plamene zachov?v? sv?j tvar a z?st?v? hladk?, i kdy? se z?na spalov?n? zv?t?uje. Pokud stupnice turbulence p?es?hne tlou??ku z?ny norm?ln?ho spalov?n?, povrch ku?elov?ho ?ela plamene se stane nerovn?m. To vede ke zv?t?en? celkov? plochy ?ela spalov?n? a spalov?n? v?t??ho mno?stv? spaliteln? sm?si na jednotku pr?tokov?ho pr??ezu.

P?i velkoplo?n? turbulenci, kter? v?razn? p?esahuje tlou??ku z?ny lamin?rn?ho ho?en?, doch?z? naru?en?m povrchu ?ela plamene k odd?lov?n? jednotliv?ch ??stic hork? sm?si, kter? jsou n?sledn?mi pulzacemi drceny. ?elo plamene ztr?c? svou celistvost a m?n? se v syst?m odd?len?ch spalovac?ch center ve form? stejn?ch ??stic ho?lav? sm?si, kter? se v proudu roz?ez?vaj? a ho??.

R??e. 8.4. Relativn? zm?na rychlosti
???en? plamene koks?rensk?ho plynu
sm?chan? se vzduchem v z?vislosti na po?tu
Reynolds a zp?sob pohybu sm?si

P?i velkoplo?n? turbulenci se zv?t?uje povrch ?ela plamene skl?daj?c? se z povrch? v?ech ho??c?ch ??stic, co? vede k prudk?mu zv??en? rychlosti ???en? plamene (obr. 8.4). V tomto p??pad? m??e doch?zet nejen k ?eln?mu spalov?n?, ????c?mu se norm?ln? rychlost? v n, ale tak? k objemov?mu spalov?n? vznikaj?c?mu turbulentn?mi pulzacemi hork?ch zplodin ho?en? do ?erstv? sm?si. V d?sledku toho je celkov? rychlost ???en? plamene p?i velk?ch turbulenc?ch ur?ena jednou nebo druhou kombinac? prvk? ?eln?ho a objemov?ho spalov?n?.

P?i absenci pulsac? se rychlost turbulentn?ho spalov?n? rovn? norm?ln? rychlosti ???en? plamene. Naopak, pokud je pulsa?n? rychlost mnohem vy??? ne? norm?ln?, st?v? se turbulentn? rychlost spalov?n? m?lo z?visl? na fyzik?ln?-chemick?ch vlastnostech ho?lav? sm?si. Experimenty uk?zaly malou z?vislost rychlosti ho?en? r?zn?ch homogenn?ch sm?s? plyn-vzduch s a>1 v pr?myslov?ch pec?ch na norm?ln? rychlosti ???en? plamene.

8.8. STABILITA HO?EN?

R??e. 8.5. Syst?m p??m?ho od?kodn?n?
u n \u003d w potu p?i lamin?rn?m pohybu
sm?s plynu a vzduchu
1 – st?na ho??ku;
2 - ?elo plamene

Hlavn?mi faktory ovliv?uj?c?mi stabilitu spalov?n? jsou rychlost v?toku sm?si plyn-vzduch a ???en? plamene. P?i spalov?n? sm?s? plyn-vzduch v lamin?rn?m proud?n? je stabiln? ??st? ?ela ku?elov?ho plamene jeho spodn? ??st. V tomto bod? je ?elo plamene v d?sledku expanze sm?si plynu a vzduchu proud?c? do atmosf?ry a zpomaluj?c?ho ??inku st?ny kan?lu horizont?ln? oto?eno a zvednuto nad okraj kan?lu o tlou??ku ?ela plamene (obr. 8.5).

V tomto ?seku ?ela doch?z? k ?pln? kompenzaci rychlosti proud?n? plyn-vzduch rychlost? ???en? plamene u n = w pot . Na zbytku k?nick? ??sti ?ela plamene je kompenzace ??ste?n? a prov?d? se pouze ve sm?ru kolm?m k ?elu spalov?n?: u n = w pot cosf . Slo?ka w pot sinf z?st?v? nevyv??en? a nese bod vzn?cen? od z?kladny ku?ele k jeho vrcholu. Stabilita k?nick?ho ?ela plamene je vysv?tlena t?m, ?e prstencov? p?s na z?kladn? slou?? jako zdroj z??ehu, bez kter?ho by byl zbytek ?ela un??en proudem sm?si plynu a vzduchu.

Pokud pr?tok sm?si p?ekro?? rychlost ???en? plamene, ???ka zapalovac?ho p?su se zmen?uje, a? se stane zanedbatelnou. V tomto p??pad? je naru?ena stabilita ?ela plamene a doch?z? k odd?len? od ho??ku. P?ekro??-li rychlost ???en? plamene v prstencov? oblasti u st?ny (nikoli na st?n?) rychlost v?stupu sm?si plyn-vzduch, je plamen vta?en do ho??kov?ho sm??ova?e (p?ekmit).

Po odpojen? jsou:

• selh?n? plamene z ho??ku a jeho zhasnut?;
• odd?len? od okraje topeni?t?, kdy? plamen dos?hne nov?, pom?rn? stabiln? polohy v proudu nad ho??kem;
• rozpad zvednut?ho plamene a jeho uha?en?;
• vyhozen? zvednut?ho ho??ku k okraji ho??kov?ho kan?lu;
• vytvo?en? zav??en?ho plamene, kdy? je proud zap?len v ur?it? vzd?lenosti od ho??ku.

V?echny tyto jevy jsou nep?ijateln?, proto?e vedou k hromad?n? nesp?len?ho plynu v okoln? atmosf??e nebo v peci.

R??e. 8.6. Z?vislost separa?n? rychlosti singlu
plameny v otev?en? atmosf??e sm?si p??rodn?ch
plynu se vzduchem na velikosti po??rn?ho kan?lu a
obsah prim?rn?ho vzduchu.

R??e. 8.7. Z?vislost odtrhov? rychlosti
v?ceramenn? plamen v otev?en? atmosf??e
sm?si zemn?ho plynu se vzduchem na velikosti
po??rn? kan?l a obsah prim?rn?ho vzduchu.
a - sch?ma ho??ku; b – k?ivky separace plamene

Na Obr. 8.6 ukazuje experiment?ln? k?ivky odd?lov?n? plamene od okraj? po??rn?ch kan?l? vst?ikovac?ch jednoho??kov?ch ho??k? pracuj?c?ch na sm?s studen?ho plynu se vzduchem. Na hranici a nad t?mito k?ivkami za??n? odd?lov?n? plamene a pod k?ivkami za??n? stabiln? spalov?n?.

V praxi jsou roz???eny v?ce ho??kov? vst?ikovac? ho??ky s ohniv?mi kan?ly o pr?m?ru 2–6 mm (obr. 8.7). Stanoven? rychlost? separace plamene w ref pro takov? ho??ky lze prov?st podle n?sleduj?c?ho vzorce:

w neg = 3,5 10 -3 d k T 2 (1 + V t) / (1 + a 1 V t) (8,29)

kde d k je pr?m?r vypalovac?ch kan?l?, m; a 1 - koeficient p?ebytku prim?rn?ho vzduchu; T je absolutn? teplota sm?si plynu a vzduchu, K.

Ze vzorce je patrn?, ?e stabilita spalov?n? se zvy?uje s rostouc?m pr?m?rem po??rn?ch kan?l? a teplotou a kles? s rostouc?m koeficientem p?ebytku prim?rn?ho vzduchu. Vz?jemn?m ovliv?ov?n?m plamene se tak? zvy?uje stabilita ho?en?.

K odd?len? plamene od po??rn?ch kan?l? m??e doj?t tak? z jin?ch d?vod?. Pokud ho??k a spaliny nejsou spr?vn? um?st?ny, mohou se dostat do injektoru ho??ku a v?st k odd?len? plamene (sn??en?m rychlosti ???en? plamene ve sm?si plyn-vzduch z?ed?n? inertn?mi plyny). P???inou odd?len? m??e b?t tak? vysok? rychlost sekund?rn?ho vzduchu vyfukuj?c?ho plamen z ohniv?ch kan?l?.

Tabulka 8.15. M?ra homogenn? sm?si p??rodn?
plyn se vzduchem, p?i kter?m dojde k pr?razu
plamen, m/s (teplota sm?si 20°C)

Je tak? nep?ijateln?, aby plamen uvnit? ho??kov?ho sm??ova?e blikal, obvykle doprov?zen? prask?n?m. Prokluz vede bu? k uhasnut? plamene a vyvr?en? nesp?len? sm?si do m?stnosti ?i pece, nebo ke sho?en? sm?si uvnit? ho??ku. Tendence plamene pro?lehat z?vis? na druhu plynu, norm?ln? rychlosti ???en? plamene, obsahu prim?rn?ho vzduchu ve sm?si plyn-vzduch, rozm?rech po??rn?ch kan?l?, teplot?ch sm?si nebo st?n?ch kan?ly. Pr?raz plamene je tak? ovlivn?n tepelnou vodivost? materi?l?, ze kter?ch jsou po??rn? kan?ly vyrobeny, jejich tvarem, hloubkou a zpracov?n?m, p??tomnost? ot?ep?, zlomen?ch hran atd.

Uvedeno v tabulce. 8.15 hodnoty rychlost? homogenn?ch sm?s? zemn?ch plyn? se vzduchem, p?i kter?ch doch?z? k pr?razu, lze s v?hradou korekc? pou??t i pro jin? plyny:

w" v? \u003d w v? u" n / u n (8,30)

kde w‘ pr je rychlost p?eskoku plamene pro jin? plyn, m/s; w pr - rychlost skluzu pro zemn? plyn (podle tabulky 8.15), m / s; u‘ n - norm?ln? rychlost ???en? plamene pro jin? plyn, m/s; u n - rychlost ???en? plamene v metanu, m/s.

Maxim?ln? rychlost skluzu lze vypo??tat pomoc? p?ibli?n?ho vzorce:

w pr \u003d 0,73 10-3 d k T 2 (8,31)

Stejn? vzorec, s p?ibl??en?m dosta?uj?c?m pro praxi, lze pou??t i pro jin? plyny se zaveden?m korekce na zm?nu norm?ln? rychlosti ???en? plamene. Na z?klad? ?etn?ch experiment? lze vyvodit n?sleduj?c? z?v?r: limity stabiln?ho provozu ho??k? jsou omezeny rychlost? odd?lov?n? a zp?tn?ho vzplanut? plamene.

R??e. 8.8. Z?vislost rychlosti sm?si plynu a vzduchu, p?i kter? doch?z? k odd?len? a zp?tn?mu vzplanut? plamene, na koeficientu p?ebytku prim?rn?ho vzduchu
I - odd?len? plamene; II - pr?raz plamene; III - ?lut? okraje plamene;
1–3 pr?m?ry topeni?? ho??k?, mm: 1 – 25, 2 – 25, 3 – 32

Na Obr. 8.8 ukazuje k?ivky charakterizuj?c? pr?toky sm?si zemn?ho plynu se vzduchem, p?i kter?ch doch?z? k odd?len? a zp?tn?mu vzplanut? plamene. Charakter k?ivek ukazuje na prudk? pokles stability plamene s t?m, jak se zvy?uje obsah prim?rn?ho vzduchu ve sm?si. Ke zv??en? stability plamene doch?z? p?i poklesu obsahu prim?rn?ho vzduchu a maxima dosahuje p?i jeho poklesu k nule (dif?zn? spalov?n?). Takov? spalov?n? uhlovod?kov?ch plyn? je v?ak v mnoha p??padech nep?ijateln?, proto?e vede ke vzniku ?lut?ch plamen?, kter? charakterizuj? v?skyt ??stic saz? v nich.

R??e. 8.9. B??n? retard?ry ho?en?
a - v?lcov? tunel s n?hl?m roz???en?m ?seku;
b - stejn?, s v??iv?m tokem;
c – ku?elov? tunel s v??iv?m proud?n?m;
d - stabiliz?tor ve form? ku?elov?ho t?lesa;
e - stejn?, ve form? kulat? ty?e;
e - stejn?, ve form? stabiln?ho prstencov?ho plamene
1 - tryska ho??ku; 2 - tunel; 3 - bo?n? otvor;
4 – prstencov? kan?l; 5 - prstencov? plamen;
6 - plamen hlavn?ho proudu sm?si plyn-vzduch

V praxi se pro roz???en? rozsahu stability spalov?n? jak?chkoli ho?lav?ch sm?s? plynu se vzduchem p?edpokl?d?, ?e rychlost proud?n? je n?kolikan?sobn? v?t?? ne? separa?n? rychlost. Prevence odd?lov?n? plamene je dosa?eno pou?it?m stabiliz?tor? plamene (obr. 8.9).

Ke stabilizaci plamene vst?ikovac?ch a jin?ch ho??k?, kter? produkuj? osov? symetrick? paprsky plyn-vzduch, se pou??vaj? ??ruvzdorn? v?lcov? tunely s n?hl?m roz???en?m jejich pr??ezu. Provoz takov?ho tunelu je zalo?en na perifern? cirkulaci ??sti hork?ch zplodin ho?en?, ke kter? doch?z? v d?sledku ??dnut? vytv??en?ho paprskem.

Ke stabilizaci plamene ho??k?, kter? produkuj? v???c? sm?s plynu a vzduchu, se pou??vaj? v?lcov? i k?nick? tunely s ?hlem otev?en? 30–60°. P?i v??iv?m proud?n? vznik? na obvodu tunelu v?t?? tlak ne? v jeho centr?ln? ??sti. To vede k paraxi?ln? recirkulaci n?kter?ch hork?ch produkt? spalov?n? a vzn?cen? studen? sm?si plynu a vzduchu proud?c? do tunelu zevnit?.

Pokud nen? mo?n? instalace tunel?, pou??vaj? se ke stabilizaci plamene t?lesa ?patn? proudnicov?ho tvaru, um?st?n? v proudu sm?si plynu a vzduchu na jej?m v?stupu z ohni?t? ho??ku. V tomto p??pad? doch?z? ke vzn?cen? sm?si na obvodu stabiliz?toru, za kter?m doch?z? k ??ste?n? recirkulaci hork?ch plyn?, kter? zapaluj? ho?lavou sm?s zevnit?. Stabiliza?n? ??inek takov?ch za??zen? je ni??? ne? u tunel?.

U vst?ikovac?ch jedno a v?ce ho??kov?ch ho??k? se stabiliz?tory ho?en? ?iroce pou??vaj? ve form? speci?ln? trysky plamene. Stabiliza?n? ??inek tohoto za??zen? je zalo?en na zabr?n?n? ?ed?n? hlavn?ho proudu u ko?ene plamene p?ebyte?n?m vzduchem, ??m? se zu?uj? hranice jeho stability, a d?le na zah??v?n? a zapalov?n? hlavn?ho proudu prstencov?m plamenem po cel?m jeho obvodu. . Stabilita prstencov?ho plamene p?i odd?lov?n? je dosa?ena takov?m pom?rem ?sek? topeni?t? a bo?n?ch otvor?, ve kter?ch rychlost sm?si plynu a vzduchu v prstencov? dutin? nep?ekra?uje norm?ln? rychlost ???en? plamene. Aby se zabr?nilo ?leh?n? plamene do ho??kov?ho sm??ova?e, jsou rozm?ry bo?n?ch otvor?, kter? tvo?? prstencov? plamen, br?ny jako men?? ne? kritick?.

8.9. SCH?MATA OCHRANN?CH PROST?EDK?

Vzduch nebo kysl?k vstupuj?c? do plynovodu mohou tvo?it v?bu?nou sm?s, proto je nutn? potrub? chr?nit p?ed pronik?n?m vzduchu nebo kysl?ku do n?j. Ve v?ech v?bu?n?ch odv?tv?ch mus? b?t vytvo?eny podm?nky, kter? vylu?uj? mo?nost vzn?cen? impuls?. Zdroje vzn?cen?, kter? zp?sobuj? explozi sm?si plynu a vzduchu, jsou:

• otev?en? plamen;
• elektrick? v?boje provozn?ch elektrick?ch za??zen?;
• zkrat v elektrick?ch vodi??ch;
• jiskry v elektrick?ch spot?ebi??ch;
• sp?len? pojistky;
• v?boje statick? elekt?iny.

V?buchov? bezpe?nost je zaji?t?na r?zn?mi pojistkami plamene. instalovan? v potrub?, na n?dr??ch, na potrub?ch proplachovac?ho plynu, sv??k?ch a dal??ch syst?mech, kde hroz? nebezpe?? v?buchu.

K uha?en? plamene v kan?lu napln?n?m ho?lavou sm?s? doch?z? pouze p?i minim?ln?m pr?m?ru kan?lu, kter? z?vis? na chemick?m slo?en? a tlaku sm?si a je vysv?tlen ztr?tou tepla z reak?n? z?ny do st?n kan?lu. Se zmen?ov?n?m pr?m?ru kan?lku se jeho povrch zv?t?uje na jednotku hmotnosti reak?n? sm?si, tzn. tepeln? ztr?ty se zvy?uj?. Kdy? dos?hnou kritick? hodnoty, rychlost spalovac? reakce se sn??? natolik, ?e dal?? ???en? plamene je nemo?n?.

Zh??ec? schopnost pojistky plamene z?vis? p?edev??m na pr?m?ru zh??ec?ch kan?l? a mnohem m?n? na jejich d?lce a mo?nost pr?niku plamene zh??ec?mi kan?ly z?vis? p?edev??m na vlastnostech a slo?en? ho?lav? sm?si a tlaku. Norm?ln? rychlost ???en? plamene je hlavn? hodnotou, kter? ur?uje velikost zh??ec?ch kan?l? a volbu typu pojistky plamene: ??m v?t?? je, t?m men?? je kan?l pot?ebn? k uha?en? plamene. Tak? rozm?ry hasic?ch kan?l? z?vis? na po??te?n?m tlaku ho?lav? sm?si. K posouzen? schopnosti zpomalovat ho?en? pojistek plamene, tzv. Krit?rium Peclet Re:

Pe \u003d w cm dc p p / (RT 0 l 0) (8,32)

Na hranici zhasnut? plamene m? vzorec Pecletova krit?ria tvar:

Re cr = w cm d cr c p p cr /(RT 0 l 0) (8,33)

kde w cm je norm?ln? rychlost ???en? plamene; d je pr?m?r tlum?c?ho kan?lu; d kp - kritick? pr?m?r zh??ec?ho kan?lu; c p je m?rn? tepeln? kapacita plynu p?i 0 °C a konstantn?m tlaku; p - tlak plynu; p cr - kritick? tlak plynu; R je univerz?ln? plynov? konstanta; T 0 - absolutn? teplota plynu; l 0 - tepeln? vodivost v?choz? sm?si.

Aby bylo mo?n? vypo??tat schopnost pojistek plamene zachycovat plameny, jsou vy?adov?ny n?sleduj?c? po??te?n? ?daje:

• norm?ln? rychlosti ???en? plamene sm?s? ho?lav?ch plyn?;
• skute?n? velikost maxim?ln?ch zh??ec?ch kan?l? dan? pojistky plamene.

Pokud je z?skan? hodnota v?t?? ne? Re cr = 65, pojistka plamene nezdr?? ???en? plamene t?to ho?lav? sm?si a naopak, pokud Re< 65, огнепреградитель задержит распространение пламени. Запас надежности огнепреградителя, который находят из отношения Ре кр к вычисленному значению Ре, должен составлять не менее 2:

P \u003d Re cr / Re \u003d 65 / Re\u003e 2.0 (8,34)

S vyu?it?m skute?nosti, ?e Re cr je konstantn? na hranici zh??en? plamene, je mo?n? vypo??tat p?ibli?n? kritick? pr?m?r kan?l? pro jakoukoli ho?lavou sm?s, pokud je zn?ma rychlost ???en? plamene, stejn? jako tepeln? kapacita a tepeln? vodivost plamene. plynov? syst?m. Doporu?uj? se n?sleduj?c? kritick? pr?m?ry zh??ec?ho kan?lu, mm:

• p?i spalov?n? sm?si plynu a vzduchu - 2,9 pro metan a 2,2 pro propan a ethan;
• p?i spalov?n? sm?s? kysl?ku v potrub? (p?i absolutn?m tlaku 0,1 MPa za podm?nek voln? expanze zplodin ho?en?) - 1,66 pro metan a 0,39 pro propan a ethan.

R??e. 8.10. Typy pojistek plamene:
a - zabalen?; b - kazeta; c - lamel?rn?; g - s??ovina; e - cermet

Konstruk?n? se pojistky plamene d?l? do ?ty? typ? (obr. 8.10):

• s tryskou vyrobenou z granulovan?ch materi?l?;
• s p??m?mi kan?ly;
• z cermetov?ch nebo kovov?ch vl?ken;
• pletivo.

Podle zp?sobu instalace - do t?? typ?: na potrub? pro vypou?t?n? plyn? do atmosf?ry nebo na ho??k; o komunikac?ch; p?ed plynov?mi ho??ky.

V t?le namontovan? pojistky plamene je mezi m???kami um?st?na tryska s plnivem (sklen?n? nebo porcel?nov? kuli?ky, ?t?rk, korund a jin? granule z odoln?ho materi?lu). Kazetov? po??rn? pojistka je pouzdro, ve kter?m je namontov?na protipo??rn? kazeta z vlnit?ch a ploch?ch kovov?ch p?sk? pevn? svinut?ch do role. V p??pad? deskov? pojistky plamene - bal?k planparaleln?ch kovov?ch desek s p?esn? definovanou vzd?lenost? mezi nimi. Na m???kov? pojistce plamene v t?lese je bal??ek pevn? slisovan?ch kovov?ch s?t?. Keramicko-kovov? pojistka plamene je pouzdro, uvnit? kter?ho je instalov?na por?zn? kovovo-keramick? deska ve form? ploch?ho disku nebo trubky.

Nej?ast?ji se pou??vaj? m???kov? pojistky plamene (za?aly se instalovat po??tkem 19. stolet? do hornick?ch sv?tilen (Devi lampy), aby nedoch?zelo k v?buch?m d?ln?ho plynu). Tyto pojistky plamene se doporu?uj? pro ochranu za??zen? spaluj?c?ch plynn? paliva. Protiexplozivn? pojistka se skl?d? z n?kolika vrstev mosazn? s??oviny o velikosti ok 0,25 mm, vlo?en? mezi dv? d?rovan? desky. S??ovan? obal je vyztu?en? ve vyj?mateln? kleci.

T?lo pojistky je vyrobeno z litiny nebo hlin?kov? slitiny a skl?d? se ze dvou stejn?ch ??st? spojen?ch ?rouby s odn?matelnou sponou um?st?nou mezi nimi. Krom? uva?ovan?ch such?ch pojistek plamene jsou kapalinov? bezpe?nostn? uz?v?ry ?iroce pou??v?ny k ochran? plynovod? p?ed vniknut?m v?bu?n? vlny a plamene p?i zpracov?n? kov? plynov?m plamenem, jako? i potrub? a za??zen? napln?n?ch plynem p?ed pronik?n?m kysl?ku. a vzduch do nich.

Tekut? t?sn?n? mus?:

• zabr?nit ???en? v?bu?n? vlny p?i zp?tn?ch n?razech a p?i vzn?cen? plyn?;
• chr?nit plynovod p?ed vnik?n?m kysl?ku a vzduchu do n?j;
• zajistit minim?ln? hydraulick? odpor proti pr?chodu proudu plynu. Krom? toho by kapalina z uz?v?ru nem?la b?t un??ena ve form? kapi?ek ve znateln?m mno?stv?.

8.10. PRINCIPY SPALOV?N?

Procesy spalov?n? plynu jsou zalo?eny na principech b??n? naz?van?ch kinetick? a dif?zn?. Na kinetick?m principu se p?ed za??tkem spalov?n? vytvo?? homogenn? sm?s s p?ebytkem vzduchu. Spalov?n? takov? sm?si prob?h? v kr?tk?m transparentn?m plameni bez tvorby ??stic saz? v plameni. Pro spalov?n? plynu na kinetick?m principu se pou??vaj? speci?ln? sm??ova?e nebo vst?ikovac? ho??ky, kter? p?ipravuj? homogenn? sm?s plyn-vzduch s p?ebytkov?m pom?rem prim?rn?ho vzduchu a 1 = 1,02 : 1,05.

P?i ni???m obsahu prim?rn?ho vzduchu prob?h? podle kinetick?ho principu pouze po??te?n? f?ze ho?en?, a? do vyu?it? kysl?ku, kter? je ve sm?si s plynem. Zb?vaj?c? plyny a produkty nedokonal?ho spalov?n? jsou sp?leny vn?j?? dif?z? kysl?ku (sekund?rn? vzduch), tzn. podle d a f u z a o n n o m na principu. Pro a 1< 1 у факела есть два видимых фронта горения: внутренний, возникающий за счет первичного воздуха, и наружный, образующийся за счет диффузии кислорода из окружающей среды. Общая высота пламени при таком горении возрастает, а температура - несколько снижается. Устойчивость пламени и его прозрачность зависят от содержания первичного воздуха в смеси: чем оно выше, тем ниже устойчивость пламени, больше его прозрачность, и наоборот.

Princip spalov?n? plynu s a 1< 1,0 является п р о м е ж у т о ч н ы м (между кинетическим и диффузионным). С учетом этого принципа конструируются все газовые аппараты с инжекционными горелками. В таких горелках содержание первичного воздуха в смеси принимается в зависимости от вида газа таким, чтобы:

• v plameni nebyly ??dn? ??stice saz?;
• stabilita spalov?n? byla zaji?t?na zm?nami tepeln?ho v?konu v jak?chkoliv limitech nezbytn?ch v praxi.

Na principu dif?ze (a 1 = 0) se paraleln? vyv?jej? procesy spalov?n? a m?ch?n?. Proto?e sm??ovac? procesy prob?haj? mnohem pomaleji ne? spalovac? procesy, je rychlost a ?plnost spalov?n? d?na rychlost? a ?plnost? prom?sen? plynu a vzduchu. Ke sm?ch?n? plynu se vzduchem m??e v tomto p??pad? doj?t dif?z? (bu? pomalou molekul?rn? nebo turbulentn?, v?etn? molekul?rn? jako kone?n?ho stupn?). Podle toho se li?? rychlost ho?en? a struktura dif?zn?ho plamene.

Vlastnosti takov?ho spalov?n?:

• stabilita plamene, kdy? se tepeln? v?kon m?n? z nuly na maximum mo?n? podle separa?n?ch podm?nek;
• st?lost teploty po cel? v??ce plamene;
• mo?nost jeho distribuce na velk? libovoln? plochy;
• kompaktnost ho??k? a snadnost jejich v?roby;
• zna?n? v??ka plamene a nevyhnutelnost pyrolytick?ch proces? vedouc?ch k vytvo?en? jasn?ho sazov?ho plamene.

R??e. 8.11. Struktura voln?ho plamene:
a - lamin?rn? plamen; b - turbulentn? plamen

Dif?zn? spalov?n? m??e b?t p?em?n?no na kinetick? nebo mezispalov?n?, pokud m?ch?n? p?edch?z? spalovac?m proces?m. V praxi toho lze dos?hnout nucen?m p??vodem vzduchu, co? vede k vytvo?en? kvazihomogenn? sm?si plyn-vzduch s a 1 > 1,0, kter? ho?? transparentn?m plamenem.

Pro ilustraci princip? spalov?n? na Obr. 8.11. jsou d?na sch?mata voln?ch plamen?: lamin?rn? a turbulentn?. Vz?jemnou molekul?rn? dif?z? plynu a vzduchu vznik? lamin?rn? ho??k. Uvnit? ku?elov?ho j?dra 1 proud? ?ist? plyn z trubky pod lamin?rn?m proud?n?m. V z?n? 2 - sm?s plynu a produkt? spalov?n?, v z?n? 3 - sm?s produkt? spalov?n? a vzduchu. Hranice 4 je hladk? k?nick? ?elo plamene, ke kter?mu zven?? difunduj? molekuly vzduchu a zevnit? molekuly plynu. Zplodiny ho?en? ??ste?n? difunduj? sm?rem k plynu a intenzivn? jej oh??vaj? v z?n? p?edho?en?. To vede k pyrol?ze uhlovod?k? a tvorb? sazovit?ch ??stic, kter? d?vaj? plameni jasnou sv?tivost.

Spalov?n? m??e b?t zes?leno turbulenc? m?s?c?ch proud?. Turbulentn? plamen nem? z?eteln? ku?elovit? ?elo spalov?n?, je „rozmazan?“ a rozbit? pulsacemi na samostatn? ??stice.

Struktura plamene se skl?d? z j?dra z ?ist?ho plynu 1, z?ny relativn? pomal?ho spalov?n? 2, difuzn? z?ny nejintenzivn?j??ho spalov?n? 3 s vysok?m obsahem zplodin ho?en? a spalovac? z?ny 4 s p?evahou vzduchu v n?. Mezi z?nami nejsou jasn? definovan? hranice, plynule se posouvaj? v z?vislosti na stupni turbulence proud?n?. Vlastnosti turbulentn?ho plamene jsou:

• pr?b?h spalovac?ho procesu t?m?? v cel?m objemu;
• zv??en? intenzity spalov?n?;
• vysok? pr?hlednost plamene;
• jeho ni??? odolnost proti separaci.

Turbulentn? spalov?n? plynu je ?iroce pou??v?no v pec?ch r?zn?ch kotl? a pec?. K zintenzivn?n? spalovac?ho procesu se vyu??v? jak p?irozen? (zv??en?m rychlosti), tak um?l? turbulence proud?n?, nap??klad v??en?m proudu vzduchu a p?iv?d?n?m tenk?ch proud? plynu do n?j pod r?zn?mi ?hly.

8.11. PODM?NKY VZNIKU PRODUKT? NE?PLN?HO SPALOV?N? A SN??EN? KONCENTRACE ?KODLIV?CH L?TEK V NICH

P?i spalov?n? ho?lav?ch plyn? mohou produkty spalov?n? obsahovat slo?ky ?pln?ho (oxid uhli?it? a vodn? p?ra) i nedokonal?ho spalov?n? (oxid uhelnat?, vod?k, nenasycen?, nasycen?, aromatick? uhlovod?ky a ??stice saz?). Krom? toho se ve zplodin?ch ho?en? v?dy nach?zej? oxidy dus?ku. P??tomnost produkt? nedokonal?ho spalov?n? ve v?znamn?ch koncentrac?ch je nep?ijateln?, proto?e vede ke zne?i?t?n? atmosf?ry toxick?mi l?tkami a ke sn??en? ??innosti za??zen? na plynn? palivo.

Hlavn? d?vody jejich vysok?ho obsahu:

• spalov?n? plyn? s nedostate?n?m vzduchem;
• ?patn? m?ch?n? ho?lav?ch plyn? a vzduchu p?ed a b?hem spalov?n?;
• nadm?rn? ochlazen? plamene p?ed dokon?en?m spalovac?ch reakc?.

U metanu lze spalovac? reakce (v z?vislosti na koncentraci kysl?ku v reak?n? sm?si) popsat n?sleduj?c?mi rovnicemi:

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + 800,9 MJ / mol

ve stechiometrick?m pom?ru nebo s p?ebytkem oxida?n?ho ?inidla;

CH 4 + O 2 \u003d CO + H2 + H20 + Q a CH4 + 0,502 \u003d CO + 2H20 + Q

v nep??tomnosti oxida?n?ho ?inidla.

R??e. 8.12. Meziprodukty spalov?n?

R??e. 8.13. Obsah prim?rn?ho vzduchu,
kter? br?n? vzniku
?lut? jazyky v plamenech
Plyn: 1 - koks;
2 - lo?iska zemn?ho plynu;
3 - ropn? pole;
4 - propan; 5 - butan

Na Obr. 8.12 ukazuje p?ibli?n? pr?m?rn? slo?en? n?kter?ch meziprodukt? - vod?ku, oxidu uhelnat?ho, ethylenu, acetylenu a relativn? mal?ho po?tu nasycen?ch a jednoduch?ch aromatick?ch slou?enin - a oxidu uhli?it?ho, kter? se vyskytuj? v plameni p?i dif?zn?m spalov?n? zemn?ho plynu (97 %). Plyn byl spalov?n v lamin?rn?m ho??ku, plyn vyt?kal z trubice o pr?m?ru 12 mm. Celkov? v??ka plamene 130–140 mm.

Maxim?ln? koncentrace vod?ku a acetylenu je dosa?eno p?ibli?n? ve stejn? v??ce plamene, t?m?? sou?asn? miz? na vrcholu sv?teln? z?ny plamene. Ze v?ech meziprodukt? vznikl?ch v plameni (krom? sazov?ch ??stic) jako posledn? miz? oxid uhelnat?. To d?v? d?vod posuzovat podle jeho indexu ?plnost spalov?n? plynu. Oxidy dus?ku jsou v?dy p??tomny ve spalin?ch, jejich? maxim?ln? koncentrace se vyskytuje v z?n?ch intenzivn?ho vyho?en? oxidu uhelnat?ho a vod?ku.

Spalov?n? uhlovod?kov?ch plyn? s nedostatkem okysli?ovadla vede k tvorb? ??stic saz?, kter? d?vaj? plameni ?lutou barvu. Proces vypalov?n? saz? prob?h? po etap?ch a relativn? pomalu. N?kdy je vyho?en? vytvo?en?ch ??stic saz? zpo?d?no a m??e se ?pln? zastavit p?i vstupu do n?zkoteplotn? oblasti ho??ku nebo p?i om?v?n? teplosm?nn?ch ploch plamenem. P??tomnost sv?tiv?ho plamene tedy v?dy indikuje v?skyt pyrolytick?ch proces? a mo?nost chemick? nedokonalosti spalov?n?, zejm?na u mal?ch st?n?n?ch kotlov?ch topeni??.

Prevence tvorby ??stic saz? se dosahuje p?edm?sen?m uhlovod?kov?ch plyn? s dostate?n?m mno?stv?m oxida?n?ho ?inidla. Obsah prim?rn?ho vzduchu ve sm?si, p?i kter?m vznik? transparentn? plamen, z?vis? nejen na druhu uhlovod?k?, ale tak? na podm?nk?ch m??en? se sekund?rn?m vzduchem (pr?m?r spalovac?ch kan?l? ho??k?) (obr. 8.13 ). Na hranici a nad k?ivkami je plamen pr?hledn? a pod k?ivkami m? ?lut? jaz??ky. K?ivky ukazuj?, ?e obsah prim?rn?ho vzduchu ve sm?si roste s rostouc?m po?tem atom? uhl?ku v molekule a pr?m?rem spalovac?ch kan?l? ho??k?. Pom?r p?ebytku prim?rn?ho vzduchu a 1 ve sm?si, p?i kter?m miz? ?lut? plameny, v z?vislosti na v??e uveden?ch faktorech, lze ur?it pro mal? po??rn? kan?ly ho??ku:

a 1 \u003d 0,12 (m + n / 4) 0,5 (d k / d 0) 0,25 (8,35)

kde m a n jsou po?et atom? uhl?ku a vod?ku v molekule nebo jejich pr?m?rn? po?et pro komplexn? plyn; d k - pr?m?r po??rn?ch kan?l? ho??ku, mm; d 0 - referen?n? pr?m?r kan?lu ho??ku (1 mm).

Zaji?t?n? ?plnosti spalov?n? v praktick?ch podm?nk?ch je pom?rn? komplikovan? ?kol, z?visl? nejen na principu spalov?n? plynu, ale tak? na podm?nk?ch pro vznik plamene v objemu pece. Nejvy??? po?adavky na ?plnost spalov?n? jsou kladeny na dom?c? spot?ebi?e a dal?? za??zen?, kter? vypou?t?j? spaliny do atmosf?ry. Spalov?n? plynu v takov?ch instalac?ch je nejobt??n?j??, proto?e je spojeno s om?v?n?m studen?ch teplosm?nn?ch ploch plamenem. Pro spalov?n? plynu v dom?c?ch kamnech se pou??vaj? vst?ikovac? v?ce ho??kov? ho??ky, kter? tvo?? homogenn? sm?s s p?ebytkov?m koeficientem prim?rn?ho vzduchu a 1< 1. Недостающий для сгорания газа воздух поступает за счет диффузии из окружающей атмосферы.

R??e. 8.14. Koncentrace oxidu uhelnat?ho
ve spalin?ch v plynov?m spor?ku
a – ho??k s perifern?m p??vodem sekund?rn?ho vzduchu;
b - s centr?ln?m a perifern?m p??vodem sekund?rn?ho vzduchu
1 - zemn? plyn, ho??k s perifern?m p??vodem
sekund?rn? vzduch, vzd?lenost ke dnu n?dob? 25 mm;
2–4 - zemn? plyn, ho??k s obvodov?m a
centr?ln? sekund?rn? p??vod vzduchu, vzd?lenost
ke dnu n?dob?, mm: 2 - 25, 3 - 18, 4 - 10;
5 - zkapaln?n? plyn, ho??k s centr?ln?m a obvodov?m
p??vod sekund?rn?ho vzduchu, vzd?lenost ke dnu paraboly 25 mm;
6 - zkapaln?n? plyn, ho??k s perifern?m p??vodem

Na Obr. 8.14 jsou sch?mata 2 ho??k? pro plynov? spor?ky pro dom?cnost a pr?m?rn? koncentrace oxidu uhelnat?ho CO ve zplodin?ch spalov?n? p??rodn?ho metanu (95 obj. %) a propanu (93 obj. %) p?i provozu ho??k? se jmenovit?m teplem v?stup. Rozd?l mezi ho??ky je v tom, ?e sekund?rn? vzduch je p?iv?d?n do jednoho z nich pouze z periferie a do druh?ho - jak z periferie, tak z centr?ln?ho kan?lu.

?plnost spalov?n? plynu z?vis? na sou?initeli p?ebytku prim?rn?ho vzduchu ve sm?si, vzd?lenosti od ho??kov?ch kan?l? ke dnu misky, druhu ho?lav?ho plynu a zp?sobu p?iv?d?n? sekund?rn?ho vzduchu. Sou?asn? zv??en? obsahu prim?rn?ho vzduchu ve sm?si, stejn? jako zv?t?en? vzd?lenosti od ho??ku ke dnu misky, vedou ke sn??en? koncentrace oxidu uhelnat?ho ve spalin?ch. Minim?ln? koncentrace oxidu uhelnat?ho odpov?d? koeficientu p?ebytku prim?rn?ho vzduchu a 1 = 0,6 a v??e a vzd?lenosti od ho??ku ke dnu misky 25 mm a maxim?ln? - a 1 = 0,3 a m?n? a vzd?lenosti od ho??kem ke dnu misky 10 mm. Nav?c zv??en? tepeln?ho v?konu ho??k? o 15–20 % v d?sledku zv??en? tlaku plynu vede ke zv??en? koncentrace oxidu uhelnat?ho ve spalin?ch 1,2–1,3kr?t a v d?sledku spaln?ho tepla plynu, 1,5–2kr?t.

Zvl??tn? pozornost by m?la b?t v?nov?na v?skytu aromatick?ch slou?enin b?hem procesu spalov?n? - benzen, polycyklick? benzpyren, benzanthracen atd., proto?e n?kter? z nich jsou karcinogenn?. Proces jejich tvorby je velmi slo?it? a prob?h? po etap?ch. V prvn? f?zi se objevuje acetylen a jeho deriv?ty. V z?n? plamene tyto l?tky proch?zej? procesy prodlu?ov?n? ?et?zce s p?eskupen?m trojn?ch uhl?kov?ch vazeb na dvojn?. V d?sledku cyklizace a dehydratace se objevuj? r?zn? aromatick? slou?eniny, v?etn? polycyklick?ch.

Tabulka 8.16. Pr?m?rn? koncentrace oxidu uhelnat?ho a benzo(a)pyrenu ve spalin?ch v z?vislosti na druhu plynu, typu ho??ku a koeficientu p?ebytku prim?rn?ho vzduchu (tepeln? zat??en? ho??ku - 1600 kcal/h, vzd?lenost od ho??ku ke dnu misky - 24–26 mm)

Tabulkov? data. 8.16 ukazuj?, ?e p?i spalov?n? zemn?ch plyn? s p?ebyte?n?m koeficientem prim?rn?ho vzduchu a 1 \u003d 0,6 a vy???m na obou typech ho??k? spl?uje koncentrace oxidu uhelnat?ho ve spalin?ch po?adavky GOST 5542–87.

Tabulka 8.17. Vzd?lenost mezi okraji spalovac?ch kan?l? vst?ikovac?ch jedno?ad?ch ho??k? v z?vislosti na jejich rozm?rech a sou?initeli p?ebytku prim?rn?ho vzduchu

Studie prok?zaly, ?e vzd?lenosti mezi okraji po??rn?ch kan?l?, kter? zaji??uj? rychl? ???en? plamene a zabra?uj? jejich splynut?, z?vis? na jejich velikosti a obsahu prim?rn?ho vzduchu ve sm?si, kter? se s jeho n?r?stem zmen?uje. Optim?ln? vzd?lenosti mezi okraji kan?l?, kter? zaji??uj? dostate?nou ?plnost spalov?n? plynu a rychl? ???en? plamene, jsou uvedeny v tabulce. 8.17. Jsou-li vypalovac? kan?ly uspo??d?ny ve dvou ?ad?ch v ?achovnicov?m vzoru, lze vzd?lenosti mezi okraji vz?t podle stejn? tabulky. V tomto p??pad? by vzd?lenosti mezi ?adami m?ly b?t 2–3kr?t v?t?? ne? vzd?lenosti mezi kan?ly.

R??e. 8.15. Koncentrace oxidu uhelnat?ho, acetylenu,
ethan, ethylen a benzo(a)pyren ve spalin?ch
st?edotlak? plyn ve vst?ikovac?m ho??ku

Zobecn?n? ?etn?ch experiment?ln?ch dat umo?nilo z?skat k?ivky pr?m?rn?ch koncentrac? ve zplodin?ch spalov?n? r?zn?ch slo?ek, kvalitativn? i kvantitativn? charakterizuj?c? proces spalov?n? (obr. 8.15). ?pln?ho spalov?n? homogenn? sm?si plyn-vzduch je dosa?eno pouze p?i sou?initeli p?ebytku prim?rn?ho vzduchu a = 1,05 a vy???m. S poklesem obsahu vzduchu ve sm?si, zejm?na p?i a< 1,0, возрастает концентрация оксида углерода СО, ацетилена С 2 Н 2 , этилена С 2 Н 4 , пропилена С 3 Н 6 и пропана С 3 Н 8 , а также бенз(а)-пирена С 20 Н 9 . Также возрастает концентрация и других компонентов - водорода, бензола и др.

Krom? uva?ovan?ch produkt? nedokonal?ho spalov?n? vznik? p?i spalov?n? plynu v?dy ur?it? mno?stv? oxid? dus?ku, k jejich? tvorb? doch?z? ve vysokoteplotn?ch z?n?ch jak po ukon?en? hlavn?ch spalovac?ch reakc?, tak p?i spalov?n?. Maxim?ln? koncentrace NO x nast?v? v kone?n?ch f?z?ch, co? odpov?d? vyho?en? plynu a intenzivn?mu spalov?n? meziprodukt? ve form? vod?ku a oxidu uhelnat?ho.

Prim?rn? slou?eninou p?i spalov?n? sm?s? plynu a vzduchu je oxid dus?ku. Za??tek ?et?zov? reakce je spojen s atom?rn?m kysl?kem vznikaj?c?m ve vysokoteplotn?ch z?n?ch v d?sledku disociace molekul?rn?ho kysl?ku:

O 2 -› 2O - 490 kJ / mol (8,36)

O + N 2 -› NO + N - 300 kJ / mol (8,37)

N + O 2 –› 2NO + 145 kJ/mol (8,38)

rovnov??n? reakce

N 2 + O 2 -› 2NO - 177 kJ / mol (8,39)

Ke vzniku atom?rn?ho kysl?ku doch?z? i p?i ??ste?n? disociaci zplodin ho?en?: p?i poklesu teploty a p??tomnosti kysl?ku se ??st vznikl?ho oxidu dusnat?ho (1–3 obj. %) oxiduje na oxid dusi?it? NO 2. Reakce prob?h? nejintenzivn?ji po uvoln?n? oxidu dusnat?ho do atmosf?ry. Hlavn? ovliv?uj?c? faktory:

• teplota v reak?n?ch z?n?ch;
• pom?r p?ebytku vzduchu a doba kontaktu reaguj?c?ch slo?ek.

Teplota plamene z?vis? na chemick?m slo?en? plynu, obsahu vzduchu ve sm?si plyn-vzduch, stupni jej? homogenity a odvodu tepla z reak?n? z?ny. Maxim?ln? mo?n? koncentrace oxidu dusnat?ho p?i dan? teplot?, obj. %, lze vypo??tat pomoc? vzorce

NE p \u003d 4,6e -2150 / (RT) / ? O 2 N 2 (8,40)

kde NO p je rovnov??n? koncentrace oxidu dusnat?ho, objem. %; R je univerz?ln? plynov? konstanta; T - absolutn? teplota, K; O 2 a N 2 - koncentrace, obj. % kysl?ku a dus?ku.

Vysok? koncentrace oxidu dus?ku, ?m?rn? rovnov??n?, vznik? p?i spalov?n? plynu v pec?ch v?konn?ch parogener?tor? a ve vysokoteplotn?ch otev?en?ch pec?ch, koksov?ch a podobn?ch pec?ch. V kotl?ch mal?ho a st?edn?ho v?konu, v mal?ch topn?ch a tepeln?ch pec?ch s v?razn?m odvodem tepla a kr?tkou dobou setrv?n? sou??st? ve vysokoteplotn?ch z?n?ch je v?kon oxidu dus?ku ??dov? men??. Krom? toho, ??m krat?? je doba setrv?n? reaguj?c?ch slo?ek ve vysokoteplotn? z?n?, t?m m?n? oxid? dus?ku ve spalin?ch.

Efektivn? je i spalov?n? plynu v s?lav?ch ho??c?ch a ve fluidn?m lo?i: v t?chto p??padech doch?z? k mikrofl?rov?mu ho?en? homogenn? sm?si plyn-vzduch s koeficientem p?ebytku vzduchu a = 1,05 s velmi intenzivn?m odvodem tepla z reak?n? z?ny. Koncentrace oxid? dus?ku p?i spalov?n? plynu v s?lav?ch ho??c?ch je asi 40 a ve fluidn? vrstv? - 80–100 mg/m 3 . Zmen?en? velikosti ohniv?ch kan?l? s?lav?ch ho??k? a ??ruvzdorn?ch zrn ve fluidn? vrstv? pom?h? sni?ovat produkci oxid? dus?ku.

Nashrom??d?n? data umo?nila prov?st ?adu zm?n v konstrukci kotl? a topn?ch za??zen?, zaji??uj?c?ch nejen vysokou ??innost a n?zkou koncentraci produkt? nedokonal?ho spalov?n?, ale tak? sn??en? emis? oxid? dus?ku do ovzdu??. Mezi tyto zm?ny pat??:

• sn??en? d?lky vysokoteplotn?ch tunel? a p?esun spalov?n? z nich do pec?;
• pou?it? stabiliz?tor? spalov?n? nam?sto keramick?ch tunel? ve form? blafov?ch t?les nebo prstencov?ho plamene;
• organizace ploch?ho plamene se zv??enou plochou p?enosu tepla;
• rozpt?len? plamene zv??en?m po?tu ho??k? nebo pou?it?m blokov?ch ho??k?;
• stup?ovit? p??vod vzduchu do reak?n? z?ny;
• rovnom?rn? rozlo?en? tepeln?ch tok? v peci, pros?v?n? pec? a jejich rozd?len? do odd?l? s?ty;
• aplikace difuzn?ho principu spalov?n? plynu (difuzn? spalov?n? je p??pustn? pouze v p??padech, kdy lze zajistit voln? v?voj plamene bez myt? teplosm?nn?ch ploch).

Nej??inn?j??ho sn??en? produkce oxid? dus?ku je dosa?eno p?i sou?asn?m pou?it? n?kolika metod.

Produkty spalov?n? zemn?ho plynu jsou oxid uhli?it?, vodn? p?ra, p?ebytek kysl?ku a dus?k. Produkty nedokonal?ho spalov?n? plynu mohou b?t oxid uhelnat?, nesp?len? vod?k a metan, t??k? uhlovod?ky, saze.

??m v?ce oxidu uhli?it?ho CO 2 ve spalin?ch, t?m m?n? oxidu uhelnat?ho v nich bude a t?m dokonalej?? bude spalov?n?. Do praxe byl zaveden koncept „maxim?ln?ho obsahu CO 2 ve spalin?ch“. Mno?stv? oxidu uhli?it?ho ve zplodin?ch ho?en? n?kter?ch plyn? je uvedeno v tabulce n??e.

Mno?stv? oxidu uhli?it?ho v produktech spalov?n? plynu

Pomoc? ?daj? v tabulce a znalosti procenta CO 2 ve spalin?ch lze snadno ur?it kvalitu spalov?n? plynu a koeficient p?ebytku vzduchu a. K tomu je nutn? pomoc? analyz?toru plyn? ur?it mno?stv? CO 2 ve zplodin?ch spalov?n? plynu a v?slednou hodnotu vyd?lit z tabulky ode?tenou hodnotu CO 2max. Pokud tedy produkty spalov?n? plynu obsahuj? ve spalin?ch 10,2 % oxidu uhli?it?ho, pak koeficient p?ebytku vzduchu v peci

a = anal?za C02max/C02 = 11,8 / 10,2 = 1,15.

Nejdokonalej??m zp?sobem kontroly proud?n? vzduchu do topeni?t? a ?plnosti jeho spalov?n? je anal?za zplodin ho?en? pomoc? automatick?ch analyz?tor? plyn?. Analyz?tory plynu periodicky odeb?raj? vzorek v?fukov?ch plyn? a stanovuj? v nich obsah oxidu uhli?it?ho a tak? mno?stv? oxidu uhelnat?ho a nesp?len?ho vod?ku (CO + H 2) v objemov?ch procentech.

Pokud jsou hodnoty ru?i?ky analyz?toru plynu na stupnici (CO 2 + H 2) rovn? nule, znamen? to, ?e spalov?n? je dokon?eno a ve spalin?ch nen? ??dn? oxid uhelnat? a nesp?len? vod?k. Pokud se ?ipka odchyluje od nuly doprava, pak produkty spalov?n? obsahuj? oxid uhelnat? a nesp?len? vod?k, to znamen?, ?e doch?z? k nedokonal?mu spalov?n?. Na druh? stupnici by ru?i?ka analyz?toru plynu m?la ukazovat maxim?ln? obsah CO 2max ve spalin?ch. K ?pln?mu spalov?n? doch?z? p?i maxim?ln?m procentu oxidu uhli?it?ho, kdy? je ukazatel stupnice CO + H 2 na nule.

Obsah sekce

P?i spalov?n? organick?ch paliv v kotlov?ch pec?ch vznikaj? r?zn? produkty spalov?n?, jako jsou oxidy uhl?ku CO x \u003d CO + CO 2, vodn? p?ra H 2 O, oxidy s?ry SO x \u003d SO 2 + SO 3, oxidy dus?ku NO x \ u003d NO + NO 2, polycyklick? aromatick? uhlovod?ky (PAH), fluoridy, slou?eniny vanadu V 2 O 5, pevn? ??stice atd. (viz tabulka 7.1.1). V p??pad? nedokonal?ho spalov?n? paliva v topeni?t?ch mohou spaliny obsahovat i uhlovod?ky CH4, C2H4 apod. V?echny produkty nedokonal?ho spalov?n? jsou ?kodliv?, ale jejich vznik lze minimalizovat modern? technologi? spalov?n? paliva [1].

Tabulka 7.1.1. Specifick? emise ze spalov?n? organick?ch paliv v energetick?ch kotl?ch [3]

Symboly: A p, S p – obsah popela a s?ry na pracovn? hmotnost paliva, %.

Krit?riem pro hygienick? posouzen? ?ivotn?ho prost?ed? je maxim?ln? p??pustn? koncentrace (MPC) ?kodliv? l?tky v atmosf?rick?m vzduchu na ?rovni ter?nu. MPC je t?eba ch?pat jako takovou koncentraci r?zn?ch l?tek a chemick?ch slou?enin, kter? p?i ka?dodenn?m dlouhodob?m p?soben? na lidsk? organismus nezp?sobuje ??dn? patologick? zm?ny nebo onemocn?n?.

Maxim?ln? p??pustn? koncentrace (MPC) ?kodliv?ch l?tek v atmosf?rick?m ovzdu?? obydlen?ch oblast? jsou uvedeny v tabulce. 7.1.2 [4]. Maxim?ln? jednor?zov? koncentrace ?kodliv?ch l?tek je stanovena vzorky odebran?mi do 20 minut, pr?m?rn? denn? - za den.

Tabulka 7.1.2. Maxim?ln? p??pustn? koncentrace ?kodliv?ch l?tek v atmosf?rick?m vzduchu obydlen?ch oblast?

V?po?ty se prov?d?j? pro ka?dou ?kodlivou l?tku samostatn? tak, aby koncentrace ka?d? z nich nep?ekro?ila hodnoty uveden? v tabulce. 7.1.2. Pro kotelny jsou tyto podm?nky zp??sn?ny zaveden?m dal??ch po?adavk? na nutnost s??t?n? ??ink? oxid? s?ry a dus?ku, kter? je ur?ena v?razem

Z?rove? v d?sledku m?stn?ch nedostatk? vzduchu nebo nep??zniv?ch tepeln?ch a aerodynamick?ch podm?nek vznikaj? v topeni?t?ch a spalovac?ch komor?ch nedokonal? produkty spalov?n?, skl?daj?c? se p?ev??n? z oxidu uhelnat?ho CO (oxid uhelnat?), vod?ku H 2 a r?zn?ch uhlovod?k?, kter? charakterizuj? teplo. ztr?ty v kotlov? jednotce z chemick? nedokonalosti spalov?n? (chemick? nedopalov?n?).

Krom? toho se p?i procesu spalov?n? z?sk?v? ?ada chemick?ch slou?enin, kter? vznikaj? oxidac? r?zn?ch slo?ek paliva a dus?ku ve vzduchu N 2. Nejv?znamn?j?? ??st z nich tvo?? oxidy dus?ku NO x a s?ra SO x .

Oxidy dus?ku vznikaj? oxidac? jak molekul?rn?ho dus?ku ve vzduchu, tak dus?ku obsa?en?ho v palivu. Experiment?ln? studie uk?zaly, ?e hlavn? pod?l NO x vznikaj?c?ch v topeni?t?ch kotl?, a to 96?100 %, p?ipad? na oxid dusnat? (oxid) NO. Oxid dusi?it? NO 2 a hemioxid dusnat? N 2 O vznikaj? v mnohem men??m mno?stv? a jejich pod?l je p?ibli?n?: u NO 2 - do 4 % a u N 2 O - setiny procent z celkov?ch emis? NO x. Za typick?ch podm?nek spalov?n? paliv v kotl?ch jsou koncentrace oxidu dusi?it?ho NO 2 oproti obsahu NO zpravidla zanedbateln? a pohybuj? se obvykle v rozmez? 0?7 ppm do 20?30 ppm. Sou?asn? m??e rychl? prom?ch?n? hork?ch a studen?ch oblast? v turbulentn?m plameni v?st k relativn? velk?m koncentrac?m oxidu dusi?it?ho ve studen?ch z?n?ch proud?n?. Krom? toho doch?z? k ??ste?n? emisi NO 2 v horn? ??sti pece a v horizont?ln?m kou?ovodu (at T> 900?1000 K) a za ur?it?ch podm?nek mohou dos?hnout i znateln? velikosti.

Hemoxid dus?ku N 2 O, vznikaj?c? p?i spalov?n? paliv, je zjevn? kr?tkodob?m meziproduktem. Ve spalin?ch za kotli N 2 O prakticky chyb?.

S?ra obsa?en? v palivu je zdrojem tvorby oxid? s?ry SO x: si?i?it? SO 2 (oxid si?i?it?) a s?rov? SO 3 (oxid s?rov?) anhydridy. Celkov? hmotnostn? emise SO x z?vis? pouze na obsahu s?ry v palivu Sp a jejich koncentrace ve spalin?ch z?vis? tak? na sou?initeli proud?n? vzduchu a. Pod?l SO 2 je zpravidla 97?99 % a pod?l SO 3 je 1?3 % z celkov? produkce SO x . Skute?n? obsah SO 2 v plynech opou?t?j?c?ch kotle se pohybuje od 0,08 do 0,6 % a koncentrace SO 3 - od 0,0001 do 0,008 %.

Mezi ?kodliv?mi slo?kami spalin zauj?m? zvl??tn? m?sto velk? skupina polycyklick?ch aromatick?ch uhlovod?k? (PAH). Mnoh? PAU maj? vysokou karcinogenn? a (nebo) mutagenn? aktivitu, aktivuj? fotochemick? smog ve m?stech, co? vy?aduje p??snou kontrolu a omezen? jejich emis?. N?kter? PAU, jako je fenantren, fluoranthen, pyren a ?ada dal??ch, jsou p?itom t?m?? fyziologicky inertn? a nejsou karcinogenn?.

PAU vznikaj? v d?sledku nedokonal?ho spalov?n? jak?chkoli uhlovod?kov?ch paliv. K posledn? uveden?mu doch?z? v d?sledku inhibice oxida?n?ch reakc? palivov?ch uhlovod?k? studen?mi st?nami spalovac?ch za??zen? a m??e b?t tak? zp?sobeno nevyhovuj?c? sm?s? paliva a vzduchu. To vede k vytv??en? v topeni?t?ch (spalovac?ch komor?ch) lok?ln?ch oxida?n?ch z?n s n?zkou teplotou nebo z?n s p?ebytkem paliva.

Vzhledem k velk?mu mno?stv? r?zn?ch PAH ve spalin?ch a obt??nosti m??en? jejich koncentrac? je zvykem odhadovat m?ru karcinogenn? kontaminace zplodin ho?en? a atmosf?rick?ho vzduchu podle koncentrace nejsiln?j??ho a nejstabiln?j??ho karcinogenu benzo(a). pyren (B(a)P) C20H12.

Vzhledem k vysok? toxicit? je t?eba zvl??t? zm?nit takov? produkty spalov?n? topn?ho oleje, jako jsou oxidy vanadu. Vanad je obsa?en v miner?ln? ??sti topn?ho oleje a p?i spalov?n? tvo?? oxidy vanadu VO, VO 2 . P?i tvorb? usazenin na konvek?n?ch povr??ch jsou v?ak oxidy vanadu p??tomny p?edev??m ve form? V 2 O 5. Oxid vanadi?n? V 2 O 5 je nejtoxi?t?j?? formou oxid? vanadu, proto jsou jejich emise zapo??t?v?ny do V 2 O 5 .

Tabulka 7.1.3. P?ibli?n? koncentrace ?kodliv?ch l?tek ve spalin?ch p?i spalov?n? organick?ch paliv v energetick?ch kotl?ch

P?i spalov?n? topn?ho oleje a tuh?ch paliv obsahuj? emise tak? pevn? ??stice, sest?vaj?c? z pop?lku, ??stic saz?, PAH a nesp?len?ho paliva v d?sledku mechanick?ho nedopalov?n?.

Rozsahy koncentrac? ?kodliv?ch l?tek ve spalin?ch p?i spalov?n? r?zn?ch druh? paliv jsou uvedeny v tabulce. 7.1.3.

Metan je plynn? chemick? slou?enina s chemick?m vzorcem CH4. Jedn? se o nejjednodu???ho z?stupce alkan?. Jin? n?zvy pro tuto skupinu organick?ch slou?enin: nasycen?, parafinick? nebo parafinick? uhlovod?ky. Vyzna?uj? se p??tomnost? jednoduch? vazby mezi atomy uhl?ku v molekule a v?echny ostatn? valence ka?d?ho atomu uhl?ku jsou nasyceny atomy vod?ku. Pro alkany je nejd?le?it?j?? reakc? spalov?n?. Ho?? za vzniku plynn?ho oxidu uhli?it?ho a vodn? p?ry. V d?sledku toho se uvol?uje obrovsk? mno?stv? chemick? energie, kter? se p?em??uje na tepelnou nebo elektrickou energii. Metan je ho?lav? l?tka a hlavn? slo?ka zemn?ho plynu, co? z n?j ?in? atraktivn? palivo. ?irok? vyu??v?n? p??rodn?ch zdroj? je zalo?eno na spalovac? reakci metanu. Vzhledem k tomu, ?e se za norm?ln?ch podm?nek jedn? o plyn, je obt??n? jej p?epravovat na velk? vzd?lenosti od zdroje, proto je ?asto p?edzkapaln?n?.

Spalovac? proces spo??v? v reakci mezi metanem a kysl?kem, tedy v oxidaci nejjednodu???ho alkanu. V?sledkem je voda a spousta energie. Spalov?n? metanu lze popsat rovnic?: CH4 [plyn] + 2O2 [plyn] -> CO2 [plyn] + 2H2O [p?ra] + 891 kJ. To znamen?, ?e jedna molekula metanu p?i interakci se dv?ma molekulami kysl?ku vytvo?? molekulu a dv? molekuly vody. V tomto p??pad? se uvoln? 891 kJ. Zemn? plyn je nej?ist?? fosilie ke spalov?n?, proto?e uhl?, ropa a dal?? paliva jsou slo?it?j??. Proto p?i spalov?n? uvol?uj? do vzduchu r?zn? ?kodliv? chemik?lie. Vzhledem k tomu, ?e zemn? plyn je p?ev??n? metan (p?ibli?n? 95 %), ve srovn?n? s jin?mi fosiln?mi palivy produkuje p?i spalov?n? jen m?lo nebo ??dn? vedlej?? produkty.

V?h?evnost metanu (55,7 kJ/g) je vy??? ne? u jeho homolog? jako je etan (51,9 kJ/g), propan (50,35 kJ/g), butan (49,50 kJ/g) nebo jin? paliva (d?evo, uhl?). , petrolej). Spalov?n? metanu d?v? v?ce energie. Pro zaji?t?n? provozu 100W ??rovky b?hem roku je pot?eba sp?lit 260 kg d?eva nebo 120 kg uhl? nebo 73,3 kg petroleje nebo pouze 58 kg metanu, co? odpov?d? 78,8 m? p??rodn?ho plyn.

Nejjednodu??? alkan je d?le?it?m zdrojem pro v?robu elekt?iny. To se d?je jeho spalov?n?m jako paliva v kotli, kter? vyr?b? p?ru, kter? poh?n? parn? turb?nu. Spalov?n?m metanu se tak? vyr?b?j? hork? spaliny, jejich? energie zaji??uje pr?ci (spalov?n? prob?h? p?ed turb?nou nebo v turb?n? samotn?). V mnoha m?stech je metan p?iv?d?n potrub?m do dom?cnost? pro vnit?n? vyt?p?n? a va?en?. Spalov?n? zemn?ho plynu se oproti jin?m druh?m uhlovod?kov?ch paliv vyzna?uje men??mi emisemi oxidu uhli?it?ho a velk?m mno?stv?m vznikaj?c?ho tepla.

Spalov?n? metanu se pou??v? k dosa?en? vysok?ch teplot v pec?ch r?zn?ch chemick?ch odv?tv?, jako jsou velkokapacitn? etylenov? z?vody. Zemn? plyn sm?chan? se vzduchem je p?iv?d?n do ho??k? pyrol?zn?ch pec?. V procesu spalov?n? vznikaj? spaliny o vysok? teplot? (700-900 °C). Zah??vaj? potrub? (um?st?n? uvnit? pece), do kter?ch je p?iv?d?na surovinov? sm?s (pro sn??en? tvorby koksu v potrub? pece). Pod vlivem vysok?ch teplot doch?z? k mnoha chemick?m reakc?m, kter? vedou k produkci c?lov?ch slo?ek (ethylen a propylen) a vedlej??ch produkt? (t??k? pyrol?zn? prysky?ice, vod?kov? a metanov? frakce, ethan, propan, uhlovod?ky C4, C5, pyrokondenz?t; z nich m? sv? uplatn?n?, nap?. pyrokondenz?t se pou??v? k v?rob? benzenu nebo komponent automobilov?ch benzin?).

Spalov?n? metanu je slo?it? fyzik?ln?-chemick? jev zalo?en? na exotermick? redoxn? reakci vyzna?uj?c? se vysok?m pr?tokem a uvol?ov?n?m obrovsk?ho mno?stv? tepla a tak? procesy p?enosu tepla a hmoty. V?po?et teploty ho?en? sm?si je proto obt??n? ?kol, proto?e krom? slo?en? ho?lav? sm?si siln? ovliv?uje jej? tlak a po??te?n? teplota. S jejich n?r?stem je pozorov?no zv??en? teploty spalov?n? a procesy v?m?ny tepla a p?enosu hmoty p?isp?vaj? k jeho poklesu. Teplota spalov?n? metanu se p?i n?vrhu proces? a za??zen? pro chemickou v?robu stanovuje v?po?tovou metodou a na st?vaj?c?ch za??zen?ch (nap?. v pyrol?zn?ch pec?ch) se m??? pomoc? termo?l?nk?.

Obecn? informace. Dal??m v?znamn?m zdrojem vnit?n?ho zne?i?t?n?, siln?m senzibiliza?n?m faktorem pro ?lov?ka, je zemn? plyn a zplodiny jeho spalov?n?. Plyn je v?ceslo?kov? syst?m skl?daj?c? se z des?tek r?zn?ch slou?enin, v?etn? t?ch speci?ln? p?idan?ch (tabulka 1).

Existuj? p??m? d?kazy, ?e pou??v?n? spot?ebi?? spaluj?c?ch zemn? plyn (plynov? spor?ky a kotle) m? nep??zniv? vliv na lidsk? zdrav?. Nav?c jedinci se zv??enou citlivost? na faktory prost?ed? reaguj? neadekv?tn? na slo?ky zemn?ho plynu a produkty jeho spalov?n?.

Zemn? plyn v dom?cnosti je zdrojem mnoha r?zn?ch zne?i??uj?c?ch l?tek. Pat?? sem slou?eniny, kter? jsou p??mo p??tomny v plynu (odoranty, plynn? uhlovod?ky, toxick? organokovov? komplexy a radioaktivn? plyn radon), produkty nedokonal?ho spalov?n? (oxid uhelnat?, oxid dusi?it?, aerosolov? organick? ??stice, polycyklick? aromatick? uhlovod?ky a mal? mno?stv? t?kav?ch organick?ch slou?enin ). V?echny tyto slo?ky mohou p?sobit na lidsk? organismus jak samy o sob?, tak ve vz?jemn? kombinaci (synergick? efekt).

Tabulka 12.3

Slo?en? plynn?ho paliva

Odoranty. Odoranty jsou organick? aromatick? slou?eniny obsahuj?c? s?ru (merkaptany, thioethery a thioaromatick? slou?eniny). P?id?vaj? se do zemn?ho plynu za ??elem jeho odhalen? v p??pad? ?nik?. P?esto?e jsou tyto slou?eniny p??tomny ve velmi n?zk?ch, podprahov?ch koncentrac?ch, kter? nejsou pro v?t?inu jedinc? pova?ov?ny za toxick?, jejich z?pach m??e u jinak zdrav?ch jedinc? zp?sobit nevolnost a bolesti hlavy.

Klinick? zku?enosti a epidemiologick? data ukazuj?, ?e chemicky citliv? jedinci reaguj? nep?im??en? na chemik?lie p??tomn? i v podprahov?ch koncentrac?ch. Jedinci s astmatem ?asto identifikuj? z?pach jako promotor (spou?t??) astmatick?ch z?chvat?.

Mezi vonn? l?tky pat?? nap??klad methanthiol. Methanthiol, tak? zn?m? jako methylmerkaptan (merkaptomethan, thiomethylalkohol), je plynn? slou?enina b??n? pou??van? jako aromatick? p??sada do zemn?ho plynu. Z?pach poci?uje v?t?ina lid? v koncentraci 1 d?l na 140 milion?, ale vysoce citliv? jedinci mohou tuto slou?eninu detekovat v mnohem ni???ch koncentrac?ch. Toxikologick? studie na zv??atech uk?zaly, ?e 0,16 % methanthiolu, 3,3 % ethanthiolu nebo 9,6 % dimethylsulfidu m??e vyvolat stavy komatu u 50 % krys vystaven?ch t?mto slou?enin?m po dobu 15 minut.

Dal??m merkaptanem, kter? se tak? pou??v? jako aromatick? p??sada do zemn?ho plynu, je merkaptoethanol (C2H6OS) tak? zn?m? jako 2-thioethanol, ethylmerkaptan. Siln? dr??div? pro o?i a k??i, schopn? vyvolat toxick? ??inek p?es k??i. Je ho?lav? a p?i zah??v?n? se rozkl?d? za vzniku vysoce toxick?ch v?par? SOx.

Merkaptany jako l?tky zne?i??uj?c? vnit?n? ovzdu?? obsahuj? s?ru a mohou zachytit element?rn? rtu?. Ve vysok?ch koncentrac?ch mohou merkaptany zp?sobit zhor?enou perifern? cirkulaci a zv??enou srde?n? frekvenci, mohou stimulovat ztr?tu v?dom?, rozvoj cyan?zy nebo dokonce smrt.

Aerosoly. Spalov?n? zemn?ho plynu m? za n?sledek tvorbu jemn?ch organick?ch ??stic (aerosol?), v?etn? karcinogenn?ch aromatick?ch uhlovod?k?, a tak? n?kter?ch t?kav?ch organick?ch slou?enin. DOS jsou podez?el? senzibiliza?n? ?inidla, kter? jsou schopna vyvolat spolu s dal??mi slo?kami syndrom „nemocn? budovy“ a tak? mnoho?etnou chemickou citlivost (MCS).

DOS zahrnuje tak? formaldehyd, kter? vznik? v mal?m mno?stv? p?i spalov?n? plynu. Pou??v?n? plynov?ch spot?ebi?? v dom?cnosti, kde ?ij? citliv? jedinci, zvy?uje expozici t?mto dr??div?m l?tk?m, n?sledn? zhor?uje p??znaky onemocn?n? a tak? podporuje dal?? senzibilizaci.

Aerosoly vznikaj?c? p?i spalov?n? zemn?ho plynu se mohou st?t adsorp?n?mi centry pro r?zn? chemick? slou?eniny p??tomn? ve vzduchu. L?tky zne?i??uj?c? ovzdu?? se tak mohou koncentrovat v mikroobjemech, vz?jemn? reagovat, zvl??t? kdy? kovy p?sob? jako katalyz?tory reakc?. ??m men?? ??stice, t?m vy??? koncentra?n? aktivita takov?ho procesu.

Krom? toho je vodn? p?ra vznikaj?c? p?i spalov?n? zemn?ho plynu transportn?m ?l?nkem pro aerosolov? ??stice a zne?i??uj?c? l?tky p?i jejich p?enosu do plicn?ch alveol.

P?i spalov?n? zemn?ho plynu tak? vznikaj? aerosoly obsahuj?c? polycyklick? aromatick? uhlovod?ky. Maj? nep??zniv? ??inky na d?chac? ?stroj? a jsou zn?m?mi karcinogeny. Krom? toho mohou uhlovod?ky u citliv?ch osob v?st k chronick? intoxikaci.

Pro lidsk? zdrav? je nep??zniv? i vznik benzenu, toluenu, ethylbenzenu a xylenu p?i spalov?n? zemn?ho plynu. Je zn?mo, ?e benzen je karcinogenn? v d?vk?ch hluboko pod prahovou hodnotou. Expozice benzenu byla korelov?na se zv??en?m rizikem rakoviny, zejm?na leuk?mie. Senzibiliza?n? ??inky benzenu nejsou zn?my.

organokovov? slou?eniny. N?kter? slo?ky zemn?ho plynu mohou obsahovat vysok? koncentrace toxick?ch t??k?ch kov?, v?etn? olova, m?di, rtuti, st??bra a arsenu. S nejv?t?? pravd?podobnost? jsou tyto kovy p??tomny v zemn?m plynu ve form? organokovov?ch komplex? typu trimethylarsenit (CH3)3As. Spojen? t?chto toxick?ch kov? s organickou matric? je ?in? rozpustn?mi v tuc?ch. To vede k vysok? ?rovni absorpce a tendenci k bioakumulaci v lidsk? tukov? tk?ni. Vysok? toxicita tetramethylplumbitu (CH3)4Pb a dimethylrtuti (CH3)2Hg nazna?uje dopad na lidsk? zdrav?, proto?e methylovan? slou?eniny t?chto kov? jsou toxi?t?j?? ne? kovy samotn?. Zvl??t? nebezpe?n? jsou tyto slou?eniny b?hem laktace u ?en, proto?e v tomto p??pad? doch?z? k migraci lipid? z tukov?ch z?sob t?la.

Dimethylrtu? (CH3)2Hg je zvl??t? nebezpe?n? organokovov? slou?enina kv?li sv? vysok? lipofilit?. Methylrtu? se m??e do t?la dostat inhalac? i k???. Absorpce t?to slou?eniny v gastrointestin?ln?m traktu je t?m?? 100%. Rtu? m? v?razn? neurotoxick? ??inek a schopnost ovliv?ovat lidsk? reproduk?n? funkce. Toxikologie nem? ?daje o bezpe?n?ch hladin?ch rtuti pro ?iv? organismy.

Organick? slou?eniny arsenu jsou tak? velmi toxick?, zvl??t? kdy? jsou metabolicky zni?eny (metabolick? aktivace), co? m? za n?sledek vznik vysoce toxick?ch anorganick?ch forem.

Produkty spalov?n? zemn?ho plynu. Oxid dusi?it? je schopen p?sobit na plicn? syst?m, co? usnad?uje rozvoj alergick?ch reakc? na jin? l?tky, sni?uje plicn? funkce, n?chylnost k infek?n?m onemocn?n?m plic, potencuje pr?du?kov? astma a dal?? respira?n? onemocn?n?. To je zvl??t? v?razn? u d?t?.

Existuj? d?kazy, ?e N02 produkovan? spalov?n?m zemn?ho plynu m??e vyvolat:

• z?n?t plicn?ho syst?mu a sn??en? vit?ln? funkce plic;
• zv??en? riziko p??znak? podobn?ch astmatu, v?etn? s?p?n?, du?nosti a astmatick?ch z?chvat?. To je zvl??t? b??n? u ?en va??c?ch na plynov?ch va?i??ch, stejn? jako u d?t?;
• sn??en? odolnosti v??i bakteri?ln?m plicn?m onemocn?n?m v d?sledku sn??en? imunologick?ch mechanism? ochrany plic;
• poskytov?n? nep??zniv?ch ??ink? obecn? na imunitn? syst?m lid? a zv??at;
• vliv jako adjuvans na v?voj alergick?ch reakc? na jin? slo?ky;
• zv??en? citlivost a zv??en? alergick? reakce na vedlej?? alergeny.

Produkty spalov?n? zemn?ho plynu obsahuj? pom?rn? vysokou koncentraci sirovod?ku (H2S), kter? zne?i??uje ?ivotn? prost?ed?. Je jedovat? p?i koncentrac?ch ni???ch ne? 50,ppm a p?i koncentrac?ch 0,1-0,2 % je smrteln? i p?i kr?tk? expozici. Proto?e t?lo m? mechanismus k detoxikaci t?to slou?eniny, toxicita sirovod?ku souvis? sp??e s koncentrac? expozice ne? s dobou trv?n? expozice.

P?esto?e m? sirovod?k siln? z?pach, trval? vystavov?n? n?zk?m koncentrac?m vede ke ztr?t? ?ichu. To umo??uje toxick? ??inek u lid?, kte?? mohou b?t nev?domky vystaveni nebezpe?n?m hladin?m tohoto plynu. Jeho nev?znamn? koncentrace ve vzduchu obytn?ch prostor vedou k podr??d?n? o??, nosohltanu. St?edn? hladiny zp?sobuj? bolesti hlavy, z?vrat?, ka?el a pot??e s d?ch?n?m. Vysok? hladiny vedou k ?oku, k?e??m, k?matu, kter? kon?? smrt?. P?e?iv?? akutn? toxick? expozice sirovod?ku maj? neurologick? dysfunkce, jako je amn?zie, t?es, nerovnov?ha a n?kdy z?va?n?j?? po?kozen? mozku.

Akutn? toxicita p?i relativn? vysok?ch koncentrac?ch sirovod?ku je dob?e zn?m?, bohu?el je v?ak k dispozici m?lo informac? o chronick?ch ??inc?ch t?to slo?ky v N?ZK?CH D?VK?CH.

Radon. Radon (222Rn) je rovn?? p??tomen v zemn?m plynu a m??e b?t potrub?m dopravov?n do plynov?ch kamen, kter? se st?vaj? zdrojem zne?i?t?n?. Proto?e se radon rozpad? na olovo (210Pb m? polo?as rozpadu 3,8 dne), v?sledkem je tenk? vrstva radioaktivn?ho olova (v pr?m?ru 0,01 cm siln?), kter? pokr?v? vnit?n? povrchy potrub? a za??zen?. Tvorba vrstvy radioaktivn?ho olova zvy?uje hodnotu pozad? radioaktivity o n?kolik tis?c rozpad? za minutu (na plo?e 100 cm2). Jeho odstran?n? je velmi obt??n? a vy?aduje v?m?nu potrub?.

Je t?eba si uv?domit, ?e k odstran?n? toxick?ch ??ink? a ?lev? chemicky citliv?m pacient?m nesta?? pouh? vypnut? plynov?ho za??zen?. Plynov? za??zen? mus? b?t z prostor zcela odstran?no, proto?e i nefunk?n? plynov? spor?k nad?le uvol?uje aromatick? slou?eniny, kter? absorboval b?hem let pou??v?n?.

Kumulativn? ??inky zemn?ho plynu, aromatick?ch slou?enin a produkt? spalov?n? na lidsk? zdrav? nejsou p?esn? zn?my. P?edpokl?d? se, ?e ??inky n?kolika slou?enin se mohou zn?sobit, p?i?em? odezva na expozici n?kolika zne?i??uj?c?m l?tk?m m??e b?t v?t?? ne? sou?et jednotliv?ch ??ink?.

Vlastnosti zemn?ho plynu, kter? se t?kaj? zdrav? lid? a zv??at, jsou tedy:

• ho?lavost a v?bu?nost;
• asfyxick? vlastnosti;
• zne?i?t?n? vnit?n?ho vzduchu produkty spalov?n?;
• p??tomnost radioaktivn?ch prvk? (radon);
• obsah vysoce toxick?ch slou?enin ve spalin?ch;
• p??tomnost stopov?ch mno?stv? toxick?ch kov?;
• obsah toxick?ch aromatick?ch slou?enin p?id?van?ch do zemn?ho plynu (zejm?na pro osoby s v?cen?sobnou chemickou citlivost?);
• schopnost slo?ek plynu senzibilizovat.