8.1. F?RBR?NNINGSREAKTIONER

F?rbr?nning ?r en snabbflytande kemisk reaktion av att kombinera br?nnbara komponenter med syre, ?tf?ljd av intensiv v?rmeavgivning och en kraftig ?kning av temperaturen hos f?rbr?nningsprodukterna. F?rbr?nningsreaktioner beskrivs av den sk. st?kiometriska ekvationer som kvalitativt och kvantitativt karakteriserar de ?mnen som kommer in i reaktionen och resulterar av den (Den st?kiometriska sammans?ttningen av den br?nnbara blandningen (fr?n grekiskans stoicheion - bas, grund?mne och grekisk metreo - jag m?ter) - sammans?ttningen av blandningen, i vilken oxidationsmedlet ?r exakt s? mycket som ?r n?dv?ndigt f?r fullst?ndig oxidation av br?nslet ). Den allm?nna ekvationen f?r f?rbr?nningsreaktionen av n?got kolv?te

C m H n + (m + n/4) O2 = mCO2 + (n/2) H2O + Q(8,1)

d?r m, n ?r antalet kol- och v?teatomer i molekylen; Q ?r den termiska effekten av reaktionen, eller f?rbr?nningsv?rmen.

F?rbr?nningsreaktionerna f?r vissa gaser anges i tabellen. 8.1. Dessa ekvationer ?r balanserade, och det ?r om?jligt att bed?ma vare sig reaktionshastigheten eller mekanismen f?r kemiska omvandlingar utifr?n dem.

Tabell 8.1. F?rbr?nningsreaktioner och v?rmev?rde f?r torra gaser (vid 0°С och 101,3 kPa)

Termisk effekt (v?rmev?rde) Q - m?ngden v?rme som frig?rs vid fullst?ndig f?rbr?nning av 1 kmol, 1 kg eller 1 m 3 gas under normala fysiska f?rh?llanden. Det finns h?gre Q in och l?gre Q n v?rmev?rde: det h?gre v?rmev?rdet inkluderar v?rmen fr?n kondensation av vatten?nga under f?rbr?nning (i verkligheten, n?r gas f?rbr?nns, kondenserar inte vatten?nga, utan avl?gsnas tillsammans med andra f?rbr?nningsprodukter) . Vanligtvis utf?rs tekniska ber?kningar vanligtvis enligt det l?gre v?rmev?rdet, utan att ta h?nsyn till kondensationsv?rmen av vatten?nga (?2400 kJ / kg).

Verkningsgraden ber?knad enligt det l?gre v?rmev?rdet ?r formellt h?gre, men kondensationsv?rmen av vatten?nga ?r ganska h?g, och dess anv?ndning ?r mer ?n rimlig. Bekr?ftelse p? detta ?r den aktiva anv?ndningen i v?rmeteknik av kontaktv?rmev?xlare, som ?r mycket olika i design.

F?r en blandning av br?nnbara gaser best?ms det h?gre (och l?gre) v?rmev?rdet f?r gaser av f?rh?llandet

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

d?r r1, r2, ..., r n - volym (molar, massa) fraktioner av komponenterna som ing?r i blandningen; Q 1 , Q 2 , …, Q n - komponenternas v?rmev?rde.

Anv?nder bord. 8.1, det h?gre och l?gre v?rmev?rdet, kJ / m 3, f?r en komplex gas kan best?mmas med f?ljande formler:

Q i \u003d 127,5 H 2 + 126,4 CO + 398 CH 4 + 703 C 2 H 6 + 1012 C 8 H 8 + 1338 C 4 H 10 + 1329 C 4 H 10 +
+ 1693 C 5 H 12 + 630 C 2 H 4 + 919 C 3 H 6 + 1214 C 4 H 8 (8,3)

Q n \u003d 107,9 H 2 + 126,4 CO + 358,8 CH 4 + 643 C 2 H 6 + 931,8 C 8 H 8 + 1235 C 4 H 10 + 1227 C 4 H 10 +
+ 1566 C 5 H 12 + 595 C 2 H 4 + 884 C 8 H 6 + 1138 C 4 H 8 (8,4)

d?r H 2 , CO, CH 4 etc. - inneh?llet av enskilda komponenter i gasbr?nsle, vol. %.

F?rbr?nningsprocessen ?r mycket mer komplicerad ?n enligt formel (8.1), eftersom de tillsammans med kedjornas f?rgrening g?r s?nder p? grund av bildandet av medelstabila f?reningar, som genomg?r ytterligare omvandlingar vid h?ga temperaturer. Med en tillr?cklig koncentration av syre bildas slutprodukter: vatten?nga H 2 O och koldioxid CO 2. Vid brist p? oxidationsmedel, samt n?r reaktionszonen kyls, kan mellanliggande f?reningar stabiliseras och komma in i milj?n.

Intensiteten av v?rmeavgivningen och temperaturh?jningen leder till en ?kning av aktiva partiklar i det reagerande systemet. Ett s?dant f?rh?llande mellan kedjereaktion och temperatur, som ?r karakteristiskt f?r n?stan alla f?rbr?nningsprocesser, ledde till introduktionen av begreppet en kedjetermisk explosion - sj?lva f?rbr?nningens kemiska reaktioner ?r av kedjekarakt?r, och deras acceleration sker p.g.a. frig?ring av v?rme och en ?kning av temperaturen i det reagerande systemet.

Hastigheten f?r en kemisk reaktion i en homogen blandning ?r proportionell mot produkten av koncentrationerna av reaktanterna:

w = kС 1 С 2 (8,5)

d?r C1 och C2 ?r koncentrationerna av de reagerande komponenterna, kmol/m3; k - reaktionshastighetskonstant, beroende p? reaktanternas natur och temperatur.

N?r gas f?rbr?nns kan koncentrationerna av reaktanter villkorligt betraktas som of?r?ndrade, eftersom ett kontinuerligt infl?de av f?rska komponenter av en env?rdig sammans?ttning sker i f?rbr?nningszonen.

Reaktionshastighetskonstant (enligt Arrhenius ekvation):

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

d?r K 0 - pre-exponentiell faktor tagen f?r biometriska homogena blandningar, ?1,0; E - aktiveringsenergi, kJ/kmol; R ?r den universella gaskonstanten, J/(kg K); T - absolut temperatur, K (°C); e ?r basen f?r naturliga logaritmer.

Den preexponentiella faktorn K 0 kan tolkas som en konstant som ?terspeglar fullst?ndigheten av kollisionen av molekyler, och E - som den minsta energin f?r att bryta molekylernas bindningar och bildandet av aktiva partiklar som s?kerst?ller effektiviteten av kollisioner. F?r vanliga br?nnbara blandningar ligger den inom (80?150) 10 3 kJ/kmol.

Ekvation (8.6) visar att hastigheten f?r kemiska reaktioner ?kar kraftigt med ?kande temperatur: till exempel leder en ?kning av temperaturen fr?n 500 till 1000 K till en ?kning av hastigheten f?r f?rbr?nningsreaktionen med en faktor p? 2 10 4 ?5 10 8 g?nger (beroende p? aktiveringsenergin).

Hastigheten f?r f?rbr?nningsreaktioner p?verkas av deras kedjenatur. Inledningsvis g?r de atomer och radikaler som genereras av reaktionen in i f?reningar med de ursprungliga ?mnena och med varandra, och bildar slutprodukter och nya partiklar som upprepar samma reaktionskedja. Den ?kande genereringen av s?dana partiklar leder till "acceleration" av kemiska reaktioner - i sj?lva verket explosionen av hela blandningen.

H?gtemperaturf?rbr?nningen av kolv?ten ?r komplex och ?r f?rknippad med bildandet av aktiva partiklar i form av atomer och radikaler, s?v?l som mellanliggande molekyl?ra f?reningar. Som ett exempel ges f?rbr?nningsreaktionerna f?r det enklaste kolv?tet - metan:

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

Resultatet av en enda cykel:

2CH4 + 4O2 -› 2CO2 + 4H2O

8.2. F?RBR?NNINGSBER?KNINGAR

Syre f?r f?rbr?nning kommer fr?n luften som dess best?ndsdel. F?r ber?kningar antas det att den volymetriska sammans?ttningen av torr luft ?r som f?ljer:

syre - 21,0%, kv?ve - 79,0%.

Enligt givna uppgifter finns 1 m 3 syre i 100/21 = 4,76 m 3 luft, eller 79/21 = 3,76 m 3 kv?ve per 1 m 3 syre. Med tanke p? att 1 kmol gas under normala f?rh?llanden upptar en volym p? 22,4 liter, kan f?rbr?nningsreaktionen (se ekvation 8.1) f?r vilket kolv?te som helst i luft skrivas i en generaliserad form:

C mHn+ (t + n/4) (O2 + 3,76N2) = tCO2+ (n/2) H2O+ (t + n/4) 3,76N2

Kraven p? syre och luft vid f?rbr?nning av olika gaser, ber?knade fr?n de givna f?rbr?nningsreaktionerna, presenteras i tabell. 8.2.

Tabell 8.2. Det teoretiska behovet av torrt syre och luft, m 3, och volymen av gasf?rbr?nningsprodukter vid f?rbr?nning av 1 m 3 gas

F?r en komplex gas ber?knas f?rbrukningen av torr luft V c, m 3 / m 3, enligt formeln som tar h?nsyn till syrebehovet f?r de enskilda komponenterna i blandningen:

V c \u003d 4,76 / 100 (0,5H 2 + 0,5CO + 2CH 4 + 3,5C 2 H 6 + 5C 3 H 8 + 6,5C 4 H 10 + 3C 2 H 4 + 4,5C 3 H 6 + 6C 4 H 8 -O 2) (8,7)

Den teoretiska fl?deshastigheten f?r fuktig luft V vl, m 3 / m 3, mer best?mt av formel (8.7) av volymen vatten?nga som ing?r:

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

d?r d luftfuktighet, g/m 3.

Med en ok?nd kemisk sammans?ttning av gaser, men ett k?nt l?gre v?rmev?rde Q n, kJ / m 3, den teoretiska luftf?rbrukningen V t, m 3 / m 3,

V t ? Q n / 3770 (8,9)

Den verkliga luftf?rbrukningen V dv, m 3 / m 3, tas alltid n?got stor:

V-motor \u003d V t a (8,10)

d?r a ?r koefficienten f?r ?verskottsluft, motsvarande kraven i GOST. F?r fullst?ndig f?rbr?nning av br?nsle m?ste v?rdet p? a vara st?rre ?n 1. Sammans?ttningen och volymen av f?rbr?nningsprodukter, ber?knade fr?n f?rbr?nningsreaktionerna av vissa gaser i torr luft, anges i tabell. 8.2.

8.3. BR?NNTEMPERATUUR

Inom v?rmeteknik s?rskiljs f?ljande f?rbr?nningstemperaturer f?r gaser: v?rmeeffekt, kalorimetrisk, teoretisk och faktisk (ber?knad). V?rmekapacitet t w - den maximala temperaturen f?r produkterna av fullst?ndig f?rbr?nning av gas under adiabatiska f?rh?llanden med en ?verskottsluftkoefficient a = 1,0 och vid en gas- och lufttemperatur lika med 0 ° C:

t W = Q n /(?Vc p)(8.11)

d?r Q n - l?gre v?rmev?rde f?r gas, kJ / m 3; ? Vc p - summan av produkterna av volymerna koldioxid, vatten?nga och kv?ve som bildas vid f?rbr?nning av 1 m 3 gas (m 3 / m 3), och deras genomsnittliga volymetriska v?rmekapacitet vid konstant tryck inom temperaturer fr?n 0 °C till tw (kJ /(m3o °C).

P? grund av variationen i v?rmekapaciteten hos gaser best?ms v?rmeeffekten av metoden f?r successiva approximationer. Dess v?rde f?r naturgas (?2000°C) tas som initial parameter, vid a = 1,0 best?ms volymerna av komponenterna i f?rbr?nningsprodukterna, enligt tabell. 8.3 deras genomsnittliga v?rmekapacitet hittas och sedan, enligt formel (8.11), ber?knas gasens v?rmeeffekt. Om den, som ett resultat av ber?kningen, visar sig vara l?gre eller h?gre ?n den accepterade, st?lls en annan temperatur in och ber?kningen upprepas.

Tabell 8.3. Genomsnittlig volymetrisk v?rmekapacitet f?r gaser, kJ / (m 3 ° С)

V?rmeeffekten f?r vanliga enkla och komplexa gaser under deras f?rbr?nning i torr luft anges i tabell. 8.4. N?r gas f?rbr?nns i atmosf?risk luft inneh?llande ca 1 vikt. % fukt reduceras v?rmeeffekten med 25-30°C.

Tabell 8.4. V?rmeavgivning av gaser i torr luft

Kalorimetrisk f?rbr?nningstemperatur t till - temperatur best?ms utan att ta h?nsyn till dissociationen av vatten?nga och koldioxid, men med h?nsyn till den faktiska initiala temperaturen f?r gas och luft. Den skiljer sig fr?n v?rmeeffekten t genom att temperaturen f?r gas och luft, s?v?l som koefficienten f?r ?verskottsluft a, tas enligt deras faktiska v?rden. Du kan best?mma t k med formeln:

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

d?r q fysikalisk - v?rmeinneh?ll (fysisk v?rme) i gas och luft, m?tt fr?n 0 ° C, kJ / m 3.

Naturliga och flytande kolv?tegaser v?rms vanligtvis inte upp f?re f?rbr?nning, och deras volym ?r liten j?mf?rt med volymen f?rbr?nningsluft. D?rf?r, n?r man best?mmer den kalorimetriska temperaturen, kan v?rmeinneh?llet i gaser ignoreras. N?r gaser med l?gt v?rmev?rde (generator, masugn etc.) f?rbr?nns har deras v?rmeinneh?ll (s?rskilt de som v?rms upp f?re f?rbr?nning) en mycket betydande effekt p? den kalorimetriska temperaturen.

Beroendet av den kalorimetriska temperaturen f?r naturgas med medelsammans?ttning i luft med en temperatur p? 0°C och en luftfuktighet p? 1% p? koefficienten f?r ?verskottsluft a ges i tabell. 8.5, f?r flytande kolv?tegas n?r den f?rbr?nns i torr luft - i tabell. 8.7. Tabelldata. 8.5–8.7 kan man med tillr?cklig noggrannhet v?gledas f?r att fastst?lla den kalorimetriska f?rbr?nningstemperaturen f?r andra naturgaser, relativt lika i sammans?ttning, och kolv?tegaser av n?stan vilken sammans?ttning som helst. Om det ?r n?dv?ndigt att f? en h?g temperatur vid f?rbr?nning av gaser med l?ga luft?verskottskoefficienter, samt att ?ka effektiviteten hos ugnar, v?rmer de i praktiken luften, vilket leder till en ?kning av den kalorimetriska temperaturen (se tabell 8.6).

Tabell 8.5. Kalorimetriska och teoretiska f?rbr?nningstemperaturer f?r naturgas i luft med t = 0°C och 1 % luftfuktighet beroende p? luft?verskottskoefficienten a

Tabell 8.6. Kalorimetrisk f?rbr?nningstemperatur f?r naturgas t k, ° С, beroende p? ?verskottskoefficienten f?r torr luft och dess temperatur (avrundade v?rden)

Tabell 8.7. Kalorimetrisk f?rbr?nningstemperatur t till teknisk propan i torr luft med t = 0°C beroende p? koefficienten f?r ?verskottsluft a

Teoretisk f?rbr?nningstemperatur t T - maximal temperatur, best?md p? samma s?tt som den kalorimetriska t k, men justerad f?r endotermiska (kr?ver v?rme) reaktioner av dissociation av koldioxid och vatten?nga, fortskridande med en ?kning i volym:

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

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

Vid h?ga temperaturer kan dissociation leda till bildning av atom?ra v?te-, syre- och OH-hydroxylgrupper. Dessutom, n?r gas f?rbr?nns, bildas alltid en del kv?veoxid. Alla dessa reaktioner ?r endotermiska och leder till en minskning av f?rbr?nningstemperaturen.

Den teoretiska f?rbr?nningstemperaturen kan best?mmas med f?ljande formel:

t T \u003d (Q n + q fysisk - q dis) / (SVc p) (8.15)

d?r q dis - den totala kostnaden f?r v?rme f?r dissociering av CO 2 och H 2 O i f?rbr?nningsprodukter, kJ / m 3; SVc p ?r summan av produkten av volymen och den genomsnittliga v?rmekapaciteten f?r f?rbr?nningsprodukterna, med h?nsyn tagen till dissociation per 1 m 3 gas.

Tabell 8.8. Graden av dissociation av vatten?nga H 2 O och koldioxid CO 2 beroende p? partialtrycket

Som framg?r av tabell. 8.8, vid temperaturer upp till 1600 ° C, kan dissociationsgraden inte tas med i ber?kningen, och den teoretiska f?rbr?nningstemperaturen kan tas lika med den kalorimetriska. Vid h?gre temperaturer kan dissociationsgraden avsev?rt minska temperaturen i arbetsutrymmet. I praktiken finns det inget speciellt behov av detta, den teoretiska f?rbr?nningstemperaturen beh?ver endast best?mmas f?r h?gtemperaturugnar som arbetar p? f?rv?rmd luft (till exempel ugnar med ?ppen spis). F?r panninstallationer ?r detta inte n?dv?ndigt.

Tabell 8.9. Maximal
temperaturer som uppst?r
i fri l?ga, °С

Faktisk (ber?knad) temperatur f?r f?rbr?nningsprodukter t d- temperatur, som uppn?s under verkliga f?rh?llanden vid den varmaste punkten av facklan. Den ?r l?gre ?n den teoretiska och beror p? v?rmef?rlusten till omgivningen, graden av v?rme?verf?ring fr?n f?rbr?nningszonen genom str?lning, f?rbr?nningsprocessens l?ngd i tid etc. De faktiska medeltemperaturerna i ugnarna och pannorna ?r best?ms av v?rmebalansen eller ungef?r av den teoretiska eller kalorimetriska f?rbr?nningstemperaturen, beroende p? temperaturen i ugnarna med inf?randet av experimentellt fastst?llda korrektionsfaktorer i dem:

t d = t t i(8,16)

d?r i- sk. pyrometrisk koefficient inom gr?nserna:

• f?r v?lgjorda v?rme- och v?rmeugnar med v?rmeisolering - 0,75–0,85;
• f?r slutna ugnar utan v?rmeisolering - 0,70–0,75;
• f?r sk?rmade pannugnar - 0,60–0,75.

I praktiken ?r det n?dv?ndigt att k?nna till inte bara ovanst?ende adiabatiska f?rbr?nningstemperaturer, utan ocks? de maximala temperaturerna som uppst?r i l?gan. Deras ungef?rliga v?rden fastst?lls vanligtvis experimentellt med spektrografiska metoder. De maximala temperaturer som uppst?r i en fri l?ga p? ett avst?nd av 5–10 mm fr?n toppen av den koniska f?rbr?nningsfronten anges i tabell. 8.9. Analysen av de givna data visar att de maximala temperaturerna i l?gan ?r l?gre ?n v?rmeeffekten (p? grund av kostnaden f?r v?rme f?r dissociering av H 2 O och CO 2 och avl?gsnande av v?rme fr?n flamzonen).

8.4. SJ?LVANT?NDNINGSTEMPERATUR

F?r att initiera f?rbr?nningsreaktioner kr?vs villkoren f?r ant?ndning av en blandning av br?nsle med ett oxidationsmedel. T?ndning kan vara spontan och p?tvingad (ant?ndning).

Sj?lvant?ndningstemperatur- den l?gsta temperatur vid vilken en spontan (d.v.s. utan extern v?rmetillf?rsel) f?rbr?nningsprocess b?rjar i den uppv?rmda gas-luftblandningen, p? grund av frig?randet av v?rme genom brinnande gaspartiklar.

Sj?lvant?ndningstemperaturen ?r inte fast f?r en given gas och beror p? m?nga parametrar: dess inneh?ll i gas-luftblandningen, graden av homogenitet hos blandningen, formen och storleken p? k?rlet i vilket blandningen v?rms upp, hastigheten och metod f?r dess uppv?rmning, den katalytiska effekten av k?rlets v?ggar, trycket under vilket blandningen. Att noggrant beakta dessa faktorer ?r mycket sv?rt, d?rf?r anv?nds i praktiken, till exempel vid bed?mning av explosiviteten, experimentella data (se tabell 8.10).

Tabell 8.10. L?gsta uppm?tta sj?lvant?ndningstemperaturer f?r vissa gaser och ?ngor blandade med luft vid atmosf?rstryck

Sj?lvant?ndningstemperaturen f?r br?nnbara gaser i syre ?r n?got l?gre ?n i luft. Inf?randet av ballastf?roreningar (kv?ve och koldioxid) i gassammans?ttningen leder till en ?kning av sj?lvant?ndningstemperaturen. N?rvaron av komponenter med l?g sj?lvant?ndningstemperatur i komplexa gaser leder till en minskning av blandningens sj?lvant?ndningstemperatur.

Tvingad ant?ndning (ant?ndning) utf?rs genom att ant?nda blandningen p? en eller flera punkter med en h?gtemperaturk?lla - en ?ppen l?ga eller en elektrisk gnista vid den punkt d?r gas kommer ut fr?n br?nnarnas f?rbr?nningskanaler in i ugnsvolymen . T?ndning skiljer sig fr?n sj?lvant?ndning genom att den br?nnbara blandningen bringas till utseendet av en l?ga inte i hela sin volym, utan bara i en liten del av den. V?rmeavl?gsnande fr?n den uppv?rmda zonen kr?ver att hastigheten f?r v?rmeavgivning fr?n ant?ndningsk?llan ?verstiger denna v?rmeavl?gsnande. N?r den har ant?nts avl?gsnas ant?ndningsk?llan och f?rbr?nning sker genom att flamfronten utbreder sig.

8.5. BRANDFARLIGHET OCH EXPLOSIONSGR?NSER

Gas-luftblandningar kan ant?ndas (explodera) endast n?r gashalten i blandningen ligger inom vissa (f?r varje gas) gr?nser. I detta avseende finns det l?gre och ?vre koncentrationsgr?nser f?r brandfarlighet. Den nedre gr?nsen motsvarar minimum, och den ?vre - den maximala m?ngden gas i blandningen, vid vilken de ant?nds (under ant?ndning) och spontan (utan v?rmeinfl?de fr?n utsidan) flamutbredning (sj?lvant?ndning). Samma gr?nser motsvarar villkoren f?r explosivitet f?r gas-luftblandningar.

Om gashalten i gas-luftblandningen ?r mindre ?n den undre br?nnbarhetsgr?nsen kan en s?dan blandning inte brinna och explodera, eftersom den v?rme som frig?rs n?ra ant?ndningsk?llan inte r?cker f?r att v?rma blandningen till ant?ndningstemperaturen. Om gashalten i blandningen ligger mellan de undre och ?vre ant?ndningsgr?nserna, ant?nds och brinner den ant?nda blandningen b?de n?ra ant?ndningsk?llan och n?r den tas bort. Denna blandning ?r explosiv. Ju bredare intervallet av ant?ndbarhetsgr?nser (?ven kallade explosiva gr?nser) och ju l?gre nedre gr?nsen ?r, desto mer explosiv ?r gasen. Och slutligen, om gasinneh?llet i blandningen ?verstiger den ?vre ant?ndningsgr?nsen, ?r m?ngden luft i blandningen otillr?cklig f?r fullst?ndig f?rbr?nning av gasen.

F?rekomsten av br?nnbarhetsgr?nser orsakas av v?rmef?rlust under f?rbr?nning. N?r en br?nnbar blandning sp?ds ut med luft, syre eller gas ?kar v?rmef?rlusterna, l?gans utbredningshastighet minskar och f?rbr?nningen stoppas efter att ant?ndningsk?llan har avl?gsnats.

Tabell 8.11. Br?nnbarhetsgr?nser f?r gaser blandade med luft (vid t = 20°C och p = 101,3 kPa)

Tabell 8.12. Br?nnbarhetsgr?nser f?r gaser blandade med syre (vid t = 20°C och p = 101,3 kPa)

Br?nnbarhetsgr?nser f?r vanliga gaser i blandningar med luft och syre anges i tabell. 8.11–8.12. Med en ?kning av blandningens temperatur expanderar br?nnbarhetsgr?nserna, och vid en temperatur som ?verstiger sj?lvant?ndningstemperaturen brinner blandningar av gas med luft eller syre i vilket volymf?rh?llande som helst.

Br?nnbarhetsgr?nserna beror inte bara p? typerna av br?nnbara gaser, utan ocks? p? experimentens f?rh?llanden (k?rlkapacitet, v?rmeeffekt fr?n ant?ndningsk?llan, blandningstemperatur, flamutbredning upp?t, ned?t, horisontellt, etc.). Detta f?rklarar de n?got olika v?rdena f?r dessa gr?nser i olika litter?ra k?llor. I tabell. Figurerna 8.11–8.12 visar relativt tillf?rlitliga data som erh?llits vid rumstemperatur och atmosf?rstryck under flamutbredning fr?n botten till toppen i ett r?r med en diameter p? 50 mm eller mer. N?r l?gan sprider sig fr?n topp till botten eller horisontellt ?kar de nedre gr?nserna n?got, och de ?vre minskar. Br?nnbarhetsgr?nserna f?r komplexa br?nnbara gaser som inte inneh?ller ballastf?roreningar best?ms av additivitetsregeln:

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

d?r Lg ?r den nedre eller ?vre ant?ndbarhetsgr?nsen f?r en komplex gas i en gas-luft- eller gas-syreblandning, vol. %; r 1 , r 2 , …, r n - inneh?llet av enskilda komponenter i den komplexa gasen, vol. %; r 1 + r 2 + ... + r n \u003d 100%; l 1, l 2, ..., l n - undre eller ?vre br?nnbarhetsgr?nser f?r enskilda komponenter i en gas-luft- eller gas-syreblandning enligt tabell. 8.11 eller 8.12, vol. %.

I n?rvaro av ballastf?roreningar i gasen kan br?nnbarhetsgr?nserna best?mmas med formeln:

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

d?r L b - ?vre och undre br?nnbarhetsgr?nser f?r blandningen med ballastf?roreningar, vol. %; L g - ?vre och undre br?nnbarhetsgr?nser f?r en br?nnbar blandning, vol. %; B - m?ngden ballastf?roreningar, fraktioner av en enhet.

Vid ber?kning ?r det ofta n?dv?ndigt att k?nna till luft?verskottskoefficienten a f?r olika br?nnbarhetsgr?nser (se tabell 8.11), samt det tryck som uppst?r vid explosionen av gas-luftblandningen. Luft?verskottskoefficienten som motsvarar de ?vre eller undre br?nnbarhetsgr?nserna kan best?mmas med formeln

a = (100/L – 1) (1/V T) (8,19)

Trycket som h?rr?r fr?n explosionen av gas-luftblandningar kan best?mmas med tillr?cklig approximation med f?ljande formler:

f?r det st?kiometriska f?rh?llandet mellan en enkel gas och luft:

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

f?r varje f?rh?llande av komplex gas till luft:

R vz \u003d R n (1 + vt k) V vlps / (1 + aV m) (8.21)

d?r P vz - tryck som h?rr?r fr?n explosionen, MPa; p n - initialtryck (f?re explosion), MPa; v - koefficient f?r volymetrisk expansion av gaser, numeriskt lika med tryckkoefficienten (1/273); t K - kalorimetrisk f?rbr?nningstemperatur, °С; m ?r antalet mol efter explosionen, best?mt av reaktionen av gasf?rbr?nning i luft; n ?r antalet mol f?re explosionen involverad i f?rbr?nningsreaktionen; V vlps - volymen av v?ta f?rbr?nningsprodukter per 1 m 3 gas, m 3; V t - teoretisk luftf?rbrukning, m 3 /m 3.

Tabell 8.13. Trycket som h?rr?r fr?n explosionen av en propan-luftblandning, beroende p? utsl?ppskoefficienten k sb och typen av skyddsanordning

Explosionstryck anges i tabell. 8.13 eller best?ms av formlerna kan endast ske om gasen ?r helt f?rbr?nd inuti beh?llaren och dess v?ggar ?r utformade f?r dessa tryck. Annars ?r de begr?nsade av styrkan hos v?ggarna eller deras l?ttast f?rst?rda delar - tryckpulser fortplantar sig genom blandningens ouppt?nda volym med ljudets hastighet och n?r staketet mycket snabbare ?n l?gfronten.

Denna funktion - skillnaden i flamutbredningshastigheter och tryckpulser (chockv?g) - anv?nds ofta i praktiken f?r att skydda gasanordningar och lokaler fr?n f?rst?relse under en explosion. F?r att g?ra detta installeras akterspegeln, ramar, paneler, ventiler etc. l?tt att ?ppna eller kollapsa i ?ppningarna p? v?ggar och tak. Trycket som uppst?r fr?n explosionen beror p? skyddsanordningarnas designegenskaper och urladdningskoefficienten k sb, som ?r f?rh?llandet mellan skyddsanordningarnas yta och rummets volym.

8.6. F?RBR?NNING I STILLA MILJ?

Flamzonens r?relse - flamfronten, - omr?det som skiljer den oreagerade br?nnbara blandningen fr?n f?rbr?nningsprodukterna, orsakas av det faktum att den kalla br?nnbara blandningen framf?r den v?rms upp till ant?ndningstemperaturen p? grund av v?rmeledningsf?rm?ga och diffusion av heta f?rbr?nningsprodukter i den kalla blandningen. Den linj?ra hastighet med vilken flamfronten r?r sig genom en homogen br?nnbar blandning kallas j?mn hastighet f?r l?gans utbredning beroende p? b?de typen av gas och dess inneh?ll i gas-luftblandningen. Minsta hastighet f?r alla typer av br?nnbara gaser motsvarar de nedre och ?vre gr?nserna f?r ant?ndning, och den maximala - till f?rh?llandet mellan gaser och luft.

Ris. 8.1. Kurvor med enhetliga hastigheter
flamutbredning u n, definierad
i ett r?r med en diameter p? 25,4 mm
1-v?te; 2-vatten gas; 3-kolmonoxid;
4-eten; 5-koks ugnsgas; 6-etan; 7-metan;
8-generatorer ?nga-luftbl?stergas

Ris. 8.2. Inverkan av diameter d tr och koncentration
metan blandat med luft f?r att byta
j?mn flamutbredningshastighet u n

Experiment har fastst?llt att l?gans utbredningshastighet beror p? diametern p? det cylindriska r?ret genom vilket det utbreder sig: ju st?rre diameter, desto h?gre utbredningshastighet. En ?kning av r?rets diameter minskar v?ggarnas inverkan p? f?rbr?nningsprocessen och den r?rliga flamfronten och bidrar till att f?rb?ttra konvektion (fig. 8.2). En analys av grafdata indikerar att med mycket sm? r?rstorlekar ?r flamutbredning i allm?nhet om?jlig (p? grund av det starka relativa v?rmeavl?gsnandet). Storleken p? r?r, kanaler och slitsar d?r l?gan inte sprider sig kallas kritiska.

De ?r olika f?r olika gaser:

• kall blandning av metan med luft - 3 mm;
• v?te-luftblandning - 0,9 mm;
• uppv?rmd blandning av metan med luft - 1,2 mm.

Sl?ckning i kanaler med sm? tv?rsnitt anv?nds i praktiken f?r att skapa flamskydd: flamskyddande galler, keramiska por?sa skivor, skivor gjorda av pressade metallkulor, k?rl fyllda med finkorniga material, etc.); brandkanaler i utformningen av br?nnare som arbetar p? gas-luftblandningar.

F?r en j?mf?rande egenskap av gasernas br?nnbara egenskaper (oavsett storleken p? r?ren), konceptet "normal flamutbredningshastighet"- detta ?r hastigheten, h?nvisad till den kalla (?nnu inte ant?nda) blandningen, med vilken l?gan r?r sig l?ngs normalen till sin yta. Flamfronten antas vara platt och lika med diametern p? r?ret:

u n \u003d w p pr 2 / S (8.22)

d?r u n ?r den normala hastigheten f?r flamutbredning, m/s; w p - uppm?tt enhetlig hastighet f?r flamutbredning, m/s; r - r?rradie, m; S ?r flamfrontens yta, m 2 .

Tabell 8.14. Flamutbredningshastigheter i olika gas-luftblandningar (vid t=20°C och p=103,3 kPa), m/s

Som framg?r av uppgifterna i tabell. 8.14, den maximala flamutbredningshastigheten motsvarar blandningar av gas och luft med brist p? oxidationsmedel (ej st?kiometrisk). Med ett ?verskott av br?nsle ?kar effektiviteten av kollisionen av reagerande partiklar och hastigheten f?r kemiska reaktioner ?kar.

Flamutbredningshastigheterna f?r gas-syreblandningar ?r en storleksordning h?gre ?n f?r gas-luftblandningar. Den maximala normala flamutbredningshastigheten f?r en metan-syreblandning ?r allts? 3,3 m/s och f?r en blandning av propan och butan med syre ?r den 3,5–3,6 m/s.

Den maximala normala hastigheten f?r flamutbredning i en blandning av komplex gas med luft, m/s, best?ms av formeln:

u n max \u003d (r 1 u 1 + r 2 u 2 + ... + r n u n) / (r 1 + r 2 + ... + r n) (8.23)

d?r r 1 , r 2 ,...r n ?r inneh?llet av enskilda komponenter i en komplex gas, vol. %; u 1 , u 2 ,...u n ?r de maximala normala flamutbredningshastigheterna f?r de komplexa gaskomponenterna blandade med luft, m/s.

De givna f?rh?llandena ?r l?mpliga f?r gaser med n?ra normala flamutbredningshastigheter, till exempel f?r naturliga och flytande kolv?tegaser. F?r gasblandningar med dramatiskt olika flamutbredningshastigheter (t.ex. blandningar av naturliga och konstgjorda gaser, blandningar med h?g v?tehalt) ger de endast ungef?rliga v?rden.

Om blandningen inneh?ller ballastf?roreningar (kv?ve och koldioxid), b?r f?ljande formel anv?ndas f?r en ungef?rlig ber?kning av flamutbredningshastigheten:

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

?kar avsev?rt hastigheten f?r flamutbredning genom att v?rma gas-luftblandningen:

u' n \u003d u n (T' / T) (8.25)

d?r u' n ?r flamutbredningshastigheterna i den uppv?rmda blandningen med absolut temperatur T', K; och n - samma, i en kall blandning med en temperatur p? T, K.

F?rv?rmning av blandningen ?ndrar dess densitet i omv?nd proportion till den absoluta temperaturen, och d?rf?r ?kar flamutbredningshastigheterna i proportion till denna temperatur. Detta faktum m?ste beaktas i ber?kningar, s?rskilt i de fall d? br?nnarnas eldningskanaler ?r bel?gna i ett uppv?rmt murverk eller n?r de p?verkas av str?lningen fr?n en ugn, heta gaser etc.

Enhetligheten i flamutbredning ?r m?jlig under f?ljande f?rh?llanden:

• eldr?ret ?r kort;
• f?rbr?nning fortplantar sig vid ett konstant tryck n?ra atmosf?rstrycket.

Om r?rets l?ngd ?r betydande, kan den enhetliga utbredningen av l?gan f?r vissa blandningar ?verg? till vibration och sedan till detonation med en ?verljudsf?rbr?nningshastighet (2000 m/s eller mer), n?r blandningen ant?nds p? grund av en st?tv?g som v?rmer blandningen till temperaturer ?ver ant?ndningstemperaturen. Detonation sker i blandningar med h?ga flamutbredningshastigheter. Gr?nserna f?r detonationskoncentration ?r sn?vare ?n br?nnbarhetsgr?nserna f?r gas-luft- och gas-syreblandningar, vol. %: propan - 3,2–37, isobutan - 2,8–31, v?te - 15–90. Trycket som uppst?r vid detonationsf?rbr?nning kan ?verstiga det initiala trycket tiotals g?nger och leda till f?rst?relse av r?r och andra k?rl konstruerade f?r h?ga tryck.

8.7. F?RBR?NNING I LAMIN?RA OCH TURBULENTA FL?DEN

Ris. 8.3. f?rbr?nningsfront
gas-luftblandning i
lamin?r r?relse

Flamfronten kan stoppas genom att skapa en m?tande r?relse av den br?nnbara blandningen med en hastighet lika med den normala hastigheten f?r flamutbredning. Ett bra exempel ?r ytan p? innerkonen i en bunsenbr?nnare. Genom att justera sammans?ttningen av gas-luftblandningen som str?mmar ut ur br?nnaren i ett lamin?rt r?relsel?ge ?r det m?jligt att uppn? utseendet av en stabil och skarpt definierad f?rbr?nningskon (Fig. 8.3). K?nens (flamfront) sidoyta, som ?r station?r i f?rh?llande till br?nnarkanalens eldkant, r?r sig mot den utstr?mmande gas-luftblandningen, och l?gan utbreder sig i detta fall l?ngs normalen till ant?ndningsytan vid var och en av dess po?ng. P? ytan av den koniska flamfronten bevaras j?mlikheten av hastigheter - projektionerna av fl?deshastigheten f?r gas-luftblandningen p? den normala wн till k?nens generatris och den normala flamutbredningshastigheten f?ljer Michelsons lag:

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

d?r f ?r vinkeln mellan fl?desriktningen och normalen till ytan av den koniska flamfronten; w svett - medelfl?det av gas-luftblandningen som passerar genom br?nnaren per tidsenhet, m/s.

Konstansen f?r den normala flamutbredningshastigheten ?r endast giltig f?r huvuddelen av den koniska flamfrontens sidoyta. P? toppen av k?nen ?kar hastigheten p? grund av uppv?rmningen av gas-luftblandningen av t?tt ?tskilda sektioner av den koniska ytan av flamfronten, och vid basen av k?nen minskar den p? grund av den kylande effekten av ?nden del av br?nnarens brandkanal.

F?r praktiska ber?kningar f?rsummas vanligtvis denna skillnad och hastigheten f?r blandningens passage genom flamfronten antas vara konstant ?ver hela k?nens yta och lika med u n.

Den genomsnittliga normala flamutbredningshastigheten ?r

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

d?r V cm ?r volymen av gas-luftblandningen som passerar genom br?nnaren, S ?r ytarean av den koniska flamfronten.

I praktiken har den koniska flamfronten inte en regelbunden geometrisk form, d?rf?r, f?r att exakt best?mma S, fotograferas l?gan, flamfronten ?r uppdelad i en serie stympade koner. Summan av sidoytorna ?r den totala ytan av den koniska flamfronten. V?rdena f?r de normala flamutbredningshastigheterna, best?mda b?de av Bunsen-br?nnarmetoden och andra metoder, ?r desamma och lika med de normala hastigheterna som anges i tabellen. 8.14.

H?jden p? den koniska flamfronten beror huvudsakligen p? storleken p? br?nnarens f?rbr?nningskanal. Att reducera h?jden p? l?gan kan uppn?s genom att krossa stora brandkanaler till flera sm?. F?r gas-luftblandningar av samma sammans?ttning kan h?jden p? de koniska flamfronterna av sm? kanaler h ungef?rligen best?mmas fr?n h?jden p? flamfronten av en enda kanal H:

h = H/ ?n(8,28)

d?r n ?r antalet sm? kanaler.

F?r br?nnare med h?g termisk effekt (br?nnare av industriella pannor, ugnar etc.) sker f?rbr?nning som regel i ett turbulent fl?de - en j?mn konisk flamfront ?r suddig och f?rlorar sin tydliga konform p? grund av virvelr?relser och pulseringar. I detta fall observeras tv? karakteristiska typer av f?rbr?nning, motsvarande sm?skalig och storskalig turbulens.

Vid turbulensskalor som inte ?verstiger tjockleken p? den lamin?ra f?rbr?nningszonen, beh?ller den koniska flamfronten sin form och f?rblir j?mn, ?ven om f?rbr?nningszonen ?kar. Om turbulensskalan ?verstiger tjockleken p? zonen med normal f?rbr?nning blir ytan p? den koniska flamfronten oj?mn. Detta leder till en ?kning av den totala ytan av f?rbr?nningsfronten och f?rbr?nning av en st?rre m?ngd br?nnbar blandning per enhet fl?destv?rsnitt.

I fallet med storskalig turbulens, som avsev?rt ?verstiger tjockleken p? den lamin?ra f?rbr?nningszonen, leder st?rningen av flamfrontens yta till att enskilda partiklar av den heta blandningen lossnar, som krossas av efterf?ljande pulseringar. Flamfronten f?rlorar sin integritet och f?rvandlas till ett system av separata f?rbr?nningscentra i form av lika stora partiklar av en br?nnbar blandning som dissekerar och brinner i fl?det.

Ris. 8.4. Relativ hastighetsf?r?ndring
spridning av koksugnsgas
blandas med luft beroende p? antalet
Reynolds och blandningens r?relses?tt

Med storskalig turbulens ?kar flamfrontens yta, best?ende av ytorna p? alla brinnande partiklar, vilket leder till en kraftig ?kning av flamutbredningshastigheten (fig. 8.4). I detta fall kan inte bara frontal f?rbr?nning intr?ffa, som fortplantar sig med normal hastighet vn, utan ?ven volymetrisk f?rbr?nning som uppst?r p? grund av turbulenta pulseringar av heta f?rbr?nningsprodukter in i den f?rska blandningen. F?ljaktligen best?ms den totala flamutbredningshastigheten under storskalig turbulens av en eller annan kombination av element av frontal och volymetrisk f?rbr?nning.

I fr?nvaro av pulseringar blir den turbulenta f?rbr?nningshastigheten lika med den normala flamutbredningshastigheten. Tv?rtom, om den pulserande hastigheten ?r mycket h?gre ?n den normala, blir den turbulenta f?rbr?nningshastigheten f?ga beroende av de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos den br?nnbara blandningen. Experiment har visat ett litet beroende av f?rbr?nningshastigheten f?r olika homogena gas-luftblandningar med a>1 i industriella ugnar p? den normala flamutbredningshastigheten.

8.8. BR?NN STABILITET

Ris. 8.5. Direkt kompensationssystem
u n \u003d w svettas under lamin?r r?relse
gas-luftblandning
1 - br?nnarv?gg;
2 - l?ga front

De viktigaste faktorerna som p?verkar f?rbr?nningens stabilitet ?r hastigheten f?r utfl?det av gas-luftblandningen och flammans spridning. Under f?rbr?nning av gas-luftblandningar i ett lamin?rt fl?de ?r den stabila delen av den koniska flamfronten dess nedre del. Vid denna tidpunkt vrids flamfronten, p? grund av expansionen av gas-luftblandningen som str?mmar in i atmosf?ren och den bromsande effekten av kanalv?ggen, horisontellt och h?js ?ver kanalkanten med tjockleken p? flamfronten (fig. 8,5).

I denna sektion av fronten finns en fullst?ndig kompensation av hastigheten p? gas-luftfl?det med hastigheten p? flamutbredningen u n = w svett . P? resten av den koniska sektionen av flamfronten ?r kompensationen partiell och utf?rs endast i riktningen vinkelr?t mot f?rbr?nningsfronten: u n = w svett cosf . Komponenten w sweat sinf f?rblir obalanserad och b?r t?ndpunkten fr?n konens bas till dess topp. Stabiliteten hos den koniska flamfronten f?rklaras av det faktum att det ringformade bandet vid basen tj?nar som en ant?ndningsk?lla, utan vilken resten av fronten skulle f?ras bort av fl?det av gas-luftblandningen.

Om blandningens fl?deshastighet ?verstiger flamutbredningshastigheten, minskar bredden p? t?ndremmen tills den blir f?rsumbar. I det h?r fallet ?r l?gfrontens stabilitet bruten och separation fr?n br?nnaren intr?ffar. Om flamutbredningshastigheten i det ringformiga omr?det n?ra v?ggen (inte p? v?ggen) ?verstiger hastigheten f?r utfl?det av gas-luftblandningen, dras l?gan in i br?nnarblandaren (?versv?ngning).

N?r det ?r frist?ende finns det:

• fel p? l?gan fr?n br?nnaren och dess utsl?ckning;
• avskiljning fr?n brandkanalens kant, n?r l?gan n?r ett nytt, ganska stabilt l?ge i fl?det ovanf?r br?nnaren;
• nedbrytningen av den upph?jda l?gan och dess utsl?ckning;
• utkastning av den upph?jda facklan till kanten av br?nnarens eldkanal;
• skapar en sv?vande l?ga n?r str?len ant?nds p? n?got avst?nd fr?n br?nnaren.

Alla dessa fenomen ?r oacceptabla, eftersom de leder till ackumulering av of?rbr?nd gas i den omgivande atmosf?ren eller i ugnen.

Ris. 8.6. Beroendet av separationshastigheten f?r en singel
l?gor i en ?ppen atmosf?r blandningar av naturliga
gas med luft p? storleken p? brandkanalen och
prim?rt luftinneh?ll.

Ris. 8.7. Utbrytningshastighetsberoende
multiflare l?ga i ?ppen atmosf?r
blandningar av naturgas med luft p? storleken
brandkanal och prim?rluftinneh?ll.
a - br?nnardiagram; b – flamseparationskurvor

P? fig. 8.6 visar de experimentella kurvorna f?r flamseparation fr?n kanterna av brandkanalerna p? insprutningsbr?nnare med en br?nnare som arbetar p? en blandning av kall gas med luft. Vid gr?nsen och ovanf?r dessa kurvor b?rjar l?gorna lossna och under kurvorna b?rjar en stabil f?rbr?nning.

I praktiken ?r flerbr?nnare med insprutningsbr?nnare med brandkanaler med en diameter p? 2–6 mm utbredda (bild 8.7). Fastst?llandet av flamseparationshastigheterna w ref f?r s?dana br?nnare kan g?ras enligt f?ljande formel:

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

d?r dk ?r diametern p? avfyringskanalerna, m; a 1 - koefficient f?r ?verskott av prim?rluft; T ?r den absoluta temperaturen f?r gas-luftblandningen, K.

Det kan ses av formeln att f?rbr?nningsstabiliteten ?kar med en ?kning av diametrarna p? brandkanalerna och temperaturen, och minskar med en ?kning av den prim?ra luft?verskottskoefficienten. F?rbr?nningens stabilitet ?kas ocks? p? grund av l?gans ?msesidiga inverkan.

Separering av l?gan fr?n brandkanalerna kan ocks? uppst? p? grund av andra orsaker. Om br?nnaren och r?kgaserna inte ?r korrekt placerade kan de komma in i br?nnarinjektorn och leda till flamseparation (genom att minska flamutbredningshastigheten i gas-luftblandningen utsp?dd med inerta gaser). Orsaken till separationen kan ocks? vara den h?ga hastigheten hos sekund?rluften som bl?ser flamman fr?n brandkanalerna.

Tabell 8.15. Hastigheten f?r en homogen blandning av naturliga
gas med luft, vid vilken ett genombrott sker
l?ga, m/s (blandningstemperatur 20°C)

Det ?r ocks? oacceptabelt att l?gan blinkar inuti br?nnarblandaren, vanligtvis ?tf?ljd av knallande. Slirningen leder antingen till att l?gan slocknar och den of?rbr?nda blandningen kastas ut i rummet eller ugnen, eller till att blandningen brinner inuti br?nnaren. L?gans tendens att sl? igenom beror p? typen av gas, den normala hastigheten f?r flamutbredning, inneh?llet av prim?rluft i gas-luftblandningen, dimensionerna p? brandkanalerna, temperaturen p? blandningen eller v?ggarna p? kanalerna. Flamgenombrott p?verkas ocks? av v?rmeledningsf?rm?gan hos materialen som brandkanalerna ?r gjorda av, deras form, djup och utf?rande, f?rekomsten av grader, brutna kanter, etc.

Givet i tabell. 8.15 v?rdena p? hastigheterna f?r homogena blandningar av naturgas med luft, vid vilka ett genombrott sker, kan ocks? anv?ndas f?r andra gaser, med f?rbeh?ll f?r korrigeringar:

w" inc \u003d w inc u" n/u n (8.30)

d?r w‘ pr ?r hastigheten f?r flammans ?verslag f?r en annan gas, m/s; w pr - slirhastighet f?r naturgas (enligt tabell 8.15), m / s; u‘ n - normal flamutbredningshastighet f?r en annan gas, m/s; u n - flamutbredningshastighet i metan, m/s.

Den maximala slirhastigheten kan ber?knas med hj?lp av den ungef?rliga formeln:

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

Samma formel, med en approximation som ?r tillr?cklig f?r praktiken, kan ocks? anv?ndas f?r andra gaser med inf?randet av en korrigering f?r en f?r?ndring av den normala hastigheten f?r flamutbredning. P? grundval av m?nga experiment kan f?ljande slutsats dras: gr?nserna f?r stabil drift av br?nnarna begr?nsas av hastigheterna f?r separation och tillbakaslag av l?gan.

Ris. 8.8. Beroendet av hastigheten hos gas-luftblandningen, vid vilken separation och tillbakaslag av l?gan intr?ffar, p? ?verskottskoefficienten f?r prim?rluft
I - l?gavskiljning; II - l?gans genombrott; III - l?gans gula kanter;
1–3 diametrar av brandkanaler f?r br?nnare, mm: 1 – 25, 2 – 25, 3 – 32

P? fig. 8.8 visar kurvor som k?nnetecknar fl?deshastigheterna f?r en blandning av naturgas med luft, vid vilka avskiljning och tillbakaslag av l?gan intr?ffar. Kurvornas karakt?r indikerar en kraftig minskning av flamstabiliteten n?r inneh?llet av prim?rluft i blandningen ?kar. En ?kning av l?gans stabilitet sker med en minskning av inneh?llet av prim?rluft och n?r ett maximum n?r det minskar till noll (diffusionsf?rbr?nning). S?dan f?rbr?nning av kolv?tegaser ?r emellertid i m?nga fall oacceptabel, eftersom det leder till uppkomsten av gula l?gor, som k?nnetecknar utseendet av sotpartiklar i den.

Ris. 8.9. Vanliga flamskyddsmedel
a - en cylindrisk tunnel med en pl?tslig expansion av sektionen;
b - samma, med ett virvlande fl?de;
c – konisk tunnel med virvlande fl?de;
d - stabilisator i form av en konisk kropp;
e - samma, i form av en rund stav;
e - samma, i form av en stabil ringformig l?ga
1 - br?nnarmunstycke; 2 - tunnel; 3 - sidoh?l;
4 - ringformig kanal; 5 - ringl?ga;
6 - l?ga av huvudfl?det av gas-luftblandningen

I praktiken, f?r att ut?ka omr?det f?r f?rbr?nningsstabilitet f?r eventuella br?nnbara gas-luftblandningar, antas fl?deshastigheten vara flera g?nger st?rre ?n separationshastigheten. F?rebyggande av flamseparation uppn?s genom att anv?nda flamstabilisatorer (Fig. 8.9).

F?r att stabilisera flamman av injektion och andra br?nnare som producerar axisymmetriska gas-luftstr?lar, anv?nds eldfasta cylindriska tunnlar med en pl?tslig expansion av deras tv?rsnitt. Driften av en s?dan tunnel ?r baserad p? den perifera cirkulationen av en del av de heta f?rbr?nningsprodukterna, vilket uppst?r p? grund av den s?llsynthet som skapas av str?len.

F?r att stabilisera l?gan hos br?nnare som producerar en virvlande gas-luftblandning anv?nds b?de cylindriska och koniska tunnlar med en ?ppningsvinkel p? 30–60°. Med ett virvlande fl?de uppst?r ett st?rre tryck i tunnelns periferi ?n i dess centrala del. Detta leder till paraxiell recirkulation av n?gra av de heta f?rbr?nningsprodukterna och ant?ndning av den kalla gas-luftblandningen som str?mmar in i tunneln fr?n insidan.

N?r installationen av tunnlar inte ?r m?jlig anv?nds kroppar med d?ligt str?mlinjeformad form f?r att stabilisera l?gan, placerad i fl?det av gas-luftblandningen vid dess utg?ng fr?n br?nnarens brandkanal. I detta fall sker ant?ndningen av blandningen vid stabilisatorns periferi, bakom vilken det finns en partiell ?tercirkulation av heta gaser som ant?nder den br?nnbara blandningen fr?n insidan. Den stabiliserande effekten av s?dana anordningar ?r l?gre ?n den hos tunnlar.

I enkel- och flerbr?nnare med injektion anv?nds f?rbr?nningsstabilisatorer i stor utstr?ckning i form av ett speciellt flammunstycke. Den stabiliserande effekten av denna anordning ?r baserad p? att f?rhindra utsp?dning av huvudfl?det vid flamroten med ?verskottsluft, vilket minskar gr?nserna f?r dess stabilitet, samt p? uppv?rmning och ant?ndning av huvudfl?det med en ringformad l?ga l?ngs hela dess periferi . Stabiliteten hos den ringformade flamman under separationen uppn?s p? grund av ett s?dant f?rh?llande mellan sektionerna av eldringen och sidoh?len, i vilket hastigheten f?r gas-luftblandningen i den ringformiga kaviteten inte ?verstiger den normala hastigheten f?r flamutbredning. F?r att f?rhindra att l?gan blinkar in i br?nnarblandaren antas dimensionerna p? sidoh?len som bildar den ringformade l?gan vara mindre ?n de kritiska.

8.9. SYSTEM F?R FLAMSKYDD

Luft eller syre som kommer in i gasledningen kan bilda en explosiv blandning, s? det ?r absolut n?dv?ndigt att skydda r?rledningarna fr?n att luft eller syre tr?nger in i den. Inom alla explosiva industrier m?ste f?ruts?ttningar skapas som utesluter m?jligheten att ant?nda impulser. Ant?ndningsk?llor som f?r gas-luftblandningar att explodera ?r:

• ?ppen l?ga;
• elektriska urladdningar av elektrisk utrustning i drift;
• kortslutning i elektriska ledningar;
• gnistor i elektriska apparater;
• spr?ngda s?kringar;
• urladdningar av statisk elektricitet.

Explosionss?kerhet tillhandah?lls av olika flamskydd. installeras i r?rledningar, p? tankar, p? reningsgasledningar, ljus och andra system d?r det finns risk f?r explosion.

Flamsl?ckning i en kanal fylld med en br?nnbar blandning sker endast vid en minsta kanaldiameter, vilket beror p? blandningens kemiska sammans?ttning och tryck, och f?rklaras av v?rmef?rlust fr?n reaktionszonen till kanalv?ggarna. Med en minskning av kanaldiametern ?kar dess yta per massenhet av den reagerande blandningen, dvs. v?rmef?rlusterna ?kar. N?r de n?r ett kritiskt v?rde, minskar hastigheten p? f?rbr?nningsreaktionen s? mycket att ytterligare spridning av l?gan blir om?jlig.

En flamsl?ckares flamsl?ckningsf?rm?ga beror huvudsakligen p? sl?ckkanalernas diameter och mycket mindre p? deras l?ngd, och m?jligheten f?r flampenetrering genom sl?ckkanalerna beror fr?mst p? egenskaperna och sammans?ttningen av den br?nnbara blandningen och trycket. Den normala hastigheten f?r flamutbredning ?r huvudv?rdet som best?mmer storleken p? sl?ckkanalerna och valet av typ av flamskydd: ju st?rre den ?r, desto mindre kr?vs kanalen f?r att sl?cka l?gan. Dimensionerna f?r sl?ckningskanalerna beror ocks? p? den br?nnbara blandningens initiala tryck. F?r att bed?ma flamskyddsf?rm?gan hos flamskydd, den sk. Peclet Re-kriterium:

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

I gr?nsen f?r l?gans utsl?ckning tar Peclet-kriterieformeln formen:

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

d?r w cm ?r den normala hastigheten f?r l?gans utbredning; d ?r d?mpkanalens diameter; d kp - kritisk diameter av kylkanalen; cp ?r gasens specifika v?rmekapacitet vid 0°C och konstant tryck; p - gastryck; p cr - kritiskt gastryck; R ?r den universella gaskonstanten; T 0 - gasens absoluta temperatur; l 0 - v?rmeledningsf?rm?ga hos den initiala blandningen.

F?r att ber?kna flamskyddsf?rm?gan hos flamskyddare kr?vs d?rf?r f?ljande initiala data:

• normala hastigheter f?r flamutbredning av br?nnbara gasblandningar;
• den faktiska storleken p? de maximala sl?ckkanalerna f?r en given flamskydd.

Om det erh?llna v?rdet ?r st?rre ?n Re cr = 65, kommer flamskyddet inte att f?rdr?ja spridningen av l?gan f?r denna br?nnbara blandning, och vice versa, om 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)

Genom att anv?nda det faktum att Recr ?r konstant vid gr?nsen f?r sl?ckning av l?gor, ?r det m?jligt att ber?kna den ungef?rliga kritiska diametern f?r kanalerna f?r vilken br?nnbar blandning som helst, om flamutbredningshastigheten ?r k?nd, s?v?l som v?rmekapaciteten och v?rmeledningsf?rm?gan hos gassystem. F?ljande kritiska diametrar f?r h?rdkanalen rekommenderas, mm:

• vid f?rbr?nning av en gas-luftblandning - 2,9 f?r metan och 2,2 f?r propan och etan;
• vid f?rbr?nning av syreblandningar i r?r (vid ett absolut tryck p? 0,1 MPa under f?rh?llanden med fri expansion av f?rbr?nningsprodukter) - 1,66 f?r metan och 0,39 f?r propan och etan.

Ris. 8.10. Typer av flamskydd:
a - packad; b - kassett; c - lamell?r; g - mesh; e - cermet

Strukturellt ?r flamskydd indelade i fyra typer (Fig. 8.10):

• med ett munstycke gjord av granul?ra material;
• med direkta kanaler;
• fr?n cermet eller metallfiber;
• maska.

Enligt installationsmetoden - i tre typer: p? r?r f?r att spruta ut gaser i atmosf?ren eller p? en ficklampa; om kommunikation; framf?r gasolbr?nnare.

I kroppen av den monterade flamskyddet, mellan gallren, finns ett munstycke med ett fyllmedel (glas- eller porslinskulor, grus, korund och andra granulat av h?llbart material). En kassettbrandsl?ckare ?r ett h?lje i vilket en brandsl?ckningskassett ?r monterad av korrugerade och platta metallband t?tt lindade till en rulle. I fallet med en plattflamskydd - ett paket med planparallella metallplattor med ett strikt definierat avst?nd mellan dem. Vid n?tflamskyddet i kroppen finns ett paket med t?tt sammanpressade metalln?t. En flamskydd av keramisk metall ?r ett hus inuti vilket en por?s metallkeramisk platta ?r installerad i form av en platt skiva eller r?r.

Mesh flamskydd anv?nds oftast (de b?rjade installeras i b?rjan av 1800-talet i gruvarbetarlampor (Devi-lampor) f?r att f?rhindra brandgasexplosioner). Dessa flamskydd rekommenderas f?r att skydda installationer som f?rbr?nner gasformiga br?nslen. Flamskyddet best?r av flera lager m?ssingsn?t med en maskstorlek p? 0,25 mm, inkl?mt mellan tv? perforerade plattor. N?tpaketet ?r f?rst?rkt i en avtagbar bur.

Flamskyddets kropp ?r gjord av gjutj?rn eller aluminiumlegering och best?r av tv? identiska delar sammankopplade med bultar med en avtagbar kl?mma placerad mellan dem. F?rutom de ?verv?gda torra flamskyddsl?sen anv?nds v?tskes?kerhetsl?s i stor utstr?ckning f?r att skydda gasledningar fr?n intr?ngning av en explosiv v?g och l?ga under gasflambearbetning av metaller, s?v?l som r?rledningar och apparater fyllda med gas fr?n penetration av syre och luft in i dem.

Flytande t?tningar m?ste:

• att f?rhindra utbredning av en explosiv v?g under omv?nda st?tar och under ant?ndning av gaser;
• skydda gasledningen fr?n intr?ngning av syre och luft i den;
• s?kerst?lla minimalt hydrauliskt motst?nd mot passage av gasfl?de. Dessutom b?r v?tskan fr?n slutaren inte f?ras bort i form av droppar i avsev?rda m?ngder.

8.10. PRINCIPER F?R F?RBR?NNING

Gasf?rbr?nningsprocesser ?r baserade p? principer som konventionellt kallas kinetik och diffusion. Med den kinetiska principen skapas en homogen blandning med lite ?verskottsluft innan f?rbr?nningen b?rjar. F?rbr?nningen av en s?dan blandning sker i en kort transparent l?ga utan att det bildas sotpartiklar i l?gan. F?r att br?nna gas enligt den kinetiska principen anv?nds speciella blandare eller injektionsbr?nnare, som f?rbereder en homogen gas-luftblandning med ett ?verskottsf?rh?llande av prim?rluft a 1 = 1,02: 1,05.

Med ett l?gre inneh?ll av prim?rluft, enligt den kinetiska principen, forts?tter endast det inledande steget av f?rbr?nningen, tills anv?ndningen av syre, som ?r i blandning med gas. De ?terst?ende gaserna och produkterna av ofullst?ndig f?rbr?nning f?rbr?nns genom extern diffusion av syre (sekund?rluft), d.v.s. enligt d och f u z och o n n o m vid principen. F?r 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.

Principen f?r gasf?rbr?nning med 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:

• det fanns inga sotpartiklar i l?gan;
• F?rbr?nningsstabilitet s?kerst?lldes med f?r?ndringar i termisk effekt inom alla gr?nser som ?r n?dv?ndiga i praktiken.

Under diffusionsprincipen (a 1 = 0) utvecklas f?rbr?nnings- och blandningsprocesser parallellt. Eftersom blandningsprocesserna g?r mycket l?ngsammare ?n f?rbr?nningsprocesserna, best?ms hastigheten och fullst?ndigheten av f?rbr?nningen av hastigheten och fullst?ndigheten av blandningen av gas och luft. Blandningen av gas med luft kan i detta fall ske genom diffusion (antingen l?ngsam molekyl?r eller turbulent, inklusive molekyl?r som det sista steget). F?ljaktligen skiljer sig brinnhastigheten och diffusionsflammans struktur.

Funktioner f?r s?dan br?nning:

• l?gans stabilitet n?r den termiska effekten ?ndras fr?n noll till maximalt m?jligt enligt separationsf?rh?llandena;
• temperaturkonstans ?ver hela l?gans h?jd;
• m?jligheten att f?rdela det ?ver stora godtyckliga ytor;
• br?nnarnas kompakthet och l?ttheten i deras tillverkning;
• betydande l?gh?jd och oundvikligheten av pyrolytiska processer som leder till bildandet av en ljus sotig l?ga.

Ris. 8.11. Struktur av fria l?gor:
a - lamin?r l?ga; b - turbulent l?ga

Diffusionsf?rbr?nning kan omvandlas till kinetisk eller mellanf?rbr?nning om blandningen ligger f?re f?rbr?nningsprocesser. I praktiken kan detta uppn?s genom forcerad lufttillf?rsel, vilket leder till bildandet av en kvasihomogen gas-luftblandning med a 1 > 1,0, som brinner i en transparent l?ga.

F?r att illustrera principerna f?r f?rbr?nning i fig. 8.11. scheman f?r fria l?gor ges: lamin?ra och turbulenta. En lamin?r br?nnare uppst?r p? grund av den ?msesidiga molekyl?ra diffusionen av gas och luft. Inuti konk?rnan 1 str?mmar ren gas ut ur r?ret under lamin?rt fl?de. I zon 2 - en blandning av gas och f?rbr?nningsprodukter, i zon 3 - en blandning av f?rbr?nningsprodukter och luft. Gr?ns 4 ?r en sl?t konisk flamfront, till vilken luftmolekyler diffunderar fr?n utsidan och gasmolekyler fr?n insidan. F?rbr?nningsprodukter diffunderar delvis mot gasen och v?rmer den intensivt i f?rflamzonen. Detta leder till pyrolys av kolv?ten och bildandet av sotiga partiklar, vilket ger l?gan en stark ljusstyrka.

F?rbr?nningen kan intensifieras genom turbulens i blandningsfl?dena. En turbulent l?ga har ingen tydlig konisk f?rbr?nningsfront, den ?r "suddig" och bryts upp av pulseringar till separata partiklar.

Flamstrukturen best?r av en k?rna av ren gas 1, en zon med relativt l?ngsam f?rbr?nning 2, en diffus zon med den mest intensiva f?rbr?nningen 3 med ett h?gt inneh?ll av f?rbr?nningsprodukter och en f?rbr?nningszon 4 med en ?verv?gande luft i sig. Det finns inga tydligt definierade gr?nser mellan zonerna, de skiftar kontinuerligt beroende p? graden av fl?desturbulens. Funktioner hos en turbulent l?ga ?r:

• f?rbr?nningsprocessens f?rlopp n?stan genom hela volymen;
• ?ka f?rbr?nningens intensitet;
• h?g transparens av l?gan;
• dess l?gre motst?nd mot separation.

Turbulent gasf?rbr?nning anv?nds ofta i ugnar i olika pannor och ugnar. F?r att intensifiera f?rbr?nningsprocessen anv?nds b?de naturlig (genom att ?ka hastigheten) och artificiell fl?desturbulens, till exempel genom att virvla luftfl?det och mata in tunna gasstr?lar i det i olika vinklar.

8.11. F?RUTS?TTNINGAR F?R FORMNING AV PRODUKTER MED OFLLST?NDIG F?RBR?NNING OCH EN MINSKNING AV KONCENTRATIONEN AV SKADLIGA ?MNEN I DEM

Vid f?rbr?nning av br?nnbara gaser kan f?rbr?nningsprodukterna inneh?lla komponenter av b?de fullst?ndig (koldioxid och vatten?nga) och ofullst?ndig f?rbr?nning (kolmonoxid, v?te, om?ttade, m?ttade, aromatiska kolv?ten och sotpartiklar). Dessutom finns alltid kv?veoxider i f?rbr?nningsprodukterna. N?rvaron av produkter av ofullst?ndig f?rbr?nning i betydande koncentrationer ?r oacceptabel, eftersom det leder till f?rorening av atmosf?ren med giftiga ?mnen och till en minskning av effektiviteten hos installationer som drivs med gasbr?nsle.

De fr?msta anledningarna till deras h?ga inneh?ll:

• brinnande gaser med otillr?cklig luft;
• d?lig blandning av br?nnbara gaser och luft f?re och under f?rbr?nning;
• ?verdriven kylning av l?gan innan f?rbr?nningsreaktionerna fullbordas.

F?r metan kan f?rbr?nningsreaktioner (beroende p? koncentrationen av syre i den reagerande blandningen) beskrivas med f?ljande ekvationer:

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

vid ett st?kiometriskt f?rh?llande eller med ett ?verskott av ett oxidationsmedel;

CH 4 + O 2 \u003d CO + H 2 + H 2 O + Q och CH 4 + 0,5O 2 \u003d CO + 2H 2 O + Q

i fr?nvaro av ett oxidationsmedel.

Ris. 8.12. Mellanprodukter av f?rbr?nning

Ris. 8.13. Prim?rt luftinneh?ll,
som f?rhindrar bildningen
gula tungor i l?gor
Gas: 1 - koks;
2 - naturgasf?lt;
3 - oljef?lt;
4 - propan; 5 - butan

P? fig. 8.12 visar den ungef?rliga genomsnittliga sammans?ttningen av vissa mellanliggande f?reningar - v?te, kolmonoxid, eten, acetylen och ett relativt litet antal m?ttade och enkla aromatiska f?reningar - och koldioxid som uppst?r i en l?ga vid diffusionsf?rbr?nning av naturgas (97%). Gasen br?ndes i en lamin?r br?nnare, gasen str?mmade ut ur ett r?r 12 mm i diameter. Total flamh?jd 130–140 mm.

Den maximala koncentrationen av v?te och acetylen uppn?s ungef?r p? samma h?jd av l?gan, de f?rsvinner n?stan samtidigt i toppen av l?gans lysande zon. Av alla mellanliggande f?reningar som bildas i en l?ga (exklusive sotpartiklar) ?r kolmonoxid den sista som f?rsvinner. Detta ger anledning att bed?ma fullst?ndigheten av gasf?rbr?nning utifr?n dess index. Kv?veoxider finns alltid i f?rbr?nningsprodukter, vars maximala koncentration uppst?r i zoner med intensiv kolmonoxid och v?teutbr?nning.

F?rbr?nning av kolv?tegaser med brist p? oxidationsmedel leder till bildandet av sotpartiklar, vilket ger l?gan en gul f?rg. Processen med sotbr?nning fortskrider i etapper och relativt l?ngsamt. Ibland f?rdr?js utbr?nningen av de bildade sotpartiklarna och kan upph?ra helt n?r de g?r in i l?gtemperaturomr?det av br?nnaren eller n?r v?rmev?xlingsytorna tv?ttas av l?gan. S?ledes indikerar n?rvaron av en lysande l?ga alltid f?rekomsten av pyrolytiska processer och m?jligheten av kemisk ofullst?ndighet vid f?rbr?nning, s?rskilt i sm? sk?rmade pannugnar.

F?rebyggande av bildning av sotpartiklar uppn?s genom att f?rblandning av kolv?tegaser med en tillr?cklig m?ngd oxidationsmedel. Inneh?llet av prim?rluft i blandningen, vid vilken en genomskinlig l?ga uppst?r, beror inte bara p? typen av kolv?ten utan ocks? p? f?rh?llandena f?r blandning med sekund?rluft (diametern p? br?nnarnas f?rbr?nningskanaler) (Fig. 8.13) ). Vid gr?nsen och ovanf?r kurvorna ?r l?gan genomskinlig, och under kurvorna har den gula tungor. Kurvorna visar att inneh?llet av prim?rluft i blandningen ?kar med en ?kning av antalet kolatomer i molekylen och diametern p? br?nnarnas f?rbr?nningskanaler. F?rh?llandet mellan prim?rlufts?verskott a 1 i blandningen, vid vilket gula l?gor f?rsvinner, beroende p? ovanst?ende faktorer, kan best?mmas f?r brandkanaler med sm? br?nnare:

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

d?r m och n ?r antalet kol- och v?teatomer i en molekyl eller deras genomsnittliga antal f?r en komplex gas; d k - diameter p? br?nnarens brandkanaler, mm; d 0 - referensdiameter f?r br?nnarkanalen (1 mm).

Att s?kerst?lla fullst?ndigheten av f?rbr?nning under praktiska f?rh?llanden ?r en ganska komplicerad uppgift, beroende inte bara p? principen om gasf?rbr?nning, utan ocks? p? f?ruts?ttningarna f?r utvecklingen av en l?ga i ugnsvolymen. De h?gsta kraven p? f?rbr?nningens fullst?ndighet st?lls p? hush?llsapparater och andra installationer som sl?pper ut f?rbr?nningsprodukter i atmosf?ren. F?rbr?nning av gas i s?dana installationer ?r den sv?raste, eftersom den ?r f?rknippad med tv?ttning av kalla v?rmev?xlingsytor av l?gan. F?r gasf?rbr?nning i hush?llskaminer anv?nds flerbr?nnare med insprutning, som bildar en homogen blandning med en ?verskottskoefficient f?r prim?rluft a 1< 1. Недостающий для сгорания газа воздух поступает за счет диффузии из окружающей атмосферы.

Ris. 8.14. Kolmonoxidkoncentration
i f?rbr?nningsprodukter i en gasspis
a – br?nnare med perifer tillf?rsel av sekund?rluft;
b - med central och perifer sekund?r lufttillf?rsel
1 - naturgas, br?nnare med perifer tillf?rsel
sekund?rluft, avst?nd till diskens botten 25 mm;
2–4 - naturgas, br?nnare med kringutrustning och
central sekund?rlufttillf?rsel, avst?nd
till botten av sk?larna, mm: 2 - 25, 3 - 18, 4 - 10;
5 - flytande gas, br?nnare med central och perifer
sekund?r lufttillf?rsel, avst?nd till sk?lens botten 25 mm;
6 - flytande gas, br?nnare med perifer tillf?rsel

P? fig. 8.14 visar diagram ?ver 2-br?nnare f?r hush?llsgaskaminer och den genomsnittliga koncentrationen av kolmonoxid CO i f?rbr?nningsprodukterna av naturlig metan (95 vol.%) och propan (93 vol.%) n?r br?nnarna drivs med en m?rkv?rme produktion. Skillnaden mellan br?nnarna ?r att sekund?rluft tillf?rs till en av dem endast fr?n periferin och till den andra - b?de fr?n periferin och fr?n den centrala kanalen.

Fullst?ndigheten av gasf?rbr?nning beror p? koefficienten f?r ?verskott av prim?rluft i blandningen, avst?ndet fr?n br?nnarens eldkanaler till botten av sk?len, typen av br?nnbar gas och metoden f?r tillf?rsel av sekund?rluft. Samtidigt leder en ?kning av inneh?llet av prim?rluft i blandningen, s?v?l som en ?kning av avst?ndet fr?n br?nnaren till botten av sk?len, till en minskning av koncentrationen av kolmonoxid i f?rbr?nningsprodukterna. Den minsta koncentrationen av kolmonoxid motsvarar koefficienten f?r ?verskott av prim?rluft a 1 = 0,6 och d?r?ver och avst?ndet fr?n br?nnaren till botten av sk?len 25 mm, och det maximala - a 1 = 0,3 och l?gre och avst?ndet fr?n br?nnare till botten av sk?len 10 mm. Dessutom leder en ?kning av v?rmeeffekten hos br?nnare med 15–20 % p? grund av en ?kning av gastrycket till en ?kning av koncentrationen av kolmonoxid i f?rbr?nningsprodukterna med 1,2–1,3 g?nger och p? grund av f?rbr?nningsv?rmen gas, 1,5–2 g?nger.

Utseendet av aromatiska f?reningar under f?rbr?nningsprocessen - bensen, polycyklisk benspyren, bensantracen, etc. - b?r ?gnas s?rskild uppm?rksamhet, eftersom vissa av dem ?r cancerframkallande. Processen f?r deras bildande ?r mycket komplex och forts?tter i etapper. I det f?rsta steget upptr?der acetylen och dess derivat. I flamzonen genomg?r dessa ?mnen kedjef?rl?ngningsprocesser med omarrangemang av trippelkolbindningar till dubbla. Som ett resultat av cyklisering och uttorkning leder till uppkomsten av olika aromatiska f?reningar, inklusive polycykliska.

Tabell 8.16. Den genomsnittliga koncentrationen av kolmonoxid och benso(a)pyren i f?rbr?nningsprodukterna beroende p? typen av gas, br?nnartyp och ?verskottskoefficient f?r prim?rluft (br?nnarens v?rmebelastning - 1600 kcal / h, avst?nd fr?n br?nnaren till botten av sk?len - 24–26 mm)

Tabelldata. 8.16 visar att vid f?rbr?nning av naturgaser med en ?verskottskoefficient f?r prim?rluft a 1 \u003d 0,6 och h?gre p? b?da typerna av br?nnare, uppfyller koncentrationen av kolmonoxid i f?rbr?nningsprodukterna kraven i GOST 5542–87.

Tabell 8.17. Avst?ndet mellan kanterna p? avfyrningskanalerna p? enrads injektionsbr?nnare, beroende p? deras dimensioner och koefficienten f?r ?verskott av prim?rluft

Studier har visat att avst?nden mellan kanterna p? brandkanalerna, som s?kerst?ller en snabb spridning av l?gan, vilket f?rhindrar att de sm?lter samman, beror p? deras storlek och inneh?llet av prim?rluft i blandningen, vilket minskar med dess ?kning. De optimala avst?nden mellan kanalernas kanter, som s?kerst?ller tillr?cklig fullst?ndighet av gasf?rbr?nning och snabb flamutbredning, anges i tabell. 8.17. N?r skjutkanaler ?r anordnade i tv? rader i ett rutm?nster kan avst?nden mellan kanterna tas enligt samma tabell. I detta fall b?r avst?nden mellan raderna vara 2–3 g?nger st?rre ?n avst?nden mellan kanalerna.

Ris. 8.15. Koncentrationen av kolmonoxid, acetylen,
etan, eten och benso(a)pyren i f?rbr?nningsprodukter
medeltrycksgas i injektionsbr?nnaren

Generaliseringen av m?nga experimentella data gjorde det m?jligt att erh?lla genomsnittliga koncentrationskurvor i f?rbr?nningsprodukterna av olika komponenter, kvalitativt och kvantitativt karakteriserande f?rbr?nningsprocessen (Fig. 8.15). Fullst?ndig f?rbr?nning av en homogen gas-luftblandning uppn?s endast n?r den prim?ra luft?verskottskoefficienten a = 1,05 och h?gre. Med en minskning av lufthalten i blandningen, speciellt vid 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.

F?rutom de ?verv?gda produkterna av ofullst?ndig f?rbr?nning producerar gasf?rbr?nning alltid en viss m?ngd kv?veoxider, vars bildning sker i h?gtemperaturzoner b?de efter slutf?randet av huvudf?rbr?nningsreaktionerna och under f?rbr?nning. Den maximala NO x-koncentrationen intr?ffar i slutskedet, motsvarande gasutbr?nning och intensiv f?rbr?nning av mellanprodukter i form av v?te och kolmonoxid.

Den prim?ra f?reningen vid f?rbr?nning av gas-luftblandningar ?r kv?veoxid. B?rjan av kedjereaktionen ?r f?rknippad med atom?rt syre som uppst?r i h?gtemperaturzoner p? grund av dissociationen av molekyl?rt syre:

O 2 -› 2O - 490 kJ/mol (8,36)

O + N2 -› NO + N - 300 kJ/mol (8,37)

N + O 2 –› 2NO + 145 kJ/mol (8,38)

balansreaktion

N 2 + O 2 -› 2NO - 177 kJ/mol (8,39)

Bildandet av atom?rt syre sker ocks? vid partiell dissociation av f?rbr?nningsprodukter: med en temperaturs?nkning och n?rvaro av syre oxideras en del av den bildade kv?veoxiden (1–3 vol.%) till kv?vedioxid NO 2 . Reaktionen fortskrider mest intensivt efter utsl?pp av kv?veoxid i atmosf?ren. Huvudsakliga p?verkande faktorer:

• temperatur i reaktionszonerna;
• ?verskottsluftf?rh?llande och kontakttid f?r de reagerande komponenterna.

Flamtemperaturen beror p? gasens kemiska sammans?ttning, luftinneh?llet i gas-luftblandningen, graden av dess homogenitet och v?rmeavl?gsnande fr?n reaktionszonen. Den maximala m?jliga koncentrationen av kv?veoxid vid en given temperatur, vol. %, kan ber?knas med formeln

NO p \u003d 4.6e -2150 / (RT) / ? O 2 N 2 (8.40)

d?r NO p ?r j?mviktskoncentrationen av kv?veoxid, vol. %; R ?r den universella gaskonstanten; T - absolut temperatur, K; O2 och N2 - koncentration, vol. % syre respektive kv?ve.

En h?g koncentration av kv?veoxid, i proportion till j?mviktskoncentrationen, uppst?r n?r gas f?rbr?nns i ugnar p? kraftfulla ?nggeneratorer och i h?gtemperaturugnar med ?ppen spis, koks och liknande ugnar. I pannor med liten och medelstor effekt, i sm? uppv?rmnings- och termiska ugnar med betydande v?rmeavl?gsnande och kort uppeh?llstid f?r komponenterna i h?gtemperaturzoner, ?r utmatningen av kv?veoxid en storleksordning mindre. Dessutom g?ller att ju kortare uppeh?llstid de reagerande komponenterna har i h?gtemperaturzonen, desto mindre kv?veoxid finns i f?rbr?nningsprodukterna.

F?rbr?nning av gas i str?lningsbr?nnare och i en fluidiserad b?dd ?r ocks? effektiv: i dessa fall sker mikroflare f?rbr?nning av en homogen gas-luftblandning med en ?verskottsluftkoefficient a = 1,05 med en mycket intensiv borttagning av v?rme fr?n reaktionszonen. Koncentrationen av kv?veoxider vid gasf?rbr?nning i str?lningsbr?nnare ?r cirka 40, och i en fluidiserad b?dd - 80–100 mg/m 3 . Att minska storleken p? brandkanalerna i str?lningsbr?nnare och eldfasta korn i den fluidiserade b?dden hj?lper till att minska utsl?ppet av kv?veoxider.

De ackumulerade uppgifterna gjorde det m?jligt att g?ra ett antal f?r?ndringar i utformningen av panna och v?rmeutrustning, vilket gav inte bara h?g effektivitet och l?g koncentration av produkter av ofullst?ndig f?rbr?nning, utan ocks? minskade utsl?pp av kv?veoxider till atmosf?ren. Dessa ?ndringar inkluderar:

• minska l?ngden p? h?gtemperaturtunnlar och flytta f?rbr?nning fr?n dem till ugnar;
• anv?ndningen av f?rbr?nningsstabilisatorer ist?llet f?r keramiska tunnlar i form av bluffkroppar eller en ringformig l?ga;
• organisation av en platt l?ga med en ?kad v?rme?verf?ringsyta;
• spridning av l?gan genom att ?ka antalet br?nnare eller anv?nda blockbr?nnare;
• stegvis lufttillf?rsel till reaktionszonen;
• enhetlig f?rdelning av v?rmefl?den i ugnen, sk?rmning av ugnar och deras indelning i fack med sk?rmar;
• till?mpning av diffusionsprincipen f?r gasf?rbr?nning (diffusionsf?rbr?nning ?r endast till?ten i de fall d?r fri utveckling av l?gan kan s?kerst?llas utan att tv?tta v?rmev?xlingsytorna).

Den mest effektiva minskningen av produktionen av kv?veoxider uppn?s med samtidig anv?ndning av flera metoder.

Naturgasens f?rbr?nningsprodukter ?r koldioxid, vatten?nga, lite ?verskott av syre och kv?ve. Produkterna av ofullst?ndig f?rbr?nning av gas kan vara kolmonoxid, of?rbr?nt v?te och metan, tunga kolv?ten, sot.

Ju mer koldioxid CO 2 i f?rbr?nningsprodukterna, desto mindre kolmonoxid CO kommer att finnas i dem och desto mer komplett blir f?rbr?nningen. Begreppet "maximalt CO 2 -inneh?ll i f?rbr?nningsprodukter" har inf?rts i praktiken. M?ngden koldioxid i f?rbr?nningsprodukterna fr?n vissa gaser visas i tabellen nedan.

M?ngden koldioxid i produkterna fr?n gasf?rbr?nning

Genom att anv?nda data i tabellen och k?nna till procentandelen CO 2 i f?rbr?nningsprodukterna kan man enkelt best?mma kvaliteten p? gasf?rbr?nning och koefficienten f?r ?verskottsluft a. F?r att g?ra detta, med hj?lp av en gasanalysator, ?r det n?dv?ndigt att best?mma m?ngden CO 2 i produkterna fr?n gasf?rbr?nning och dividera v?rdet av CO 2max fr?n tabellen med det resulterande v?rdet. S?, till exempel, om gasf?rbr?nningsprodukterna inneh?ller 10,2% koldioxid i f?rbr?nningsprodukterna, d? koefficienten f?r ?verskottsluft i ugnen

a = CO2max/CO2-analys = 11,8/10,2 = 1,15.

Det mest perfekta s?ttet att kontrollera luftfl?det in i ugnen och fullst?ndigheten av dess f?rbr?nning ?r analysen av f?rbr?nningsprodukter med hj?lp av automatiska gasanalysatorer. Gasanalysatorer tar med j?mna mellanrum ett prov av avgaser och best?mmer inneh?llet av koldioxid i dem, samt m?ngden kolmonoxid och of?rbr?nt v?te (CO + H 2) i volymprocent.

Om avl?sningarna av gasanalysatorns pekare p? skalan (CO 2 + H 2) ?r lika med noll, betyder det att f?rbr?nningen ?r avslutad och att det inte finns n?gon kolmonoxid och of?rbr?nt v?te i f?rbr?nningsprodukterna. Om pilen avviker fr?n noll till h?ger, inneh?ller f?rbr?nningsprodukterna kolmonoxid och of?rbr?nt v?te, det vill s?ga ofullst?ndig f?rbr?nning intr?ffar. P? den andra skalan ska gasanalysatorn?len visa det maximala inneh?llet av CO 2max i f?rbr?nningsprodukterna. Fullst?ndig f?rbr?nning sker vid den maximala andelen koldioxid, n?r pekaren p? CO + H 2 -skalan ?r noll.

Avsnittets inneh?ll

Vid f?rbr?nning av organiska br?nslen i pannugnar bildas olika f?rbr?nningsprodukter, s?som koloxider CO x \u003d CO + CO 2, vatten?nga H 2 O, svaveloxider SO x \u003d SO 2 + SO 3, kv?veoxider NO x \ u003d NO + NO 2 , polycykliska aromatiska kolv?ten (PAH), fluorider, vanadinf?reningar V 2 O 5, partiklar etc. (se tabell 7.1.1). Vid ofullst?ndig f?rbr?nning av br?nsle i ugnar kan avgaser ?ven inneh?lla kolv?ten CH4, C2H4 etc. Alla produkter av ofullst?ndig f?rbr?nning ?r skadliga, men deras bildning kan minimeras med modern br?nslef?rbr?nningsteknik [1].

Tabell 7.1.1. Specifika utsl?pp fr?n fackling av organiska br?nslen i kraftpannor [3]

Symboler: A p, S p – respektive inneh?ll av aska och svavel per arbetsmassa br?nsle, %.

Kriteriet f?r den sanit?ra bed?mningen av milj?n ?r den h?gsta till?tna koncentrationen (MPC) av ett skadligt ?mne i den atmosf?riska luften p? markniv?. MPC b?r f?rst?s som en s?dan koncentration av olika ?mnen och kemiska f?reningar, som med daglig exponering under l?ng tid f?r m?nniskokroppen inte orsakar n?gra patologiska f?r?ndringar eller sjukdomar.

H?gsta till?tna koncentrationer (MPC) av skadliga ?mnen i den atmosf?riska luften i befolkade omr?den anges i tabell. 7.1.2 [4]. Den maximala eng?ngskoncentrationen av skadliga ?mnen best?ms av prover tagna inom 20 minuter, genomsnittet dagligen - per dag.

Tabell 7.1.2. H?gsta till?tna koncentrationer av skadliga ?mnen i den atmosf?riska luften i befolkade omr?den

Ber?kningar utf?rs f?r varje skadligt ?mne separat, s? att koncentrationen av var och en av dem inte ?verstiger v?rdena som anges i tabellen. 7.1.2. F?r pannhus sk?rps dessa villkor genom inf?randet av ytterligare krav p? behovet av att summera effekterna av svavel- och kv?veoxider, vilket best?ms av uttrycket

Samtidigt, p? grund av lokala luftbrister eller ogynnsamma termiska och aerodynamiska f?rh?llanden, bildas ofullst?ndiga f?rbr?nningsprodukter i ugnarna och f?rbr?nningskamrarna, huvudsakligen best?ende av kolmonoxid CO (kolmonoxid), v?te H 2 och olika kolv?ten, som k?nnetecknar v?rme f?rluster i pannenheten fr?n kemisk ofullst?ndighet vid f?rbr?nning (kemisk underbr?nning).

Dessutom, under f?rbr?nningsprocessen, erh?lls ett antal kemiska f?reningar, som bildas som ett resultat av oxidation av olika komponenter i br?nslet och kv?ve i luften N 2. Den mest betydande delen av dem ?r kv?veoxiderna NO x och svavel SO x .

Kv?veoxider bildas p? grund av oxidation av b?de molekyl?rt kv?ve i luften och kv?ve som finns i br?nslet. Experimentella studier har visat att huvudandelen av NO x som bildas i pannors ugnar, n?mligen 96?100 %, faller p? kv?vemonoxid (oxid) NO. Kv?vedioxid NO 2 och kv?vehemioxid N 2 O bildas i mycket mindre m?ngder, och deras andel ?r ungef?r: f?r NO 2 - upp till 4 %, och f?r N 2 O - hundradelar av en procent av det totala NO x-utsl?ppet. Under typiska f?rh?llanden f?r fackling av br?nslen i pannor ?r koncentrationerna av kv?vedioxid NO 2 i regel f?rsumbara j?mf?rt med inneh?llet av NO och str?cker sig vanligtvis fr?n 0?7 ppm upp till 20?30 ppm. Samtidigt kan den snabba blandningen av varma och kalla omr?den i en turbulent l?ga leda till relativt stora koncentrationer av kv?vedioxid i fl?dets kalla zoner. Dessutom sker partiell utsl?pp av NO 2 i den ?vre delen av ugnen och i den horisontella r?kkanalen (kl. T> 900?1000 K) och kan under vissa f?rh?llanden ?ven n? m?rkbara storlekar.

Kv?vehemoxid N 2 O, som bildas vid f?rbr?nning av br?nslen, ?r tydligen en kortlivad mellanprodukt. N 2 O ?r praktiskt taget fr?nvarande i f?rbr?nningsprodukterna bakom pannorna.

Svavlet som finns i br?nslet ?r en k?lla f?r bildning av svaveloxider SO x: svavelhaltiga SO 2 (svaveldioxid) och svavelsyra S0 3 (svaveltrioxid) anhydrider. Det totala massutsl?ppet av SO x beror endast p? svavelhalten i br?nslet Sp, och deras koncentration i r?kgaser beror ocks? p? luftfl?deskoefficienten a. Som regel ?r andelen SO 2 97?99 % och andelen SO 3 ?r 1?3 % av den totala produktionen av SO x . Den faktiska halten av SO 2 i gaserna som l?mnar pannorna varierar fr?n 0,08 till 0,6 % och koncentrationen av SO 3 - fr?n 0,0001 till 0,008 %.

Bland de skadliga komponenterna i r?kgaser intar en stor grupp polycykliska aromatiska kolv?ten (PAH) en speciell plats. M?nga PAH har h?g cancerframkallande och (eller) mutagen aktivitet, aktiverar fotokemisk smog i st?der, vilket kr?ver strikt kontroll och begr?nsning av deras utsl?pp. Samtidigt ?r vissa PAH, s?som fenantren, fluoranten, pyren och ett antal andra, n?stan fysiologiskt inerta och inte cancerframkallande.

PAH bildas som ett resultat av ofullst?ndig f?rbr?nning av eventuella kolv?tebr?nslen. Det senare uppst?r p? grund av inhiberingen av reaktionerna av oxidation av br?nslekolv?ten av f?rbr?nningsanordningarnas kalla v?ggar och kan ocks? orsakas av en otillfredsst?llande blandning av br?nsle och luft. Detta leder till att det i ugnarna (f?rbr?nningskammarna) bildas lokala oxiderande zoner med l?g temperatur eller zoner med ?verskott av br?nsle.

P? grund av det stora antalet olika PAH i r?kgaser och sv?righeten att m?ta deras koncentrationer ?r det vanligt att uppskatta niv?n av cancerframkallande kontaminering av f?rbr?nningsprodukter och atmosf?risk luft genom koncentrationen av det starkaste och mest stabila cancerframkallande ?mnet, benso(a) pyren (B(a)P) C20H12.

P? grund av den h?ga toxiciteten b?r s?rskilt n?mnas s?dana br?nnoljef?rbr?nningsprodukter som vanadinoxider. Vanadin finns i den mineraliska delen av eldningsolja och bildar vid f?rbr?nning vanadinoxider VO, VO 2 . Under bildningen av avlagringar p? konvektiva ytor finns emellertid vanadinoxider huvudsakligen i form av V 2 O 5 . Vanadinpentoxid V 2 O 5 ?r den giftigaste formen av vanadinoxider, d?rf?r redovisas deras utsl?pp i termer av V 2 O 5 .

Tabell 7.1.3. Ungef?rlig koncentration av skadliga ?mnen i f?rbr?nningsprodukter vid fackling av organiska br?nslen i kraftpannor

Vid f?rbr?nning av eldningsolja och fasta br?nslen inneh?ller utsl?ppen ?ven partiklar, best?ende av flygaska, sotpartiklar, PAH och of?rbr?nt br?nsle till f?ljd av mekanisk underf?rbr?nning.

Omr?dena f?r koncentrationer av skadliga ?mnen i r?kgaser vid f?rbr?nning av olika typer av br?nslen anges i tabell. 7.1.3.

Metan ?r en gasformig kemisk f?rening med den kemiska formeln CH4. Detta ?r den enklaste representanten f?r alkaner. Andra namn f?r denna grupp av organiska f?reningar: m?ttade, paraffiniska eller paraffiniska kolv?ten. De k?nnetecknas av n?rvaron av en enkel bindning mellan kolatomerna i molekylen, och alla andra valenser av varje kolatom ?r m?ttade med v?teatomer. F?r alkaner ?r f?rbr?nning den viktigaste reaktionen. De brinner f?r att bilda gasformig koldioxid och vatten?nga. Som ett resultat frig?rs en enorm m?ngd kemisk energi, som omvandlas till termisk eller elektrisk energi. Metan ?r ett br?nnbart ?mne och huvudkomponenten i naturgas, vilket g?r det till ett attraktivt br?nsle. Den utbredda anv?ndningen av naturresurser ?r baserad p? f?rbr?nningsreaktionen av metan. Eftersom det ?r en gas under normala f?rh?llanden ?r det sv?rt att transportera den ?ver l?nga avst?nd fr?n k?llan, s? den ?r ofta f?rv?tskad.

F?rbr?nningsprocessen best?r i reaktionen mellan metan och syre, det vill s?ga i oxidation av den enklaste alkanen. Resultatet ?r vatten och mycket energi. F?rbr?nningen av metan kan beskrivas med ekvationen: CH4 [gas] + 2O2 [gas] -> CO2 [gas] + 2H2O [?nga] + 891 kJ. Det vill s?ga, en metanmolekyl bildar, n?r den interagerar med tv? syremolekyler, en molekyl och tv? vattenmolekyler. I detta fall frig?rs lika med 891 kJ. Naturgas ?r det renaste fossila att br?nna, eftersom kol, olja och andra br?nslen ?r mer komplexa. N?r de br?nns sl?pper de d?rf?r ut olika skadliga kemikalier i luften. Eftersom naturgas till st?rsta delen best?r av metan (cirka 95 %), producerar den f? eller inga biprodukter vid f?rbr?nning, j?mf?rt med andra fossila br?nslen.

V?rmev?rdet f?r metan (55,7 kJ/g) ?r h?gre ?n f?r dess homologer s?som etan (51,9 kJ/g), propan (50,35 kJ/g), butan (49,50 kJ/g) eller andra br?nslen (ved, kol). fotogen). Att br?nna metan ger mer energi. F?r att s?kerst?lla driften av en 100 W gl?dlampa under ?ret ?r det n?dv?ndigt att elda 260 kg ved, eller 120 kg kol, eller 73,3 kg fotogen, eller endast 58 kg metan, vilket motsvarar 78,8 m? naturligt gas.

Den enklaste alkanen ?r en viktig resurs f?r att generera elektricitet. Detta sker genom att det br?nns som br?nsle i en panna som producerar ?nga, som driver en ?ngturbin. Metanf?rbr?nning anv?nds ocks? f?r att producera heta r?kgaser, vars energi ger arbete (f?rbr?nning utf?rs f?re turbinen eller i sj?lva turbinen). I m?nga st?der leds metan in i hemmen f?r intern uppv?rmning och matlagning. J?mf?rt med andra typer av kolv?tebr?nslen k?nnetecknas f?rbr?nning av naturgas av mindre koldioxidutsl?pp och en stor m?ngd v?rme som genereras.

Metanf?rbr?nning anv?nds f?r att uppn? h?ga temperaturer i ugnar i olika kemiska industrier, s?som etenanl?ggningar med stor kapacitet. Naturgas blandad med luft tillf?rs br?nnarna i pyrolysugnar. I f?rbr?nningsprocessen bildas r?kgaser med h?g temperatur (700-900 ° C). De v?rmer upp r?ren (finns inne i ugnen) som r?varublandningen matas in i (f?r att minska bildningen av koks i ugnsr?ren). Under p?verkan av h?ga temperaturer intr?ffar m?nga kemiska reaktioner, vilket resulterar i produktion av m?lkomponenter (eten och propen) och biprodukter (tungt pyrolysharts, v?te- och metanfraktioner, etan, propan, C4, C5-kolv?ten, pyrokondensat; varje av dem har sin egen till?mpning, till exempel anv?nds pyrokondensat f?r att producera bensen eller motorbensinkomponenter).

F?rbr?nning av metan ?r ett komplext fysikalisk-kemiskt fenomen baserat p? en exoterm redoxreaktion som k?nnetecknas av en h?g fl?deshastighet och frig?ring av en enorm m?ngd v?rme, s?v?l som v?rme- och mass?verf?ringsprocesser. D?rf?r ?r ber?kningen av blandningens f?rbr?nningstemperatur en sv?r uppgift, eftersom, f?rutom sammans?ttningen av den br?nnbara blandningen, dess tryck och initiala temperatur starkt p?verkar. Med deras ?kning observeras en ?kning av f?rbr?nningstemperaturen, och v?rmev?xlings- och mass?verf?ringsprocesser bidrar till dess minskning. F?rbr?nningstemperaturen f?r metan vid design av processer och apparater f?r kemisk produktion best?ms av ber?kningsmetoden och vid befintliga installationer (till exempel i pyrolysugnar) m?ts den med termoelement.

Allm?n information. En annan viktig k?lla till inre f?roreningar, en stark sensibiliserande faktor f?r m?nniskor, ?r naturgas och dess f?rbr?nningsprodukter. Gas ?r ett flerkomponentsystem som best?r av dussintals olika f?reningar, inklusive speciellt tillsatta (tabell 1).

Det finns direkta bevis f?r att anv?ndningen av apparater som br?nner naturgas (gaskaminer och pannor) har en negativ effekt p? m?nniskors h?lsa. Dessutom reagerar individer med ?kad k?nslighet f?r milj?faktorer otillr?ckligt p? naturgaskomponenter och produkter fr?n dess f?rbr?nning.

Naturgas i hemmet ?r en k?lla till m?nga olika f?roreningar. Dessa inkluderar f?reningar som ?r direkt n?rvarande i gasen (lukt?mnen, gasformiga kolv?ten, giftiga organometalliska komplex och radioaktiv gas radon), produkter av ofullst?ndig f?rbr?nning (kolmonoxid, kv?vedioxid, aerosol organiska partiklar, polycykliska aromatiska kolv?ten och sm? m?ngder flyktiga organiska f?reningar ). Alla dessa komponenter kan p?verka m?nniskokroppen b?de av sig sj?lva och i kombination med varandra (synergistisk effekt).

Tabell 12.3

Sammans?ttning av gasformigt br?nsle

Lukt?mnen. Lukt?mnen ?r svavelhaltiga organiska aromatiska f?reningar (merkaptaner, tioetrar och tioaromatiska f?reningar). De tills?tts naturgas f?r att uppt?cka den vid l?ckor. ?ven om dessa f?reningar finns i mycket l?ga koncentrationer under tr?skelv?rdena som inte anses vara giftiga f?r de flesta individer, kan deras lukt orsaka illam?ende och huvudv?rk hos annars friska individer.

Klinisk erfarenhet och epidemiologiska data tyder p? att kemiskt k?nsliga individer reagerar ol?mpligt p? kemikalier som finns ?ven vid undertr?skelkoncentrationer. Individer med astma identifierar ofta lukt som en promotor (utl?sare) av astmatiska attacker.

Lukt?mnen inkluderar till exempel metantiol. Metantiol, ?ven k?nd som metylmerkaptan (merkaptometan, tiometylalkohol), ?r en gasformig f?rening som vanligtvis anv?nds som en aromatisk tillsats till naturgas. Den d?liga lukten upplevs av de flesta m?nniskor i en koncentration av 1 del per 140 miljoner, men denna f?rening kan uppt?ckas i mycket l?gre koncentrationer av mycket k?nsliga individer. Toxikologiska studier p? djur har visat att 0,16 % metantiol, 3,3 % etantiol eller 9,6 % dimetylsulfid kan inducera komat?sa tillst?nd hos 50 % av r?ttorna som exponeras f?r dessa f?reningar under 15 minuter.

En annan merkaptan, som ocks? anv?nds som en aromatisk tillsats till naturgas, ?r merkaptoetanol (C2H6OS) ?ven k?nd som 2-tioetanol, etylmerkaptan. Starkt irriterande f?r ?gon och hud, kan ut?va en giftig effekt genom huden. Det ?r brandfarligt och s?nderdelas vid upphettning f?r att bilda mycket giftiga SOx-?ngor.

Mercaptaner, som ?r luftf?roreningar inomhus, inneh?ller svavel och kan f?nga element?rt kvicksilver. I h?ga koncentrationer kan merkaptaner orsaka f?rs?mrad perifer cirkulation och ?kad hj?rtfrekvens, kan stimulera f?rlust av medvetande, utveckling av cyanos eller till och med d?d.

Aerosoler. F?rbr?nning av naturgas resulterar i bildandet av fina organiska partiklar (aerosoler), inklusive cancerframkallande aromatiska kolv?ten, samt vissa flyktiga organiska f?reningar. DOS ?r misst?nkta sensibiliserande ?mnen som tillsammans med andra komponenter kan inducera "sjukbyggnadssyndromet" samt multipel kemisk k?nslighet (MCS).

I DOS ing?r ?ven formaldehyd, som bildas i sm? m?ngder vid f?rbr?nning av gas. Anv?ndningen av gasapparater i ett hem d?r k?nsliga individer bor ?kar exponeringen f?r dessa irriterande ?mnen, vilket f?rv?rrar sjukdomstecken och fr?mjar ?ven ytterligare sensibilisering.

Aerosoler som bildas vid f?rbr?nning av naturgas kan bli adsorptionscentra f?r en m?ngd olika kemiska f?reningar som finns i luften. S?ledes kan luftf?roreningar koncentreras i mikrovolymer, reagera med varandra, speciellt n?r metaller fungerar som katalysatorer f?r reaktioner. Ju mindre partikel, desto h?gre koncentrationsaktivitet f?r en s?dan process.

Dessutom ?r den vatten?nga som genereras vid f?rbr?nning av naturgas en transportl?nk f?r aerosolpartiklar och f?roreningar n?r de ?verf?rs till lungalveolerna.

Vid f?rbr?nning av naturgas bildas ?ven aerosoler som inneh?ller polycykliska aromatiska kolv?ten. De har skadliga effekter p? andningsorganen och ?r k?nda cancerframkallande ?mnen. Dessutom kan kolv?ten leda till kronisk berusning hos k?nsliga personer.

Bildandet av bensen, toluen, etylbensen och xylen vid f?rbr?nning av naturgas ?r ocks? ogynnsamt f?r m?nniskors h?lsa. Bensen ?r k?nt f?r att vara cancerframkallande i doser l?ngt under tr?skelv?rdet. Exponering f?r bensen har korrelerats med en ?kad risk f?r cancer, s?rskilt leukemi. De sensibiliserande effekterna av bensen ?r inte k?nda.

organometalliska f?reningar. Vissa naturgaskomponenter kan inneh?lla h?ga koncentrationer av giftiga tungmetaller, inklusive bly, koppar, kvicksilver, silver och arsenik. Med all sannolikhet finns dessa metaller i naturgas i form av organometalliska komplex av typen trimetylarsenit (CH3)3As. Associationen med den organiska matrisen av dessa giftiga metaller g?r dem lipidl?sliga. Detta leder till en h?g absorptionsniv? och en tendens att bioackumuleras i m?nsklig fettv?vnad. Den h?ga toxiciteten hos tetrametylplumbite (CH3)4Pb och dimetylkvicksilver (CH3)2Hg tyder p? en inverkan p? m?nniskors h?lsa, eftersom de metylerade f?reningarna av dessa metaller ?r mer giftiga ?n sj?lva metallerna. Av s?rskild fara ?r dessa f?reningar under amning hos kvinnor, eftersom det i detta fall sker en migration av lipider fr?n kroppens fettdep?er.

Dimetylkvicksilver (CH3)2Hg ?r en s?rskilt farlig metallorganisk f?rening p? grund av dess h?ga lipofilicitet. Metylkvicksilver kan inf?rlivas i kroppen s?v?l genom inandning som genom huden. Absorptionen av denna f?rening i mag-tarmkanalen ?r n?stan 100%. Kvicksilver har en uttalad neurotoxisk effekt och f?rm?gan att p?verka den m?nskliga reproduktionsfunktionen. Toxikologi har inga uppgifter om s?kra kvicksilverhalter f?r levande organismer.

Organiska arsenikf?reningar ?r ocks? mycket giftiga, s?rskilt n?r de f?rst?rs metaboliskt (metabolisk aktivering), vilket resulterar i bildandet av mycket giftiga oorganiska former.

F?rbr?nningsprodukter av naturgas. Kv?vedioxid kan verka p? lungsystemet, vilket underl?ttar utvecklingen av allergiska reaktioner mot andra ?mnen, minskar lungfunktionen, k?nsligheten f?r infektionssjukdomar i lungorna, potentierar bronkialastma och andra luftv?gssjukdomar. Detta ?r s?rskilt uttalat hos barn.

Det finns bevis f?r att N02 som produceras genom f?rbr?nning av naturgas kan inducera:

• inflammation i lungsystemet och en minskning av lungornas vitala funktion;
• ?kad risk f?r astmaliknande symtom, inklusive v?sande andning, andn?d och astmaanfall. Detta ?r s?rskilt vanligt hos kvinnor som lagar mat p? gasspisar, s?v?l som hos barn;
• en minskning av resistens mot bakteriella lungsjukdomar p? grund av en minskning av de immunologiska mekanismerna f?r lungskydd;
• tillhandah?llande av negativa effekter i allm?nhet p? immunsystemet hos m?nniskor och djur;
• p?verkan som adjuvans p? utvecklingen av allergiska reaktioner mot andra komponenter;
• ?kad k?nslighet och ?kad allergisk reaktion p? sidoallergener.

Naturgasens f?rbr?nningsprodukter inneh?ller en ganska h?g koncentration av svavelv?te (H2S), som f?rorenar milj?n. Det ?r giftigt vid koncentrationer l?gre ?n 50.ppm, och vid koncentrationer p? 0,1-0,2 % ?r det d?dligt ?ven vid kort exponering. Eftersom kroppen har en mekanism f?r att avgifta denna f?rening, ?r toxiciteten f?r v?tesulfid mer relaterad till exponeringskoncentrationen ?n till exponeringens varaktighet.

?ven om svavelv?te har en stark lukt leder kontinuerlig exponering f?r l?ga koncentrationer till f?rlust av luktsinnet. Detta m?jligg?r en giftig effekt f?r m?nniskor som omedvetet kan uts?ttas f?r farliga niv?er av denna gas. Obetydliga koncentrationer av det i luften i bostadslokaler leder till irritation av ?gonen, nasofarynx. M?ttliga niv?er orsakar huvudv?rk, yrsel, samt hosta och andningssv?righeter. H?ga niv?er leder till chock, kramper, koma, som slutar med d?den. ?verlevande av akut toxisk exponering f?r svavelv?te upplever neurologiska dysfunktioner som minnesf?rlust, skakningar, obalans och ibland allvarligare hj?rnskador.

Den akuta toxiciteten vid relativt h?ga koncentrationer av svavelv?te ?r v?lk?nd, men tyv?rr finns lite information tillg?nglig om kroniska l?gdoseffekter av denna komponent.

Radon. Radon (222Rn) finns ocks? i naturgas och kan transporteras genom r?rledningar till gasspisar, som blir k?llor till f?roreningar. Eftersom radon s?nderfaller till bly (210Pb har en halveringstid p? 3,8 dagar) resulterar detta i ett tunt lager av radioaktivt bly (i genomsnitt 0,01 cm tjockt) som t?cker insidan av r?r och utrustning. Bildandet av ett lager av radioaktivt bly ?kar bakgrundsv?rdet av radioaktivitet med flera tusen s?nderfall per minut (?ver en yta p? 100 cm2). Att ta bort det ?r mycket sv?rt och kr?ver byte av r?r.

Man b?r komma ih?g att det inte r?cker att bara st?nga av gasutrustningen f?r att ta bort de toxiska effekterna och ge lindring till kemiskt k?nsliga patienter. Gasutrustning m?ste avl?gsnas helt fr?n lokalerna, eftersom ?ven en icke-fungerande gasspis forts?tter att sl?ppa ut aromatiska f?reningar som den har absorberat under ?ren av anv?ndning.

De kumulativa effekterna av naturgas, aromatiska f?reningar och f?rbr?nningsprodukter p? m?nniskors h?lsa ?r inte exakt k?nda. Det antas att effekterna fr?n flera f?reningar kan multipliceras, medan responsen fr?n exponering f?r flera f?roreningar kan vara st?rre ?n summan av de enskilda effekterna.

S?ledes ?r naturgasens egenskaper som ?r av betydelse f?r m?nniskors och djurs h?lsa:

• brandfarlighet och explosiv natur;
• asfyxiska egenskaper;
• f?rorening av produkter fr?n f?rbr?nning av inomhusluften;
• f?rekomsten av radioaktiva ?mnen (radon);
• inneh?llet av mycket giftiga f?reningar i f?rbr?nningsprodukterna;
• n?rvaron av sp?rm?ngder av giftiga metaller;
• inneh?llet av giftiga aromatiska f?reningar som l?ggs till naturgas (s?rskilt f?r personer med flera kemiska k?nsligheter);
• gaskomponenternas f?rm?ga att sensibilisera.