Навигация:
Главная → Все категории → Обслуживание газового хозяйства предприятий

Процесс горения газообразного топлива


Процесс горения газообразного топлива

При горении топлива его горючие составные части входят в химическое взаимодействие с кислородом воздуха. Следовательно, основной задачей при сжигании топлива является правильный подвод к нему воздуха в достаточном количестве. Газообразное топливо легче других видов топлива может быть смешано с воздухом; однако неправильный или недостаточный подвод воздуха в газовую горелку и в топку вообще может быть причиной не только значительных потерь тепла и ухудшения работы котла, печи или другого агрегата, в котором сжигается газ, но и быть причиной взрыва газов.

Воздух является механической смесью двух основных газов: кислорода Ог, который содержится в воздухе в количестве около 21% по объему и 23% по весу, и азота N2, которого в воздухе имеется около 79% по объему и 77% по весу.

Для горения топлива нужен кислород, который сам не горит, по поддерживает горение. Азот в горении не участвует и, нагреваясь в топке, уносит в трубу значительное количество тепла. При горении топлива выделяется энергия в виде тепла и света. Тем не менее, неподогретое твердое или жидкое топливо гореть не может. Для воспламенения оно должно быть нагрето до некоторой температуры, называемой температурой воспламенения. Эта температура, например, для дров составляет — 300 °С, для жирных каменных углей — 370 °С, для нефти — 580 °С. Холодное газообразное топливо, как известно, будучи смешано с холодным воздухом в определенных процентных отношениях (пределе взрываемости), может гореть и взрываться при внесении в эту смесь открытого огня или искры. Однако опытами установлено, что любое газообразное топливо сгорает наиболее полно и быстро, когда оно нагрето до температуры воспламенения, которая для различных газообразных топлив находится в пределах от 500 до 800 °С.

Отсюда следует, что устойчивость горения и качество сгорания газообразного топлива будет зависеть от температуры, поддерживаемой в топке, и пока топка не прогрелась достаточно, горение газа будет наименее устойчивым и наименее эффективным.

Как было указано выше, горючая часть газообразного топлива состоит из водорода, метана, окиси углерода и тяжелых углеводородов. При горении соединение их с кислородом воздуха происходит следующим образом.

Горение водорода. При достаточном количестве воздуха в топке водород при сгорании, соединяясь с кислородом воздуха, образует водяные пары. При этом горении выделяется 2579 ккал тепла с 1 нм3 водорода. Реакция процесса горения водорода записывается в виде: 2Нг +02 = 2НгО, т. е. две молекулы водорода, соединяясь с одной молекулой (двумя атомами) кислорода, образуют две молекулы водяных паров. Такое горение называется полным горением водорода.

Если в топку будет поступать недостаточное количество воздуха или по каким-либо причинам понизится в ней температура, то часть водорода не сгорит, а уйдет в трубу с отходящими газами. Такое горение будет называться неполным горением водорода.

Горение окиси углерода. Окись углерода, или угарный газ, при достаточном количестве воздуха в топке, соединяясь с кислородом воздуха, образует углекислый газ. При этом горении выделяется 3018 ккал тепла с 1 нм3 окиси углерода. Горение окиси углерода может быть представлено в виде реакции: 2СО +02 = 2СОг, т. е. две молекулы окиси углерода, соединяясь с молекулой кислорода, образуют две молекулы углекислого газа. Такое горение будет полным горением окиси углерода. При неполном горении в результате недостатка воздуха в топке или температуры часть окиси углерода совсем не сгорит и уйдет с отходящими газами.

Горение метана и тяжелых углеводородов. При достаточном количестве воздуха в топке метан сгорает, образуя водяные пары и углекислый газ. При этом горении выделяется 8555 ккал тепла с 1 нм3 метана. Горение метана характеризуется реакцией: СШ + 20г = 2НгО + СОг, т. е. одна молекула метана соединяется с двумя молекулами кислорода и образует две молекулы водяных паров и одну молекулу углекислого газа. Такое горение метана будет полным горением. При неполном горении метана могут быть следующие случаи.

1. Часть метана сгорает, образуя водяные пары и окись углерода вместо углекислого газа. Реакция горения: СШ + Н/гОг = = 2НгО + СО, т. е. одна молекула метана, соединяясь в 1,5 молекулами кислорода, образует две молекулы водяных паров и одну молекулу окиси углерода (угарного газа).

2. Часть метана сгорает, образуя водяные пары и частицы твердого углерода — сажу. Горение может быть представлено реакцией: СШ + О2 = 2ШО + С, т. е. одна молекула метана, соединяясь с одной молекулой (двумя атомами) кислорода, образует две молекулы водяных паров и один атом углерода. В этом случае из дымовой трубы может показаться черный дым и на поверхности нагрева котла осесть сажа.

3. Часть метана не сгорит совсем и уйдет вместе с отходящим газом в трубу.

Все три случая неполного сгорания метана могут происходить в одно и то же время.

Горение тяжелых углеводородов происходит так же, как и метана, только для сгорания одной молекулы этих газов требуется несколько больше кислорода потому, что молекулы тяжелых углеводородов содержат в себе большее количество водорода и углерода, т. е. больше горючего вещества, чем метан. Так, например, горение одного из тяжелых углеводородов — газа пропана — может быть выражено реакцией: С3Н8 + 50г = 4ШО + + ЗСО2, т. е. одна молекула пропана, соединяясь с пятью молекулами кислорода, образует четыре молекулы водяных паров н три молекулы углекислого газа. При полном горении пропана выделится 21 800 ккал тепла с 1 нм3. Если в топке будет недостаточно воздуха или понизится ее температура, горение пропана станет неполным, часть его может совсем не сгореть или сгореть с образованием горючих веществ — окиси углерода и сажи, также, как это было указано для метана.

Очевидно, что при неполном горении метана и других газов выделение тепла в топке будет значительно меньше, чем при полном горении. Кроме того, в случае оседания сажи на поверхности нагрева котлов перерасход топлива увеличится еще за счет того, что сажа, являясь очень плохим проводником тепла, уменьшит отдачу тепла котлу и увеличит потерю тепла с отходящими газами в дымовую трубу. Отсюда следует, что, сжигая топливо, необходимо добиваться получения полного его сгорания, а для этого необходимо подавать в горелку и топку потребное количество воздуха — в этом и заключается главная задача кочегаров, от хорошего выполнения которой будет зависеть экономичная работа всей установки.

Состав отходящих газов. Из изложенного выше следует, что продуктами полного сгорания любых горючих газов являются всегда водяные пары ШО и углекислый газ СО2; продуктами неполного сгорания горючих газов могут быть — не-сгоревшнй водород Ш, окись углерода СО, несгоревший метан СШ, тяжелые углеводороды C„Hm и твердый углерод С в виде частичек сажи.

Однако учитывая, что при горении топлива часть кислорода воздуха успевает пройти через топку, не принимая участия в горении, а азот, содержащийся в воздухе и топливе, вообще в горении участия не принимает, то в состав продуктов сгорания топлива всегда входят еще азот N2 и так называемый свободный кислород Ог, не участвующий в горении топлива.

Вышеуказанные продукты сгорания топлива образуют сильно нагретые газы, которые, выйдя из топки, проходят по дымоходам котла или печи, отдают на их нагрев часть своего тепла и отходят в дымовую трубу. При полном сгорании топлива отходящие газы будут состоять из водяных паров Н2О и так называемых сухих газов — углекислого газа СОг, азота N2 и свободного кислорода О2. При неполном горении к ним добавятся еще все или часть из перечисленных выше газов неполного горения.

Кроме перечисленных выше газов полного и неполного горения, в составе отходящих газов могут быть, в случае наличия в горючих газах сероводорода, незначительные количества сернистого газа SO 2. Сгорание сероводорода может быть выражено реакцией: H2S + 1,5 О2 = Н2О +so2, т. е. одна молекула сероводорода соединяется с 1,5 молекулами кислорода, в результате чего образуется одна молекула водяных паров и одна молекула сернистого газа.



Похожие статьи:
Проведение газоопасных ремонтных работ

Навигация:
Главная → Все категории → Обслуживание газового хозяйства предприятий

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум