Образование вредных веществ при горении

На тему

МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ

РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Руководитель магистерской диссертации
		^(Фамилия Имя Отчество)
Магистрант, гр.
		^(Фамилия Имя Отчество)

«___» _____________201_ г.

Таганрог 201_ г.

В продуктах сгорания газа основными токсичными веществами являются оксиды азота (NO_Х, т.е. NO и NO₂). Оксиды серы (SO_Х) и летучая зола практически отсутствуют. Из продуктов неполного сгорания обычно выделяют: оксид углерода (СО), углеводороды (СН), альдегиды, сажу (С) и канцерогены.

Оксиды азота. Исследованиями установлено три основных механизма образования оксидов азота при горении газа: «термические», «быстрые» и «топливные» NO. В соответствии с термической теорией интенсивность образования NО_Х экспоненциально зависит от температуры зоны горения, линейно – от времени пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур и в степени 0,5 – от концентрации кислорода в этой зоне. Выход «термических» NО_Х в топках крупных энергоблоков достигает 0,8 – 1,2 г/м³. В промышленных и отопительных агрегатах, имеющие более низкие значения максимальной температуры и значительный темп охлаждения, выход термических NO составляет 0,2 – 0,4 г/м³.

«Быстрые» NO образуются в начальной области фронта пламени в интервале температур 1000 – 1500 К. Выход «быстрых» NO при горении газа составляет 100 – 120 мг/м³.

«Топливные» NO образуются из азотсодержащихся соединений топлива. Поскольку в природном газе нет соединений азота, следует учитывать лишь первые два механизма образования NO.

При факельном сжигании газа образование оксида азота происходит по «термическому» и «быстрому» механизму. Оказывает влияние метод сжигания газа, т.е. коэффициент избытка воздуха α. Зависимость выхода NO_Х от коэффициента α имеет максимум в области бедных смесей. Обычно максимум наблюдается при 3% избытке кислорода, что соответствует 15% избытка воздуха. С увеличением или уменьшением α выход NO_Х уменьшается.

При диффузионном горении соотношение расходов окислителя и горючего слабо влияет на выход NO. Турбулентность и теплоотдача оказывает сильное влияние на выход NO. С увеличением мощности горелки и размеров топочной камеры выход NO_Х увеличивается.

К продуктам неполного сгорания углеводородных газов относится значительная группа (свыше 200) токсичных веществ. Обычно среди них выделяют: оксид углерода (СО), альдегиды (в основном формальдегид – НСНО), углеводороды (СН), сажу (С) и канцерогенные вещества.

Оксид углерода содержится в продуктах сгорания из перечисленных веществ в наибольшем количестве. Схема образования и выгорания СО имеет следующий характер: на начальном участке выгорания идёт накопление СО, а затем его окисление по длине факела или камеры сгорания. Высокие концентрации СО сохраняются, если происходит «замораживание» продуктов сгорания, т.е. быстрое охлаждение в результате расширения или соприкосновения с относительно холодными поверхностями теплообмена.

В атмосфере оксид углерода окисляется до диоксида.

Формальдегид обнаруживается в продуктах сгорания при сжигании газа в малых установках при общем или локальном недостатке воздуха. На образование формальдегида существенное влияние оказывает переохлаждение фронта горения потоками избыточного вторичного воздуха или соприкосновение с холодными поверхностями теплообмена.

Углеводороды содержатся в дымовых газах промышленных топочных устройств в незначительном количестве.

Сажа обнаруживается в продуктах сгорания углеводородных газов при низком качестве смесеобразования и при значительном недостатке кислорода в зоне горения, а также вследствие резкого локального охлаждения пламени. Причина образования сажи заключается в том, что под воздействием высокой температуры углеводородные молекулы полностью разрушаются. Более лёгкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородный слой и окисляются. А атомы углерода образуют аморфные частицы сажи.

Канцерогенные вещества – полициклические ароматические углеводороды, в частности бензапирен (С₂₀Н₁₂) образуются при пиролизе углеводородов. Исследования показали, что зависимость образования бензапирена от коэффициента a имеет минимум вблизи a» 1,1. Выход бензапирена возрастает с ухудшением качества горения. Большие количества бензапирена выделяются при режимах горения (a < 0,3), сопровождающихся сажеобразованием. Основное количество образовавшегося бензапирена адсорбируется на поверхности частиц сажи. При правильной организации процесса сжигания газа в продуктах сгорания обнаруживаются только следы бензапирена и других канцерогенов.

Дата добавления: 2015-06-30