Combustión de la reacción del gas natural. Proceso de combustión de gases

Composición y propiedades del gas natural. Gas natural (gas natural combustible; GGP) - Una mezcla gaseosa formada por metano e hidrocarburos más pesados, nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua, compuestos que contienen azufre, gases inertes . El metano es el principal componente del GGP. HGP generalmente también contiene trazas de otros componentes (Fig. 1).

1. Los componentes combustibles incluyen hidrocarburos:

a) metano (CH 4) - el componente principal del gas natural, hasta el 98% por volumen (otros componentes están presentes en pequeñas cantidades o ausentes). Incoloro, inodoro e insípido, no tóxico, explosivo, más liviano que el aire;

b) hidrocarburos pesados ​​(limitantes) [etano (C 2 H 6), propano (C h H 8), butano (C 4 H 10), etc.] - incoloros, inodoros e insípidos, no tóxicos, explosivos, más pesados ​​que aire.

2. Componentes no combustibles (lastre) :

a) nitrógeno (N 2) - un componente del aire, sin color, olor y sabor; gas inerte, porque no interactúa con el oxígeno;

b) oxígeno (O 2) - una parte integral del aire; incoloro, inodoro e insípido; agente oxidante.

c) dióxido de carbono (dióxido de carbono CO 2) - sin color con un sabor ligeramente agrio. Cuando el contenido en el aire es más del 10% tóxico, más pesado que el aire;

Aire . El aire atmosférico seco es una mezcla de gases de varios componentes que consta de (% en volumen): nitrógeno N 2 - 78 %, oxígeno O 2 - 21 %, gases inertes (argón, neón, criptón, etc.) - 0,94 % y dióxido de carbono - 0,03%.

Figura 2. Composición del aire.

El aire también contiene vapor de agua e impurezas aleatorias: amoníaco, dióxido de azufre, polvo, microorganismos, etc. ( arroz. 2). Los gases que componen el aire se distribuyen uniformemente en él y cada uno de ellos conserva sus propiedades en la mezcla.

3. Componentes nocivos :

a) sulfuro de hidrógeno (H 2 S) - incoloro, con olor a huevos podridos, tóxico, ardiente, más pesado que el aire.

b) ácido cianhídrico (hidrociánico) (HCN) - un líquido ligero incoloro, en un gas tiene un estado gaseoso. Venenoso, provoca la corrosión del metal.

4. Impurezas mecánicas (el contenido depende de las condiciones de transporte del gas):

a) resinas y polvo: cuando se mezclan, pueden formar obstrucciones en los gasoductos;

b) agua - en temperaturas bajas se congela, formando tapones de hielo, lo que conduce a la congelación de los dispositivos reductores.

GGPPor caracterización toxicológica pertenecen a sustancias de la clase de peligro ΙV-ésima según GOST 12.1.007. Se trata de productos gaseosos, poco tóxicos, explosivos para el fuego.

Densidad: densidad del aire atmosférico en condiciones normales - 1,29 kg / m 3, y metano - 0,72 kg / m 3 Por lo tanto, el metano es más ligero que el aire.

Requisitos GOST 5542-2014 para indicadores GGP:

1) concentración de masa sulfuro de hidrógeno- no más de 0,02 g/m 3 ;

2) concentración en masa de azufre mercaptano- no más de 0,036 g/m 3 ;

3) fracción molar de oxígeno- no más del 0,050%;

4) contenido permisible de impurezas mecánicas- no más de 0,001 g/m 3;

5) fracción molar de dióxido de carbono en gas natural, no más del 2,5%.

6) Valor calorífico neto GGP en condiciones de combustión estándar según GOST 5542-14 - 7600 kcal / m 3 ;

8) intensidad del olor a gas para fines domésticos con una fracción de volumen del 1% en el aire - al menos 3 puntos, y para gas para uso industrial, este indicador se fija de acuerdo con el consumidor.

Unidad de gastos de ventas GGP - 1 m 3 de gas a una presión de 760 mm Hg. Arte. y temperatura 20 o C;

Temperatura de autoignición es la temperatura más baja de la superficie calentada, que en condiciones dadas enciende sustancias combustibles en forma de gas o mezcla de vapor y aire. Para el metano es 537 °C. Temperatura de combustión (temperatura máxima en la zona de combustión): metano - 2043 °C.

Calor específico de combustión del metano: el más bajo - Q H \u003d 8500 kcal / m 3, el más alto - Qv - 9500 kcal / m 3. Con el propósito de comparar tipos de combustible, el concepto combustible equivalente (c.f.) , en RF por unidad el poder calorífico de 1 kg de hulla se tomó igual a 29,3 MJ o 7000 kcal/kg.

Las condiciones para medir el flujo de gas son:

· condiciones normales(norte. en): estándar condiciones físicas, con el que se suelen correlacionar las propiedades de las sustancias. Las condiciones de referencia están definidas por la IUPAC (Unión Internacional de Química Práctica y Aplicada) de la siguiente manera: Presión atmosférica 101325 Pa = 760 mmHg calle..Temperatura del aire 273.15K= 0°C .Densidad del metano en Bien.- 0,72 kg/m3,

· condiciones estándar(Con. en) volumen en mutuo ( comercial) acuerdos con los consumidores - GOST 2939-63: temperatura 20°С, presión 760 mm Hg. (101325 N/m), la humedad es cero. (Por GOST 8.615-2013 las condiciones normales se denominan "condiciones estándar"). Densidad del metano en tu- 0,717 kg/m3.

Tasa de propagación de la llama (tasa de combustión)- la velocidad del frente de llama en relación con el chorro fresco de mezcla combustible en una dirección dada. Velocidad estimada de propagación de la llama: propano - 0,83 m/s, butano - 0,82 m/s, metano - 0,67 m/s, hidrógeno - 4,83 m/s, depende depende de la composición, la temperatura, la presión de la mezcla, la proporción de gas y aire en la mezcla, el diámetro del frente de llama, la naturaleza del movimiento de la mezcla (laminar o turbulento) y determina la estabilidad de la combustión.

a desventajas (propiedades peligrosas) GGP incluyen: explosividad (inflamabilidad); ardor intenso; rápida propagación en el espacio; la imposibilidad de determinar la ubicación; efecto sofocante, con falta de oxígeno para respirar .

Explosividad (inflamabilidad) . Distinguir:

A) límite inferior de inflamabilidad ( NSP) – el contenido más pequeño gas en el aire que enciende el gas (metano - 4,4%) . Con menor contenido de gas en el aire, no habrá ignición por falta de gas; (Fig. 3)

b) límite superior de inflamabilidad ( REG) - el mayor contenido de gas en el aire en el que se produce el proceso de ignición ( metano - 17%) . Con un mayor contenido de gas en el aire, no se producirá la ignición por falta de aire. (Fig. 3)

EN FNP NSP Y REG llamado límites de concentración inferior y superior de propagación de la llama ( NKPRP Y VKPRP) .

En aumento de la presión del gas el rango entre los límites superior e inferior de la presión del gas disminuye (Fig. 4).

Por explosión de gas (metano) excepto su contenido en el aire dentro del rango inflamable necesario fuente externa de energía (chispa, llama, etc.) . Con una explosión de gas en un volumen cerrado (sala, horno, tanque, etc.), más destrucción que una explosión al aire libre (arroz. 5).

Concentraciones máximas permitidas ( MPC) las sustancias nocivas GGP en el aire del área de trabajo se establecen en GOST 12.1.005.

MPC único máximo en el aire del área de trabajo (en términos de carbono) es 300 mg / m 3.

concentración peligrosa GGP (fracción de volumen de gas en el aire) es la concentración igual a 20% límite inferior inflamable de gas.

Toxicidad - la capacidad de envenenar el cuerpo humano. Los gases de hidrocarburos no tienen un fuerte efecto toxicológico en el cuerpo humano, pero su inhalación causa mareos en una persona y su contenido significativo en el aire inhalado. Cuando el oxígeno se reduce a 16% o menos puede llevar a asfixia.

En quema de gas con falta de oxígeno, es decir, con subcombustión, en los productos de combustión se forma monóxido de carbono (CO), o monóxido de carbono, que es un gas altamente tóxico.

odorización de gases - agregar una sustancia de olor fuerte (odorante) al gas para dar un olor GGP antes de la entrega a los consumidores en las redes de la ciudad. En uso para la odorización de etil mercaptano (C 2 H 5 SH - según el grado de impacto en el cuerpo pertenece a la ΙΙ-ésima clase de peligro toxicológico según GOST 12.1.007-76 ), se agrega 16 g por 1000 m 3 . La intensidad del olor de HGP odorizado con una fracción de volumen del 1% en el aire debe ser de al menos 3 puntos según GOST 22387.5.

El gas no odorizado se puede suministrar a empresas industriales, porque Intensidad de olor a gas natural para empresas industriales, que consume gas de los principales gasoductos, se establece de acuerdo con el consumidor.

Gases ardientes. El horno de una caldera (horno) en el que se quema combustible gaseoso (líquido) en una antorcha corresponde al concepto de "horno de cámara de caldera estacionario".

Combustión de gases de hidrocarburos – compuesto químico componentes de gas combustible (carbono C e hidrógeno H) con aire oxígeno O 2 (oxidación) con liberación de calor y luz: CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O .

En combustión completa el carbono se forma dióxido de carbono (CO 2 ), pero agua tipo - vapor de agua (H 2 O) .

En teoria para quemar 1 m 3 de metano se necesitan 2 m 3 de oxígeno, que están contenidos en 9,52 m 3 de aire (Fig. 6). Si aire de combustión insuficiente , entonces para una parte de las moléculas de componentes combustibles no habrá suficientes moléculas de oxígeno y en los productos de combustión, además de dióxido de carbono (CO 2 ), nitrógeno (N 2) y vapor de agua (H 2 O), productos combustión incompleta del gas :

-monóxido de carbono (CO), que, si se liberan en las instalaciones, pueden causar envenenamiento del personal operativo;

- hollín (C) , que, al depositarse sobre las superficies de calentamiento perjudica la transferencia de calor;

- metano e hidrógeno sin quemar , que puede acumularse en hornos y tiros (chimeneas), formando una mezcla explosiva. Cuando falta el aire, No combustión completa combustible o, como se suele decir, el proceso de combustión se produce con underburning. El agotamiento también puede ocurrir cuando mala mezcla de gas con aire y baja temperatura en la zona de combustión.

Para una combustión completa del gas, es necesario: la presencia de aire en el lugar de combustión en suficiente y buena mezcla con gas; alta temperatura en la zona de combustión.

Para asegurar la combustión completa del gas, se aporta aire en mayor cantidad de la teóricamente necesaria, es decir, en exceso, mientras que no todo el aire participará en la combustión. Parte del calor se gastará en calentar este exceso de aire y se liberará a la atmósfera junto con los gases de combustión.

La integridad de la combustión se determina visualmente (debe ser una llama azulada - azulada con extremos morados) o mediante el análisis de la composición. gases de combustión.

Teórico (estequiométrico) volumen de aire de combustión es la cantidad de aire necesaria para la combustión completa de una unidad de volumen ( 1 m 3 de gas seco o masa de combustible, calculado a partir de la composición química del combustible ).

Válido (real, requerido) El volumen de aire de combustión es la cantidad de aire que realmente se utiliza para quemar una unidad de volumen o masa de combustible.

Relación de aire de combustión α es la relación entre el volumen real de aire para la combustión y el teórico: α = V f / V t >1,

Dónde: V f - volumen real de aire suministrado, m 3 ;

vt - volumen teórico de aire, m 3.

Coeficiente espectáculos en exceso cuantas veces el consumo real de aire para la combustión de gas supera el teórico depende del diseño del quemador de gas y del horno: cuanto más perfectos sean, el coeficiente α menos. Cuando el coeficiente de exceso de aire para calderas es inferior a 1, se produce una combustión incompleta del gas. Un aumento en la proporción de exceso de aire reduce la eficiencia. planta de gas. Para varios hornos donde se funde metal, para evitar la corrosión por oxígeno: α < 1 y después del horno, se instala una cámara de postcombustión para componentes combustibles no quemados.

Para controlar el tiro se utilizan paletas guía, válvulas de compuerta, amortiguadores rotativos y acoplamientos electromecánicos.

Ventajas de los combustibles gaseosos frente a los sólidos y líquidos– bajo costo, facilitando el trabajo del personal, poca cantidad impurezas nocivas en productos de combustión, mejores condiciones ambientales, sin necesidad de transporte por carretera y ferrocarril, buena mezcla con aire (menos de α), automatización completa, alta eficiencia.

Métodos de combustión de gases. El aire de combustión puede ser:

1) primario, se introduce en el quemador, donde se mezcla con gas (se utiliza una mezcla de gas y aire para la combustión).

2) secundario, entra directamente en la zona de combustión.

Existen los siguientes métodos de combustión de gas:

1. método de difusión- el gas y el aire para la combustión se suministran por separado y se mezclan en la zona de combustión, es decir todo el aire es secundario. La llama es larga, se requiere un gran espacio de horno. (Figura 7a).

2. método cinético - todo el aire se mezcla con gas dentro del quemador, es decir todo el aire es primario. La llama es corta, se requiere un espacio de combustión pequeño (Figura 7c).

3. metodo mixto - una parte del aire se suministra al interior del quemador, donde se mezcla con el gas (este es el aire primario), y una parte del aire se suministra a la zona de combustión (secundario). La llama es más corta que con el método de difusión (Fig. 7b).

Eliminación de productos de la combustión. La rarefacción en el horno y la eliminación de los productos de la combustión se producen por la fuerza de tracción que vence la resistencia del recorrido de los humos y surge por la diferencia de presiones de columnas de igual altura de aire exterior frío y gases de combustión calientes más ligeros. En este caso, los gases de combustión se mueven del horno a la tubería y el aire frío ingresa al horno en su lugar (Fig. 8).

La fuerza de tracción depende de: temperatura del aire y de los gases de combustión, altura, diámetro y espesor de pared de la chimenea, presión barométrica (atmosférica), estado de los conductos de gas (chimeneas), aspiración de aire, rarefacción en el horno .

Natural fuerza de tiro - creada por la altura de la chimenea, y artificial, que es un aspirador de humos con tiro natural insuficiente. La fuerza de tracción está regulada por compuertas, paletas guía de extractores de humo y otros dispositivos.

Proporción de exceso de aire (α ) depende del diseño del quemador de gas y del horno: cuanto más perfectos son, menor es el coeficiente y muestra: cuántas veces el consumo de aire real para la combustión de gas supera al teórico.

Sobrealimentación: eliminación de productos de la combustión del combustible debido al funcionamiento de los sopladores .Cuando se trabaja "bajo sobrealimentación", se requiere una cámara de combustión fuerte y densa (cámara de combustión) que pueda soportar el exceso de presión creado por el ventilador.

Quemadores de gas.Quemadores de gas- proporcionar el suministro de la cantidad requerida de gas y aire, su mezcla y regulación del proceso de combustión, y equipado con un túnel, dispositivo de distribución de aire, etc., se denomina dispositivo quemador de gas.

requisitos del quemador:

1) los quemadores deben cumplir con los requisitos de los reglamentos técnicos pertinentes (tener un certificado o declaración de conformidad) o pasar un examen de seguridad industrial;

2) para garantizar la integridad de la combustión del gas en todos los modos de funcionamiento con un mínimo exceso de aire (excepto para algunos quemadores hornos de gas) y emisiones mínimas de sustancias nocivas;

3) poder utilizar control automático y seguridad, así como medir los parámetros de gas y aire frente al quemador;

4) debe tener diseño simple, estar disponible para reparación y revisión;

5) trabajar de manera constante dentro del reglamento de trabajo, si es necesario, tener estabilizadores para evitar la separación y el retroceso de la llama;

Opciones quemadores de gas (Figura 9). Según GOST 17356-89 (Quemadores a gas, combustible líquido y combinados. Términos y definiciones. Rev. N 1) :Límite de estabilidad del quemador , en el cual aun no surge extinción, ruptura, desprendimiento, estallido de llama y vibraciones inaceptables.

Nota. Existir Superior e inferior límites de la sostenibilidad.

1) Potencia calorífica del quemador N g. - la cantidad de calor generado como resultado de la combustión del combustible suministrado al quemador por unidad de tiempo, N g \u003d V. Q kcal/h, donde V es el consumo horario de gas, m 3 /h; Q n. - calor de combustión del gas, kcal / m 3.

2) Límites de estabilidad del quemador , en el cual aun no surge extinción, estancamiento, desprendimiento, retorno de llama y vibraciones inaceptables . Nota. Existir superior - N vp . y menor -N n.p. límites de la sostenibilidad.

3) potencia mínima N mín. - potencia térmica del quemador, que es de 1,1 potencia, correspondiente al límite inferior de su funcionamiento estable, es decir potencia de límite bajo aumentada en un 10%, N mín. =1.1N np

4) límite superior de funcionamiento estable del quemador N v.p. – la potencia estable más alta, trabajo sin separación y flashover de la llama.

5) potencia máxima del quemador N max - potencia térmica del quemador, que es 0,9 de potencia, correspondiente al límite superior de su funcionamiento estable, es decir, potencia límite superior reducida en un 10%, N máx. = 0,9 N v.p.

6) potencia nominal N nom - la potencia térmica más alta del quemador, cuando los indicadores de rendimiento cumplen con los estándares establecidos, es decir la potencia más alta con la que el quemador funciona durante mucho tiempo con alta eficiencia.

7) rango de control operativo (salida de calor del quemador): un rango regulado en el que la salida de calor del quemador puede cambiar durante el funcionamiento, es decir, valores de potencia de N min a N nom. .

8) coeficiente de regulación de trabajo K rr. es la relación entre la potencia calorífica nominal del quemador y su potencia calorífica mínima de funcionamiento, es decir muestra cuántas veces la potencia nominal supera la mínima: K rr. = N nominal / N min

carnet de régimen.De acuerdo con las "Reglas para el uso de gas ...", aprobadas por el Gobierno de la Federación Rusa el 17 de mayo de 2002 No. 317(modificado el 19/06/2017) , una vez finalizados los trabajos de construcción e instalación de los equipos que utilizan gas construidos, reconstruidos o modernizados y los equipos convertidos a gas a partir de otros tipos de combustible, se llevan a cabo los trabajos de puesta en marcha y mantenimiento. Lanzamiento de gas a los equipos que utilicen gas construidos, reconstruidos o modernizados y a los equipos convertidos a gas a partir de otros tipos de combustible para la realización de puesta en marcha (pruebas integradas) y la aceptación del equipo para la operación se lleva a cabo sobre la base de un acto sobre la preparación de las redes de consumo de gas y el equipo que usa gas de la instalación de construcción de capital para la conexión (conexión tecnológica). Las reglas establecen que:

· equipo que usa gas - calderas, hornos de producción, líneas de proceso, plantas de recuperación de calor residual y otras instalaciones que utilizan gas como combustible para generar energía térmica para calefacción urbana, suministro de agua caliente, procesos tecnológicos industrias diversas, así como otros dispositivos, aparatos, unidades, equipos tecnológicos e instalaciones que utilicen gas como materia prima;

· trabajos de puesta en marcha- complejo de obras, incluida la preparación para la puesta en marcha y puesta en marcha de equipos que utilizan gas con comunicaciones y equipamientos, llevando la carga de equipos que utilizan gas hasta el nivel acordado con la organización - el propietario del equipo, A también el ajuste del modo de combustión de los equipos que utilizan gas sin optimización de la eficiencia;

· régimen y obras de ajuste- un conjunto de obras, incluido el ajuste de los equipos que utilizan gas para lograr la eficiencia del diseño (pasaporte) en el rango de cargas de trabajo, ajuste de medios regulación automática procesos de combustión de combustibles, plantas de recuperación de calor y equipo auxiliar, incluyendo equipos de tratamiento de agua para salas de calderas.

Según GOST R 54961-2012 (Sistemas de distribución de gas. Redes de consumo de gas) se recomienda:Modos de funcionamiento equipos que utilizan gas en empresas y salas de calderas debe coincidir con los mapas de régimen aprobado por el gerente técnico de la empresa y PAG producido al menos una vez cada tres años con ajuste (si es necesario) de tarjetas de régimen .

El ajuste operativo no programado de los equipos que utilizan gas debe llevarse a cabo en los siguientes casos: después revisión equipos que utilizan gas o realizar cambios estructurales que afecten la eficiencia del uso de gas, así como en caso de desviaciones sistemáticas de los parámetros controlados de los equipos que utilizan gas de los mapas de régimen.

Clasificación de los quemadores de gas. Según GOST Los quemadores de gas se clasifican según: método de suministro del componente; el grado de preparación de la mezcla combustible; la tasa de caducidad de los productos de combustión; la naturaleza del flujo de la mezcla; presión nominal gas; grado de automatización; la capacidad de controlar el coeficiente de exceso de aire y las características de la antorcha; localización de la zona de combustión; posibilidad de aprovechar el calor de los productos de combustión.

EN horno de cámara de una planta que utiliza gas gaseoso el combustible se quema en una bengala.

De acuerdo con el método de suministro de aire, los quemadores pueden ser:

1) Quemadores atmosféricos -El aire entra en la zona de combustión directamente desde la atmósfera:

A. Difusión – este es el quemador más simple en diseño, que, por regla general, es un tubo con agujeros perforados en una o dos filas. El gas ingresa a la zona de combustión desde la tubería a través de los orificios, y aire - debido a difusión y energía de chorro de gas (arroz. 10 ), todo el aire es secundario .

Ventajas del quemador : simplicidad de diseño, fiabilidad de trabajo ( no es posible el flashover ), funcionamiento silencioso, buena regulación.

Defectos: bajo consumo, antieconómico, llama alta (larga), se necesitan retardantes de llama para evitar que se apague la llama del quemador en la separación .

b. inyección - aire se inyecta, es decir aspirado en el interior del quemador debido a la energía del chorro de gas que sale de la boquilla . El chorro de gas crea un vacío en el área de la boquilla, donde se aspira aire a través del espacio entre el limpiador de aire y el cuerpo del quemador. En el interior del quemador se mezclan gas y aire, entrando la mezcla gas-aire en la zona de combustión, y el resto del aire necesario para la combustión del gas (secundario) entra en la zona de combustión por difusión (Fig. 11, 12, 13 ).

Dependiendo de la cantidad de aire inyectado, hay quemadores de inyección: con mezcla previa incompleta y completa de gas y aire.

El quemador medio y alta presión gas El conjunto aire requerido, es decir. todo el aire es primario, hay una premezcla completa de gas con aire. Una mezcla de gas y aire completamente preparada ingresa a la zona de combustión y no hay necesidad de aire secundario.

El quemador baja presión parte del aire necesario para la combustión es aspirado (se produce una inyección de aire incompleta, este aire es primario), y el resto del aire (secundario) entra directamente en la zona de combustión.

La relación "gas - aire" en estos quemadores está regulada por la posición del lavador de aire con respecto al cuerpo del quemador. Los quemadores son de llama única y llama múltiple con suministro de gas central y periférico (BIG y BIGm) que consisten en un conjunto de tubos - mezcladores 1 con un diámetro de 48x3, unidos por un común colector de gas 2 (fig. 13 ).

Ventajas de los quemadores: simplicidad de diseño y regulación de potencia.

Desventajas de los quemadores: nivel alto Ruido, posibilidad de descarga disruptiva, un pequeño rango de regulación de funcionamiento.

2) Quemadores de aire forzado - Son quemadores en los que el aire comburente se alimenta de un ventilador. El gas del gasoducto ingresa a la cámara interna del quemador (Fig. 14 ).

El aire forzado por el ventilador se suministra a la cámara de aire. 2 , pasa por el remolino de aire 4 , torcido y mezclado en la batidora 5 con gas que entra en la zona de combustión desde el canal de gas 1 a través de salidas de gas 3 .La combustión tiene lugar en un túnel cerámico 7 .

Arroz. 14. Quemador con suministro de aire forzado: 1 - canal de gas; 2 - canal de aire; 3 - salidas de gas; 4 - remolino; 5 - batidora; 6 – túnel cerámico (estabilizador de combustión).

Arroz. 15. Quemador combinado de flujo único: 1 - entrada de gas; 2 – entrada de fuel oil; 3 - orificios de salida de gas de entrada de vapor; 4 - entrada de aire primario; 5 – mezclador de entrada de aire secundario; 6 - boquilla de aceite de vapor; 7 - placa de montaje; 8 - remolino de aire primario; 9 - remolino de aire secundario; 10 - túnel cerámico (estabilizador de combustión); 11 - canal de gas; 12 - canal de aire secundario.

Ventajas de los quemadores: alta potencia térmica, amplio rango de regulación de funcionamiento, posibilidad de regulación de la relación de exceso de aire, posibilidad de precalentamiento de gas y aire.

Desventajas de los quemadores.: suficiente complejidad de diseño; es posible la separación y el avance de la llama, en relación con lo cual se hace necesario utilizar estabilizadores de combustión (túnel cerámico).

Los quemadores diseñados para quemar varios tipos de combustible (gaseoso, líquido, sólido) se denominan conjunto (arroz. 15 ). Pueden ser de un solo hilo y de doble hilo, es decir. con uno o más suministros de gas al quemador.

3) quemador de bloque – es un quemador automático con suministro de aire forzado (arroz. 16 ), arreglado con un ventilador en una sola unidad. El quemador está equipado con un sistema de control automático.

El proceso de combustión del combustible en los quemadores de bloque está controlado por un dispositivo electrónico llamado administrador de combustión.

en los quemadores combustible líquido esta unidad incluye la bomba de combustible o la bomba de combustible y el calentador de combustible.

La unidad de control (gestor de combustión) controla y controla el funcionamiento del quemador, recibiendo órdenes del termostato (controlador de temperatura), el electrodo de control de llama y los sensores de presión de gas y aire.

El flujo de gas está controlado por una válvula de mariposa ubicada fuera del cuerpo del quemador.

La arandela de retención es responsable de mezclar el gas con el aire en la parte cónica del tubo de llama y se utiliza para controlar el aire de entrada (regulación en el lado de presión). Otra posibilidad para cambiar la cantidad de aire suministrado es cambiar la posición de la válvula de mariposa de aire en la caja del regulador de aire (ajuste en el lado de succión).

La regulación de las relaciones gas-aire (control de válvulas de mariposa de gas y aire) puede ser:

conectado, desde un actuador:

· Regulación de la frecuencia del flujo de aire, mediante el cambio de la frecuencia de rotación del motor del ventilador mediante un inversor, que consta de un convertidor de frecuencia y un sensor de pulso.

El encendido del quemador se realiza automáticamente por el dispositivo de encendido utilizando el electrodo de encendido. La presencia de una llama es monitoreada por un electrodo de control de llama.

La secuencia de operación para encender el quemador:

Solicitud de producción de calor (desde el termostato);

· la inclusión del electromotor del ventilador y la ventilación preliminar del fogón;

Habilitación encendido electrónico

· apertura válvula de solenoide, suministro de gas y encendido del quemador;

señal del sensor de control de llama sobre la presencia de una llama.

Accidentes (incidentes) en quemadores. rotura de llama - mover la zona de la raíz de la antorcha desde las salidas de los quemadores en la dirección del flujo de combustible o mezcla combustible. Ocurre cuando la velocidad de la mezcla gas-aire o gas se hace mayor que la velocidad de propagación de la llama. La llama se aleja del quemador, se vuelve inestable y puede apagarse. El gas continúa fluyendo a través del quemador apagado y se puede formar una mezcla explosiva en el horno.

La separación ocurre cuando: un aumento en la presión del gas por encima de lo permitido, un fuerte aumento en el suministro de aire primario, un aumento en la rarefacción en el horno. Para protección contra rasgaduras aplicar estabilizadores de combustión (arroz. 17): toboganes y postes de ladrillo; túneles de cerámica varios tipos y grietas de ladrillo; cuerpos poco aerodinámicos que se calientan durante el funcionamiento del quemador (cuando se apaga la llama, se encenderá un chorro fresco del estabilizador), así como quemadores piloto especiales.

Linterna - mover la zona de la antorcha hacia la mezcla combustible, en la que la llama penetra en el quemador . Este fenómeno ocurre solo en quemadores con una mezcla preliminar de gas y aire y ocurre cuando la velocidad de la mezcla gas-aire se vuelve menor que la velocidad de propagación de la llama. La llama salta al interior del quemador, donde continúa ardiendo, provocando que el quemador se deforme por sobrecalentamiento.

El avance ocurre cuando: la presión del gas frente al quemador cae por debajo del valor permitido; encendido del quemador cuando se suministra aire primario; gran suministro de gas a baja presión de aire. En caso de deslizamiento, puede ocurrir un pequeño estallido, como resultado de lo cual la llama se apagará, mientras que el gas puede continuar fluyendo a través del quemador inactivo y puede formarse una mezcla explosiva en el horno y los conductos de gas del gas. utilizando la instalación. Para proteger contra el deslizamiento, se utilizan estabilizadores de placa o malla., ya que a través brechas estrechas y no hay pequeños agujeros para el flashover de la llama.

Actuaciones del personal en caso de accidente en los quemadores

En caso de accidente en el quemador (separación, flameo o extinción de la llama) durante el encendido o en proceso de regulación, es necesario: detener inmediatamente el suministro de gas a este quemador (quemadores) y al dispositivo de encendido; ventile el horno y los conductos de gas durante al menos 10 minutos; averiguar la causa del problema; informar a la persona responsable; después de eliminar las causas de las fallas y verificar la estanqueidad de la válvula de cierre frente al quemador, bajo la dirección de la persona responsable, de acuerdo con las instrucciones, vuelva a encender.

Cambio de carga del quemador.

Hay quemadores con diferentes caminos Cambios de potencia térmica:

Quemador con control de salida de calor de varias etapas- se trata de un quemador, durante el cual se puede instalar el regulador de flujo de combustible en varias posiciones entre las posiciones máxima y mínima de funcionamiento.

Quemador con regulación de potencia calorífica en tres etapas- este es un quemador, durante cuyo funcionamiento se puede instalar el regulador de flujo de combustible en las posiciones " flujo máximo” - “caudal mínimo” - “cerrado”.

Quemador con control de salida de calor de dos etapas- un quemador funcionando en las posiciones "abierto - cerrado".

Quemador modulante- este es un quemador, durante el cual el regulador de flujo de combustible puede instalarse en cualquier posición entre las posiciones máxima y mínima de funcionamiento.

Es posible regular la potencia térmica de la instalación por el número de quemadores en funcionamiento, si lo proporciona el fabricante y tarjeta de régimen.

Cambiar la salida de calor manualmente, para evitar la separación de la llama, se realiza:

Al aumentar: primero aumente el suministro de gas y luego el de aire.

Al disminuir: primero reduzca el suministro de aire y luego el gas;

Para evitar accidentes en los quemadores, el cambio de potencia debe realizarse de manera suave (en varias etapas) de acuerdo con el mapa de régimen.

La combustión del gas natural es un proceso físico y químico complejo de interacción de sus componentes combustibles con un agente oxidante, mientras que la energía química del combustible se convierte en calor. La quema puede ser completa o incompleta. Cuando el gas se mezcla con el aire, la temperatura en el horno es lo suficientemente alta para la combustión, el combustible y el aire se suministran continuamente y se lleva a cabo la combustión completa del combustible. La combustión incompleta del combustible ocurre cuando no se observan estas reglas, lo que conduce a una menor liberación de calor (CO), hidrógeno (H2), metano (CH4) y, como resultado, a la deposición de hollín en las superficies de calefacción, empeorando la transferencia de calor. y el aumento de la pérdida de calor, lo que a su vez conduce a un consumo excesivo de combustible ya una disminución de la eficiencia de la caldera y, en consecuencia, a la contaminación del aire.

La proporción de exceso de aire depende del diseño del quemador de gas y del horno. El coeficiente de exceso de aire debe ser al menos 1, de lo contrario puede provocar una combustión incompleta del gas. Y también un aumento en el coeficiente de exceso de aire reduce la eficiencia de la instalación que usa calor debido a las grandes pérdidas de calor con los gases de escape.

La integridad de la combustión se determina utilizando un analizador de gases y por color y olor.

Combustión completa de gas. metano + oxígeno \u003d dióxido de carbono + agua CH4 + 2O2 \u003d CO2 + 2H2O Además de estos gases, el nitrógeno y el oxígeno restante ingresan a la atmósfera con gases combustibles. N2 + O2 Si la combustión del gas es incompleta, se emiten sustancias combustibles a la atmósfera: monóxido de carbono, hidrógeno, hollín.CO + H + C

La combustión incompleta del gas ocurre debido a la falta de aire. Al mismo tiempo, lenguas de hollín aparecen visualmente en la llama El peligro de una combustión incompleta del gas es que el monóxido de carbono puede provocar el envenenamiento del personal de la sala de calderas. El contenido de CO en el aire 0,01-0,02% puede causar una intoxicación leve. Una concentración más alta puede provocar intoxicaciones graves y la muerte. El hollín resultante se deposita en las paredes de las calderas, lo que dificulta la transferencia de calor al refrigerante y reduce la eficiencia de la sala de calderas. El hollín conduce el calor 200 veces peor que el metano Teóricamente, se necesitan 9 m3 de aire para quemar 1 m3 de gas. En condiciones reales, se necesita más aire. Es decir, se necesita una cantidad excesiva de aire. Este valor, denominado alfa, muestra cuántas veces se consume más aire del teóricamente necesario. El coeficiente alfa depende del tipo de quemador en particular y generalmente se prescribe en el pasaporte del quemador o de acuerdo con las recomendaciones de la organización encargada. Con un aumento en la cantidad de exceso de aire por encima del recomendado, aumentan las pérdidas de calor. Con un aumento significativo en la cantidad de aire, puede ocurrir la separación de la llama, creando emergencia. Si la cantidad de aire es inferior a la recomendada, la combustión será incompleta, lo que creará un riesgo de intoxicación para el personal de la sala de calderas. La combustión incompleta se determina por:

La combustión de un gas es una reacción de la combinación de los componentes del gas combustible con el oxígeno del aire, acompañada de la liberación de calor. El proceso de combustión depende de composición química combustible. El principal componente del gas natural es el metano, pero también son combustibles el etano, el propano y el butano, que se encuentran contenidos en pequeñas cantidades.

El gas natural producido a partir de los depósitos de Siberia Occidental consiste casi en su totalidad (hasta un 99 %) en metano CH4. El aire se compone de oxígeno (21 %) y nitrógeno y una pequeña cantidad de otros gases no combustibles (79 %). Simplificado, la reacción de combustión completa del metano es la siguiente:

CH4 + 2O2 + 7,52 N2 = CO2 + 2H20 + 7,52 N2

Como resultado de la reacción de combustión durante la combustión completa, se forma dióxido de carbono CO2 y vapor de agua H2O sustancias que no afectan negativamente ambiente y una persona El nitrógeno N no participa en la reacción. Para la combustión completa de 1 m³ de metano, teóricamente se requieren 9,52 m³ de aire. A efectos prácticos, se considera que para la combustión completa de 1 m³ de gas natural se necesitan al menos 10 m³ de aire. Sin embargo, si solo se suministra la cantidad de aire requerida teóricamente, es imposible lograr la combustión completa del combustible: es difícil mezclar el gas con el aire de tal manera que se suministre la cantidad requerida de moléculas de oxígeno a cada uno de ellos. sus moléculas. En la práctica, se suministra más aire a la combustión del teóricamente necesario. La cantidad de exceso de aire está determinada por el coeficiente de exceso de aire a, que muestra la relación entre la cantidad de aire realmente utilizada para la combustión y la cantidad teóricamente requerida:

α = V fact./V teor.

donde V es la cantidad de aire realmente utilizada para la combustión, m³;
V es la cantidad teóricamente necesaria de aire, m³.

El coeficiente de exceso de aire es el indicador más importante que caracteriza la calidad de la combustión del gas por el quemador. Cuanto menor sea a, menos calor se llevarán los gases de escape, mayor será la eficiencia del equipo que utiliza gas. Pero quemar el gas con un exceso de aire insuficiente da como resultado una falta de aire, lo que puede causar una combustión incompleta. Para quemadores modernos con mezcla previa completa de gas con aire, el coeficiente de exceso de aire se encuentra en el rango de 1,05 - 1,1 ", es decir, el aire se consume para la combustión en un 5 - 10% más de lo requerido teóricamente.

Con una combustión incompleta, los productos de la combustión contienen una cantidad significativa de monóxido de carbono CO, así como carbono no quemado en forma de hollín. Si el quemador funciona muy mal, los productos de la combustión pueden contener hidrógeno y metano sin quemar. Monóxido de carbono CO (monóxido de carbono) contamina el aire interior (cuando se utiliza equipo sin descargar los productos de combustión a la atmósfera - estufas de gas, columnas de baja potencia térmica) y tiene un efecto tóxico. El hollín contamina las superficies de intercambio de calor, reduce drásticamente la transferencia de calor y reduce la eficiencia de los equipos domésticos que utilizan gas. Además, cuando se usan estufas de gas, los platos se contaminan con hollín, lo que requiere un esfuerzo considerable para eliminarlo. En los calentadores de agua, el hollín contamina el intercambiador de calor, en casos "descuidados", casi hasta el cese completo de la transferencia de calor de los productos de combustión: la columna se quema y el agua se calienta varios grados.

Se produce una combustión incompleta:

• con suministro de aire insuficiente para la combustión;
• con mala mezcla de gas y aire;
• con un enfriamiento excesivo de la llama antes de que se complete la reacción de combustión.

La calidad de la combustión del gas se puede controlar por el color de la llama. La combustión de gas de mala calidad se caracteriza por una llama humeante amarilla. Cuando el gas se quema por completo, la llama es una antorcha corta de color violeta azulado con alta temperatura. Para controlar el funcionamiento de los quemadores industriales, se utilizan dispositivos especiales que analizan la composición de los gases de combustión y la temperatura de los productos de combustión. Actualmente, al ajustar ciertos tipos de equipos domésticos que usan gas, también es posible regular el proceso de combustión por temperatura y análisis de gases de combustión.

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Canal 4 + 2 × O2 +7.52 × norte 2 \u003d CO2+2× H 2 O + 7,5× norte 2 +8500 kcal

Aire:

, de ahí la conclusión:

1 m 3 O 2 representa 3,76 m 3norte 2

Al quemar 1 m 3 de gas, es necesario gastar 9,52 m 3 de aire (porque 2 + 7,52). Combustión completa de emisiones de gases:

· dióxido de carbono CO2;

· Vapor de agua;

· nitrógeno (lastre de aire);

· Se libera calor.

Al quemar 1 m 3 de gas, se liberan 2 m 3 de agua. Si la temperatura de los gases de combustión en la chimenea es inferior a 120 °C y la tubería es alta y no está aislada, entonces estos vapores de agua se condensan a lo largo de las paredes de la chimenea hasta su parte inferior, desde donde ingresan al tanque de drenaje o línea a través de el agujero.

Para evitar la formación de condensados ​​en la chimenea, es necesario aislar la chimenea o reducir la altura de la chimenea, habiendo calculado previamente el tiro en la chimenea (es decir, es peligroso reducir la altura de la chimenea).

Productos de combustión completa de gas.

· Dióxido de carbono;

· Vapor de agua.

Productos de la combustión incompleta del gas.

· Monóxido de carbono CO;

· hidrógeno H2;

· carbono c

En condiciones reales de combustión de gas, el suministro de aire es algo mayor que el calculado por la fórmula. La relación entre el volumen real de aire suministrado a la combustión y el volumen calculado teóricamente se denomina coeficiente de exceso de aire (a). No debe ser más de 1.05 ... 1.2:

Un exceso de aire excesivamente grande reduce la eficiencia. caldera.

Alrededor del pueblo:

Se gastan 175 kg de combustible de referencia en la producción de 1 Gcal de calor.

Por industria:

Se gastan 162 kg de combustible estándar en la producción de 1 Gcal de calor.

El exceso de aire se determina mediante el análisis de gases de combustión por parte del instrumento.

Coeficienteaa lo largo del espacio del horno no es el mismo. Al comienzo del horno en el quemador, y cuando los gases de combustión salen al Chimenea está más que calculado debido a las fugas de aire a través del revestimiento con fugas (peladura) de la caldera.

Esta informacion se refiere a las calderas que funcionan al vacío, cuando la presión en el horno es inferior a la presión atmosférica.

Calderas que funcionan bajo presión demasiada los gases en el horno de la caldera se llaman calderas presurizadas. En tales calderas, el revestimiento debe ser muy hermético para evitar que los gases de combustión entren en la sala de calderas y envenenen a las personas.

La principal condición para la combustión del gas es la presencia de oxígeno (y por lo tanto de aire). Sin la presencia de aire, la combustión del gas es imposible. En el proceso de combustión del gas, tiene lugar una reacción química de la combinación del oxígeno del aire con el carbono y el hidrógeno del combustible. La reacción ocurre con la liberación de calor, luz, así como dióxido de carbono y vapor de agua.

Dependiendo de la cantidad de aire que interviene en el proceso de combustión del gas, se produce su combustión completa o incompleta.

Con suficiente suministro de aire, se produce una combustión completa del gas, como resultado de lo cual sus productos de combustión contienen gases no combustibles: dióxido de carbono CO2, nitrógeno N2, vapor de agua H20. Sobre todo (en volumen) en los productos de combustión de nitrógeno - 69.3-74%.

Para la combustión completa del gas, también es necesario que se mezcle con el aire en ciertas cantidades (para cada gas). Cuanto mayor sea el poder calorífico del gas, más aire se requiere. Entonces, para quemar 1 m3 de gas natural, se requieren aproximadamente 10 m3 de aire, artificial, aproximadamente 5 m3, mixto, aproximadamente 8,5 m3.

En caso de suministro de aire insuficiente, se produce una combustión incompleta de gas o subcombustión química de combustibles. partes constituyentes; aparecen gases combustibles en los productos de combustión - monóxido de carbono CO, metano CH4 e hidrógeno H2

Con combustión incompleta de gas, un largo, humeante, luminoso, opaco, color amarillo antorcha.

Así, la falta de aire conduce a una combustión incompleta del gas, y un exceso de aire conduce a un enfriamiento excesivo de la temperatura de la llama. La temperatura de ignición del gas natural es 530 °C, coque - 640 °C, mixto - 600 °C. Además, con un exceso significativo de aire, también se produce una combustión incompleta del gas. En este caso, el extremo de la antorcha es amarillento, no completamente transparente, con un centro borroso de color verde azulado; la llama es inestable y se desprende del quemador.

Arroz. 1. Llama de gas i - sin mezcla preliminar de gas con aire; b -con anterior parcial. mezcla fiduciaria de gas con aire; c - con mezcla preliminar completa de gas con aire; 1 - zona oscura interior; 2 - cono luminoso ahumado; 3 - capa ardiente; 4 - productos de combustión

En el primer caso (Fig. 1a), la antorcha es larga y consta de tres zonas. EN aire atmosférico quemaduras de gas puro. En la primera zona oscura interior, el gas no se quema: no se mezcla con el oxígeno atmosférico y no se calienta a la temperatura de ignición. En la segunda zona, el aire entra en cantidades insuficientes: es retrasado por la capa de combustión y, por lo tanto, no puede mezclarse bien con el gas. Esto se evidencia por el color ahumado amarillo claro brillantemente luminoso de la llama. En la tercera zona, el aire ingresa en cantidades suficientes, cuyo oxígeno se mezcla bien con el gas, el gas se quema en un color azulado.

Con este método, el gas y el aire se introducen en el horno por separado. En el horno no solo tiene lugar la combustión de la mezcla gas-aire, sino también el proceso de preparación de la mezcla. Este método de combustión de gas es ampliamente utilizado en plantas industriales.

En el segundo caso (Fig. 1.6), la combustión de gas es mucho mejor. Como resultado de la mezcla preliminar parcial de gas con aire, la mezcla preparada de gas y aire ingresa a la zona de combustión. La llama se vuelve más corta, no luminosa, tiene dos zonas: interna y externa.

La mezcla de gas y aire en la zona interior no se quema, ya que no se calentó a la temperatura de ignición. En la zona exterior, la mezcla de gas y aire se quema, mientras que la temperatura aumenta bruscamente en la parte superior de la zona.

Con la mezcla parcial de gas con aire, en este caso, la combustión completa del gas ocurre solo con un suministro adicional de aire a la antorcha. En el proceso de combustión de gas, el aire se suministra dos veces: la primera vez, antes de ingresar al horno (aire primario), la segunda vez, directamente al horno (aire secundario). Este método de combustión de gas es la base para el diseño de quemadores de gas para electrodomésticos y calderas de calefacción.

En el tercer caso, la antorcha se acorta significativamente y el gas se quema de manera más completa, ya que la mezcla de gas y aire se preparó previamente. La integridad de la combustión del gas se evidencia mediante una antorcha transparente corta color azul(combustión sin llama), que se utiliza en dispositivos de radiación infrarroja para calentar gas.

- Proceso de combustión de gas