Горение топлива

Горение топлива — это процесс окисления горючих компонентов, происходящий при высоких температурах и сопровождающийся выделением тепла. Характер горения определяется множеством факторов, в том числе способом сжигания, конструкцией топки, концентрацией кислорода и т. д. Но условия протекания, продолжительность и конечные результаты топочных процессов в значительной мере зависят от состава, физических и химических характеристик топлива.

Состав топлива

К твердому топливу относят каменный и бурый уголь, торф, горючие сланцы, древесину. Эти виды топлив представляют собой сложные органические соединения, образованные в основном пятью элементами — углеродом С, водородом Н, кислородом О, серой S и азотом N. В состав топлива также входит влага и негорючие минеральные вещества, которые после сгорания образуют золу. Влага и зола — это внешний балласт топлива, а кислород и азот — внутренний.

Основным элементом горючей части является углерод, он обуславливает выделение наибольшего количества тепла. Однако, чем больше доля углерода в составе твердого топлива, тем труднее оно воспламеняется. Водород при сгорании выделяет в 4,4 раза больше тепла, чем углерод, но его доля в составе твердых топлив невелика. Кислород, не будучи теплообразующим элементом и связывая водород и углерод, снижает теплоту сгорания, поэтому является элементом нежелательным. Особенно велико его содержание в торфе и древесине. Количество азота в твердом топливе небольшое, но он способен образовывать вредные для окружающей среды и человека оксиды. Также вредной примесью является сера, она выделяет мало теплоты, но образующиеся оксиды приводят к коррозии металла котлов и загрязнению атмосферы.

Технические характеристики топлива и их влияние на процесс горения

Важнейшими техническими характеристиками топлива являются: теплота сгорания, выход летучих веществ, свойства нелетучего остатка (кокса), зольность и влагосодержание.

Теплота сгорания топлива

Теплота сгорания — это количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы массы (кДж/кг) или объема топлива (кДж/м3). Различают высшую и низшую теплоту сгорания. В высшую входит тепло, выделяемое при конденсации паров, которые содержатся в продуктах сгорания. При сжигании топлива в топках котлов уходящие дымовые газы имеют температуру, при которой влага находится в парообразном состоянии. Поэтому в этом случае применяют низшую теплоту сгорания, которая не учитывает теплоту конденсации водяных паров.

Состав и низшая теплота сгорания всех известных месторождений угля определены и приводятся в расчетных характеристиках.

Выход летучих веществ

При нагревании твердого топлива без доступа воздуха под воздействием высокой температуры сначала выделяются водяные пары, а затем происходит термическое разложение молекул с выделением газообразных веществ, получивших название летучих веществ.

Выход летучих веществ может происходить в интервале температур от 160 до 1100 °С, но в среднем – в области температур 400-800 °С. Температура начала выхода летучих, количество и состав газообразных продуктов зависят от химического состава топлива. Чем топливо химически старше, тем меньше выход летучих и выше температура начала их выделения.

Летучие вещества обеспечивают более раннее воспламенение твердой частицы и оказывают значительное влияние на горение топлива. Молодые по возрасту топлива — торф, бурый уголь — легко загораются, сгорают быстро и практически полностью. Наоборот, топливо с низким выходом летучих, например, антрацит, загорается труднее, горит намного медленнее и сгорает не полностью (с повышенной потерей тепла).

Свойства нелетучего остатка (кокса)

Твердая часть топлива, оставшаяся после выхода летучих, состоящая в основном из углерода и минеральной части, называется коксом. Коксовый остаток может быть в зависимости от свойств органических соединений, входящих в горючую массу: спекшимся, слабоспекшимся (разрушающимся при воздействии), порошкообразным. Антрацит, торф, бурые угли дают порошкообразный нелетучий остаток. Большинство каменных углей спекается, но не всегда сильно. Слипшийся или порошкообразный нелетучий остаток дают каменные угли с очень большим выходом летучих (42-45%) и с очень малым выходом (менее 17%).

Структура коксового остатка важна при сжигании угля в топках на колосниковых решетках. При факельном сжигании в энергетических котлах характеристика кокса не имеет большого значения.

Зольность

Твердое топливо содержит наибольшее количество негорючих минеральных примесей. Это прежде всего глина, силикаты, железный колчедан, но также могут входить закись железа, сульфаты, карбонаты и силикаты железа, оксиды различных металлов, хлориды, щелочи и т.д. Большая часть их попадает при добыче в виде пород, между которыми залегают пласты угля, но присутствуют и минеральные вещества, перешедшие в топливо из углеобразователей или в процессе преобразования его исходной массы.

При сжигании топлива минеральные примеси претерпевают ряд реакций, в результате которых образуется твердый негорючий остаток, называемый золой. Вес и состав золы не идентичны весу и составу минеральных примесей топлива.

Свойства золы играют большую роль в организации работы котла и топки. Ее частички, уносимые продуктами сгорания, при высоких скоростях истирают поверхности нагрева, а при малых скоростях отлагаются на них, что ведет к ухудшению теплопередачи. Зола, уносимая в дымовую трубу, способна нанести вред окружающей среде, во избежание этого требуется установка золоуловителей.

Важным свойством золы является ее плавкость, различают тугоплавкую (выше 1425 °С), среднеплавкую (1200-1425 °С) и легкоплавкую (менее 1200 °С) золу. Зола, прошедшая стадию плавления и превратившаяся в спекшуюся или сплавленную массу, называется шлаком. Температурная характеристика плавкости золы имеет большое значение для обеспечения надежной работы топки и поверхностей котла, правильный выбор температуры газов около этих поверхностей позволит исключить шлакование.

Влагосодержание

Влага — нежелательная составляющая топлива, она наряду с минеральными примесями является балластом и уменьшает содержание горючей части. Помимо этого, она снижает тепловую ценность, так как дополнительно требуются затраты энергии на ее испарение.

Влага в топливе может быть внутренней и внешней. Внешняя влага содержится в капиллярах или удерживается на поверхности. С химическим возрастом количество капиллярной влаги сокращается. Поверхностной влаги тем больше, чем меньше куски топлива. Внутренняя влага входит в органическое вещество.

Содержание влаги в топливе снижает теплоту его сгорания, ведет к увеличению его расхода. При этом увеличиваются объемы продуктов сгорания, потери теплоты с уходящими газами и снижается КПД котлоагрегата. Повышенная влажность в зимнее время приводит к смерзанию угля, затруднениям при размоле и уменьшению сыпучести.

Способы сжигания топлива в зависимости от вида топки

Основные виды топочных устройств которые устанавливают в водогрейные котлы на твердом топливе для промышленых отопливтельных котельных:

• слоевые,
• камерные.

Слоевые топки предназначены для сжигания крупнокускового твердого топлива. Они могут быть с плотным и кипящим слоем. При сжигании в плотном слое воздух для горения проходит через слой, не влияя на его устойчивость, то есть сила тяжести горящих частиц превышает динамический напор воздуха. При сжигании в кипящем слое благодаря повышенной скорости воздуха частицы переходят в состояние «кипения». При этом происходит активное перемешивание окислителя и топлива, благодаря чему интенсифицируется горение топлива.

В камерных топках сжигают твердое пылевидное топливо, а также жидкое и газообразное. Камерные топки подразделяются на циклонные и факельные. При факельном сжигании частицы угля должны быть не более 100 мкм, они сгорают в объеме топочной камеры. Циклонное сжигание допускает больший размер частиц, под влиянием центробежных сил они отбрасываются на стенки топки и полностью выгорают в закрученном потоке в зоне высоких температур.

Горение топлива. Основные стадии процесса

В процессе горения твердого топлива можно выделить определенные стадии: подогрев и испарение влаги, возгонка летучих и образование коксового остатка, горение летучих и кокса, образование шлака. Такое деление процесса горения относительно условно, так как хотя эти этапы протекают последовательно, частично они налагаются друг на друга. Так, возгонка летучих веществ начинается до окончательного испарения всей влаги, образование летучих идет одновременно с процессом их горения, так же как и начало окисления коксового остатка предшествует окончанию горения летучих, а дожигание кокса может идти и после образования шлака.

Время течения каждой стадии процесса горения в значительной мере определяется свойствами топлива. Дольше всего длится стадия горения кокса, даже у топлив с большим выходом летучих. Существенное влияние на продолжительность стадий процесса горения оказывают разнообразные режимные факторы и конструктивные особенности топки.

1. Подготовка топлива до воспламенения

Топливо, поступающее в топку, подвергается нагреванию, в результате чего при наличии влаги происходит ее испарение и подсушка топлива. Время, необходимое на подогрев и подсушку, зависит от количества влаги и температуры, с которой топливо подается в топочное устройство. Для топлив с большим содержанием влаги (торф, влажные бурые угли) стадия прогрева и подсушивания сравнительна продолжительна.

В слоевые топки топливо подают с температурой, приближенной к окружающей среде. Только в зимнее время в случае смерзания угля его температура ниже, чем в котельном помещении. Для сжигания в факельных и вихревых топках топливо подвергают дроблению и размолу, сопровождаемому сушкой горячим воздухом или дымовыми газами. Чем выше температура поступающего топлива, тем меньше времени и тепла необходимо на подогрев его до температуры воспламенения.

Подсушка топлива в топке происходит за счет двух источников тепла: конвективного тепла продуктов сгорания и лучистого тепла факела, обмуровки, шлака.

В камерных топках подогрев осуществляется преимущественно за счет первого источника, то есть подмешивания к топливу продуктов сгорания в месте его ввода. Поэтому одно из важных требований, предъявляемых к конструкции устройств для ввода топлива в топку, — обеспечение интенсивного подсоса продуктов сгорания. Уменьшению времени нагрева и подсушки также способствует более высокая температура в топке. С этой целью при сжигании топлив с началом выхода летучих при высоких температурах (более 400 °С) в камерных топках делают зажигательные пояса, то есть закрывают экранные трубы огнеупорным теплоизоляционным материалом, чтобы снизить их тепловосприятие.

При сжигании топлива в слое роль каждого вида источников тепла определяется конструкцией топки. В топках с цепными решетками нагревание и подсушка осуществляются преимущественно лучистым теплом факела. В топках с неподвижной решеткой и подачей топлива сверху подогрев и подсушивание происходят за счет движущихся через слой снизу вверх продуктов сгорания.

В процессе нагревания при температуре выше 110 °С начинается термическое разложение органических веществ, входящих в состав топлив. Наименее прочными являются те соединения, которые содержат значительное количество кислорода. Эти соединения распадаются при сравнительно невысоких температурах с образованием летучих веществ и твердого остатка, состоящего преимущественно из углерода.

Молодые по химическому составу топлива, содержащие много кислорода, имеют низкую температуру начала выхода газообразных веществ и дают их больший процент. Топлива с малым содержанием соединений кислорода имеют небольшой выход летучих и более высокую температуру их воспламенения.

Содержание в твердом топливе молекул, которые легко подвергаются разложению при нагревании, оказывает влияние и на реакционную способность нелетучего остатка. Сначала разложение горючей массы происходит преимущественно на наружной поверхности топлива. По мере дальнейшего прогревания пирогенетические реакции начинают происходить и внутри частиц топлива, в них повышается давление и внешняя оболочка разрывается. При сжигании топлив с большим выходом летучих коксовый остаток становится пористым и имеет большую поверхность по сравнению с плотным твердым остатком.

2. Процесс горения газообразных соединений и кокса

Собственно горение топлива начинается с воспламенения летучих веществ. В период подготовки топлива происходят разветвленные цепные реакции окисления газообразных веществ, сначала эти реакции протекают с малыми скоростями. Выделяющееся тепло воспринимается поверхностями топки и частично накапливается в виде энергии движущихся молекул. Последнее приводит к возрастанию скорости цепных реакций. При определенной температуре реакции окисления идут с такой скоростью, что выделяющееся тепло полностью покрывает теплопоглощение. Эта температура является температурой воспламенения.

Температура воспламенения не является константой, она зависит как от свойств топлива, так и от условий в зоне воспламенения, в среднем составляет 400-600 °С. После воспламенения газообразной смеси дальнейшее самоускорение реакций окисления вызывает повышение температуры. Для поддержания горения необходим непрерывный подвод окислителя и горючих веществ.

Воспламенение газообразных веществ приводит к окутыванию коксовой частицы огневой оболочкой. Горение кокса начинается, когда к концу подходит горение летучих. Твердая частица прогревается до высокой температуры, и по мере уменьшения количества летучих веществ снижается толщина пограничного горящего слоя, кислород достигает раскаленной поверхности углерода.

Горение кокса начинается при температуре 1000 °С и является самым длительным процессом. Причина в том, что, во-первых, снижается концентрация кислорода, во-вторых, гетерогенные реакции протекают более медленно, чем гомогенные. В итоге длительность горения частицы твердого топлива определяется в основном временем горения коксового остатка (около 2/3 общего времени). Для топлив с большим выходом летучих, твердый остаток составляет менее ½ начальной массы частицы, поэтому их сжигание происходит быстро и возможность недожога невысока. Химически старые топлива имеют плотную частицу, горение которой занимает почти все время нахождения в топке.

Коксовый остаток большинства твердых топлив в основном, а для некоторых видов — целиком состоит из углерода. Горение твердого углерода происходит с образованием окиси углерода и углекислого газа.

Оптимальные условия для тепловыделения

Создание оптимальных условий для процесса горения углерода — основа правильного построения технологического метода сжигания твердых топлив в котельных агрегатах. На достижение наибольшего тепловыделения в топке могут оказывать влияние следующие факторы: температура, избыток воздуха, первичное и вторичное смесеобразование.

Температура. Тепловыделение при сжигании топлива существенно зависит от температурного режима топки. При относительно низких температурах в ядре факела имеет место неполнота сгорания горючих веществ, в продуктах сгорания остаются окись углерода, водород, углеводороды. При температурах от 1000 до 1800-2000 °С достижимо полное сгорание топлива.

Избыток воздуха. Удельное тепловыделение достигает максимального значения при полном сгорании и коэффициенте избытка воздуха, равном единице. С уменьшением коэффициента избытка воздуха выделение тепла падает, так как недостаток кислорода приводит к окислению меньшего количества топлива. Понижается температурный уровень, снижаются скорости реакций, что приводит к резкому уменьшению тепловыделения.

Повышение коэффициента избытка воздуха больше единицы снижает тепловыделение еще сильнее, чем недостаток воздуха. В реальных условиях сжигания топлива в топках котлов предельные значения тепловыделения не достигаются, так как присутствует неполнота сгорания. Она во многом зависит от того, как организованы процессы смесеобразования.

Процессы смесеобразования. В камерных топках первичное смесеобразование достигается подсушкой и перемешиванием топлива с воздухом, подачей в зону подготовки части воздуха (первичного), созданием широко раскрытого факела с широкой поверхностью и высокой турбулизацией, применением подогретого воздуха.

В слоевых топках задача первичного смесеобразования состоит в том, чтобы подавать необходимое количество воздуха в разные зоны горения на решетке.

С целью обеспечения догорания газообразных продуктов неполного горения и кокса организуют процессы вторичного смесеобразования. Этим процессам способствуют: подача вторичного воздуха с высокой скоростью, создание такой аэродинамики, при которой достигается равномерное заполнение факелом всей топки и, следовательно, вырастает время пребывания газов и коксовых частичек в топке.

3. Образование шлака

В процессе окисления горючей массы твердого топлива происходят значительные изменения и минеральных примесей. Легкоплавкие вещества и сплавы с низкой температурой плавления растворяют тугоплавкие соединения.

Обязательным условием нормальной работы котлоагрегатов является бесперебойный отвод продуктов сгорания и образующегося шлака.

При слоевом сжигании шлакообразование может приводить к механическому недожогу — минеральные примеси обволакивают недогоревшие частиц кокса либо вязкий шлак может перекрывать воздушные проходы, преграждая доступ кислорода к горящему коксу. Для снижения недожога применяют различные мероприятия — в топках с цепными решетками увеличивают время нахождения шлака на решетке, производят частую шуровку.

В слоевых топках вывод шлака производится в сухом виде. В камерных топках шлакоудаление может быть сухим и жидким.

Таким образом, горение топлива является сложным физико-химическим процессом, на который оказывает воздействие большое количество различных факторов, но все они должны быть учтены при проектировании котлов и топочных устройств.

Процесс горения топлива, проблемы и пути их решения.

Процесс горения топлива

Выбрать водогрейные котлы в каталоге завода

Цена от 230 000

Горение — химическое соединение горючих веществ топлива с кислородом воздуха, сопровождающееся резким повышением температуры и выделением значительного количества теплоты. При горении топлива образуются газообразные продукты (дымовые газы) и очаговые остатки в виде золы и шлака. Условно процесс сжигания твердого топлива делят на три стадии:

• воспламенение (зажигание),
• активное горение
• дожигание.

В первой стадии твердое топливо вначале подогревается и подсушивается и при температуре 105 — 110 °С теряет свою влагу. Затем при температуре 300 — 400 °C оно начинает разлагаться на летучие вещества и твердый остаток. При дальнейшем нагреве, когда его температура становится равной температуре воспламенения, топливо загорается. Температура воспламенения (примерная) различных топлив следующая, °С: дров — 300; бурого угля 300 — 400; каменного угля 450 — 500; антрацита 700 — 750; жидкого топлива 500 — 600; газа около 600. Стадия активного горения характеризуется высокой температурой (более 1000 °С) с максимальным выделением тепла и наибольшим потреблением воздуха (кислорода), расходуемого на горение кокса и летучих веществ.

Дожигание твердого топлива характеризуется уменьшающимся тепловыделением и снижающейся потребностью в воздухе.

Горение жидкого топлива происходит в основном в парогазовой среде, когда в результате предварительного подогрева оно переходит из жидкого состояния в парообразное. Так как температура кипения жидкого топлива значительно ниже температуры его воспламенения, то вначале оно испаряется, а затем воспламеняется (сначала легкие фракции, затем тяжелые). Интенсивность испарения топлива зависит от площади испарения и количества подводимой теплоты. Скорость испарения резко увеличивается при распыливании топлива на отдельные капли с помощью специальных устройств — форсунок.

Регулирование количества сжигаемого топлива

Время сжигания и количество сжигаемого топлива в топке регулируется количеством подаваемого в нее воздуха. Для твердого топлива, например, усиливая дутье воздуха под решетку и тягу, можно тем самым ввести больше воздуха в топку. Кислород воздуха, проходя по слою топлива и вступая в реакцию, распределяется на большое количество струек и увеличивает скорость горения. Забрасывая в топку больше топлива, получаем больше теплоты. Однако необходимую толщину слоя топлива следует держать в установленных пределах, чтобы избежать неполноты горения (увеличения механического и химического недожога топлива) или большого избытка воздуха. Тягу регулируют так, чтобы в топке (в верхней части загрузочной дверки) устанавливалось разрежение не более 20-30 Па (2-3 мм вод. ст.).

Горение газообразного топлива включает следующие стадии: смешивание газа с воздухом (образование горючей смеси), нагревание смеси до температуры воспламенения и собственно горение. Сгорание бывает полное и неполное. При полном сгорании топлива углерод, соединяясь с кислородом, образует диоксид углерода (углекислый газ) CO2 водород — водяные пары Н2О, а сера — диоксид серы (сернистый газ) SO2. При этом уходящие из топки газы в своем составе не будут иметь горючих элементов. При неправильном обслуживании топки появляется неполное сгорание топлива, когда химическая энергия топлива не преобразуется полностью в теплоту; а частично остается в уходящих газах и выбрасывается через дымовую трубу в атмосферу.

Оксид углерода, продукт неполного сгорания топлива, является одним из загрязнителей воздуха (потеря от химической неполноты сгорания). Другим загрязнителем атмосферы являются вынесенные вместе с газами мелкие частицы несгоревшего топлива (до 80 %) (потери от механической неполноты сгорания, а также унос золы и сажи). Причиной уноса несгоревшего топлива в отопительных котлах малой мощности является сжигание в них рядовых топлив, имеющих большое количество мелочи.

Пути решения проблем, возникающих при сжигании топлива низкого качества

Низкая теплота сгорания создание пояса зажигания; производится футеровка из огнеупорного кирпича или огнеупорного раствора экранов по периметру топки на высоту до 500 мм. Это позволит увеличить температуру ядра горения, увеличить скорость сушки и зажигания топлива и стабилизировать горение за счет снижения теплопередачи к экранным поверхностям топки котла.

Высокая гигроскопическая влажность — организация закрытого склада для хранения топлива, сушка топлива. В механизированной котельной при условии подачи топлива ленточным транспортером организация закрытой отапливаемой галереи. Создание пояса зажигания.

Фракционный состав При наличии мелочи и отсева (куски менее 30 мм) применение топочного устройства беспровального типа — ОУР.

Для снижения величины провала, при использовании колосниковой решетки, организация топочного процесса производится следующим образом. Так как колосниковые решетки являются топочными устройствами провального типа (ширина просечек колосников 15-20 мм) необходимо снизить интенсивность шурования и производить только выравнивание слоя в период растопки котла и до образования слоя топлива необходимой высоты (образование стабильной шлаковой подушки), при котором будет идти стабильное горение с минимальным провалом.

Интенсивность шурования стоит увеличивать (с целью увеличения провала) только при увеличении высоты слоя выше необходимой (рекомендуемой руководством по эксплуатации) и ухудшении горения по причине недостаточной и неравномерной подачи воздуха на горение (в периоды чистки топки).

При наличии крупной фракции (куски более 100 мм) применение дробильных устройств.

Высокое содержание серы — для исключения сернистой коррозии держать температуру уходящих газов выше точки росы (точки начала конденсации водяных паров).

Летучие конструкция котла. При сжигании топлива с большим выходом летучих газов необходимо иметь большой объем топки, который позволял бы сжигать в ней газообразные горючие летучие вещества.

Наоборот, при сжигании твердого топлива с малым выходом летучих газов (антрацит), возможно иметь топку меньшего объема, но с развитой площадью поверхности колосниковой решетки, так как основное сгорание топлива будет происходить в слое топлива.

Автор: Антон Гор

Дата публикации: 18.02.2022

Отравление угарным газом: проверка на полное сгорание (AEN-175)

ISU Extension Pub # AEN-175
Автор: Томас Х. Грейнер, сельскохозяйственный инженер
Департамент сельского хозяйства и инженерии биосистем Университета штата Айова .
Сентябрь 1997 г.

ОТРАВЛЕНИЕ УГАРНЫМ ГАЗОМ
Проверка на полное сгорание

Ископаемое топливо содержит углерод (C) и водород (H). При полном сгорании углерод и водород соединяются с кислородом (O2) с образованием углекислого газа (CO2) и воды (h3O). При неполном сгорании часть углерода не полностью окисляется с образованием сажи или угарного газа (СО). При неполном сгорании топливо расходуется неэффективно, а образующийся угарный газ представляет опасность для здоровья.

Правильно спроектированное, отрегулированное и обслуживаемое газовое пламя производит лишь небольшое количество окиси углерода, максимально допустимое содержание 400 частей на миллион (ppm) в продуктах сгорания. Большинство горелок производят гораздо меньше, обычно от 0 до 50 частей на миллион. При неполном сгорании концентрация угарного газа может достигать уровня выше 7000 частей на миллион. Даже небольшое количество утечки в жилые помещения из приборов, производящих большое количество CO, представляет риск для здоровья и может быть угрозой для жизни.

Неполное сгорание происходит из-за:

* Недостаточного смешения воздуха и топлива.
* Недостаточная подача воздуха к пламени.
* Недостаточно времени для записи.
*Охлаждение температуры пламени перед завершением сгорания.

К типичным причинам неполного сгорания в бытовых отопительных приборах относятся:
* Засорение вентиляционных систем.
* Засоренные дымоходы в отопительных приборах.
* Воздушная заслонка на горелке открыта недостаточно.
* Газовые отверстия слишком большие или слишком маленькие (обычно слишком большие).
* Давление газа в коллекторе слишком высокое или низкое (обычно слишком высокое).
* Ржавчина, накипь или копоть на горелке.
* Горелка установлена ​​неправильно.
* Пламя падает на холодную поверхность.
* Недостаточно воздуха для горения.
* Опускание вентиляционной системы.
* Отказ вентиляционных или вытяжных вентиляторов.
* Потеря целостности теплообменника (трещины, ржавчина или дыры в теплообменнике).
* Физическое нарушение пламени (т. е. сильные потоки воздуха, дующие на пламя.)

Чтобы снизить риск отравления угарным газом, получите и тщательно следуйте всем рекомендациям производителей по осмотру и техническому обслуживанию. Следующие дополнительные шаги рекомендуются для обслуживания и проверки газовых нагревательных приборов:

1. Визуально осмотрите горелку и пламя на наличие ржавчины, копоти, обесцвечивания и ненормального цвета или рисунка пламени.

2. Визуально проверьте нагревательный прибор на наличие следов распространения пламени, его нисходящего потока и утечки. Перегоревшие провода, копоть, ржавчина, накипь и «трекинг» продуктов горения – признаки проблем.

3. Проверьте правильность конструкции, целостность и тягу вентиляционной системы.

4. Проверить достаточность воздуха для горения и подпиточного воздуха.

5. Убедиться, что вентиляционная система работает при «наихудшей» разгерметизации жилого помещения.

6. Проверьте каналы дымохода в устройстве на наличие засорения или засорения – при необходимости очистите.

7. Осмотрите теплообменник на целостность.

8. Проверьте давление газа в коллекторе с помощью манометра и при необходимости отрегулируйте.

9. Проверить расход газа на прибор (на приборах с расходомером).

10. Измерьте CO в продуктах сгорания с помощью электронного анализатора CO с цифровым дисплеем.

Дополнительные шаги, которые помогут определить причину проблемы с угарным газом в нагревательном приборе, включают:

11. Проверить правильность горения с помощью анализатора горения с возможностью измерения содержания угарного газа и кислорода.

12. Определите места утечки и перепады давления в конструкции и вентиляционной системе с помощью дверцы поддува и микроманометра.

13. Проверьте правильный размер газового отверстия.

14. Постоянно контролировать концентрацию угарного газа в конструкции.

ВИЗУАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПЛАМЕНИ

Визуальная проверка горелки выявит очевидные проблемы, включая ржавчину, накипь или сажу. Явные нарушения формы пламени или неправильный цвет указывают на проблемы со сгоранием. К сожалению, визуального осмотра НЕ достаточно для проверки правильности сгорания. Горелки, производящие ЧРЕЗВЫЧАЙНО высокие концентрации угарного газа, могут гореть синим цветом. И наоборот, горелки, производящие мало угарного газа, могут гореть желтым цветом.

Угарный газ представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса, не вызывающий раздражения и очень ядовитый при низких концентрациях. Поскольку визуально невозможно надежно определить, производит ли горелка чрезмерное количество угарного газа, рекомендуется использовать электронный анализатор угарного газа с цифровым дисплеем. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха заявляет: «Желательно с помощью подходящих индикаторов определить, присутствует ли монооксид углерода в дымовых газах» (Руководство ASHRAE, стр. 26.3). Использование прибора для измерения концентрации угарного газа снаружи, внутри конструкции и в продуктах сгорания имеет решающее значение для обеспечения безопасной работы отопительного прибора.

Горелка с синим пламенем
Цвет пламени: синий
Может быть как с высоким, так и с низким содержанием CO, нет надежного визуального метода определения образования CO.
Цвет пламени: желтый
Обычно указывает на высокое образование CO. Одна из причин – недостаточное открытие первичного воздуха.

Горелка с желтым пламенем
Цвет пламени: синий
Горение не соответствует проекту, может быть как с высоким, так и с низким содержанием CO, нет надежного визуального метода определения образования CO.
Цвет пламени: желтый
Может быть как с высоким, так и с низким содержанием CO, зависит от достаточного количества вторичного воздуха для полного сгорания, нет надежного визуального метода определения образования CO.

ПРОИЗВОДСТВО УГАРНОГО ГАЗА

Конструкция горелки и камеры сгорания влияет на количество производимого угарного газа. Методы снижения образования окиси углерода включают подачу избыточного воздуха, повышение температуры камеры горелки и создание большой зоны горения. Несгоревшие продукты сгорания продолжат окисляться в горячей камере сгорания с избытком воздуха. К сожалению, избыток воздуха, высокие температуры и большие зоны горения снижают эффективность и увеличивают затраты.

Простые действия, такие как размещение холодной кастрюли на конфорке кухонной плиты или обдувание вентилятором конфорки без вентиляции, могут увеличить выработку угарного газа. Окисление продуктов сгорания прекращается, когда горячие газы попадают на холодный поддон или охлаждаются воздухом от вентилятора. Любая еще не окисленная окись углерода будет выпущена в помещение.

Регулировка горелки влияет на количество производимого CO. Недостаток первичного воздуха для горелки увеличивает образование CO. Ограниченные входы воздуха часто приводят к заметному прерыванию пламени и изменению цвета с синего на желтый.

Другой причиной недостаточного количества первичного воздуха и неполного сгорания является избыточный поток газа к горелке. Избыточный поток газа редко вызывает заметное прерывание пламени или изменение цвета. Избыточный поток газа может быть вызван избыточным давлением газа или слишком большими газовыми отверстиями. Газовые регуляторы могут выйти из строя, выйти из строя, неправильно снизить номинальные параметры в полевых условиях в зависимости от высоты или быть отрегулированы полевыми техниками в сторону повышения для увеличения тепловой мощности. Перегрев особенно опасен, потому что:
* Может произойти большое образование CO.
* Вырабатывается избыточное тепло, которое может повредить теплообменники.
* Образуются избыточные продукты сгорания, которые могут превышать пропускную способность дымоходов и вентиляционных систем отопительных приборов.
* Пламя может продолжать гореть синим цветом, не давая очевидных признаков проблемы.

Как правило, производители печей с подогревом воздуха требуют проверки расхода и давления газа при первом запуске и не допускают перегрева. Чтобы найти и устранить проблемы, вызванные избыточным потоком газа, важно проверить расход газа, давление газа, размер отверстия и концентрацию окиси углерода в продуктах сгорания.

ОТВЕРСТИЯ В ТЕПЛООБМЕННИКЕ

Большие отверстия в теплообменнике опасны. Воздух, нагнетаемый через отверстия циркуляционным вентилятором, увеличивает производство CO, разрушая пламя. Воздушный поток увеличивает количество продуктов горения, попадающих в жилые помещения, нарушая приток воздуха через вентиляционный дымоход прибора. В большинстве печей с естественной и искусственной тягой высокое давление на стороне вентилятора печи теплообменника предотвращает попадание продуктов сгорания непосредственно в циркулирующий воздух. Обычно продукты горения попадают в дом из-за неисправности вентиляционного отверстия или утечки. В печах с принудительной вентиляцией и импульсных печах высокого давления на стороне горения продукты горения могут попасть прямо через отверстия в циркулирующий воздух и в дом. Продукты горения содержат большое количество угарного газа и водяного пара, которые могут погасить пламя или привести к усилению ржавчины и коррозии теплообменника. Распространение пламени происходит в тяжелых случаях.

Отверстия в теплообменниках можно обнаружить при непосредственном наблюдении либо с помощью зеркал, либо путем разборки блока. Некоторые герметичные блоки сжигания с непосредственным выпуском воздуха могут быть испытаны путем герметизации входного и выходного отверстий и испытания под давлением. Использовались дымовые шашки, датчики запаха и солевые аэрозоли, но они не были полностью приемлемыми. Американская газовая ассоциация разработала метод испытаний теплообменников с использованием индикаторных газов, который, по их мнению, является более надежным и точным. Наблюдение за срывом пламени при включении поддувала топки позволит выявить большие дыры. Измерение угарного газа в продуктах сгорания с помощью анализаторов СО выявляет неполное сгорание, вызванное потоком воздуха через отверстия.

Перед разбавлением в вытяжном шкафу необходимо отобрать пробы дымовых газов. В приборах с естественной тягой к дымоходам (камерам) в верхней части прибора обычно можно добраться с помощью щупа через дефлектор тяги или колпак. Для оборудования с несколькими горелками и отдельными дымоходами (камерами) каждую горелку необходимо проверять отдельно, вводя зонд в верхнюю часть каждой камеры. Важно вставить зонд на достаточное расстояние в камеры дымохода, чтобы обеспечить отбор неразбавленных продуктов сгорания. Отбор проб из герметичных установок для сжигания часто проще всего производить на выпускном отверстии для наружного выхлопа. Места, которые не дадут точных показаний дымовых газов, включают: периметр вытяжного колпака (это будет представлять собой комнатный воздух), непосредственно над пламенем (отбор проб здесь может дать ошибочно высокие показания) и на выходных отверстиях для воздуха в топке (которые содержат смешанная выборка).

АНАЛИЗАТОРЫ И ДЕТЕКТОРЫ УГАРНОГО ГАЗА

Существует множество потенциальных причин образования угарного газа и попадания продуктов горения в жилые помещения. Многие причины случайны и непредсказуемы; то есть; отверстия в теплообменниках появляются или увеличиваются после осмотра, вентиляционные системы выходят из строя при сильном ветре, залипают регуляторы давления или замерзают воздухозаборники и вентиляционные отверстия.

Для защиты от случайного отравления угарным газом Комиссия по безопасности потребительских товаров США, Департамент общественного здравоохранения штата Айова и Университет штата Айова рекомендуют, чтобы в каждом доме был установлен по крайней мере один детектор угарного газа, внесенный в список UL, на каждом этаже со спальными помещениями. Отопительные приборы должны ежегодно проверяться и обслуживаться квалифицированным специалистом по отопительной технике. Поскольку цвет пламени не является надежным индикатором образования угарного газа в горелке, подрядчик по отоплению должен использовать анализатор угарного газа для осмотра и обслуживания горелок.

Полное и неполное сгорание алканов

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Джим Кларк
• Школа Труро в Корнуолле

На этой странице кратко рассматривается горение алканов и циклоалканов. На самом деле между ними очень мало различий.

Полное сгорание

Полное сгорание (при достаточном количестве кислорода) любого углеводорода дает углекислого газа и воды . Очень важно, чтобы вы могли написать правильно сбалансированные уравнения для этих реакций, потому что они часто возникают как часть термохимических расчетов. Некоторые легче, чем другие. Например, алканы с четным числом атомов углерода немного тверже, чем с нечетным!

Пример 1: сжигание пропана

Например, с пропаном (\(\ce{C3H8}\)), вы можете сбалансировать углерод и водород, записывая уравнение. Ваш первый черновой вариант будет таким:

\[\ce{ C_3H_8 + O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O} \nonumber\]

Подсчет кислорода приводит непосредственно к окончательной версии:

\[\ce{ C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O} \nonumber\]

Пример 2: сжигание бутана

С бутаном (\(\ce{C4h20}\)) вы можете снова сбалансировать углерод и водород, записывая уравнение.

\[\ce{ C_4H_{10} + O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O} \nonumber\]

Подсчет атомов кислорода приводит к небольшой проблеме — с 13 в правой части. Простой трюк состоит в том, чтобы позволить себе иметь «шесть с половиной» молекул \(\ce{O2}\) слева.

\[\ce{ C_4H_{10} + 6 1/2 O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O} \номер\]

Если вас это оскорбляет, удвойте все:

\[\ce{ 2C_4H_{10} + 13 O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10 H_2O} \nonumber\]

Углеводороды труднее воспламеняются по мере того, как молекулы становятся больше. Это связано с тем, что более крупные молекулы не так легко испаряются — реакция идет намного лучше, если кислород и углеводород хорошо перемешаны в виде газов. Если жидкость не очень летучая, только те молекулы, которые находятся на поверхности, могут реагировать с кислородом. Молекулы большего размера имеют большее притяжение Ван-дер-Ваальса, что затрудняет их отрыв от своих соседей и превращение в газ.

При полном сгорании все углеводороды будут гореть синим пламенем. Однако сгорание имеет тенденцию быть менее полным по мере увеличения числа атомов углерода в молекулах. Это означает, что чем крупнее углеводород, тем больше вероятность того, что вы получите желтое дымное пламя.

Неполное сгорание

Неполное сгорание (при недостатке кислорода) может привести к образованию углерода или монооксида углерода. Проще говоря, водород в углеводороде получает первый шанс на кислород, а углерод получает все, что осталось! Присутствие в пламени тлеющих частиц углерода делает его желтым, а в дыму часто виден черный углерод. Угарный газ образуется в виде бесцветного ядовитого газа.

Почему окись углерода ядовита

Кислород переносится кровью гемоглобином.