Природний газ - це найпоширеніше паливо на сьогоднішній день. Природний газ так і називається природним, тому що він видобувається з надр Землі.

Процес горіння газу є хімічною реакцією, при якій відбувається взаємодія природного газу з киснем, що міститься у повітрі.

У газоподібному паливі є горюча частина і негорюча.

Основним пальним компонентом газу є метан — CH4. Його вміст у природному газі досягає 98%. Метан не має запаху, не має смаку та є нетоксичним. Межа його займистості знаходиться від 5 до 15%. Саме ці якості дозволили використовувати природний газ як один із основних видів палива. Небезпечно для життя концентрація метану більше 10%, так може настати ядуху, внаслідок нестачі кисню.

Для виявлення витоку газу, газ піддають одоризації, інакше кажучи додають сильно пахнучу речовину (етилмеркаптан). При цьому газ можна виявити вже за концентрації 1 %.

Крім метану в природному газі можуть бути горючі гази - пропан, бутан і етан.

Для забезпечення якісного горіння газу необхідно в достатній кількості підвести повітря в зону горіння і досягти хорошого перемішування газу з повітрям. Оптимальним вважається співвідношення 1:10. Тобто одну частину газу припадає десять частин повітря. Крім цього необхідно створення потрібного температурного режиму. Щоб газ спалахнув необхідно його нагріти до температури його займання і надалі температура не повинна опускатися нижче за температуру займання.

Необхідно організувати відведення продуктів згоряння в атмосферу.

Повне горіння досягається в тому випадку, якщо в продуктах згоряння, що виходять в атмосферу, відсутні горючі речовини. При цьому вуглець і водень з'єднуються разом і утворюють вуглекислий газта пари води.

Візуально при повному згорянні полум'я світло-блакитне або блакитно-фіолетове.

Повне згоряння газу.

метан + кисень = вуглекислий газ + вода

СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О

Крім цих газів в атмесферу з горючими газами виходить азот і кисень, що залишився. N 2 + O 2

Якщо згоряння газу відбувається в повному обсязі, то атмосферу викидаються горючі речовини – чадний газ, водень, сажа.

Неповне згоряння газу відбувається через недостатню кількість повітря. При цьому візуально в полум'ї з'являються мови кіптяви.

Небезпека неповного згоряння газу полягає в тому, що чадний газ може спричинити отруєння персоналу котельні. Зміст СО повітря 0,01-0,02% може викликати легке отруєння. Вища концентрація може призвести до тяжкого отруєння та смерті.

Сажа, що утворюється, осідає на стінках котлів, що погіршує, тим самим передачу тепла теплоносія знижує ефективність роботи котельні. Сажа проводить тепло гірше за метан у 200 разів.

Теоретично для спалювання 1м3 газу необхідно 9м3 повітря. У реальних умовах повітря потрібно більше.

Тобто необхідна надмірна кількість повітря. Ця величина альфа, що позначається, показує у скільки разів повітря витрачається більше, ніж необхідно теоретично.

Коефіцієнт альфа залежить від типу конкретного пальника і зазвичай прописується в паспорті пальника або у відповідність до рекомендацій організації пусконалагоджувальної роботи.

Зі збільшенням кількості надлишкового повітря вище за рекомендоване, зростають втрати тепла. При значному збільшенні кількості повітря може статися відрив полум'я, створивши аварійну ситуацію. Якщо кількість повітря менша за рекомендоване, то горіння буде неповним, створюючи тим самим загрозу отруєння персоналу котельні.

Для більш точного контролю якості згоряння палива існують прилади — газоаналізатори, які вимірюють вміст певних речовин у складі газів.

Газоаналізатори можуть надходити в комплекті з казанами. Якщо їх немає, відповідні вимірювання проводить пусконалагоджувальна організація за допомогою переносних газоаналізаторів. Складається режимна карта, в якій прописуються необхідні контрольні параметри. Дотримуючись їх, можна забезпечити нормальне повне згоряння палива.

Основними параметрами регулювання горіння палива є:

  • співвідношення газу і повітря, що подаються на пальники.
  • коефіцієнт надлишку повітря.
  • розрядження у топці.
  • Коефіцієнт корисної дії казана.

При цьому під коефіцієнтом корисної дії котла мають на увазі співвідношення корисного тепла до величини всього витраченого тепла.

Склад повітря

Назва газу Хімічний елемент Зміст у повітрі
Азот N2 78 %
Кисень O2 21 %
Аргон Ar 1 %
Вуглекислий газ CO2 0.03 %
Гелій He менше 0,001%
Водень H2 менше 0,001%
Неон Ne менше 0,001%
Метан CH4 менше 0,001%
Криптон Kr менше 0,001%
Ксенон Xe менше 0,001%

Сторінка 1


Причини неповного згоряння пов'язані з хімічним недопалом та механічним винесенням палива.

Однією з причин неповного згоряння в умовах відкритих повітряних полум'я є утворення важкозгоряння. Нами проведено експериментальні дослідження конденсованих продуктів, що утворюються у відкритих повітряних полум'ях різного класу горючих.

Нестача тяги може бути також причиною неповного згоряння газу через нестачу вторинного повітря. Окис вуглецю, що утворюється при неповному згорянні, сама по собі може бути причиною вибуху газів у димарях або борові у разі підсмоктування в них повітря.

Схема природного потягу.

Недостатня величина розрідження в топці може спричиняти неповне згоряння газу через нестачу вторинного повітря при використанні дифузійних пальників або пальників з частковою інжекцією повітря. Окис вуглецю, що утворюється при неповному згорянні в суміші з повітрям, може бути причиною вибуху газів у димарях або борові.

Зменшення розрідження в топці нижче допустимої межіє причиною неповного згоряння газу та утворення окису вуглецю, який може вибухнути в димарях або борові у разі підсмоктування в них повітря.

Наявність у паливі великої кількостісмолистих речовин може бути причиною неповного згоряння палива та утворення твердих нагарів, що відкладаються переважно на соплі форсунки, що розпилює паливо. Відкладення агарів погіршує розпилювання палив у камері згоряння і може сприяти зниженню або припиненню подачі палива в циліндри двигуна.

Наявність у паливі великої кількості смолистих речовин може бути причиною неповного згоряння палива та утворення твердих нагарів, що відкладаються переважно на соплі форсунки, що розпилює паливо, та у вихлопній системі двигуна. Відкладення нагарів погіршують процес розпилювання палива в камері згоряння та можуть сприяти зниженню або припиненню подачі палива у циліндри двигуна.

Втрата 7з виникає за наявності в газах, що йдуть, продуктів неповного згоряння: окису вуглецю СО, водню Н2, метану СН4 та ін. , невеликий обсяг топки.

Запропонований пристрій дає можливість виконувати основну і найважчу частину спалення без спостереження експериментатора і, що найголовніше, перешкоджає перегріву речовини, виключаючи таким чином можливість занадто швидкого випаровування або розкладання, що зазвичай є причиною неповного згоряння або вибуху в спалювальній трубці.

Бурлаге та Брезе склали таблицю продуктів неповного згоряння, класифікуючи їх з різних причин їх утворення, властивостей палив та режиму двигуна, який швидше за все сприяє їх утворенню. Слід пам'ятати, що на ці співвідношення сильно впливає конструкція двигуна і що при поганій конструкції багато з причин неповного згоряння можуть зустрічатися одночасно. Ця таблиця (табл. 31) може бути прийнята за непогрішне керівництво.

Чорний нагар може бути викликаний причинами, не пов'язаними з правильністю підбору свічки до двигуна. Такий нагар може утворитися в результаті тривалої роботи двигуна в режимі холостого ходу або за малої частоти обертання колінчастого валу. Причиною утворення чорного нагару може бути надто багата паливна суміш. Іноді причиною неповного згоряння паливної сумішіяк наслідок цього чорного нагару буває несправність системи батарейного запалювання.

Швидкість просування зони горіння в напрямку, перпендикулярному зоні, називається швидкістю поширення полум'я. Швидкість поширення полум'я характеризує швидкість нагрівання газоповітряної суміші до температури займання. Найбільшу швидкість розповсюдження має полум'я водню, водяного газу (3 м/сек), найменшу - полум'я природного газу та пропа НО-бутанової суміші. Велика швидкість поширення полум'я сприятливо впливає повноту горіння газу, а мала, навпаки, є однією з причин неповного згоряння газу. Швидкість поширення полум'я збільшується при застосуванні газокисневої суміші замість газоповітряної.

При обліку загального обсягу вуглекислоти вимірювальна бюретка повинна разом з тим служити колектором, і обсяг її повинен бути достатнім для вміщення всього газу, що вийшов при згорянні. Щоб усунути зайве, приплив кисню, простір, в якому відбувається спалення, має бути по можливості малим. Тому запропоновані Kinder oM 2 спіралі з мідної сітки, які вставляють у трубку для спалювання для поглинання оксидів сірки і які, отже, зменшують мертвий простір, треба віддати перевагу промивним склянкам із сумішшю хромової та сірчаної кислот. Також і під час проведення процесу спалення потрібно. Впуск газу можна починати лише тоді, коли введена навішення настільки прогрілася, що горіння заліза починається негайно. Поки триває спалення, не треба пускати кисню більше, ніж його витрачається. Правильну мірутреба вважати дотриманою, коли рівень рідини у розширенні вимірювальної бюретки падає під час спалення лише незначно. Негайному початку горіння сприяє висока температура нагріву; швидке і повне спалення забезпечується застосуванням додатків, що віддають кисень. При дотриманні цих умов час спалення значно скорочується навіть для важко згоряючих легованих матеріалів. Що стосується фарфорових трубок, то трубки з підвищеним вмістом глинозему є менш ламкими; завжди потрібно стежити, щоб охолодження відбувалося поступово. Найдовше тримаються трубки, які весь час я нагріваються, як це, наприклад, має місце при безперервному виробництві. Проти надто сильного шлакування трубок допомагає відновлення шлаків у струмені водню. Метал, що відновлюється при цьому, в нагрітому стані м'який і легко видаляється з трубки. Покриття човників частково перешкоджає доступу кисню, а це може бути причиною неповного згоряння. Хоча присадки самі по собі теж заважають шлакоутворенню, зате вони сильно роз'їдливо діють на порцеляну. Газопроникності при високих температурах навіть у неглазурованих з обох боків трубках немає; тому для спалення можна користуватися як глазурованими, так і неглазурованими трубками.

Горіння – це реакція, коли відбувається перетворення хімічної енергії палива в тепло.

Горіння буває повним та неповним. Повне горіння відбувається за достатньої кількості кисню. Нестача його викликає неповне згоряння, при якому виділяється менша кількість тепла, ніж при повному, і окис вуглецю (СО), що отруйно діє на обслуговуючий персонал, утворюється сажа, що осідає на поверхні нагріву котла і збільшує втрати тепла, що призводить до перевитрати палива та зниження к.п.д. казана, забруднення атмосфери.

Для згоряння 1 м3 метану потрібно 10 м3 повітря, в якому знаходиться 2 м3 кисню. Для повного спалювання природного газу повітря подають у топку з невеликим надлишком. Відношення дійсно витраченого обсягу повітря V д до теоретично необхідного V т називається коефіцієнтом надлишку повітря a = V д / V т. Цей показник залежить від конструкції газового пальникаі топки: що вони досконаліше тим менше a. Необхідно стежити, щоб коефіцієнт надлишку повітря не був меншим за 1, оскільки це призводить до неповного згоряння газу. Збільшення коефіцієнта надлишку повітря знижує к.п.д. котлоагрегату.

Повноту згоряння палива можна визначити за допомогою газоаналізатора та візуально – за кольором та характером полум'я: прозоро-блакитне – згоряння повне;

червоний чи жовтий – згоряння неповне.

Швидкість просування зони горіння в напрямку, перпендикулярному зоні, називається швидкістю поширення полум'я. Швидкість поширення полум'я характеризує швидкість нагрівання газоповітряної суміші до температури займання. Найбільшу швидкість поширення має полум'я водню, водяного газу (3 м/сек), найменшу - полум'я природного газу та пропано-бутанової суміші. Велика швидкість поширення полум'я сприятливо впливає повноту горіння газу, а мала, навпаки, є однією з причин неповного згоряння газу. Швидкість поширення полум'я збільшується при застосуванні газокисневої суміші замість газоповітряної.

Горіння регулюється збільшенням подачі повітря на топку котла або зменшенням подачі газу. У цьому процесі використовується первинне (змішується з газом у пальнику – до горіння) і вторинне (з'єднується з газом або газоповітряною сумішшю в топці котла в процесі горіння) повітря.

У казанах, обладнаних дифузійними пальниками (без примусової подачіповітря), вторинне повітря під дією розрядження надходить у топку через піддувні дверцята.

У котлах, обладнаних інжекційними пальниками: первинне повітря надходить у пальник рахунок інжекції і регулюється регулювальної шайбою, а вторинний – через піддувні дверцята.

У котлах зі змішувальними пальниками первинне та вторинне повітря подається в пальник вентилятором і регулюється повітряними засувками.

Порушення співвідношення між швидкістю газоповітряної суміші на виході з пальника та швидкістю поширення полум'я призводить до відриву або проскакування полум'я на пальниках.

Якщо швидкість газоповітряної суміші на виході з пальника більша за швидкість поширення полум'я – відрив, а якщо менше – проскок.

При відриві та проскакуванні полум'я обслуговуючий персонал повинен погасити котел, провентилювати топку та газоходи і знову розпалити котел.

Продуктами згоряння газу є діоксид вуглецю, водяні пари, кілька надлишкового кисню і азот. Продуктами неповного згоряння газу можуть бути оксид вуглецю, незгорілі водень і метан, важкі вуглеводні, сажа.

Чим більше в продуктах згоряння діоксиду вуглецю СО 2 тим менше буде в них оксиду вуглецю СО і тим повніше буде згоряння. У практику введено поняття «максимальний вміст СО 2 у продуктах згоряння». Кількість діоксиду вуглецю в продуктах згоряння деяких газів наведено нижче.

Кількість діоксиду вуглецю в продуктах згоряння газу

Користуючись даними таблиці та знаючи відсотковий вміст СО 2 у продуктах згоряння, можна легко визначити якість згоряння газу та коефіцієнт надлишку повітря а. Для цього з допомогою газоаналізатора слід визначити кількість СО 2 в продуктах згоряння газу і на отриману величину розділити значення СО 2max , взяте з таблиці. Так, наприклад, якщо при спалюванні газу в продуктах його згоряння міститься 10,2% діоксиду вуглецю, то коефіцієнт надлишку повітря в топці

α = CO 2max /CO 2 аналізу = 11,8/10,2 = 1,15.

Найбільш досконалий спосіб контролю надходження повітря в топку та повноти його згоряння – аналіз продуктів згоряння за допомогою автоматичних газоаналізаторів. Газоаналізатори періодично відбирають пробу газів, що відходять і визначають вміст в них діоксиду вуглецю, а також суму оксиду вуглецю і незгорілого водню (СО + Н 2) в об'ємних відсотках.

Якщо показання стрілки газоаналізатора за шкалою (С 2 + Н 2) дорівнюють нулю, це означає, що горіння повне, і в продуктах згоряння немає оксиду вуглецю і водню, що не згорів. Якщо стрілка відхилилася від нуля вправо, то продукти згоряння є оксид вуглецю і незгорілий водень, тобто відбувається неповне згоряння. На іншій шкалі стрілка газоаналізатора повинна показувати максимальний вміст СО 2mах у продуктах згоряння. Повне згоряння відбувається при максимальному відсотку діоксиду вуглецю, коли стрілка покажчика шкали СО + Н2 знаходиться на нулі.

Подібний дефект пов'язаний із несправністю системи автоматики казана. Зазначимо, що експлуатувати котел із вимкненою автоматикою (наприклад, якщо примусово заклинити пускову кнопку у натиснутому стані) категорично заборонено. Це може призвести до трагічних наслідків, оскільки при короткочасному припиненні подачі газу або при згасанні полум'я сильним потоком повітря газ почне надходити в приміщення. Для розуміння причин виникнення подібного дефекту розглянемо докладніше роботу системи автоматики. На рис. 5 показано спрощену схему цієї системи. Схема складається з електромагніту, вентиля, датчика тяги та термопари. Для увімкнення запальника натискають пускову кнопку. Шток, пов'язаний з кнопкою, тисне на мембрану вентиля, і газ починає надходити до запальника. Після цього запалюють запальник. Полум'я запальника стосується корпусу датчика температури (термопари). Через деякий час (30 ... 40 с) термопара нагрівається і на її висновках з'являється ЕРС, якої достатньо для спрацьовування електромагніту. Останній, своєю чергою, фіксує шток у нижньому (як у рис. 5) положенні. Тепер пускову кнопку можна відпустити. Датчик тяги складається з біметалічної пластини та контакту (рис. 6). Датчик розташований у верхній частині котла біля труби відведення продуктів горіння в атмосферу. У разі засмічення труби її температура різко підвищується. Біметалічна пластина нагрівається та розриває ланцюг подачі напруги на електромагніт - шток більше не утримується електромагнітом, вентиль закривається, і подача газу припиняється. Розташування елементів пристрою автоматики показано на рис. 7. На ньому видно, що електромагніт закритий захисним ковпаком. Провід від датчиків розташований усередині тонкостінних трубок До електромагніту трубки кріпляться за допомогою накидних гайок. Корпусні висновки датчиків підключаються до електромагніту через корпус трубок. А тепер розглянемо методику пошуку вказаної вище несправності. Перевірку починають із найслабшої ланки пристрою автоматики - датчика тяги. Датчик не захищений кожухом, тому через 6... 12 місяців експлуатації «обростає» товстим шаром пилу Біметалічна пластина (див. рис. 6) швидко окислюється, що призводить до погіршення контакту. Шубу з пилу видаляють м'яким пензлем. Потім пластину відтягують від контакту та зачищають дрібним наждачним папером. Не слід забувати, що потрібно очистити і сам контакт. Гарні результатидає чищення зазначених елементів спеціальним спреєм "Контакт". До його складу входять речовини, що активно руйнують оксидну плівку. Після чищення на пластину та контакт наносять тонкий шаррідкого мастила. Наступним кроком перевіряють справність термопари. Вона працює у важкому тепловому режимі, оскільки завжди знаходиться в полум'ї запальника, природно, її термін служби значно менше інших елементів котла. Основний дефект термопари – прогар (руйнування) її корпусу. При цьому різко зростає перехідний опір у місці зварювання (спаю). Внаслідок цього струм у ланцюгу Термопара - Електромагніт - Біметалічна пластина буде нижчою за номінальне значення, що призводить до того, що електромагніт вже не зможе фіксувати шток (рис. 5). Для перевірки термопари відкручують накидну гайку (рис. 7), розташовану з лівої сторони електромагніту. Потім включають запальник і заміряють вольтметром постійну напругу (термо-ЕРС) на контактах термопари (рис. 8). Нагріта справна термопара формує ЕРС близько 25...30 мВ. Якщо це значення менше, термопара несправна. Для її остаточної перевірки відстиковують трубку від кожуха електромагніту і вимірюють опір термопари. Опір нагрітої термопари становить менше 1 Ом. Якщо ж опір термопари – сотні Ом та більше її необхідно замінити.Низька величина термо-ЕРС, що формується термопарою, може бути викликана наступними причинами: - засміченням форсунки запальника (внаслідок цього, температура нагрівання термопари може бути нижчою за номінальну). «Лічать» подібний дефект прочищення отвору запальника будь-яким м'яким дротом відповідного діаметра; - Зміщенням положення термопари (природно, вона теж може нагріватися недостатньо). Усувають дефект наступним чином- послаблюють гвинт кріплення підводки біля запальника та регулюють положення термопари (рис 10); - Низьким тиском газу на вході котла. Якщо ЕРС на висновках термопари в нормі (при збереженні ознак несправності, зазначених вище), перевіряють такі елементи: - цілісність контактів у місцях підключення термопари та датчика тяги. Окислені контакти необхідно зачистити. Накидні гайки закручують, як то кажуть, «від руки». У цьому випадку гайковий ключ застосовувати небажано, тому що можна легко порвати відповідні до контактів дроти; - Цілісність обмотки електромагніту і, при необхідності, пропаюють її висновки. Працездатність електромагніта можна перевірити в такий спосіб. Від'єднують підведення термопари. Натискають та утримують пускову кнопку, потім підпалюють запальник. Від окремого джерела постійної напруги на контакт електромагніта (від термопари), що звільнився, подають відносно корпусу напругу близько 1 В (при струмі до 2 А). Для цього можна використовувати звичайну батарейку (1,5 В), головне, щоб вона забезпечила необхідний робочий струм. Тепер кнопку можна відпустити. Якщо запальник не згас, електромагніт та датчик тяги справні; - Датчик тяги. Спочатку перевіряють зусилля притискання контакту до біметалічної пластини (при зазначених ознаках несправності часто буває недостатнім). Для збільшення сили притиску звільняють стопорну гайку та переміщують контакт ближче до пластини, потім затягують гайку. В цьому випадку ніяких додаткових регулювань не потрібно – на температуру спрацьовування датчика сила притиску не впливає. Датчик має великий запас по кутку відхилення пластини, забезпечуючи надійне розривання. електричного ланцюгау разі аварії.