Masharti ya kuwasha na mwako wa mafuta ya gesi
A. S. Isserlin
Mchakato wa mwako unategemea athari za kemikali uhusiano wa mafuta na oxidizer. Ili mchakato wa mwako wa gesi kutokea, hali maalum zinapaswa kuundwa. Kwanza, ni muhimu kusambaza kiasi cha kutosha cha wakala wa oksidi (kawaida hewa) kwa gesi inayowaka na kuchanganya. Pili, mchanganyiko wa gesi-hewa lazima iwe na vikomo vya mkusanyiko wa kuwaka na chanzo cha kuwasha lazima kitolewe. Tatu, ni muhimu kuunda hali kwa ajili ya maendeleo ya mchakato wa mwako, i.e. fulani kiwango cha joto.
Uundaji wa mchanganyiko (kuchanganya sare ya gesi na hewa) ni moja ya hatua kuu za mchakato mzima wa mwako. Hatua zote zaidi ambazo mafuta hupita wakati wa kubadilisha nishati ya kemikali kuwa nishati ya joto hutegemea sana mchakato wa kuunda mchanganyiko. Kwa kuwa kiwango cha juu cha joto huanzishwa kila wakati katika eneo la mwako, wakati unaotumika kwenye athari za mwako wa kemikali daima ni chini sana kuliko wakati unaohitajika kwa mchakato wa kuunda mchanganyiko.
Kuungua mafuta ya gesi, kama nyingine yoyote, katika mtiririko wa hewa kwa mujibu wa maoni ya kisasa inawezekana kwa misingi ya kanuni za kinetic na uenezi.
Jumla ya muda wa mwako wa gesi, ambayo huamua kiwango cha mwako;
TP TS~1"~X1
Ambapo tc ni wakati wa kuunda mchanganyiko unaohitajika kuchanganya gesi na kioksidishaji; tx - wakati wa athari za kemikali.
Ikiwa ts<Стх, то практически тп«т*. В этом случае процесс протекает в кинетической области. Если же, наоборот, Тс^-Тх, то Тп»тс и, следовательно, процесс протекает в диффузионной области.
Wakati mchakato wa mwako unatokea katika eneo la kinetic, kiwango cha mwako hutegemea mali ya mchanganyiko unaoweza kuwaka, joto katika kiasi cha mmenyuko na mkusanyiko wa reagents katika eneo la mwako, i.e. inadhibitiwa na sheria za kinetics za kemikali. Wakati huo huo, kiwango cha mchakato katika eneo la kinetic haitegemei mambo ya hydrodynamic, yaani, juu ya kiwango cha mtiririko, vipimo vya kijiometri vya chumba cha majibu, nk.
Kinyume chake, katika eneo la kuenea, kiwango cha mchakato kinatambuliwa na mambo ya hydrodynamic na haitegemei kinetic. Katika eneo hili, mali ya mchanganyiko unaowaka na sababu ya joto huacha kuchukua jukumu la kuamua. Njia rahisi za hydrodynamic zinaweza kutumika kushawishi ukubwa wa mchanganyiko, ambayo itasababisha mabadiliko katika sifa za bomba la kueneza.
Kwa kanuni ya kinetic, mchanganyiko wa gesi-hewa ya homogeneous huundwa kwanza kwenye burner, ambayo huingizwa kwenye chumba cha mwako. Kwa hiyo, mwako wa mchanganyiko huo hutokea kwa thamani ya mara kwa mara ya sifa zote kuu (voltage ya joto, hewa ya ziada, nk). Mwako wa kinetic hutokea tu ikiwa hali hiyo imefikiwa A^1.0. Wakati a<1 кинетическое горение протекает лишь на первой стадии, т. е. до тех пор, пока не израсходован весь кислород смеси. Остаток горючих компонентов, разбавленных продуктами сгорания, может быть сожжен только при условии подвода дополнительного окислителя (воздуха).
Kanuni ya uenezaji wa mwako ina maana ya kuundwa kwa hali hiyo kwa ajili ya tukio la mchakato ambao mchanganyiko huwaka mara moja katika tukio lake, yaani, wakati mafuta na kioksidishaji vinapogusana katika uwiano sahihi wa kiasi. Mchakato wa mwako wa kueneza umewekwa kwa kubadilisha ukubwa wa uundaji wa mchanganyiko kwa kutofautiana kubuni na vigezo vya uendeshaji wa burner. Matokeo yake, kulingana na mahitaji ya kiteknolojia, inawezekana kufupisha au kupanua eneo la kuchanganya.
Katika mazoezi, mwako wa gesi hutumiwa mara nyingi, kuchanganya kanuni hizi zote mbili. Katika kesi hiyo, sehemu ya hewa ni kabla ya kuchanganywa na gesi katika burner, na wengine, muhimu kwa mwako kamili, hutolewa moja kwa moja kwenye eneo la mwako. Kwa kubadilisha uwiano huu, unaweza kushawishi urefu wa tochi ya gesi. Katika burners nyingi, gesi hutolewa kwa pembe moja au nyingine kwa mtiririko wa hewa.
Kazi nyingi zimetolewa kwa utafiti wa mchakato wa kuunda mchanganyiko. Hii inaturuhusu kuunda mifumo kadhaa ya jumla.
Kwa burners ya gesi ya mtiririko wa moja kwa moja, bora zaidi ya kuchanganya, zaidi ya sehemu ya msalaba wa burner ya jets ya gesi hufunika, yaani, zaidi ya aina mbalimbali za jets za gesi. Katika burners na mtiririko unaozunguka sana, mtu haipaswi kujitahidi kwa muda mrefu wa jets za gesi.
Kuongezeka kwa mzunguko wa mtiririko wa hewa husababisha ugawaji upya wa gesi na hewa kwenye sehemu ya msalaba wa burner, ongezeko la ukubwa wa mchanganyiko wa gesi-hewa na ongezeko la ukanda wa kati wa mikondo ya nyuma kwenye burner.
Hali ya ushawishi wa twist ya mtiririko wa hewa kwenye mchakato wa malezi ya mchanganyiko ni tofauti kulingana na vigezo vingine vya kuamua. Kwa hivyo, wakati gesi hutolewa kwa maeneo ya pembeni ya burner (bila kujali aina yake), ongezeko la mzunguko wa mtiririko husababisha uboreshaji unaoonekana katika malezi ya mchanganyiko. Kinyume chake, wakati gesi inapotolewa kwa ukanda wa kati wa burner, ongezeko la twist haileti, kama sheria, kuboresha mchakato.
Seti ya matukio ambayo tunaita mwako yanaweza kutokea tu katika mlolongo fulani, kutoka hatua moja hadi nyingine. G. F. Knorre anatoa michoro ifuatayo ya mchakato wa mwako wa hali ya kutosha wa gesi na mafuta ya kioevu yenye chanzo cha kudumu, ambacho anakiita kwenye mstari (Mchoro 1). Mchoro rahisi zaidi wa mtiririko hutokea wakati wa kuchoma mafuta ya gesi yenye molekuli rahisi (kwa mfano, hidrojeni) ambazo hazihitaji mtengano wa awali wa pyrogenic (Mchoro 1, Mchoro wa Mtiririko wa Rahisi). A). Wakati mafuta ya gesi au kioevu ya hidrokaboni yanachomwa, A 6
Mchakato wa mwako unaoendelea unakuwa ngumu zaidi: hatua nyingine ya kati hutokea - mtengano wa pyrogenic. Kwa mafuta ya kioevu, hatua hii inatanguliwa na hatua ya uvukizi (Mchoro 1.6). Ili kutekeleza mpango wa mtiririko, kiwango cha joto cha kutosha kinahitajika katika chumba cha mwako, ambacho mafuta na oxidizer hutolewa katika mito inayoendelea. Baada ya kukamilika kwa athari, bidhaa za mwako pia huondolewa kwa kuendelea kutoka kwenye tovuti ya mwako.
Inajulikana kuwa mchanganyiko wa gesi-hewa huwaka tu wakati maudhui ya gesi katika hewa ni ndani ya mipaka fulani (kwa kila gesi). Katika maudhui ya chini ya gesi, kiasi cha joto kilichotolewa wakati wa mwako haitoshi kuleta tabaka za karibu za mchanganyiko kwa joto la moto. Vile vile huzingatiwa wakati maudhui ya gesi katika mchanganyiko wa gesi-hewa ni ya juu sana. Ukosefu wa oksijeni katika hewa inayotumiwa kwa mwako husababisha kupungua kwa kiwango cha joto, kama matokeo ambayo tabaka za karibu za mchanganyiko hazi joto hadi.
Viwango vya joto. Matukio haya mawili yanahusiana na mipaka ya chini na ya juu ya kuwaka (Jedwali 1). Kwa hivyo, pamoja na kuchanganya gesi na hewa kwa idadi fulani, hali ya awali lazima iundwe kwa kuwasha mchanganyiko.
|
Jedwali / Vikomo vya kuwaka na joto la kuwaka kwa gesi mbalimbali hewani
|
Oxidation ya gesi zinazowaka inawezekana kwa joto la chini, lakini basi huendelea polepole sana kutokana na kiwango cha chini cha majibu. Joto linapoongezeka, kasi ya mmenyuko wa oxidation huongezeka hadi mwako wa hiari hutokea (badala ya oxidation polepole, mchakato wa mwako wa hiari huanza). Hii ina maana kwamba mchanganyiko unaowaka moto kwa joto la kuwasha una nishati hiyo ambayo sio tu fidia kwa kupoteza joto kwa mazingira, lakini pia inahakikisha inapokanzwa na maandalizi ya mchanganyiko wa gesi-hewa unaoingia kwenye eneo la mwako kwa ajili ya kuwasha.
Joto la moto la gesi hutegemea mambo kadhaa, ikiwa ni pamoja na maudhui ya gesi inayowaka katika mchanganyiko wa gesi-hewa, shinikizo, njia ya kupokanzwa mchanganyiko, nk, na kwa hiyo sio thamani halisi. Katika meza Jedwali la 1 linaonyesha halijoto ya kuwaka kwa baadhi ya gesi zinazoweza kuwaka hewani.
Kwa mazoezi, kuna njia mbili za kuwasha mchanganyiko unaoweza kuwaka: kuwasha na kuwasha.
Saa Kujiwasha kiasi kizima cha mchanganyiko wa gesi-hewa inayoweza kuwaka huletwa hatua kwa hatua kwenye joto la moto, baada ya hapo mchanganyiko huwaka bila ushawishi wa nje wa joto.
Katika teknolojia, njia ya pili inatumiwa sana, inayoitwa Kuwasha. Kwa njia hii, si lazima kuwasha mchanganyiko mzima wa gesi-hewa kwa joto la kuwasha; nk). Matokeo yake, kuwasha hupitishwa kwa kiasi kizima cha mchanganyiko kwa njia ya kuenea kwa moto, ambayo haifanyiki mara moja, lakini kwa kasi fulani ya anga. Kasi hii inaitwa Kasi ya uenezi wa moto katika mchanganyiko wa gesi-hewa na ni sifa muhimu zaidi ambayo huamua hali ya tukio na uimarishaji wa mwako. Utulivu wa burners, kama itaonyeshwa hapa chini, inahusiana na kasi ya uenezi wa moto.
Kwa hivyo, mchakato wa mwako wa mafuta ya gesi hujumuisha kuchanganya gesi na hewa, inapokanzwa mchanganyiko unaosababishwa na joto la moto, kuwasha na tukio la athari za mwako, ikifuatana na kutolewa kwa joto. Zaidi ya hayo, kuchanganya gesi na hewa na kupokanzwa mchanganyiko huchukua muda mwingi wakati wa mchakato wa mwako, kwani athari za mwako hutokea karibu mara moja.
Kulingana na mchakato wa kiteknolojia (uzalishaji wa mvuke na maji ya moto katika kitengo cha boiler, inapokanzwa kwa bidhaa katika kitengo cha tanuru, nk), inakuwa muhimu kushawishi mchakato wa mwako, kubadilisha sifa zake za mwisho. Hii inafanikiwa na mbinu mbalimbali za kubuni, ambazo zimeelezwa katika Sura. III.
Ulinganisho wa mashamba ya joto katika kiasi cha tochi wakati wa mwako wa gesi na uwiano tofauti wa hewa ya ziada ni dalili. Mfano wa ulinganisho kama huo umetolewa kwenye Mtini. 2 kwa kichomeo chenye kipenyo cha pua ya milimita 35 kama kitendakazi
|
|
Wapi NA- thamani ya joto ya sasa katika moto, °C; £ max - kiwango cha juu cha joto katika moto (kipimo), °C; X- umbali kutoka hatua ya kipimo hadi mwanzo wa tochi, m; U- umbali kutoka kwa hatua ya kupimia hadi mhimili wa tochi, m; Y- kipenyo cha pua ya burner, m.
Katika Mtini. Mchoro wa 2 unaonyesha grafu za usambazaji wa joto kwa coefficients tatu za ziada za hewa. Aidha, kuratibu X/y=O inalingana na sehemu ya kutoka ya pua ya burner, na kuratibu U/y=0 - mhimili wa tochi.
Kama inavyoonekana kutoka kwa takwimu, usambazaji wa joto kwenye bomba la bure sio sawa. Kwa kupita kiasi kidogo cha hewa ya msingi, kwa mfano a = 0.5, uwepo wa msingi wa ndani kwenye bomba hupotosha sana uwanja wa joto na hutoka tu kwa umbali x/c/ = 10, wakati kiwango cha 0.75 tayari kinatokea. saa X/y=2.5, na kwa = 1.0 hata mapema - saa X/y=1.0.
Joto la juu zaidi katika moto wazi huzingatiwa katika sehemu za mwanzo kwa umbali kutoka kwa mhimili wa moto U/y = 0.5, na kisha katikati ya tochi. Zaidi ya hayo, kwa kuongezeka kwa mgawo wa ziada wa hewa, joto la juu hubadilika kuelekea kinywa cha burner. Hivyo, joto la juu katika = 0.75 lilipimwa kwa mbali X/y=2.5, na kwa =1.0 - kwa mbali X/y=1.0.
Wakati wa kuzingatia usambazaji wa joto na viwango vya CO2 kwenye bomba pamoja, bahati mbaya ya maxima huzingatiwa.
Halijoto na CO2 yaliyomo. Kwa hiyo, kiwango cha juu cha joto katika moto kinalingana na kiwango cha juu cha mwako wa vitu vinavyoweza kuwaka.
Upotevu wa baadhi ya joto iliyotolewa kutokana na mwako wa gesi hauepukiki. Hata hivyo, wanaweza kupunguzwa kwa kiwango cha chini na usimamizi sahihi wa mchakato wa mwako. Hebu tuzingatie zipi. vipengele vinaongeza hasara hizi.
Wakati wa kuchoma mafuta ya gesi, hasara zifuatazo za joto hutokea: na gesi za kutolea nje, kutoka kwa mwako usio kamili wa kemikali na katika mazingira. Kulingana na uamuzi wa upotezaji wa joto la mtu binafsi kwa usawa wa nyuma, ufanisi (ufanisi) wa kitengo, °/o, unaweza kuhesabiwa:
Wapi<72 - потери тепла с уходящими газами, %; - потери тепла
Kutoka kwa kutokamilika kwa kemikali ya mwako,%; Q5- kupoteza joto kwa mazingira, %.
Kupoteza joto na gesi za flue- joto la kimwili la bidhaa za mwako kuacha kitengo ni moja kuu. Haiwezekani kuwaondoa kabisa, lakini ni muhimu kujitahidi kupunguza. Hasara za joto na gesi za flue hutegemea joto la gesi na wingi wao. Chini ya joto la gesi ya flue, joto la chini litapotea, kwa hiyo unapaswa kujitahidi kupunguza joto la gesi ya flue ndani ya mipaka inayofaa. Athari ya joto la gesi ya flue juu ya kupoteza joto inaweza kuonekana kutoka kwa Jedwali. 2.
Jedwali 2
|
Kupoteza joto na gesi za moshi wakati wa kuchoma gesi asilia,%
|
Kupoteza joto na gesi za kutolea nje kwa kawaida huonyeshwa kwa asilimia ya jumla ya joto linalopatikana, yaani, joto la mwako wa mafuta. Kwa mfano, ikiwa kupoteza joto ni 700 kcal / m3 wakati wa kuchoma gesi asilia, basi
700-100 ___ „24°/
Kiasi cha gesi zinazoondoka kwenye kitengo hutegemea mgawo wa ziada wa hewa ambayo burner hufanya kazi na kunyonya
Hewa kupitia uvujaji kwenye kitengo. Kadiri mgawo wa hewa ya ziada unavyoongezeka kwenye sehemu ya kichomea na kufyonza hewa ndani ya kitengo, ndivyo upotevu wa joto unavyoongezeka na gesi za moshi. Kutoka kwa meza 2 inaonyesha kuwa mabadiliko katika mgawo wa jumla wa hewa ya ziada katika bidhaa za mwako na aa = 1.2-5-1.6 huongeza hasara ya joto na gesi za flue kutoka 10.5 hadi 13.2% (kwa joto la mara kwa mara la gesi ya flue ya 240 ° C).
Kwa hivyo, ili kupunguza upotezaji wa joto na gesi za flue, inahitajika kufanya mchakato wa mwako na uwiano wa hewa wa chini unaoruhusiwa, kuhakikisha wiani wa juu wa kitengo na kufikia kupunguzwa kwa joto la gesi za flue.
Hasara za joto kutokana na mwako usio kamili wa kemikali wa gesi hutokea wakati kuna ukosefu wa hewa, kuchanganya maskini katika burner ya gesi, au kupungua kwa kasi kwa kiwango cha joto katika eneo la mwako. Matokeo yake, mwako wa gesi hutokea bila kukamilika na vipengele vinavyoweza kuwaka (kwa mfano, hidrojeni, monoxide ya kaboni, nk) kuondoka na bidhaa za mwako. Hii inasababisha matumizi duni ya nishati ya kemikali ya mafuta na kupungua kwa ufanisi wa kitengo. Hata maudhui madogo ya vipengele vinavyoweza kuwaka katika bidhaa za mwako husababisha hasara kubwa za joto kutokana na mwako usio kamili wa kemikali. Hebu tufikiri kwamba bidhaa za mwako zilikuwa na 0.7% ya hidrojeni na 0.5% ya monoxide ya kaboni. Kitengo kilichoma gesi asilia na mgawo wa hewa ya ziada nyuma ya ufungaji a» = = 1.5. Hasara za joto kutokana na mwako usio kamili wa kemikali zilifikia ~ 450 kcal/m3 au
A___ 450-100 poo/
Kwa hiyo, kutokana na mfano unaozingatiwa ni wazi kwamba vipengele vinavyoweza kuwaka katika bidhaa za mwako lazima zisiwepo kabisa au kuwa na thamani ya chini.
Kupoteza joto kwa mazingira ni kutokana na ukweli kwamba kuta za kitengo zina joto la juu kuliko hewa inayozunguka. Ukubwa wa hasara hizi inategemea hasa tofauti ya joto kati ya kuta za nje za kitengo na hewa inayozunguka, ukubwa wa uso wa ukuta, conductivity ya joto ya nyenzo za uashi na unene wake. Hasara kwa mazingira huhesabiwa kinadharia au kuchukuliwa kutoka kwa viwango vya kuhesabu joto, kulingana na muundo na utendaji wa kitengo.
Ikiwa tunafupisha hasara zote za joto zinazotokea wakati wa kuchoma gesi kwenye kitengo na kuziondoa kutoka 100, tutapata ufanisi wa kitengo. Kwa mfano, hebu tumia takwimu zilizotolewa hapo juu, kuchukua<75 равным 3,60%, тогда к. п. д. агрегата
T]= 100-(8.24+5.28+3.60)=82.88%*
Taarifa za jumla. Chanzo kingine muhimu cha uchafuzi wa ndani, sababu yenye nguvu ya kuhamasisha wanadamu, ni gesi asilia na bidhaa zake za mwako. Gesi ni mfumo wa sehemu nyingi unaojumuisha kadhaa ya misombo tofauti, pamoja na ile iliyoongezwa maalum (Jedwali).
Kuna ushahidi wa moja kwa moja kwamba matumizi ya vifaa vinavyochoma gesi asilia (jiko la gesi na boilers) ina athari mbaya kwa afya ya binadamu. Kwa kuongeza, watu wenye kuongezeka kwa unyeti kwa mambo ya mazingira huguswa kwa kutosha kwa vipengele vya gesi asilia na bidhaa zake za mwako.
Gesi asilia nyumbani ni chanzo cha vichafuzi vingi tofauti. Hizi ni pamoja na misombo ambayo iko moja kwa moja kwenye gesi (harufu, hidrokaboni ya gesi, muundo wa sumu ya organometallic na gesi ya radoni ya mionzi), bidhaa za mwako usio kamili (monoxide ya kaboni, dioksidi ya nitrojeni, chembe za kikaboni zilizojaa, hidrokaboni yenye kunukia ya polycyclic na kiasi kidogo cha misombo ya kikaboni yenye tete. ) Vipengele hivi vyote vinaweza kuathiri mwili wa binadamu ama wao wenyewe au pamoja na kila mmoja (athari ya synergy).
Jedwali 12.3
Muundo wa mafuta ya gesi
Vitoa harufu. Harufu ni misombo ya kikaboni yenye kunukia iliyo na salfa (mercaptani, thioethers na misombo ya thio-aromatic). Imeongezwa kwa gesi asilia ili kugundua uvujaji. Ingawa misombo hii iko katika viwango vidogo sana, vya chini ambavyo havizingatiwi sumu kwa watu wengi, harufu yake inaweza kusababisha kichefuchefu na maumivu ya kichwa kwa watu wenye afya.
Uzoefu wa kimatibabu na data ya epidemiolojia zinaonyesha kuwa watu wanaohisi kemikali huguswa isivyofaa kwa misombo ya kemikali iliyopo hata katika viwango vya chini zaidi. Watu walio na pumu mara nyingi hutambua harufu kama kichochezi (kichochezi) cha mashambulizi ya pumu.
Odorants ni pamoja na, kwa mfano, methanethiol. Methanethiol, pia inajulikana kama methyl mercaptan (mercaptomethane, thiomethyl alkoholi), ni kiwanja cha gesi ambacho hutumiwa kwa kawaida kama kiongezi cha kunukia kwa gesi asilia. Harufu isiyofaa hupatikana na watu wengi katika mkusanyiko wa sehemu 1 katika 140 ppm, lakini kiwanja hiki kinaweza kugunduliwa kwa viwango vya chini sana na watu wenye hisia kali. Uchunguzi wa sumu katika wanyama umeonyesha kuwa 0.16% methanethiol, 3.3% ethanethiol, au 9.6% dimethyl sulfidi wana uwezo wa kusababisha kukosa fahamu katika 50% ya panya walioathiriwa na misombo hii kwa dakika 15.
Mercaptan nyingine, inayotumika pia kama kiongezi cha kunukia kwa gesi asilia, ni mercaptoethanol (C2H6OS) pia inajulikana kama 2-thioethanol, ethyl mercaptan. Inakera macho na ngozi yenye nguvu, yenye uwezo wa kusababisha athari za sumu kupitia ngozi. Inaweza kuwaka na hutengana inapokanzwa na kutengeneza mivuke yenye sumu kali ya SOx.
Mercaptans, zikiwa ni uchafuzi wa hewa ndani ya nyumba, zina sulfuri na zina uwezo wa kukamata zebaki ya msingi. Katika viwango vya juu, mercaptans inaweza kusababisha kuharibika kwa mzunguko wa pembeni na kuongezeka kwa mapigo ya moyo, na inaweza kuchochea kupoteza fahamu, maendeleo ya cyanosis, au hata kifo.
Erosoli. Mwako wa gesi asilia huzalisha chembe ndogo za kikaboni (erosoli), ikiwa ni pamoja na hidrokaboni zenye harufu ya kansa, pamoja na misombo ya kikaboni tete. DOS hushukiwa kuwa wakala wa kuhamasisha ambao, pamoja na vijenzi vingine, wanaweza kusababisha ugonjwa wa "jengo la wagonjwa", pamoja na hisia nyingi za kemikali (MCS).
DOS pia inajumuisha formaldehyde, ambayo hutengenezwa kwa kiasi kidogo wakati wa mwako wa gesi. Utumiaji wa vifaa vya gesi katika nyumba inayokaliwa na watu nyeti huongeza uwezekano wa kuwasha, na hivyo kuongeza dalili za ugonjwa na pia kukuza uhamasishaji zaidi.
Erosoli zinazozalishwa wakati wa mwako wa gesi asilia zinaweza kuwa maeneo ya adsorption kwa aina mbalimbali za misombo ya kemikali iliyopo angani. Kwa hivyo, vichafuzi vya hewa vinaweza kujilimbikizia katika midogo midogo na kuathiriana, hasa wakati metali hufanya kama vichocheo vya athari. Chembe ndogo, juu ya shughuli za mkusanyiko wa mchakato huu.
Zaidi ya hayo, mvuke wa maji unaozalishwa wakati wa mwako wa gesi asilia ni kiungo cha usafiri kwa chembe za erosoli na uchafuzi wa mazingira wakati wa uhamisho wao kwenye alveoli ya pulmona.
Mwako wa gesi asilia pia hutoa erosoli zenye hidrokaboni zenye kunukia za polycyclic. Wana athari mbaya kwenye mfumo wa kupumua na wanajulikana kama kansajeni. Kwa kuongeza, hidrokaboni inaweza kusababisha ulevi wa muda mrefu kwa watu wanaohusika.
Uundaji wa benzini, toluini, ethylbenzene na zilini wakati wa mwako wa gesi asilia pia haifai kwa afya ya binadamu. Benzene inajulikana kuwa kansa katika dozi chini ya kiwango cha juu. Mfiduo wa benzini unahusiana na kuongezeka kwa hatari ya saratani, haswa leukemia. Athari za kuhamasisha za benzene hazijulikani.
Misombo ya Organometallic. Baadhi ya vipengele vya gesi asilia vinaweza kuwa na viwango vya juu vya metali nzito zenye sumu, ikiwa ni pamoja na risasi, shaba, zebaki, fedha na arseniki. Kwa uwezekano wote, metali hizi zipo katika gesi asilia katika mfumo wa muundo wa organometallic kama vile trimethylarsenite (CH3)3As. Uhusiano wa metali hizi zenye sumu na tumbo la kikaboni huzifanya lipid mumunyifu. Hii husababisha viwango vya juu vya kunyonya na tabia ya kujilimbikiza katika tishu za adipose ya binadamu. Sumu ya juu ya tetramethylplumbite (CH3)4Pb na dimethylmercury (CH3)2Hg inaonyesha athari kwa afya ya binadamu, kwa kuwa misombo ya methylated ya metali hizi ni sumu zaidi kuliko metali zenyewe. Misombo hii ina hatari fulani wakati wa kunyonyesha kwa wanawake, kwani katika kesi hii lipids huhama kutoka kwa bohari ya mafuta ya mwili.
Dimethylmercury (CH3)2Hg ni kiwanja hatari sana cha organometallic kutokana na lipophilicity yake ya juu. Methylmercury inaweza kuingizwa ndani ya mwili kwa kuvuta pumzi na pia kupitia ngozi. Kunyonya kwa kiwanja hiki katika njia ya utumbo ni karibu 100%. Mercury ina athari ya neurotoxic iliyotamkwa na uwezo wa kuathiri kazi ya uzazi wa binadamu. Toxicology haina data juu ya viwango salama vya zebaki kwa viumbe hai.
Misombo ya arseniki ya kikaboni pia ni sumu sana, hasa inapoharibiwa kimetaboliki (uanzishaji wa kimetaboliki), na kusababisha kuundwa kwa fomu za isokaboni zenye sumu.
Bidhaa za mwako wa gesi asilia. Dioksidi ya nitrojeni inaweza kutenda kwenye mfumo wa pulmona, ambayo inawezesha maendeleo ya athari za mzio kwa vitu vingine, inapunguza kazi ya mapafu, uwezekano wa magonjwa ya kuambukiza ya mapafu, huongeza pumu ya bronchial na magonjwa mengine ya kupumua. Hii inajulikana hasa kwa watoto.
Kuna ushahidi kwamba NO2 inayozalishwa kwa kuchoma gesi asilia inaweza kusababisha:
- kuvimba kwa mfumo wa pulmona na kupungua kwa kazi muhimu ya mapafu;
- ongezeko la hatari ya dalili zinazofanana na pumu, ikiwa ni pamoja na kupumua, upungufu wa kupumua na mashambulizi. Hii ni kawaida kwa wanawake wanaopika kwenye jiko la gesi, na pia kwa watoto;
- kupungua kwa upinzani kwa magonjwa ya mapafu ya bakteria kutokana na kupungua kwa mifumo ya kinga ya kinga ya mapafu;
- kusababisha athari mbaya kwa ujumla juu ya mfumo wa kinga ya binadamu na wanyama;
- ushawishi kama adjuvant juu ya maendeleo ya athari za mzio kwa vipengele vingine;
- kuongezeka kwa unyeti na kuongezeka kwa majibu ya mzio kwa allergener mbaya.
Bidhaa za mwako wa gesi asilia zina mkusanyiko wa juu wa sulfidi hidrojeni (H2S), ambayo huchafua mazingira. Ni sumu katika viwango vya chini kuliko 50.ppm, na katika viwango vya 0.1-0.2% ni mbaya hata kwa mfiduo mfupi. Kwa kuwa mwili una utaratibu wa kuondoa sumu ya kiwanja hiki, sumu ya sulfidi hidrojeni inahusiana zaidi na mkusanyiko wake wa mfiduo kuliko muda wa mfiduo.
Ingawa sulfidi hidrojeni ina harufu kali, mfiduo wa mkusanyiko wa chini unaoendelea husababisha upotezaji wa hisi ya kunusa. Hii inafanya uwezekano wa athari za sumu kutokea kwa watu ambao wanaweza kuwa wazi kwa viwango vya hatari vya gesi hii bila kujua. Viwango vidogo vyake katika hewa ya majengo ya makazi husababisha hasira ya macho na nasopharynx. Viwango vya wastani husababisha maumivu ya kichwa, kizunguzungu, na kikohozi na ugumu wa kupumua. Viwango vya juu husababisha mshtuko, mshtuko, coma, ambayo huisha kwa kifo. Watu walionusurika na sumu kali ya salfidi hidrojeni hupata shida ya neva kama vile amnesia, mitetemeko, usawa, na wakati mwingine uharibifu mkubwa zaidi wa ubongo.
Sumu kali ya viwango vya juu kiasi ya sulfidi hidrojeni inajulikana vyema, lakini kwa bahati mbaya taarifa ndogo inapatikana kuhusu mfiduo wa muda mrefu wa DOZI CHINI kwa sehemu hii.
Radoni. Radoni (222Rn) pia iko katika gesi asilia na inaweza kubebwa kupitia mabomba hadi majiko ya gesi, ambayo huwa vyanzo vya uchafuzi wa mazingira. Radoni inapooza ili kuongoza (210Pb ina nusu ya maisha ya siku 3.8), hutengeneza safu nyembamba ya risasi ya mionzi (wastani wa nene 0.01 cm) ambayo hufunika nyuso za ndani za mabomba na vifaa. Uundaji wa safu ya risasi ya mionzi huongeza thamani ya nyuma ya mionzi kwa kuoza elfu kadhaa kwa dakika (zaidi ya eneo la 100 cm2). Kuiondoa ni vigumu sana na inahitaji kuchukua nafasi ya mabomba.
Inapaswa kukumbushwa katika akili kwamba kuzima tu vifaa vya gesi haitoshi kuondoa madhara ya sumu na kuleta msamaha kwa wagonjwa wenye kemikali. Vifaa vya gesi lazima viondolewe kabisa kutoka kwenye chumba, kwani hata jiko la gesi ambalo halifanyi kazi linaendelea kutolewa misombo ya kunukia ambayo imechukua zaidi ya miaka ya matumizi.
Madhara ya mkusanyiko wa gesi asilia, athari za misombo ya kunukia, na bidhaa za mwako kwa afya ya binadamu hazijulikani kwa usahihi. Inakisiwa kuwa athari kutoka kwa misombo mingi inaweza kuongezeka, na mwitikio kutoka kwa kukabiliwa na vichafuzi vingi unaweza kuwa mkubwa kuliko jumla ya athari za kibinafsi.
Kwa muhtasari, sifa za gesi asilia ambazo husababisha wasiwasi kwa afya ya binadamu na wanyama ni:
- asili ya kuwaka na ya kulipuka;
- mali ya asphyxial;
- uchafuzi wa hewa ya ndani na bidhaa za mwako;
- uwepo wa vipengele vya mionzi (radon);
- maudhui ya misombo yenye sumu katika bidhaa za mwako;
- uwepo wa kiasi kidogo cha madini yenye sumu;
- misombo yenye kunukia yenye sumu iliyoongezwa kwa gesi asilia (hasa kwa watu walio na hisia nyingi za kemikali);
- uwezo wa vipengele vya gesi kuhamasisha.
Mwako wa mafuta ya gesi ni mchanganyiko wa michakato ifuatayo ya kimwili na kemikali: kuchanganya gesi inayowaka na hewa, joto la mchanganyiko, mtengano wa joto wa vipengele vinavyoweza kuwaka, moto na mchanganyiko wa kemikali wa vipengele vinavyoweza kuwaka na oksijeni hewani.
Mwako thabiti wa mchanganyiko wa gesi-hewa inawezekana kwa ugavi unaoendelea wa kiasi kinachohitajika cha gesi inayowaka na hewa kwenye sehemu ya mbele ya mwako, mchanganyiko wao wa kina na inapokanzwa kwa moto au joto la kujitegemea (Jedwali 5).
Kuwasha kwa mchanganyiko wa gesi-hewa kunaweza kufanywa:
- inapokanzwa kiasi kizima cha mchanganyiko wa gesi-hewa kwa joto la kuwasha kiotomatiki. Njia hii hutumiwa katika injini za mwako wa ndani, ambapo mchanganyiko wa gesi-hewa huwashwa na ukandamizaji wa haraka kwa shinikizo fulani;
- matumizi ya vyanzo vya moto vya nje (vitunguu, nk). Katika kesi hii, sio mchanganyiko mzima wa gesi-hewa, lakini sehemu yake, huwashwa kwa joto la kuwasha. Njia hii hutumiwa wakati wa kuchoma gesi katika burners ya vifaa vya gesi;
- tochi iliyopo mfululizo wakati wa mchakato wa mwako.
Ili kuanza mmenyuko wa mwako wa mafuta ya gesi, kiasi fulani cha nishati lazima kitumike ili kuvunja vifungo vya Masi na kuunda mpya.
Njia ya kemikali ya mwako wa mafuta ya gesi, inayoonyesha utaratibu mzima wa mmenyuko unaohusishwa na kuonekana na kutoweka kwa idadi kubwa ya atomi za bure, radicals na chembe nyingine za kazi, ni ngumu. Kwa hiyo, kwa kurahisisha, equations hutumiwa ambayo inaonyesha hali ya awali na ya mwisho ya athari za mwako wa gesi.
Ikiwa gesi za hidrokaboni huteuliwa C m H n, basi equation ya mmenyuko wa kemikali ya mwako wa gesi hizi katika oksijeni itachukua fomu.
C m H n + (m + n/4)O 2 = mCO 2 + (n/2)H 2 O,
ambapo m ni idadi ya atomi za kaboni katika gesi ya hidrokaboni; n ni idadi ya atomi za hidrojeni katika gesi; (m + n/4) - kiasi cha oksijeni kinachohitajika kwa mwako kamili wa gesi.
Kulingana na fomula, milinganyo ya mwako wa gesi hutolewa:
- methane CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
- ethane C 2 H 6 + 3.5O 2 = 2CO 2 + ZH 2 O
- butane C 4 H 10 + 6.5 O 2 = 4 CO 2 + 5 H 2 0
- propane C 3 H 8 + 5O 3 = ZCO 2 + 4H 2 O.
Katika hali ya vitendo ya mwako wa gesi, oksijeni haichukuliwi kwa fomu safi, lakini ni sehemu ya hewa. Kwa kuwa hewa ina kiasi cha nitrojeni 79% na oksijeni 21%, basi kwa kila kiasi cha oksijeni 100: 21 = 4.76 kiasi cha hewa au 79: 21 = 3.76 kiasi cha nitrojeni inahitajika. Kisha majibu ya mwako wa methane hewani yanaweza kuandikwa kama ifuatavyo:
CH 4 + 2O 2 + 2 * 3.76N 2 = CO 2 + 2H 2 O + 7.52N 2.
Kutoka kwa equation ni wazi kuwa kuchoma 1 m 3 ya methane, 1 m 3 ya oksijeni na 7.52 m 3 ya nitrojeni au 2 + 7.52 = 9.52 m 3 ya hewa inahitajika.
Kama matokeo ya mwako wa 1 m 3 ya methane, 1 m 3 ya dioksidi kaboni, 2 m 3 ya mvuke wa maji na 7.52 m 3 ya nitrojeni hupatikana. Jedwali hapa chini linaonyesha data hizi kwa gesi za kawaida zinazowaka.
Kwa mchakato wa mwako wa mchanganyiko wa gesi-hewa, ni muhimu kwamba kiasi cha gesi na hewa katika mchanganyiko wa gesi-hewa iwe ndani ya mipaka fulani. Mipaka hii inaitwa mipaka ya kuwaka au mipaka ya mlipuko. Kuna mipaka ya chini na ya juu ya kuwaka. Kiwango cha chini cha gesi katika mchanganyiko wa gesi-hewa, iliyoonyeshwa kwa asilimia ya kiasi, ambayo moto hutokea inaitwa kikomo cha chini cha kuwaka. Kiwango cha juu cha gesi katika mchanganyiko wa gesi-hewa, juu ya ambayo mchanganyiko hauwaka bila ugavi wa joto la ziada, inaitwa kikomo cha juu cha kuwaka.
Kiasi cha oksijeni na hewa wakati wa kuchoma gesi fulani
|
Ili kuchoma 1 m 3 ya gesi inahitajika, m 3 |
Wakati 1 m 3 inapochomwa, gesi hutolewa, m 3 |
Joto la mwako Yeye, kJ/m 3 |
|||||
|
oksijeni |
dioksidi kaboni |
||||||
|
Monoxide ya kaboni |
|||||||
Ikiwa mchanganyiko wa gesi-hewa una gesi chini ya kikomo cha chini cha kuwaka, basi haitawaka. Ikiwa hakuna hewa ya kutosha katika mchanganyiko wa gesi-hewa, mwako hauendelei kabisa.
Uchafu wa inert katika gesi una ushawishi mkubwa juu ya mipaka ya mlipuko. Kuongezeka kwa maudhui ya ballast (N 2 na CO 2) katika gesi hupunguza mipaka ya kuwaka, na wakati maudhui ya ballast yanapoongezeka juu ya mipaka fulani, mchanganyiko wa gesi-hewa hauwashi kwa uwiano wowote wa gesi-hewa (meza hapa chini).
Idadi ya ujazo wa gesi ajizi kwa kila ujazo 1 wa gesi inayoweza kuwaka ambapo mchanganyiko wa gesi na hewa hukoma kulipuka.
Kiasi kidogo cha hewa kinachohitajika kwa mwako kamili wa gesi huitwa mtiririko wa hewa wa kinadharia na huteuliwa Lt, ambayo ni, ikiwa thamani ya chini ya kalori ya mafuta ya gesi ni 33520 kJ/m. 3 , basi kiasi cha hewa kinachohitajika kinadharia kwa mwako wa 1 m 3 gesi
L T= (33,520/4190)/1.1 = 8.8 m3.
Hata hivyo, mtiririko halisi wa hewa daima unazidi moja ya kinadharia. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba ni vigumu sana kufikia mwako kamili wa gesi kwa viwango vya mtiririko wa hewa ya kinadharia. Kwa hivyo, mmea wowote wa mwako wa gesi hufanya kazi na hewa ya ziada.
Kwa hivyo, mtiririko wa hewa wa vitendo
L n = αL T,
Wapi Ln- mtiririko wa hewa wa vitendo; α - ziada ya mgawo wa hewa; L T- mtiririko wa hewa ya kinadharia.
Mgawo wa hewa ya ziada daima ni kubwa kuliko moja. Kwa gesi asilia ni α = 1.05 - 1.2. Mgawo α inaonyesha ni mara ngapi mtiririko halisi wa hewa unazidi ule wa kinadharia uliochukuliwa kama kitengo. Kama α = 1, basi mchanganyiko wa gesi-hewa inaitwa stoichiometric.
Saa α = 1.2 Mwako wa gesi unafanywa kwa ziada ya hewa kwa 20%. Kama kanuni, mwako wa gesi unapaswa kufanyika kwa thamani ya chini ya a, kwa kuwa kwa kupungua kwa hewa ya ziada, hasara za joto kutoka kwa gesi za flue hupunguzwa. Hewa inayoshiriki katika mwako ni ya msingi na ya sekondari. Msingi inayoitwa hewa inayoingia kwenye burner ili kuchanganya na gesi; sekondari- hewa inayoingia kwenye eneo la mwako haijachanganywa na gesi, lakini tofauti.
Kulingana na njia ya malezi ya mchanganyiko wa gesi-hewa, njia za mwako wa gesi zinagawanywa (picha hapa chini):
- kwa kueneza;
- mchanganyiko;
- kinetiki.
Njia za mwako wa gesi
a - kuenea; b - mchanganyiko; c - kinetic; 1 - koni ya ndani; 2 - eneo la msingi la mwako; 3 - eneo kuu la mwako; 4 - bidhaa za mwako; 5 - hewa ya msingi; 6 - hewa ya sekondari
Kwa njia ya mwako wa kueneza, gesi hutolewa kwa sehemu ya mbele ya mwako chini ya shinikizo, na hewa muhimu kwa mwako hutolewa kutoka kwa nafasi inayozunguka kutokana na kuenea kwa molekuli au misukosuko. Uundaji wa mchanganyiko hapa hutokea wakati huo huo na mchakato wa mwako, hivyo kiwango cha mchakato wa mwako ni hasa kuamua na kiwango cha malezi ya mchanganyiko.
Mchakato wa mwako huanza baada ya kuwasiliana kati ya gesi na hewa na kuundwa kwa mchanganyiko wa gesi-hewa ya utungaji unaohitajika. Hewa huenea kwenye mkondo wa gesi, na gesi huenea kutoka kwa mkondo wa gesi hadi angani. Kwa hivyo, mchanganyiko wa gesi-hewa huundwa karibu na mkondo wa gesi, kama matokeo ya mwako ambao eneo la msingi la mwako wa gesi 2 huundwa. Mwako wa sehemu kuu ya gesi hufanyika katika ukanda wa 3, na bidhaa za mwako huingia eneo 4.
Bidhaa za mwako zilizotolewa huchanganya uenezaji wa gesi na hewa, kama matokeo ya ambayo mwako huendelea polepole, na kuundwa kwa chembe za masizi. Hii inaelezea kuwa mwako wa kueneza una sifa ya urefu mkubwa na mwangaza wa mwali.
Faida ya njia ya kueneza kwa mwako wa gesi ni uwezo wa kudhibiti mchakato wa mwako juu ya aina mbalimbali. Mchakato wa kuunda mchanganyiko unadhibitiwa kwa urahisi kwa kutumia vipengele mbalimbali vya udhibiti. Eneo na urefu wa tochi inaweza kubadilishwa kwa kugawanya mkondo wa gesi kwenye mienge tofauti, kubadilisha kipenyo cha pua ya burner, kurekebisha shinikizo la gesi, nk.
Faida za njia ya mwako wa kueneza ni pamoja na: utulivu wa juu wa moto wakati mizigo ya joto inabadilika, hakuna mafanikio ya moto, usawa wa joto pamoja na urefu wa moto.
Hasara za njia hii ni: uwezekano wa mtengano wa joto wa hidrokaboni, kiwango cha chini cha mwako, na uwezekano wa mwako usio kamili wa gesi.
Kwa njia ya mchanganyiko wa mwako, burner hutoa mchanganyiko wa awali wa gesi na sehemu tu ya hewa muhimu kwa mwako kamili wa gesi, wengine wa hewa hutoka kwa mazingira moja kwa moja hadi tochi. Katika kesi hiyo, sehemu ya kwanza tu ya gesi iliyochanganywa na hewa ya msingi huwaka nje, na sehemu iliyobaki ya gesi, diluted na bidhaa za mwako, huwaka baada ya kuongezwa kwa oksijeni kutoka kwa hewa ya sekondari. Kama matokeo, tochi ni fupi na isiyo na mwanga zaidi kuliko mwako wa kueneza.
Kwa njia ya mwako wa kinetic, mchanganyiko wa gesi-hewa hutolewa kwenye tovuti ya mwako, iliyoandaliwa kabisa ndani ya burner. Mchanganyiko wa gesi-hewa huwaka kwa moto mfupi. Faida za njia hii ya mwako ni uwezekano mdogo wa kuungua kwa kemikali, urefu mfupi wa moto, na pato la juu la joto la vichomaji. Hasara ni haja ya kuimarisha moto wa gesi.
