عندما يتم حرق الغاز ، يتشكل. شروط اشتعال واحتراق الوقود الغازي

منتجات احتراق الغاز الطبيعي هي ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وبعض الأكسجين الزائد والنيتروجين. يمكن أن تكون منتجات الاحتراق غير الكامل للغاز هي أول أكسيد الكربون ، والهيدروجين غير المحترق والميثان ، والهيدروكربونات الثقيلة ، والسخام.

كلما زاد ثاني أكسيد الكربون ثاني أكسيد الكربون في منتجات الاحتراق ، قل أول أكسيد الكربون الموجود فيها وكلما كان الاحتراق أكثر اكتمالاً. تم إدخال مفهوم "محتوى ثاني أكسيد الكربون الأقصى في منتجات الاحتراق" في الممارسة العملية. يوضح الجدول أدناه كمية ثاني أكسيد الكربون في نواتج الاحتراق لبعض الغازات.

كمية ثاني أكسيد الكربون في نواتج احتراق الغاز

باستخدام البيانات الواردة في الجدول ومعرفة النسبة المئوية لثاني أكسيد الكربون في نواتج الاحتراق ، يمكن بسهولة تحديد جودة احتراق الغاز ومعامل الهواء الزائد أ. للقيام بذلك ، بمساعدة محلل الغاز ، من الضروري تحديد كمية ثاني أكسيد الكربون في منتجات احتراق الغاز وقسمة قيمة ثاني أكسيد الكربون المأخوذة من الجدول على القيمة الناتجة. لذلك ، على سبيل المثال ، إذا كانت منتجات احتراق الغاز تحتوي على 10.2٪ من ثاني أكسيد الكربون في منتجات الاحتراق ، فإن معامل الهواء الزائد في الفرن

α = تحليل CO 2 max / CO 2 = 11.8 / 10.2 = 1.15.

الطريقة المثلى للتحكم في تدفق الهواء إلى الفرن واكتمال احتراقه هي تحليل منتجات الاحتراق باستخدام أجهزة تحليل الغاز الأوتوماتيكية. يأخذ محللو الغاز بشكل دوري عينة من غازات العادم ويحددون محتوى ثاني أكسيد الكربون فيها ، وكذلك كمية أول أكسيد الكربون والهيدروجين غير المحترق (CO + H 2) في النسبة المئوية للحجم.

إذا كانت قراءات مؤشر محلل الغاز على المقياس (CO 2 + H 2) تساوي الصفر ، فهذا يعني أن الاحتراق قد اكتمل ، ولا يوجد أول أكسيد الكربون وهيدروجين غير محترق في نواتج الاحتراق. إذا انحرف السهم من الصفر إلى اليمين ، فإن منتجات الاحتراق تحتوي على أول أكسيد الكربون والهيدروجين غير المحترق ، أي يحدث احتراق غير كامل. على المقياس الآخر ، يجب أن تُظهر إبرة محلل الغاز الحد الأقصى لمحتوى ثاني أكسيد الكربون في منتجات الاحتراق. يحدث الاحتراق الكامل عند الحد الأقصى لنسبة ثاني أكسيد الكربون ، عندما يكون مؤشر مقياس CO + H 2 عند الصفر.

الغاز الطبيعي هو الوقود الأكثر استخدامًا اليوم. يُطلق على الغاز الطبيعي اسم الغاز الطبيعي لأنه يُستخرج من أحشاء الأرض.

عملية احتراق الغاز هي تفاعل كيميائي يتفاعل فيه الغاز الطبيعي مع الأكسجين الموجود في الهواء.

يوجد في الوقود الغازي جزء قابل للاحتراق وجزء غير قابل للاحتراق.

المكون الرئيسي القابل للاحتراق للغاز الطبيعي هو الميثان - CH4. يصل محتواها من الغاز الطبيعي إلى 98٪. الميثان عديم الرائحة والطعم وغير سام. حد قابليته للاشتعال من 5 إلى 15٪. هذه الصفات هي التي جعلت من الممكن استخدام الغاز الطبيعي كأحد الأنواع الرئيسية للوقود. يشكل تركيز الميثان أكثر من 10٪ خطورة على الحياة ، لذلك يمكن أن يحدث الاختناق بسبب نقص الأكسجين.

لاكتشاف تسرب الغاز ، يتعرض الغاز للرائحة ، بمعنى آخر ، تتم إضافة مادة قوية الرائحة (إيثيل مركابتان). في هذه الحالة ، يمكن اكتشاف الغاز بالفعل بتركيز 1٪.

بالإضافة إلى الميثان ، قد توجد غازات قابلة للاحتراق مثل البروبان والبيوتان والإيثان في الغاز الطبيعي.

لضمان احتراق عالي الجودة للغاز ، من الضروري إدخال الهواء إلى منطقة الاحتراق بكميات كافية وتحقيق خلط جيد للغاز مع الهواء. تعتبر النسبة 1: 10 مثالية ، أي أن عشرة أجزاء من الهواء تسقط على جزء واحد من الغاز. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري إنشاء نظام درجة الحرارة المطلوب. من أجل اشتعال الغاز ، يجب تسخينه إلى درجة حرارة الاشتعال ، ويجب ألا تنخفض درجة الحرارة في المستقبل عن درجة حرارة الاشتعال.

من الضروري تنظيم إزالة منتجات الاحتراق في الغلاف الجوي.

يتحقق الاحتراق الكامل في حالة عدم وجود مواد قابلة للاحتراق في نواتج الاحتراق المنبعثة في الغلاف الجوي. في هذه الحالة ، يتحد الكربون والهيدروجين معًا ويشكلان ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء.

بصريًا ، مع الاحتراق الكامل ، يكون اللهب أزرق فاتح أو بنفسجي مزرق.

بالإضافة إلى هذه الغازات ، يدخل النيتروجين والأكسجين المتبقي إلى الغلاف الجوي بغازات قابلة للاحتراق. N 2 + O 2

إذا لم يكتمل احتراق الغاز ، فإن المواد القابلة للاحتراق تنبعث في الغلاف الجوي - أول أكسيد الكربون ، والهيدروجين ، والسخام.

يحدث الاحتراق غير الكامل للغاز بسبب عدم كفاية الهواء. في الوقت نفسه ، تظهر ألسنة السخام بصريًا في اللهب.

يكمن خطر الاحتراق غير الكامل للغاز في أن أول أكسيد الكربون يمكن أن يتسبب في تسمم أفراد غرفة الغلاية. يمكن أن يتسبب محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء بنسبة 0.01-0.02٪ في حدوث تسمم خفيف. يمكن أن تؤدي التركيزات العالية إلى التسمم الحاد والوفاة.

يستقر السخام الناتج على جدران الغلايات ، مما يؤدي إلى تفاقم انتقال الحرارة إلى المبرد ، مما يقلل من كفاءة غرفة الغلاية. ينقل السخام حرارة أسوأ 200 مرة من غاز الميثان.

من الناحية النظرية ، هناك حاجة إلى 9 م 3 من الهواء لحرق 1 م 3 من الغاز. في الظروف الحقيقية ، هناك حاجة إلى مزيد من الهواء.

وهذا يعني أن هناك حاجة إلى كمية زائدة من الهواء. توضح هذه القيمة ، المشار إليها بـ alpha ، عدد المرات التي يتم فيها استهلاك الهواء أكثر مما هو ضروري من الناحية النظرية.

يعتمد معامل ألفا على نوع موقد معين وعادة ما يتم وصفه في جواز سفر الموقد أو وفقًا لتوصيات منظمة التكليف.

مع زيادة كمية الهواء الزائد عن الكمية الموصى بها ، يزداد فقد الحرارة. مع زيادة كمية الهواء بشكل كبير ، يمكن أن يحدث فصل للهب ، مما يؤدي إلى حدوث حالة طوارئ. إذا كانت كمية الهواء أقل من الموصى به ، فسيكون الاحتراق غير مكتمل ، مما يؤدي إلى خطر تسمم موظفي غرفة الغلاية.

لمزيد من التحكم الدقيق في جودة احتراق الوقود ، هناك أجهزة - محللات غازات تقيس محتوى بعض المواد في تكوين غازات العادم.

يمكن تزويد أجهزة تحليل الغاز بالغلايات. إذا لم تكن متوفرة ، يتم إجراء القياسات ذات الصلة من قبل المنظمة المكلفة باستخدام أجهزة تحليل الغاز المحمولة. يتم تجميع خريطة النظام التي يتم فيها تحديد معلمات التحكم الضرورية. من خلال التمسك بها ، يمكنك ضمان الاحتراق الكامل الطبيعي للوقود.

المعلمات الرئيسية للتحكم في احتراق الوقود هي:

• نسبة الغاز والهواء الموفر للشعلات.

• نسبة الهواء الزائد.

• صدع في الفرن.

• عامل كفاءة المرجل.

في الوقت نفسه ، تعني كفاءة الغلاية نسبة الحرارة المفيدة إلى قيمة الحرارة الإجمالية المنفقة.

تكوين الهواء

الاحتراق تفاعل يتم فيه تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى حرارة.

يمكن أن يكون الحرق كاملاً أو غير مكتمل. يحدث الاحتراق الكامل مع وجود كمية كافية من الأكسجين. يؤدي عدم وجوده إلى احتراق غير كامل ، حيث يتم إطلاق حرارة أقل من الاحتراق الكامل ، ويشكل أول أكسيد الكربون (CO) ، وهو سام لموظفي التشغيل ، سخامًا يستقر على سطح تسخين الغلاية ويزيد من فقد الحرارة ، مما يؤدي إلى يؤدي إلى استهلاك مفرط للوقود وتقليل الكفاءة المرجل تلوث الهواء.

من أجل احتراق 1 م 3 من الميثان ، نحتاج إلى 10 م 3 من الهواء ، حيث يوجد 2 م 3 من الأكسجين. للاحتراق الكامل للغاز الطبيعي ، يتم توفير الهواء للفرن مع زيادة طفيفة. تسمى نسبة حجم الهواء المستهلك فعليًا V d إلى V t الضروري نظريًا معامل الهواء الزائد a = V d / V t. يعتمد هذا المؤشر على تصميم الموقد الغازي والفرن: فكلما كانا أكثر كمالًا ، أقل أ. من الضروري التأكد من أن معامل الهواء الزائد لا يقل عن 1 ، لأن هذا يؤدي إلى احتراق غير كامل للغاز. زيادة نسبة الهواء الزائد تقلل من الكفاءة. وحدة المرجل.

يمكن تحديد اكتمال احتراق الوقود باستخدام محلل الغاز وبصريًا - من خلال لون وطبيعة اللهب: شفاف مزرق - احتراق كامل ؛

أحمر أو أصفر - احتراق غير كامل.

تسمى السرعة التي تتقدم بها منطقة الاحتراق في اتجاه عمودي على المنطقة نفسها بسرعة انتشار اللهب. تحدد سرعة انتشار اللهب سرعة تسخين خليط الهواء والغاز لدرجة حرارة الاشتعال. لهب الهيدروجين وغاز الماء (3 م / ث) أعلى سرعة انتشار ، ولهب الغاز الطبيعي ومزيج البروبان - البيوتان هو الأقل. تؤثر السرعة العالية لانتشار اللهب بشكل إيجابي على اكتمال احتراق الغاز ، وعلى العكس من ذلك ، فإن السرعة الصغيرة هي أحد أسباب الاحتراق غير الكامل للغاز. تزداد سرعة انتشار اللهب عند استخدام خليط غاز-أكسجين بدلاً من خليط غاز-هواء.

يتم التحكم في الاحتراق عن طريق زيادة إمداد الهواء إلى فرن الغلاية أو عن طريق تقليل إمداد الغاز. تستخدم هذه العملية الهواء الأولي (يمزج مع الغاز في الموقد - قبل الاحتراق) والثانوي (يتحد مع الغاز أو خليط الهواء والغاز في فرن الغلاية أثناء الاحتراق).

في الغلايات المجهزة بحرق انتشار (بدون مصدر هواء قسري) ، يدخل الهواء الثانوي ، تحت تأثير الفراغ ، إلى الفرن من خلال أبواب النفخ.

في الغلايات المجهزة بشعلات الحقن: يدخل الهواء الأولي إلى الموقد بسبب الحقن ويتم تنظيمه بواسطة غسالة ضبط ، ويدخل الهواء الثانوي إلى الموقد من خلال أبواب النفخ.

في الغلايات ذات الشعلات المختلطة ، يتم تزويد الموقد بالهواء الأولي والثانوي بواسطة مروحة ويتم التحكم فيه بواسطة مخمدات الهواء.

يؤدي انتهاك النسبة بين سرعة خليط الهواء والغاز عند مخرج الحارق وسرعة انتشار اللهب إلى انفصال أو تجاوز اللهب على الشعلات.

إذا كانت سرعة خليط الهواء والغاز عند مخرج الموقد أكبر من سرعة انتشار اللهب - الانفصال ، وإذا كانت أقل - الانزلاق.

في حالة انكسار اللهب ووميضه ، يجب على موظفي التشغيل إطفاء الغلاية ، وتهوية الفرن وأنابيب الغاز ، وإعادة إشعال الغلاية.

وقود بيت المرجل هو الغاز الطبيعي الذي يتم توفيره من نظام التوزيع العالمي (GDS). يدخل الغاز الطبيعي بضغط 1-2 ميجا باسكال ، يتم تسجيل درجة الحرارة ومعدل التدفق والضغط بواسطة أجهزة القياس التجارية ، في المرحلة الأولى من الاختزال. يتم التحكم في الضغط بعد مرحلة التخفيض الأولى بواسطة صمام منظم للضغط.

بعد ذلك ، يدخل غاز الوقود بضغط يبلغ حوالي 0.5 ميجا باسكال في مساحة أنبوب السخان ، حيث يكون المبرد عبارة عن بخار 0.3-0.6 ميجا باسكال. يتم تغيير درجة حرارة غاز الوقود بعد تغيير السخان بواسطة صمام تحكم مثبت على خط أنابيب البخار. بعد السخان ، ينخفض ​​ضغط غاز الوقود بالمرحلة الثانية من التخفيض إلى 3-80 كيلو باسكال.بعد المرحلة الثانية من الاختزال ، يدخل الغاز إلى شعلات الغلايات من خلال وحدات معدات الغاز القياسية (SBG). يتم قياس وتسجيل الضغط والتدفق ودرجة حرارة الغاز أمام كل غلاية. يتم أيضًا تسجيل ضغط الغاز في اتجاه مجرى النهر لكل غلاية

5.3.2. ملامح عملية احتراق الغاز الطبيعي.

يعتمد اختيار نوع وعدد مواقد الغاز ووضعها وتنظيم عملية الاحتراق على خصائص ظروف التشغيل الحرارية والديناميكية الهوائية للمنشأة الصناعية. يحدد الحل الصحيح لهذه المشاكل شدة العملية التكنولوجية وكفاءة المصنع. تُظهر المتطلبات النظرية والخبرة أنه عند تصميم منشآت غاز جديدة ، يمكن تحسين المؤشرات الرئيسية لعملها ، كقاعدة عامة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة هنا إلى أن الطريقة المختارة بشكل غير صحيح لاحتراق الغاز والموقع غير الناجح للشعلات تقلل من إنتاجية وكفاءة التركيبات.

عند تصميم منشآت الغاز الصناعي ، يجب حل مهام تكثيف العملية التكنولوجية وزيادة كفاءة استخدام الوقود بأقل تكاليف المواد وبما يتوافق مع عدد من الشروط الأخرى ، مثل الموثوقية التشغيلية والسلامة وما إلى ذلك.

عند حرق الغاز الطبيعي ، على عكس احتراق أنواع أخرى من الوقود ، من الممكن تغيير خصائص الشعلة على نطاق واسع. لذلك ، يمكن استخدامه لأي تطبيق تقريبًا. هنا يجب أن نتذكر فقط أنه لا يمكن ضمان الحد الأقصى المطلوب من التكثيف للعملية التكنولوجية ، وزيادة الكفاءة ، وكذلك تلبية المتطلبات الأخرى للتركيب ، فقط عن طريق اختيار موقد غاز واحد أو آخر ، ولكن سيتم تحقيقه من خلال القرار الصحيح لكامل القضايا المعقدة الخاصة بنقل الحرارة والديناميكا الهوائية ، من إمداد الهواء والغاز إلى إزالة منتجات الاحتراق المستهلكة في الغلاف الجوي. أهمية خاصة هي المرحلة الأولية من العملية - تنظيم احتراق الغاز.

الغاز الطبيعي غاز عديم اللون. أخف بكثير من الهواء. إن وجود الغاز في الهواء الداخلي والآبار والحفر أكثر من 20٪ يسبب الاختناق والدوخة وفقدان الوعي والموت. وفقًا للمعايير الصحية ، ينتمي الغاز الطبيعي (الميثان) إلى فئة الخطر الرابعة (مادة منخفضة الخطورة). سمية منخفضة وغير سامة.

تكوين الغاز الطبيعي:

الميثان 98.52٪ ؛

الإيثان 0.46٪ ؛

البروبان 0.16٪ ؛

البيوتان 0.02٪ ؛

نيتروجين 0.73٪ ؛

ثاني أكسيد الكربون 0.07٪.

إذا اجتاز الغاز الطبيعي جميع مراحل التنقية ، فإن خصائصه تختلف قليلاً عن خصائص غاز الميثان. الميثان هو أبسط عنصر في سلسلة هيدروكربون الميثان. خصائص الميثان:

الحرارة النوعية للاحتراق 7980 كيلو كالوري / م 3 ؛

يسيل عند t ° = -161 ° C ، يتصلب عند t ° = -182 ° C ؛

كثافة الميثان 0.7169 كجم / م 3 (2 مرات أخف من الهواء) ؛

درجة حرارة الاشتعال t ° = 645 درجة مئوية ؛

درجة حرارة الاحتراق t ° = 1500 2000 ° C

حدود الانفجار 5 15٪.

عند التفاعل مع الهواء ، تتشكل مخاليط شديدة الانفجار يمكن أن تنفجر وتسبب الدمار.

إن احتراق أي وقود ، بما في ذلك الغاز ، هو تفاعل من توليفة كيميائية مع الأكسجين ويصاحبه إطلاق حرارة. تسمى كمية الحرارة التي يتم الحصول عليها من الاحتراق الكامل بمقدار 1 م 3 (أو 1 كجم) من الغاز حرارة الاحتراق. يتم التمييز بين القيمة الحرارية المنخفضة ، والتي لا تأخذ في الاعتبار الحرارة الكامنة لتكوين بخار الماء الموجود في منتجات الاحتراق ، والقيمة الحرارية الأعلى ، عند أخذ هذه الحرارة في الاعتبار. يعتمد الفرق بين القيمة الحرارية العالية والمنخفضة على كمية بخار الماء المتولد أثناء احتراق الوقود ، ويبلغ حوالي 2500 كيلو جول لكل 1 كجم أو 2000 كيلو جول لكل متر مكعب من بخار الماء.

يمكن أن تختلف حرارة احتراق أنواع مختلفة من الوقود بشكل كبير. لذلك ، على سبيل المثال ، يحتوي الحطب والجفت على قيمة أقل من السعرات الحرارية تصل إلى 12500 ، وأفضل أنواع الفحم الحجري تصل إلى 31000 ، والزيت حوالي 40000 كيلو جول / كجم. للغاز الطبيعي قيمة حرارية صافية تبلغ 40-44 ميجا جول / كجم.

يتم تحديد وقت الاحتراق الكلي بالوقت  d لتكوين الخليط (عمليات الانتشار) والوقت  لحدوث تفاعلات الاحتراق الكيميائي (العمليات الحركية). مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن هذه المراحل من العملية يمكن أن تتداخل ، نحصل على  d +  k.

من إلى d (يسمى الاحتراق الذي يحدث في وقت واحد مع تكوين الخليط في الفرن تعريف، لأن تكوين هذا الخليط يتضمن عمليات انتشار مضطرب (في المرحلة النهائية - جزيئي).

من  د  إلى إلى (غالبًا ما يسمى احتراق خليط مُعد مسبقًا بشكل مشروط حركية، يتم تحديده بواسطة حركية التفاعلات الكيميائية).

عندما تكون  d و k قابلة للمقارنة ، تسمى عملية الاحتراق مختلطة.

المرحلة التالية بعد تكوين الخليط هي تسخين واشتعال الوقود. عندما يتم خلط نفاثة من الغاز القابل للاحتراق بنفث من الهواء وتزداد درجة حرارتها تدريجياً عند درجة حرارة معينة ، يشتعل الخليط. تسمى درجة الحرارة الدنيا التي يشتعل عندها الخليط بدرجة حرارة الاشتعال.

درجة حرارة الاشتعال ليست ثابتًا كيميائيًا فيزيائيًا لمادة ما ، لأنها ، بالإضافة إلى طبيعة الغاز القابل للاحتراق ، تعتمد على تركيز الغاز والمؤكسد ، وكذلك على شدة التبادل الحراري بين خليط الغاز و بيئة.

هناك حدود عليا ودنيا لتركيز الغاز والمؤكسد ، وخارج هذه الحدود عند درجة حرارة معينة ، لا تشتعل المخاليط. مع زيادة درجة حرارة خليط الهواء والغاز ، وفقًا لقانون أرهينيوس ، يزداد معدل التفاعل بما يتناسب مع e -E / RT ، ويتناسب إطلاق الحرارة مع نفس القيمة. إذا تجاوز فقدان الحرارة في منطقة الاحتراق المرتبطة بالتبادل الحراري مع البيئة إطلاق الحرارة ، فإن الاشتعال والاحتراق مستحيلان. عادة ، يحدث التسخين بالتزامن مع تكوين الخليط.

خليط الغاز والهواء الذي يكون فيه محتوى الغاز بين الحدين السفلي والعلوي القابل للاشتعال قابل للانفجار. كلما اتسع نطاق الحدود القابلة للاشتعال (وتسمى أيضًا حدود الانفجار) ، كان الغاز أكثر قابلية للانفجار. وفقًا للجوهر الكيميائي ، فإن انفجار خليط الغاز والهواء (الغاز والأكسجين) هو عملية احتراق سريع جدًا (فوري تقريبًا) ، مما يؤدي إلى تكوين منتجات احتراق عالية الحرارة وزيادة حادة في ضغطها. الضغط الزائد المقدر أثناء انفجار الغاز الطبيعي 0.75 ، البروبان والبيوتان - 0.86 ، الهيدروجين - 0.74 ، الأسيتيلين - 1.03 ميجا باسكال. في ظل الظروف العملية ، لا تصل درجة حرارة الانفجار إلى القيم القصوى وتكون الضغوط الناتجة أقل من تلك المشار إليها ، ومع ذلك ، فهي كافية تمامًا لتدمير ليس فقط بطانة الغلايات والمباني ، ولكن أيضًا الحاويات المعدنية في حالة حدوث انفجار فيهم.

نتيجة للاشتعال والاحتراق ، ينشأ لهب ، وهو مظهر خارجي للتفاعلات الشديدة للعامل المؤكسد للمادة. تسمى حركة اللهب عبر خليط الغاز بانتشار اللهب. في هذه الحالة ، يتم تقسيم خليط الغاز إلى جزأين - الغاز المحترق ، الذي يمر اللهب من خلاله بالفعل ، والغاز غير المحترق ، والذي سيدخل قريبًا منطقة اللهب. تسمى الحدود بين هذين الجزأين من خليط الغاز المحترق بجبهة اللهب.

الشعلة عبارة عن تدفق يحتوي على خليط من الهواء والغازات المحترقة وجزيئات الوقود ومنتجات الاحتراق ، حيث يحدث تسخين واشتعال واحتراق الوقود الغازي.

في درجات الحرارة العادية في الأفران (1000-1500 درجة مئوية) ، تعطي الهيدروكربونات ، بما في ذلك الميثان ، حتى في فترات زمنية قصيرة جدًا ، نتيجة للتحلل الحراري ، كميات ملحوظة من عنصر الكربون. نتيجة لظهور عنصر الكربون في اللهب ، تكتسب عملية الاحتراق إلى حد ما عناصر غير متجانسة ، أي تحدث على سطح الجسيمات الصلبة. يؤدي وجود المحفزات (أكاسيد الحديد والنيكل) إلى تسريع عملية تحلل الميثان والهيدروكربونات الأخرى بشكل كبير.

وهكذا ، في الفرن أو مساحة عمل الفرن ، بين لحظة إدخال الغاز والهواء والحصول على منتجات الاحتراق النهائي نتيجة تراكب عملية التحلل الحراري للهيدروكربونات وتفاعل سلسلة الأكسدة ، صورة معقدة للغاية لوحظ ، يتميز بوجود كل من منتجات أكسدة ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الهيدروجين ، وثاني أكسيد الكربون ، والهيدروجين ، والكربون الأولي ومنتجات الأكسدة غير الكاملة (الفورمالديهايد له أهمية خاصة بين الأخير). تعتمد النسبة بين هذه المكونات على ظروف ومدة تسخين الغاز قبل تفاعلات الأكسدة.

أثناء احتراق الوقود ، تحدث عمليات أكسدة كيميائية لمكوناته القابلة للاحتراق ، مصحوبة بإطلاق حرارة مكثف وارتفاع سريع في درجة حرارة منتجات الاحتراق.

يميز بين الاحتراق المتجانس الذي يحدث في الحجم عندما يكون الوقود والمؤكسد في نفس حالة التجميع ، والاحتراق غير المتجانس الذي يحدث عند السطح البيني عندما تكون المادة القابلة للاحتراق والمؤكسد في حالات مختلفة من التجميع.

احتراق الوقود الغازي عملية متجانسة. أثناء الاحتراق ، يكون معدل العملية المباشرة أكبر بشكل غير قابل للقياس من معدل الانعكاس ، لذلك يمكن إهمال التفاعل العكسي. تذكر أنه في حالة تفاعل الاحتراق المتجانس ، سيكون التعبير عن معدل التفاعل المباشر كما يلي:

أين  الوقت ؛ T-درجة الحرارة المطلقة؛ ل-ثابت الغاز العالمي؛ ك- معدل التفاعل ثابت ، اعتمادًا على طبيعة المواد المتفاعلة ، وعمل المحفزات ، ودرجة الحرارة ؛ ك 0 - ثابت تجريبي هـ-طاقة التنشيط ، والتي تميز أصغر الطاقة الزائدة التي يجب أن تمتلكها الجسيمات المتصادمة حتى يحدث التفاعل.

من التعبيرات (الثانية منها تسمى معادلة أرهينيوس) يترتب على ذلك أن معدل التفاعل يزداد بزيادة التركيزات (الضغط في النظام) ودرجة الحرارة ومع تناقص طاقة التنشيط. تعطي القياسات التجريبية قيمة أقل بكثير لطاقة التنشيط من الانتظام المعطى للخواص الحركية الكيميائية. ويفسر ذلك حقيقة أن عمليات احتراق الغاز تصنف على أنها تفاعلات متسلسلة وتستمر خلال مراحل وسيطة مع التكوين المستمر للمراكز النشطة (الذرات أو الجذور).

على سبيل المثال ، أثناء احتراق الهيدروجين (الشكل 3) ، بمساعدة ذرات الأكسجين الحرة وجذور الهيدروكسيل ، يتم تكوين ثلاث ذرات هيدروجين نشطة بدلاً من تلك الموجودة في بداية المرحلة المدروسة من التفاعل. يحدث مثل هذا التضاعف ثلاث مرات في كل مرحلة ، وفي التفاعلات المتسلسلة ، يزداد عدد المراكز النشطة مثل الانهيار الجليدي. بالإضافة إلى ذلك ، يكون التفاعل بين الوسائط غير المستقرة أسرع بكثير من التفاعل بين الجزيئات.

أرز. 3. مخطط التفاعل المتسلسل لاحتراق الهيدروجين

يتم تحديد المعدل الإجمالي لتفاعل احتراق الهيدروجين بمعدل أبطأ تفاعل (معبرًا عنه بالمعادلة H + O 2 OH + H 2)  \ u003d kC n C o ، حيث C n ، C o هي تركيزات الهيدروجين الذري والأكسجين الجزيئي.

تعتبر عمليات أكسدة الهيدروكربونات التي تشكل الجزء العضوي من الغازات الطبيعية والغازات المصاحبة هي الأكثر تعقيدًا. حتى الآن ، لا توجد أفكار واضحة حول الآلية الحركية للتفاعلات ، على الرغم من أنه يمكن القول بثقة أن الاحتراق له طابع تسلسلي في وجود فترة تحريض ويستمر في تكوين العديد من المنتجات الوسيطة من الأكسدة الجزئية والتحلل .

يمكن تمثيل مخطط تقريبي للاحتراق المرحلي للميثان من خلال مجموعة من التفاعلات التالية:

على الرغم من أن المنتجات الأولية والنهائية لتفاعل الاحتراق عبارة عن غازات ، في المنتجات الوسيطة ، بالإضافة إلى الغازات ، قد يكون هناك كربون أولي في شكل أصغر معلق من السخام.

يعتمد معدل تفاعل احتراق أول أكسيد الكربون على التركيزات في منطقة تفاعل أول أكسيد الكربون وبخار الماء ، ويعتمد معدل الاحتراق المتسلسل للميثان والهيدروكربونات الأخرى على تركيزات الهيدروجين الذري والأكسجين وبخار الماء.

احتراق وقود الغاز هو مزيج من العمليات الهوائية والحرارية والكيميائية المعقدة. تتكون عملية احتراق الوقود الغازي من عدة مراحل: خلط الغاز بالهواء ، وتسخين الخليط الناتج إلى درجة حرارة الاشتعال ، والاشتعال والاحتراق.

احتراق الغاز الطبيعي هو عملية فيزيائية وكيميائية معقدة لتفاعل مكوناته القابلة للاحتراق مع عامل مؤكسد ، بينما يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى حرارة. يمكن أن يكون الحرق كاملاً أو غير مكتمل. عندما يتم خلط الغاز بالهواء ، تكون درجة الحرارة في الفرن مرتفعة بدرجة كافية للاحتراق ، ويتم توفير الوقود والهواء باستمرار ، ويتم إجراء الاحتراق الكامل للوقود. يحدث الاحتراق غير الكامل للوقود في حالة عدم مراعاة هذه القواعد ، مما يؤدي إلى تقليل إطلاق الحرارة (CO) ، والهيدروجين (H2) ، والميثان (CH4) ، ونتيجة لذلك ، يؤدي إلى ترسب السخام على أسطح التدفئة ، مما يؤدي إلى تفاقم انتقال الحرارة وزيادة فقدان الحرارة ، والذي بدوره يؤدي إلى زيادة استهلاك الوقود وانخفاض كفاءة المرجل وبالتالي تلوث الهواء.

تعتمد نسبة الهواء الزائد على تصميم الموقد الغازي والفرن. يجب أن يكون معامل الهواء الزائد 1 على الأقل ، وإلا فقد يؤدي ذلك إلى احتراق غير كامل للغاز. وأيضًا زيادة معامل الهواء الزائد يقلل من كفاءة التركيب باستخدام الحرارة بسبب فقد الحرارة الكبير مع غازات العادم.

يتم تحديد اكتمال الاحتراق باستخدام محلل الغاز واللون والرائحة.

احتراق كامل للغاز. الميثان + الأكسجين \ u003d ثاني أكسيد الكربون + الماء CH4 + 2O2 \ u003d CO2 + 2H2O بالإضافة إلى هذه الغازات ، يدخل النيتروجين والأكسجين المتبقي إلى الغلاف الجوي بغازات قابلة للاحتراق. N2 + O2 إذا كان احتراق الغاز غير مكتمل ، فإن المواد القابلة للاحتراق تنبعث في الغلاف الجوي - أول أكسيد الكربون ، والهيدروجين ، والسخام. CO + H + C

يحدث الاحتراق غير الكامل للغاز بسبب عدم كفاية الهواء. في الوقت نفسه ، تظهر ألسنة السخام بشكل مرئي في اللهب ، وخطر الاحتراق غير الكامل للغاز هو أن أول أكسيد الكربون يمكن أن يتسبب في تسمم أفراد غرفة الغلاية. يمكن أن يتسبب محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء بنسبة 0.01-0.02٪ في حدوث تسمم خفيف. يمكن أن يؤدي التركيز العالي إلى التسمم الشديد والوفاة ، ويستقر السخام الناتج على جدران الغلايات ، مما يضعف انتقال الحرارة إلى المبرد ويقلل من كفاءة غرفة المرجل. ينقل السخام حرارة أسوأ 200 مرة من غاز الميثان ، ومن الناحية النظرية ، يلزم 9 م 3 من الهواء لحرق 1 م 3 من الغاز. في الظروف الحقيقية ، هناك حاجة إلى مزيد من الهواء. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى كمية زائدة من الهواء. تُظهر هذه القيمة ، المشار إليها بـ alpha ، عدد المرات التي يتم فيها استهلاك الهواء أكثر مما هو ضروري من الناحية النظرية.يعتمد معامل ألفا على نوع موقد معين وعادة ما يتم تحديده في جواز سفر الموقد أو وفقًا لتوصيات المنظمة المكلفة. مع زيادة كمية الهواء الزائد عن الكمية الموصى بها ، يزداد فقد الحرارة. مع زيادة كمية الهواء بشكل كبير ، يمكن أن يحدث فصل للهب ، مما يؤدي إلى حدوث حالة طوارئ. إذا كانت كمية الهواء أقل من الموصى به ، فسيكون الاحتراق غير مكتمل ، مما يؤدي إلى خطر تسمم العاملين في غرفة الغلاية. ويتم تحديد الاحتراق غير الكامل من خلال: