Общая характеристика газообразного топлива

Требования безопасности при работе с мазутом.

 Мазут по степени воз­действия на организм человека является малоопасным продуктом и отно­сится к IV классу опасности. Предельно допустимая концентрация паров углеводородов в воздухе рабочей зоны в соответствии— 300 мг/м³. Мазут раздражает слизистую оболоч­ку и кожу человека, вызывая ее поражение и возникновение кожных заболе­ваний. Длительный контакт с мазутом увеличивает степень риска заболева­ния органов дыхания у человека. Для контроля концентрации паров углево­дородов в воздухе рабочей зоны допускается использовать универсальный газовый анализатор или другой прибор аналогичного назначения.

Содержание мазута в воде недопустимо и определяется визуально нали­чием масляной пленки на поверхности воды.

Мазут не обладает способностью образовывать токсичные соединения в воздушной среде и сточных водах в присутствии других веществ или фак­торов при температуре окружающей среды.

В помещениях для хранения и эксплуатации мазута запрещается обращение с огнем, электрооборудование, электрические сети и арматура искусственного освещения должны быть во взрывозащищенном исполнении.

Ёмкости для хранения и транспортирования мазута должны быть защи­щены от статического электричества.

При работе с мазутом не допускается использовать инструменты, дающие при ударе искру.

Помещения, в которых проводят работы с мазутом, должны быть снабже­ны обменной приточно-вытяжной вентиляцией с механическим побуждени­ем.

В помещениях для хранения мазута не допускается хранить кислоты, бал­лоны с кислородом и другие окислители.

При разливе мазута необходимо собрать его в отдельную тару, место раз­лива промыть мыльным раствором или моющим средством, затем промыть горячей водой и протереть сухой ветошью.

При разливе на открытой площадке место разлива засыпать песком с пос­ледующим его удалением и обезвреживанием.

Оборудование, используемое в технологических процессах и операциях, связанных с производством, транспортированием и хранением данного про­дукта, должно быть герметичным.

При производстве, хранении и применении мазута не допускается попа­дание мазута в системы бытовой и ливневой канализации, а также в откры­тые водоемы.

При работе с мазутом применяют средства индивидуальной защиты.

При попадании мазута на открытые участки тела необходимо его удалить и обильно промыть кожу водой с мылом или моющим средством; при попа­дании на слизистую оболочку глаз — обильно промыть теплой водой. Для защиты кожи рук применяют защитные рукавицы, мази и пасты.

Все работающие с мазутом должны проходить периодические медицин­ские осмотры в порядке, установленном органами здравоохранения.

Топливоподача при сжигании жидкого топлива

Жидкое топливо в промышленных и отопительных котельных установках может использоваться как основное, резервное, аварийное и растопочное. При использовании мазута как основного топлива он является единственным видом топлива, хотя иногда предусматривается возможность сжигания газа, если он имеется в избытке. Резервным называется жидкое топливо, предназначенное для сжигания в течение длительного периода наряду с газом при перерывах в его подаче. Если жидкое топливо является аварийным, это означает, что его сжигание производится при кратковременном прекращении подачи газа во время аварий. В качестве растопочного жидкое топливо применяется при сжигании твердого топлива в камерных топках во время растопки или подсветки пылеугольного факела из-за его неустойчивости.

Мазутное хозяйство промышленных и отопительных котельных при использовании жидкого топлива как основного и резервного представляет собой комплекс сооружений и устройств, располагаемых на территории котельной.

Мазутное хозяйство состоит из подъездных железнодорожных или автомобильных путей, сливной железнодорожной эстакады или устройств для слива автоцистерн, промежуточной (нулевой) емкости, устройств для приема, хранения и ввода жидких присадок, мазутонасосной станции, очистных устройств, системы пожаротушения, системы трубопроводов для транспортировки мазута, пара, воды и др.

Слив мазута из железнодорожных цистерн возможен только при подогреве его до 40-60 °С. Для разогрева мазута в цистернах и при его сливе применяется открытый пар (острый пар). Применение открытого пара (давлением 0,6-1,0 МПа) обеспечивает наиболее быстрое опорожнение цистерн. Однако при этом происходит обводнение мазута, достигающее 6-10%. При доставке мазута автотранспортом разогрев его в автоцистернах не производится, так как обычно он не успевает остыть за время перевозки. При низких температурах наружного воздуха приходится подогревать паром сливной патрубок автоцистерны для предохранения его от замерзания. Сливные лотки также обогреваются паром при любом способе доставки мазута, поскольку он загустевает при температуре 10-25 °С.

Промежуточная (нулевая) емкость служит для приема сливаемого из цистерн мазута. Объем промежуточной емкости выбирается в зависимости от расхода мазута и составляет 25- 400 м³. Промежуточная емкость оборудуется погружными насосами, перекачивающими мазут в мазутохранилища. Устанавливается не менее двух перекачивающих насосов (оба рабочие). Производительность насосов выбирается исходя из количества топлива, сливаемого в одну ставку, и нормативного времени слива.

Хранится мазут в специальных резервуарах, которые могут быть наземными, полуподземными и подземными. Резервуары для хранения мазута выполняются железобетонными или стальными. Металлические резервуары обычно применяются в котельных, где обеспечиваются требуемые нормами минимальные расстояния от резервуаров до ближайших зданий и сооружений предприятия. Расчеты показывают, что капитальные затраты на мазутное хозяйство с металлическими резервуарами на 10-20 % меньше, чем с железобетонными. Однако в соответствии со СНиП П-35-76 рекомендуется предусматривать железобетонные резервуары (подземные и наземные).

Емкость резервуаров для хранения жидкого топлива выбирается в зависимости от суточного расхода.

Для хранения основного и резервного топлива следует предусматривать не менее двух резервуаров, а для хранения аварийного топлива допускается установка одного резервуара. Для слива и хранения жидких присадок устанавливается не менее двух резервуаров общей емкостью, не меньшей 0,5 % емкости резервуаров для хранения мазута. При хранении мазута в подземных резервуарах промежуточная емкость не устанавливается и слив мазута из цистерн производится непосредственно в резервуары.

Мазутонасосная предназначена для подачи мазута к форсункам котлов, а также непрерывной его циркуляции для поддержания необходимой температуры мазута в мазутохранилище. При циркуляционном разогреве мазута может применяться независимая схема с установкой специальных насосов и подогревателей или использоваться подогреватели и насосы подачи мазута в котельную. В местах отбора мазута из резервуаров мазутохранилища должна поддерживаться температура мазута марки 40 не менее 60 °С, мазута марки 100 - не менее 80 °С. При этом змеевиковые подогреватели устанавливаются в резервуарах только в месте отбора мазута. При указанных температурах обеспечивается надежная и экономичная работа мазутных насосов.

Метод циркуляционного разогрева мазута в мазутохранилищах  считается в настоящее время наиболее эффективным и принят как типовой. При этом методе разогрева мазут забирается из нижней части резервуара и мазутным насосом направляется в подогреватель. Затем подогретый мазут возвращается обратно в резервуар через специальный, низко расположенный коллектор с насадками. Разогрев мазута путем его непрерывной циркуляции не только эффективен вследствие высоких коэффициентов теплопередачи, но обеспечивает также равномерное распределение и мелкое диспергирование содержащейся в мазуте влаги .

Число резервуаров, через которые одновременно осуществляется циркуляция, зависит от суточного расхода мазута. При этом следует учитывать, что разогрев резервуаров, в которых осуществляется «холодное» хранение мазута, должен производиться за двое суток до ввода его в нормальную эксплуатацию. Холодное хранение мазута в резервуарах производится при температуре мазута не ниже 10 °С. Выбор насосов, осуществляющих циркуляцию, производится так, чтобы их производительность составляла примерно 2 % объема резервуаров, одновременно находящихся в системе разогрева.

Подача мазута к форсункам должна производиться по циркуляционной схеме. Для подачи мазута из мазутохранилища в котельную следует устанавливать не енее двух насосов (один рабочий и один резервный).

 

 

Горение жидкого топлива.

В топочных устройствах мазут сжигается в распыленном состоянии, в виде капель в потоке воздуха. Поступившая в топочное устройство капля прогревается и начинает испаряться. Вокруг капли образуется сферическая зона, которая насыщена парами испаряющейся жидкости. При наличии окислителя и достижения температуры воспламенения на внешней части сферической поверхности начинается горение паров жидкости. Этот слой называется фронтом горения. При горении паров жидкости выделяется теплота, которая способствует ещё более интенсивному испарению капли.

Т.к. скорость сгорания мазута в основном определяется интенсивностью его испарения. Важным и первым этапом подготовки жидкого топлива к сжиганию является распыление его на мельчайшие частицы. Например, из капли диаметром 1мм дроблением удается получить 1 миллион капель диаметром 10 мкм. Площадь поверхности испарения при этом увеличивается в 100 раз. Наиболее мелкие капли испаряются и воспламеняются первыми, помогая испарению и воспламенению более крупных.

По мере нагревания мазута происходит термическое разложение топлива с образованием как газообразной, так и твердой (сажа, кокс) фаз, которые выгорают также, как частицы твердого топлива.

Таким образом, процесс сжигания мазута состоит из следующих этапов:

Ø Распыление топлива;

Ø Испарение жидкого топлива и образование горючей смеси (продукты испарения и термического разложения с воздухом;

Ø Воспламенение горючей смеси:

Ø Горение горючей смеси.

Продукты полного сгорания жидкого топлива: углекислый газ СО₂, водяные пары и сернистый газ SO₂.

При неполном сгорании ещё образуется угарный газ, тяжелые углеводороды и твердый углерод (в виде сажи). Выход из трубы черного дыма говорит о химической неполноте сгорания топлива, недостаточном подогреве, высокой вязкости, грубом распыливании, плохом перемешивании с воздухом.

 

Общая характеристика газообразного топлива

Основным компонентом природного газового топлива является метан —
СН₄, содержание которого в отечественном природном газе может дос­тигать 98-99% (по объему). Для метана Q_н составляет 8 500 ккал/м³, а Q_в - 9 500 ккал/м³.

Кроме метана в составе газового топлива, в общем случае, могут содер­жаться: тяжелые углеводороды этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀, пентан С₅Н₁₂, сероводород Н₂S, углекислый газ СО₂, азот N₂.

Азот и углекислый газ образуют негорючую часть газового топлива (балласт). При сгорании газа азот в продуктах сгорания может содержаться как в сво­бодном виде, так и в виде оксидов NО_Х, которые относятся к вредным состав­ляющим продуктов сгорания. Сероводород, хотя и является горючим ком­понентом, но его присутствие снижает качество топлива, так как при его го­рении образуется сернистый газ, который вредно действует на живые орга­низмы и растительность, кроме того, соединяясь с водой сернистый газ образует кислоту, разрушающую металл поверхностей нагрева котлов.

Т.к. природные газы, состоят в основном из метана, то его свойства являются определяющими для свойств природного газа.

Рассмотрим основные свойства метана:

• метан не имеет цвета, вкуса, запаха, нетоксичен, оказывает удушающее действие на организм человека;

• плотность метана составляет 0,72-0,75 кг/м³ (т. е. меньше плотности воз­духа, которая равна 1,29 кг/м³);

• температура воспламенения — составляет около 600 °С и зависит от со­отношения количества газа и воздуха в газовоздушной смеси и других факторов;

• максимальная температура горения метана составляет 2000-2100 °С;

• пределы воспламенения — минимальная или максимальная объемная концентрация метана в неподвижной смеси с воздухом (кислородом), доста­точная для воспламенения ее от источника зажигания — составляют: ниж­ний предел .5% по объему, верхний — 15%.

Одоризация газов. Необходимым условием безопасного использования газового топлива является возможность обнаружения наличия его в возду­хе при утечках. Для этого могут использоваться специальные приборы — газоиндикаторы или газосигнализаторы. Однако наиболее простым спосо­бом является обнаружение газа в воздухе по запаху. Поскольку природные газы запаха не имеют, в газовое топливо вводят вещество с сильным харак­терным запахом, называемое одорантом. Количество вводимого одоранта должно быть таким, чтобы запах ощущался человеком при появлении в воздухе опасной концентрации газа (для метана 1% по объему). В качестве одоранта применяется этилмеркаптан — С₂Н₅5Н.

По сравнению с другими видами топлива газовое топливо имеет преиму­щества:

• является наиболее благоприятным для смешения с воздухом, необходи­мым для горения, так как и топливо, и воздух находятся в одинаковом (газо­образном) агрегатном состоянии;

• для доставки природного газа к потребителю не нужен транспорт, а так­же не требуется склад в пределах города для хранения газа;

• поскольку при сжигании газа не образуется шлак, то не нужен транс­порт для его вывоза;

• условия труда обслуживающего персонала при использовании в котель­ных газа улучшаются; чище становятся территории вокруг котельных и воз­душный бассейн в городах;

• газовое топливо не требует подготовки перед сжиганием, как твердое (дробление, сортировка) или жидкое (подогрев, перекачка к месту горения), и позволяет наилучшим образом организовать процесс горения и автомати­зировать регулирование расхода газа;

• при сжигании газа уменьшаются потери от химического недожога и от­сутствуют потери от физической неполноты сгорания (вынос тепла со шла­ком). По этой причине коэффициент полезного действия (КПД) котла на газообразном топливе, по сравнению с котлом на твердом топливе при про­чих равных условиях, оказывается выше.

Основными недостатками газового топлива являются:

• повышенная взрывоопасность и пожароопасность газовоздушных смесей;

• природные газы оказывают удушающее действие на организм человека, а при неполном сгорания газа в продуктах сгорания образуется угарный газ (СО), который оказывает отравляющее действие на организм человека (20 мг/м³);

• газовое топливо обладает свойствами, которые определяют особые тре­бования к конструкциям газового оборудования, устройству и установке го­релок, правилам обслуживания газоиспользующих установок.

Горение газового топлива

Реакция горения метана имеет вид: СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О, следователь­но, для полного сгорания 1 м³ метана требуется 2 м³ кислорода.

Если известен состав газового топлива, то для сжигания 1 м³ его теорети­чески необходимое количество воздуха определяют исходя из процентного содержания отдельных горючих компонентов и расхода воздуха для сжига­ния каждого из них (за вычетом кислорода, содержащегося в самом топливе).

При горении газового топлива его горючие составные части входят в хими­ческое взаимодействие с кислородом воздуха. Следовательно, основной зада­чей при сжигании газа является правильный подвод к нему воздуха в доста­точном количестве. При достаточном количестве воздуха в топке метан сгора­ет, образуя водяные пары и углекислый газ. Такое горение метана будет пол­ным горением, так как полученные продукты горения дальше гореть не могут.

При неполном горении метана могут возникнуть ситуации:

1. Часть метана сгорает, образуя водяные пары и оксид углерода вместо углекислого газа (угарного газа).

2. Часть метана сгорает, образуя водяные пары и частицы твердого угле­рода — сажу. В этом случае из дымовой трубы может показаться черный дым, а на поверх­ностях нагрева осесть сажа.

3. Часть метана не сгорит совсем и уйдет вместе с отходящими газами в трубу.

Все три случая неполного горения метана могут происходить в одно и то же время.

Горение тяжелых углеводородов происходит так же, как и метана, только для сгорания одной молекулы этих газов требуется несколько больше кисло­рода.

Если в топке будет недостаточно воздуха или понизится температура фа­кела, горение тяжелых углеводородов станет неполным, часть их может со­всем не сгореть иди сгореть с образованием горючих веществ — оксида угле­рода 9угарный газ) и сажи, так же, как для метана.

Очевидно, что при неполном горении метана и других горючих газов, вхо­дящих в состав газового топлива, выделение тепла в топке будет значитель­но меньше, чем при полном горении. Кроме того, в случае оседания сажи на поверхностях нагрева перерасход топлива увеличится еще за счет того, что сажа, являясь очень плохим проводником тепла, уменьшит отдачу тепла и увеличит потери тепла с отходящими газами в дымовую трубу. Опасность неполного горения газового топлива (и других топлив) состоит также в том, что образующийся при этом угарный газ оказывает отравляющее действие на организм человека.

Продуктами полного сгорания любых горючих газов являются всегда водя­ные пары Н₂О и углекислый газ СО₂. Продуктами неполного сгорания газов могут быть — оксид углерода СО (угарный газ), несгоревший метан, тяжелые углеводороды и твердый углерод в виде частичек сажи.

Однако учитывая, что при горении топлива часть кислорода воздуха ус­певает пройти через топку, не принимая участия в горении, а азот, содержа­щийся в воздухе и топливе, вообще не горит, то в состав продуктов сгорания топлива всегда входят еще азот N₂ и так называемый свободный, избыточ­ный кислород О₂, не участвующий в горении топлива.

Вышеуказанные продукты сгорания топлива образуют сильно нагретые газы, которые, выйдя из топки, проходят по дымоходам котла или печи, от­дают на их нагрев часть своего тепла и уходят в дымовую трубу.

Кроме перечисленных выше продуктов полного и неполного горения в составе отходящих газов могут быть, в случае наличия в горючих газах се­роводорода, незначительные количества сернистого газа SО₂. В результате горения сероводорода образуются водяной пар и сернистый газ.

Для того чтобы горение газа было полным, следует соблюдать условия:

 1) обеспечивать постоянный подвод газового топлива к месту горения;

 2) обес­печивать постоянный подвод воздуха, в достаточном для горения в практи­ческих условиях количестве;

3) обеспечивать достаточно высокую темпера­туру факела (не менее 1000 °С);

4) обеспечивать постоянный отвод из топ­ки продуктов сгорания.

Основными причинами неполного сгорания газа являются:

 1) плохое пере­мешивание газа с воздухом;

2) снижение температуры газового факела в от­дельных его зонах ниже температуры воспламенения.

Контроль над процессом горения. Судить о качестве горения газа в топ­ке можно по цвету его пламени, цвету дыма в дымовой трубе и по показани­ям специальных приборов (газоанализаторов). Цвет пламени газа зависит от способа его сжигания и типа горелки. При полном горении газового топ­лива образуются водяные пары и углекислый газ, не имеющие цвета. Следо­вательно, в этом случае, дыма из трубы видно не будет, а в холодное время года может быть виден лишь водяной пар. В случае подачи в топку лишнего воздуха картина будет та же и только в случае недостатка воздуха или падения в топке температуры,

Рис. 1.16. Методы сжигания газа:

а — диффузионный; б — смешанный; в — кинетический

1 — внутренний конус; 2 — зона первичного горения; 3 — зона основного горения; 4 — продукты горения; 5 — первичный воздух; 6 — вторичный воздух

 

 

 вследствие чего горение метана и тяжелых углево­дородов станет неполным, из трубы может показаться черный дым (сажа). Следовательно, по цвету дыма, выходящего из трубы, можно определить ка­чество горения только тогда, когда горение газа станет неполным.

Наиболее совершенным методом контроля за полнотой горения топлива и поступлением воздуха в топку является анализ отходящих дымовых газов при помощи газоанализаторов.

Методы сжигания газа. Различают три способа сжигания газа (рис. 1.16).

1. Диффузионный. В топку газ и воздух в необходимом количестве пода­ются раздельно, и взаимный контакт (смешение) происходит в топке. Ис­пользуемые в этом случае горелки называют атмосферными, горелками внеш­него смешения или диффузионными.

2. Смешанный. В топку подают через горелку подготовленную смесь газа с воздухом, содержащую только часть (30-70%) воздуха, необходимого для горения. Этот воздух называют первичным. Остальной (вторичный) воздух поступает к факелу путем диффузии, и, следовательно, часть газа дожигает­ся в диффузионном факеле по мере осуществления контакта его с вторич­ным воздухом, т. е. в окружающей горелку атмосфере.

3. Кинетический. Через горелку подают в топку полностью подготовлен­ную газовоздушную смесь, в которой имеется не только теоретически необ­ходимое, но и небольшое избыточное количество воздуха, требующееся для обеспечения полного сгорания газа.

 

---

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 177; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!