Файл: национальный исслед овательский томский политехнический университет.pdf

Отмеченные пенообразователи и их растворы не оказывают канцерогенного и мутагенного действия на организм человека. Каждый пенообразователь обязан иметь санитарно-гигиенический паспорт.
В процессе эксплуатации и хранения нужно будет использовать меры, исключающие пролив пенообразователей.
3. Анализ влияния жидкофазных огнетушащих составов на человека
и окружающую среду
Жидкофазные огнетушащие составы, при смешении с водой, которая средствами пожаротушения подается в очаг, под действием высоких температур испаряются и переходят в газовую составляющую. Поэтому, как объект исследования мы рассматриваем газовоздушную смесь, в которой находится человек, в зоне непосредственного воздействия опасных негативных факторов от продуктов горения.
3.1. Условия образования продуктов неполного сгорания и
снижение в них концентрации вредных веществ
Рис. 8.12. Промежуточные продукты сгорания.
При сжигании горючих газов в продуктах сгорания имеют все шансы находиться составляющие как полного (диоксид углерода и водяной пар), но и неполного сгорания (оксид углерода, водород, ненасыщенные, разумеющими углеводороды и сажистые частички). Также, в продуктах сгорания постоянно

появляются и оксиды азота. Присутствие товаров неполного сгорания в значимых концентрациях неприемлимо, потому что приводит к засорению атмосферы токсическими субстанциями и к понижению КПД установок, работающих на газовом топливе.
Главные предпосылки их Немаленького содержания:
• сжигание газов с недостающим численностью воздуха;
• плохое смешение горючих газов и воздуха до и в ходе горения;
• чрезмерное остывание огне до окончания реакций горения.
Для метана реакции горения (в зависимости от сосредоточения воздуха в реагирующей смеси) имеют все шансы быть описаны последующими уравнениями:
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + 800,9 МДж/моль при стехиометрическом соотношении или же при излишке окислителя;
СН
4
+ О
2
= СО + Н
2
+ Н
2
О + Q и СН
4
+ 0,5О
2
= СО + 2Н
2
О + Q при недостатке окислителя.
На рис. 8.12 показан приближенный усредненный состав каких-либо промежуточных соединений — водорода, оксида углерода, этилена, ацетилена и относительно маленькое количество сочных и обычнейших ароматических соединений — и диоксида углерода, образующихся в огне при диффузионном горении природного газа (97%). Сжигание газа производилось в ламинарном факеле, газ вытекал из трубки диаметром 12 мм. Общественная вышина огне
130–140 мм.

Рис. 8.13. Содержание изначального воздуха, при котором предотвращается образование желтоватых языков в огню. Газ: 1 – коксовый; 2
– естественный газовых месторождений; 3 – тогда же, нефтяных месторождений; 4 – пропан; 5 – бутан.
Наибольшая сосредоточение водорода и ацетилена достигается приблизительно на одной высоте огню, они пропадают практически в одно и тоже время в вершине светящейся зоны огне. Из всех образовывающихся в огне переходных соединений (исключая сажистые частицы) оксид углерода исчезает последним. Это выдает причина судить по его индексу о полноте сгорания газа.
В продуктах сгорания практически постоянно содержатся оксиды азота, предельная сосредоточение которых встает в зонах активного выгорания оксида углерода и водорода.
Горение углеводородных газов с дефектом окислителя приводит к образованию частиц сажи, придающих огня желтоватую окраску. Процесс выгорания сажи проходит стадийно и относительно медлительно. Порой выгорание возникших частиц сажи затягивается и может прекратиться всецело при входе в низкотемпературную область факела либо при омывании огнем теплообменных плоскостей. Таковым образом, присутствие светящегося огню практически постоянно говорит о протекании пиролитических процессов и о возможности химической неполноты сгорания, в специфики в компактных экранированных топках котлов.

Рис. 8.14. Сосредоточение оксида углерода в продуктах сгорания в газовой плите. а – горелка с периферийной подачей вторичного воздуха; б – тогда же, с центральной и периферийной подачей вторичного воздуха. 1 – естественный газ, горелка с периферийным подводом вторичного воздуха, расстояние до дна посуды 25 мм; 2–4 – тогда же, горелка с перифейрийным и центральным подводом вторичного воздуха, расстояние до дна посуды, мм: 2 – 25, 3 – 18, 4 –
10; 5 – сжиженный газ, горелка с центральным и периферийным подводом вторичного воздуха, расстояние до дна посуды 25 мм; 6 – тогда же, горелка с периферийным подводом вторичного воздуха.
Предотвращение образования сажистых частиц достигается подготовительным смешением углеводородных газов с необходимым численностью окислителя. Содержание изначального воздуха в смеси, при котором встает прозрачное огонь, находится в зависимости не лишь от вида углеводородов, ведь и от критерий смешения с вторичным воздухом (диаметра огневых каналов горелок) (рис. 8.13). На границе и выше кривых огонь прозрачно, а ниже кривых имеет желтоватые язычки. Кривые проявляют, что содержание изначального воздуха в смеси вырастает при повышении количества углеродных атомов в молекуле и диаметра огневых каналов горелок. Коэффициент излишка изначального воздуха α1 в смеси, при котором скрываются желтоватые язычки огня, в зависимости от предписанных моментов быть может определен для небольших огневых каналов горелок:
α1 = 0,12 (m + n/4)0,5 (dk/d0)0,25 (8.35)

где m и n — количество углеродных и водородных атомов в молекуле или же среднее их количество для трудоемкого газа; dk — диаметр огневых каналов горелки, мм; d0 — эталонный диаметр канала горелки (1 мм).
Обеспечивание полноты сгорания в практических условиях — проблема достаточно трудная, зависящая не лишь от принципа сжигания газа, но и от критерий становления огня в топочном размере. Более высочайшие требования по полноте сгорания предъявляются к домашним аппаратам и прочим установкам, сбрасывающим продукты сгорания в атмосферу. Сгорание газа в таковых установках считается более сложным, т.к. соединено с омыванием огнем прохладных теплообменных плоскостей. Для сжигания газа в домашних плитах могут использовать инжекционные многофакельные горелки, образующие гомогенную смесь с коэффициентом излишка изначального воздуха α1 < 1. Отсутствующий для сгорания газа воздух поступает с помощью диффузии из находящейся вокруг атмосферы.
На рис. 8.14 приведены схемы 2-конфорочных горелок для домашних газовых плит и усредненная сосредоточение оксида углерода СО в продуктах сгорания природного метана (95 о. %) и пропана (93 о. %) при работе горелок с номинальной тепловой мощностью. Отличие горелок содержится в том, что к одной из них вторичный воздух подводится лишь с периферии, а к другой — как с периферии, так и из центрального канала.
Полнота сгорания газа находится в зависимости от коэффициента излишка изначального воздуха в смеси, расстояния от огневых каналов горелки до дна посуды, вида горючего газа, метода подвода вторичного воздуха. При данном повышение содержания изначального воздуха в смеси, и еще повышение расстояния от горелки до дна посуды приводят к понижению сосредоточения оксида углерода в продуктах сгорания. Наименьшая сосредоточение оксида углерода соответствует коэффициенту излишка изначального воздуха α1 = 0,6 и выше и расстоянию от горелки до дна посуды
25 мм, а наибольшая — α1 = 0,3 и ниже и расстоянию от горелки до дна посуды

10 мм. Помимо того, повышение тепловой мощности горелок на 15–20% с помощью увеличения давления газа приводит к резкому увеличению сосредоточения оксида углерода в продуктах сгорания в 1,2–1,3 раза, а с помощью теплоты сгорания газа — в 1,5–2 раза.
На выход в свет в ходе горения ароматических соединений — бензола, полициклических бензпирена, безантрацена и др. — надлежит направить специальное внимание, ибо некие из них канцерогенны. Процесс их образования очень труден и проходит стадийно. На первом шаге бывает замечена ацетилен и его производные. В огненной зоне данные препараты претерпевают процессы удлинения цепи с перестройкой тройных углеродных связей на двойные. В эффекте циклизации и дегидратации приводят к выходу в свет всевозможных ароматических соединений, включая полициклические.
Эти табл. 8.16 демонстрируют, что при сжигании природных газов с коэффициентом излишка изначального воздуха α1 = 0,6 и выше на ¬обоих
¬типах горелок сосредоточение оксида углерода продуктах сгорания отвечает притязаниям ГОСТ 5542–87.
Исследования продемонстрировали, что расстояния меж кромками огневых каналов, обеспечивающие стремительное распространение огня, предотвращающие их соединение, находятся в зависимости от их объема и содержания изначального воздуха в смеси, уменьшаясь с его повышением.
Рациональные расстояния меж кромками каналов, обеспечивающие необходимую полноту сгорания газа и прыткое распространение огне, приведены в табл. 8.17. При месторасположении огневых каналов в 2 ряда в шахматном порядке расстояния меж кромками имеют все шансы приниматься по данной же таблице. Расстояния меж рядами при всем при этом обязаны быть в 2–3 раза больше расстояний меж каналами.
Обобщение множественных экспериментальных этих разрешило получить усредненные кривые сосредоточения в продуктах сгорания разных

компонентов, отменно и количественно характеризующих процесс горения
(рис. 8.15). Абсолютное сгорание гомогенной газовоздушной смеси достигается лишь при коэффициенте излишка изначального воздуха α = 1,05 и выше. При убавлении содержания воздуха в смеси, в специфики при α < 1,0, вырастает сосредоточение оксида углерода СО, ацетилена С2Н2, этилена С2Н4, пропилена С3Н6 и пропана С3Н8, также бенз(а)-пирена С20Н9. Кроме того увеличивается сосредоточение и прочих компонентов — водорода, бензола и др.
Помимо рассмотренных продуктов незавершенного горения, при сжигании газа практически постоянно встает какое-либо число оксидов азота, образование которых наблюдается в зонах повышенных температур как после окончания главных реакций горения, так и в ходе горения. Предельная сосредоточение NOх встает на конечных стадиях, надлежащих выгоранию газа и интенсивному горению переходных продуктов в форме водорода и оксида углерода.
Первичное соединение при горении газовоздушных смесей — оксид азота. Начало цепной реакции соединено с атомарным кислородом, образующимся в зонах повышенных температур с помощью диссоциации молекулярного кислорода:
О2 –› 2О — 490 кДж/моль (8.36)
О + N2 –› NO + N — 300 кДж/моль (8.37)
N + О2 –› 2NO + 145 кДж/моль (8.38)
Балансовая реакция
N2 + О2 –› 2NO — 177 кДж/моль (8.39)
Образование атомарного воздуха наблюдается и при выборочной диссоциации продуктов сгорания: при понижении температуры и наличии воздуха часть возникшего оксида азота (1–3 о. %) окисляется до диоксида азота

NO2. Более интенсивно реакция проходит после выхода оксида азота в атмосферу.
Главные оказывающие большое влияние факторы:
• температура в реакционных зонах;
• коэффициент излишка воздуха и время контакта реагирующих компонентов.
Температура огне находится в зависимости от хим состава газа, содержания воздуха в газовоздушной смеси, степени ее однородности и теплоотвода из реакционной зоны. Очень вероятная при этой температуре сосредоточение оксида азота, о. %, быть может подсчитана по формуле:
NOp = 4,6е-2150/(RT)/√О2N2(8.40) где NOp — равновесная сосредоточение оксида азота, о. %; R — всепригодная газовая постоянная; Т — полнейшая температура, К; O2 и N2 — сосредоточение, о. %, в соответствии с этим воздуха и азота.
Рис. 8.15. Сосредоточение оксида углерода, ацетилена, этана, этилена и бенз(а)пирена в продуктах сгорания газа среднего давления в инжекционной горелке.
Высочайшая сосредоточение оксида азота, соизмеримая с равновесной, встает при сжигании газа в топках сильных парогенераторов и в высокотемпературных мартеновских, коксовых и подобных печах. В котлах небольшой и центральной мощности, в маленьких нагревательных и

термических печах со солидным теплоотводом и небольшим временем присутствия компонентов в высокотемпературных зонах выход оксида азота намного меньше. Помимо того, чем кратче время присутствия реагирующих компонентов в зоне больших температур, тем меньше оксида азота в продуктах сгорания.
Отлично кроме того сжигание газа в излучающих горелках и в псевдожиженном слое: в таких случаях наблюдается микрофакельное горение гомогенной газовоздушной смеси с коэффициентом излишка воздуха α=1,05 при очень активном отводе теплоты из реакционной зоны. Сосредоточение оксидов азота при сжигании газа в излучающих горелках составляет в пределах
40, ну а в псевдоожиженном слое — 80–100 мг/м3. Убавление размеров огневых каналов излучающих горелок и огнеупорных зернышек в псевдоожиженном слое содействует понижению выхода оксидов азота.
Скопленные эти дозволили применить ряд конфигураций в систему котельно-отопительного оборудования, которые обеспечивают не лишь высочайший КПД и невысокую сосредоточение продуктов неполного сгорания, ведь и сниженный сброс в атмосферу оксидов азота. К данным переменам относятся:
• сокращение длины высокотемпературных туннелей и движение горения из них в топки;
• применение взамен керамических туннелей стабилизаторов горения в форме тел плохообтекаемой формы либо кольцевого пламени;
• организация плоского факела огне с повышенной поверхностью теплоотдачи;
• рассредоточение огне с помощью увеличения количества горелок либо применения блочных горелок;
• ступенчатый подвод воздуха в реакционную зону;
• равномерное распределение тепловых потоков в топке, экранирование топок и их разделение на отсеки экранами;

• применение диффузионного принципа сжигания газа (диффузионное горение допустимо лишь в тех случаях, когда быть может обеспечено свободное становление огню без омывания теплообменных поверхностей).