Combustion complète et incomplète du gaz. Conditions d'inflammation et de combustion du gaz combustible Processus de combustion du gaz

La condition principale de la combustion des gaz est la présence d'oxygène (et donc d'air). Sans la présence d’air, la combustion des gaz est impossible. Lors de la combustion du gaz, une réaction chimique se produit lorsque l’oxygène de l’air se combine au carbone et à l’hydrogène contenus dans le carburant. La réaction se produit avec dégagement de chaleur, de lumière, ainsi que de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau.

Selon la quantité d'air impliquée dans le processus de combustion du gaz, une combustion complète ou incomplète se produit.

Avec un apport d'air suffisant, une combustion complète du gaz se produit, de sorte que ses produits de combustion contiennent des gaz non combustibles : dioxyde de carbone C02, azote N2, vapeur d'eau H20. La majeure partie (en volume) des produits de combustion de l'azote est de 69,3 à 74 %.

Pour une combustion complète du gaz, il faut également qu'il soit mélangé à l'air en certaines quantités (pour chaque gaz). Plus le pouvoir calorifique du gaz est élevé, plus la quantité d’air nécessaire est importante. Ainsi, pour brûler 1 m3 de gaz naturel, il faut environ 10 m3 d'air, artificiel - environ 5 m3, mélangé - environ 8,5 m3.

En cas d'alimentation en air insuffisante, une combustion incomplète du gaz ou une sous-combustion chimique des composants combustibles se produit ; Des gaz combustibles apparaissent dans les produits de combustion : monoxyde de carbone CO, méthane CH4 et hydrogène H2

En cas de combustion incomplète du gaz, on observe une longue torche jaune, enfumée, lumineuse, opaque.

Ainsi, un manque d'air conduit à une combustion incomplète du gaz, et un excès conduit à un refroidissement excessif de la température de la flamme. La température d'inflammation du gaz naturel est de 530 °C, du gaz de coke de 640 °C et du gaz mélangé de 600 °C. De plus, avec un excès d'air important, une combustion incomplète du gaz se produit également. Dans ce cas, l'extrémité de la torche est de couleur jaunâtre, pas complètement transparente, avec un vague noyau vert bleuâtre ; la flamme est instable et s'éteint du brûleur.

Riz. 1. Flamme de gaz - sans mélange préalable de gaz avec de l'air ; b -c partiel prév. mélange vérifiable de gaz avec de l'air ; c - avec mélange préalable complet du gaz avec de l'air ; 1 - zone sombre intérieure ; 2 - cône lumineux enfumé ; 3 - couche brûlante ; 4 - produits de combustion

Dans le premier cas (Fig. 1a), la torche est plus longue et composée de trois zones. Le gaz pur brûle dans l’air atmosphérique. Dans la première zone sombre intérieure, le gaz ne brûle pas : il ne se mélange pas à l'oxygène de l'air et n'est pas chauffé jusqu'à la température d'inflammation. L'air pénètre dans la deuxième zone en quantité insuffisante : il est retenu par la couche brûlante et ne peut donc pas bien se mélanger au gaz. Ceci est démontré par la couleur fumée, jaune clair et brillante de la flamme. L'air pénètre en quantité suffisante dans la troisième zone, dont l'oxygène se mélange bien au gaz, le gaz brûle en bleuâtre.

Avec cette méthode, le gaz et l'air sont fournis séparément au four. Dans la chambre de combustion, non seulement la combustion du mélange gaz-air se produit, mais également le processus de préparation du mélange. Cette méthode de combustion du gaz est largement utilisée dans les installations industrielles.

Dans le second cas (Fig. 1.6), la combustion des gaz se produit bien mieux. À la suite d'un mélange préliminaire partiel de gaz avec de l'air, le mélange gaz-air préparé pénètre dans la zone de combustion. La flamme devient plus courte, non lumineuse et comporte deux zones : interne et externe.

Le mélange gaz-air dans la zone intérieure ne brûle pas car il n'a pas été chauffé jusqu'à la température d'inflammation. Dans la zone extérieure, le mélange gaz-air brûle, tandis que dans la partie supérieure de la zone la température augmente fortement.

Avec un mélange partiel de gaz avec de l'air, dans ce cas, la combustion complète du gaz ne se produit qu'avec un apport d'air supplémentaire à la torche. Lors de la combustion du gaz, l'air est fourni deux fois : la première fois avant d'entrer dans le four (air primaire), la deuxième fois directement dans le four (air secondaire). Cette méthode de combustion du gaz constitue la base de la conception de brûleurs à gaz pour les appareils électroménagers et les chaudières de chauffage.

Dans le troisième cas, la torche est considérablement raccourcie et le gaz brûle plus complètement, puisque le mélange gaz-air a été préalablement préparé. L'intégralité de la combustion du gaz est indiquée par une courte torche bleue transparente (combustion sans flamme), utilisée dans les appareils à rayonnement infrarouge pour le chauffage du gaz.

Odorisation

Les gaz combustibles n'ont aucune odeur. Pour déterminer à temps leur présence dans l'air, détecter rapidement et avec précision les points de fuite, le gaz est odorisé (donne une odeur). Pour l'odorisation, l'éthylmercaptan (C 2 H 5 SH) est utilisé. Le taux d'odorisation est de 16 g d'éthyl mercaptan pour 1000 m3 de gaz, 8 g d'éthyl mercaptan soufre pour 1000 m³. L'odorisation est réalisée dans les stations de distribution de gaz (GDS). S’il y a 1 % de gaz naturel dans l’air, vous devriez le sentir.

20 % du gaz à l’intérieur provoque la suffocation

5-15 % d'explosion

0,15% de monoxyde de carbone CO- empoisonnement ; 0,5% de CO = 30 minutes. la respiration est mortelle ; 1% de monoxyde de carbone est mortel.

Le méthane et les autres gaz d'hydrocarbures ne sont pas toxiques, mais leur inhalation provoque des étourdissements et des niveaux élevés dans l'air conduisent à la suffocation en raison du manque d'oxygène.

Combustion complète et incomplète du carburant :

Pour brûler 1 m³ de gaz, il faut 10 m³ d’air.

La combustion du gaz naturel est une réaction qui convertit l’énergie chimique du combustible en chaleur.

La combustion peut être complète ou incomplète. Une combustion complète se produit lorsqu'il y a suffisamment d'oxygène.

Avec la combustion complète du gaz, CO 2 (dioxyde de carbone), H 2 O se forme

(eau). Une combustion incomplète du gaz entraîne une perte de chaleur. Manque d'oxygène O 2 agent oxydant.

Les produits d'une combustion incomplète du CO sont le monoxyde de carbone, toxique, le carbone C, la suie.

Une combustion incomplète est un mélange insatisfaisant de gaz avec de l'air, un refroidissement excessif de la flamme avant que la réaction de combustion ne soit terminée.

Réaction de combustion des principaux composants du gaz naturel :

1:10 méthane CH 4 + 20 2 = CO 2 + 2H 2 O = dioxyde de carbone + eau

combustion incomplète du gaz CH 4 + 1,5O 2 = 2H 2 O + CO - monoxyde de carbone

Avantages et inconvénients du gaz naturel par rapport aux autres types de combustibles.

Avantages :

Le coût de la production de gaz est nettement inférieur à celui du charbon et du pétrole ;

Pouvoir calorifique élevé ;

Une combustion complète et des conditions plus faciles pour le personnel d'exploitation sont assurées ;

L'absence de monoxyde de carbone et de sulfure d'hydrogène dans les gaz naturels évite les intoxications dues aux fuites de gaz ;

Lors de la combustion du gaz, un minimum de résidus d'air dans le four est requis et il n'y a aucun coût dû à la postcombustion mécanique ;

Lors de la combustion de gaz combustible, un contrôle plus précis de la température est fourni ;

Lors de la combustion de gaz, les brûleurs peuvent être placés dans un endroit accessible dans le four, ce qui permet un meilleur transfert de chaleur et les conditions de température requises ;

La possibilité de changer la forme de la flamme pour chauffer dans un endroit précis.

Défauts:

Risque d'explosion et d'incendie ;

Le processus de combustion du gaz n'est possible que lorsque l'oxygène est déplacé ;

Effet d'explosion lors d'une combustion spontanée ;

Possibilité de détonation d'un mélange de gaz et d'air.

Informations générales. Une autre source importante de pollution interne, fort facteur de sensibilisation pour l’homme, est le gaz naturel et ses produits de combustion. Le gaz est un système à plusieurs composants composé de dizaines de composés différents, y compris ceux spécialement ajoutés (Tableau.

Il existe des preuves directes que l'utilisation d'appareils brûlant du gaz naturel (cuisinières et chaudières à gaz) a un effet néfaste sur la santé humaine. De plus, les individus présentant une sensibilité accrue aux facteurs environnementaux réagissent de manière inadéquate aux composants du gaz naturel et à ses produits de combustion.

Le gaz naturel domestique est une source de nombreux polluants différents. Il s'agit notamment de composés directement présents dans le gaz (agents odorants, hydrocarbures gazeux, complexes organométalliques toxiques et gaz radon radioactif), de produits de combustion incomplète (monoxyde de carbone, dioxyde d'azote, particules organiques en aérosol, hydrocarbures aromatiques polycycliques et de petites quantités de composés organiques volatils). ). Tous ces composants peuvent agir seuls ou en combinaison les uns avec les autres sur le corps humain (effet de synergie).

Tableau 12.3

Composition du combustible gazeux

Odorants. Les odorisants sont des composés aromatiques organiques soufrés (mercaptans, thioéthers et composés thio-aromatiques). Ajouté au gaz naturel pour détecter les fuites. Bien que ces composés soient présents en très faibles concentrations, inférieures au seuil, qui ne sont pas considérées comme toxiques pour la plupart des individus, leur odeur peut provoquer des nausées et des maux de tête chez les personnes en bonne santé.

L'expérience clinique et les données épidémiologiques indiquent que les personnes chimiquement sensibles réagissent de manière inappropriée aux composés chimiques présents, même à des concentrations inférieures au seuil. Les personnes asthmatiques identifient souvent les odeurs comme un promoteur (déclencheur) des crises d'asthme.

Les odorants comprennent, par exemple, le méthanethiol. Le méthanethiol, également connu sous le nom de méthylmercaptan (mercaptométhane, alcool thiométhylique), est un composé gazeux couramment utilisé comme additif aromatique du gaz naturel. L'odeur désagréable est ressentie par la plupart des gens à une concentration de 1 partie pour 140 ppm, mais ce composé peut être détecté à des concentrations nettement inférieures par des personnes très sensibles.

Des études toxicologiques chez l'animal ont montré que 0,16 % de méthanethiol, 3,3 % d'éthanethiol ou 9,6 % de sulfure de diméthyle sont capables d'induire le coma chez 50 % des rats exposés à ces composés pendant 15 minutes.

Un autre mercaptan, également utilisé comme additif aromatique du gaz naturel, est le mercaptoéthanol (C2H6OS), également connu sous le nom de 2-thioéthanol, éthylmercaptan. Fort irritant pour les yeux et la peau, capable de provoquer des effets toxiques à travers la peau. Il est inflammable et se décompose lorsqu'il est chauffé pour former des vapeurs de SOx hautement toxiques.

Les mercaptans, polluants de l’air intérieur, contiennent du soufre et sont capables de capter le mercure élémentaire. À des concentrations élevées, les mercaptans peuvent provoquer une altération de la circulation périphérique et une augmentation de la fréquence cardiaque, et peuvent stimuler la perte de conscience, le développement d'une cyanose, voire la mort.

Aérosols. La combustion du gaz naturel produit de petites particules organiques (aérosols), notamment des hydrocarbures aromatiques cancérigènes, ainsi que certains composés organiques volatils. Les DOS sont des agents sensibilisants suspectés qui, avec d'autres composants, peuvent induire le syndrome du « bâtiment malsain », ainsi qu'une sensibilité chimique multiple (MCS).

Le DOS comprend également du formaldéhyde, qui se forme en petites quantités lors de la combustion du gaz. L'utilisation d'appareils à gaz dans une maison occupée par des personnes sensibles augmente l'exposition à ces irritants, augmentant ainsi les symptômes de maladie et favorisant également une sensibilisation accrue.

Les aérosols générés lors de la combustion du gaz naturel peuvent devenir des sites d’adsorption pour divers composés chimiques présents dans l’air. Ainsi, les polluants atmosphériques peuvent se concentrer en microvolumes et réagir entre eux, notamment lorsque les métaux agissent comme catalyseurs de réaction. Plus la particule est petite, plus l’activité de concentration de ce processus est élevée.

De plus, la vapeur d’eau générée lors de la combustion du gaz naturel constitue un lien de transport pour les particules d’aérosols et les polluants lors de leur transfert vers les alvéoles pulmonaires.

La combustion du gaz naturel produit également des aérosols contenant des hydrocarbures aromatiques polycycliques. Ils ont des effets néfastes sur le système respiratoire et sont reconnus comme cancérigènes. De plus, les hydrocarbures peuvent entraîner une intoxication chronique chez les personnes sensibles.

La formation de benzène, de toluène, d'éthylbenzène et de xylène lors de la combustion du gaz naturel est également défavorable à la santé humaine. Le benzène est connu pour être cancérigène à des doses bien inférieures aux seuils. L'exposition au benzène est corrélée à un risque accru de cancer, notamment de leucémie. Les effets sensibilisants du benzène ne sont pas connus.

Composés organométalliques. Certains composants du gaz naturel peuvent contenir de fortes concentrations de métaux lourds toxiques, notamment le plomb, le cuivre, le mercure, l'argent et l'arsenic. Selon toute vraisemblance, ces métaux sont présents dans le gaz naturel sous forme de complexes organométalliques comme le triméthylarsénite (CH3)3As. L'association de ces métaux toxiques à la matrice organique les rend liposolubles. Cela conduit à des niveaux élevés d’absorption et à une tendance à la bioaccumulation dans le tissu adipeux humain. La forte toxicité du tétraméthylplumbite (CH3)4Pb et du diméthylmercure (CH3)2Hg suggère un impact sur la santé humaine, puisque les composés méthylés de ces métaux sont plus toxiques que les métaux eux-mêmes. Ces composés présentent un danger particulier pendant l’allaitement chez la femme, car dans ce cas les lipides migrent des réserves graisseuses du corps.

Le diméthylmercure (CH3)2Hg est un composé organométallique particulièrement dangereux en raison de sa forte lipophilie. Le méthylmercure peut être incorporé dans l’organisme par inhalation et également par la peau. L'absorption de ce composé dans le tractus gastro-intestinal est presque de 100 %. Le mercure a un effet neurotoxique prononcé et la capacité d'influencer la fonction reproductrice humaine. La toxicologie ne dispose pas de données sur les niveaux de mercure sans danger pour les organismes vivants.

Les composés organiques de l'arsenic sont également très toxiques, notamment lorsqu'ils sont détruits métaboliquement (activation métabolique), entraînant la formation de formes inorganiques hautement toxiques.

Produits de combustion du gaz naturel. Le dioxyde d'azote peut agir sur le système pulmonaire, ce qui facilite le développement de réactions allergiques à d'autres substances, réduit la fonction pulmonaire, la susceptibilité aux maladies pulmonaires infectieuses, potentialise l'asthme bronchique et d'autres maladies respiratoires. Ceci est particulièrement prononcé chez les enfants.

Il est prouvé que le NO2 produit par la combustion du gaz naturel peut induire :

• inflammation du système pulmonaire et diminution de la fonction vitale des poumons ;
• risque accru de symptômes de type asthmatique, notamment une respiration sifflante, un essoufflement et des crises. Ceci est particulièrement fréquent chez les femmes qui cuisinent sur des cuisinières à gaz, ainsi que chez les enfants ;
• diminution de la résistance aux maladies pulmonaires bactériennes en raison d'une diminution des mécanismes immunologiques de défense pulmonaire ;
• provoquant des effets néfastes en général sur le système immunitaire des humains et des animaux ;
• influence en tant qu'adjuvant sur le développement de réactions allergiques à d'autres composants ;
• sensibilité accrue et réponse allergique accrue aux allergènes indésirables.

Les produits de combustion du gaz naturel contiennent une concentration assez élevée de sulfure d'hydrogène (H2S), qui pollue l'environnement. Il est toxique à des concentrations inférieures à 50 ppm et à des concentrations de 0,1 à 0,2 %, il est mortel même en cas d'exposition de courte durée. Puisque le corps dispose d’un mécanisme pour détoxifier ce composé, la toxicité du sulfure d’hydrogène est davantage liée à sa concentration d’exposition qu’à la durée de l’exposition.

Bien que le sulfure d'hydrogène ait une odeur forte, une exposition continue à de faibles concentrations entraîne une perte de l'odorat. Cela permet que des effets toxiques se produisent chez des personnes qui peuvent être exposées sans le savoir à des niveaux dangereux de ce gaz. De légères concentrations dans l'air des locaux d'habitation entraînent une irritation des yeux et du nasopharynx. Des niveaux modérés provoquent des maux de tête, des étourdissements, ainsi que de la toux et des difficultés respiratoires. Des niveaux élevés entraînent un choc, des convulsions, un coma qui aboutit à la mort. Les survivants d’une intoxication aiguë au sulfure d’hydrogène souffrent de dysfonctionnements neurologiques tels que l’amnésie, des tremblements, un déséquilibre et parfois des lésions cérébrales plus graves.

La toxicité aiguë de concentrations relativement élevées de sulfure d'hydrogène est bien connue, mais malheureusement peu d'informations sont disponibles sur l'exposition chronique à FAIBLE DOSE à ce composant.

Radon. Le radon (222Rn) est également présent dans le gaz naturel et peut être transporté par des pipelines jusqu'aux cuisinières à gaz, qui deviennent des sources de pollution. À mesure que le radon se désintègre en plomb (le 210Pb a une demi-vie de 3,8 jours), il crée une fine couche de plomb radioactif (d'une épaisseur moyenne de 0,01 cm) qui recouvre les surfaces intérieures des tuyaux et des équipements. La formation d'une couche de plomb radioactif augmente la valeur de fond de radioactivité de plusieurs milliers de désintégrations par minute (sur une superficie de 100 cm2). Son retrait est très difficile et nécessite le remplacement des canalisations.

Il convient de garder à l’esprit qu’il ne suffit pas d’éteindre simplement l’équipement à gaz pour éliminer les effets toxiques et soulager les patients chimiquement sensibles. Les équipements à gaz doivent être complètement éloignés de la pièce, car même une cuisinière à gaz qui ne fonctionne pas continue de libérer des composés aromatiques qu'elle a absorbés au fil des années d'utilisation.

Les effets cumulatifs du gaz naturel, l’influence des composés aromatiques et des produits de combustion sur la santé humaine ne sont pas connus avec précision. On suppose que les effets de plusieurs composés pourraient se multiplier et que la réponse à l’exposition à plusieurs polluants pourrait être supérieure à la somme des effets individuels.

En résumé, les caractéristiques du gaz naturel qui suscitent des inquiétudes pour la santé humaine et animale sont :

• caractère inflammable et explosif ;
• propriétés asphyxiantes;
• pollution de l'air intérieur par les produits de combustion ;
• présence d'éléments radioactifs (radon) ;
• teneur en composés hautement toxiques dans les produits de combustion ;
• la présence de traces de métaux toxiques ;
• composés aromatiques toxiques ajoutés au gaz naturel (en particulier pour les personnes présentant de multiples sensibilités chimiques) ;
• la capacité des composants gazeux à sensibiliser.

CH 4+ 2 × O 2 +7,52 × N 2 = CO2 +2× H2O + 7,5× N 2 +8500Kcal

Air:

, d'où la conclusion :

pour 1 m 3 O 2 il y a 3,76 m 3N 2

Lors de la combustion de 1 m 3 de gaz, 9,52 m 3 d'air doivent être consommés (depuis 2 + 7,52). Lors de la combustion complète du gaz, les éléments suivants sont libérés :

· Dioxyde de carbone CO 2 ;

· Vapeur d'eau;

· Azote (ballast aérien);

· La chaleur est libérée.

Lorsque 1 m 3 de gaz est brûlé, 2 m 3 d'eau sont libérés. Si la température des gaz de combustion dans la cheminée est inférieure à 120 °C et que le tuyau est élevé et non isolé, ces vapeurs d'eau se condensent le long des parois de la cheminée jusqu'à sa partie inférieure, d'où elles pénètrent dans un réservoir ou une conduite de drainage. à travers un trou.

Pour éviter la formation de condensation dans la cheminée, il est nécessaire d'isoler la cheminée ou de réduire la hauteur de la cheminée, après avoir préalablement calculé le tirage dans la cheminée (c'est-à-dire que réduire la hauteur de la cheminée est dangereux).

Produits de combustion complète du gaz.

· Gaz carbonique;

· Vapeur d'eau.

Produits de combustion incomplète du gaz.

· Monoxyde de carbone CO ;

· Hydrogène H2;

· Carbone C.

En conditions réelles, pour la combustion du gaz, l'apport d'air est légèrement supérieur à celui calculé par la formule. Le rapport entre le volume réel d'air fourni pour la combustion et le volume théoriquement calculé est appelé coefficient d'excès d'air (un). Il ne doit pas dépasser 1,05...1,2 :

Un excès d’air excessif réduit l’efficacité. Chaudière

Autour de la ville:

175 kg de carburant standard sont dépensés pour générer 1 Gcal de chaleur.

Par le commerce:

162 kg de carburant standard sont dépensés pour générer 1 Gcal de chaleur.

L'excès d'air est déterminé par analyse des fumées avec un appareil.

Coefficientunla longueur de l'espace de combustion n'est pas la même. Au début du foyer au niveau du brûleur, et lorsque les fumées sortent dans la cheminée, elles sont supérieures à celles calculées en raison de fuites d'air à travers le revêtement (caisson) qui fuit de la chaudière.

Cette information s'applique aux chaudières fonctionnant sous vide, lorsque la pression dans le foyer est inférieure à la pression atmosphérique.

Les chaudières fonctionnant sous une pression de gaz excessive dans le four de la chaudière sont appelées chaudières sous pression. Dans de telles chaudières, le revêtement doit être très étanche pour éviter que les fumées ne pénètrent dans la chaufferie et n'empoisonnent les personnes.