Gaz naturel. Processus de combustion. Combustion complète et incomplète du gaz Rapport gaz-air pour la combustion
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Le gaz naturel est aujourd’hui le combustible le plus répandu. Le gaz naturel est appelé gaz naturel car il est extrait des profondeurs mêmes de la Terre.
Le processus de combustion du gaz est une réaction chimique dans laquelle le gaz naturel interagit avec l'oxygène contenu dans l'air.
Dans le combustible gazeux, il y a une partie combustible et une partie non combustible.
Le principal composant inflammable du gaz naturel est le méthane – CH4. Sa teneur en gaz naturel atteint 98 %. Le méthane est inodore, insipide et non toxique. Sa limite d'inflammabilité est de 5 à 15 %. Ce sont ces qualités qui ont permis d'utiliser le gaz naturel comme l'un des principaux types de carburant. Une concentration de méthane supérieure à 10 % met la vie en danger et une suffocation peut survenir en raison du manque d'oxygène.
Pour détecter les fuites de gaz, le gaz est odorisé, c'est-à-dire qu'une substance à forte odeur (éthyl mercaptan) est ajoutée. Dans ce cas, le gaz peut déjà être détecté à une concentration de 1 %.
En plus du méthane, le gaz naturel peut contenir des gaz inflammables : propane, butane et éthane.
Pour assurer une combustion de gaz de haute qualité, il est nécessaire de fournir suffisamment d'air à la zone de combustion et d'assurer un bon mélange de gaz avec l'air. Le rapport optimal est de 1 : 10. Autrement dit, pour une partie de gaz, il y a dix parties d'air. De plus, il est nécessaire de créer le régime de température souhaité. Pour qu'un gaz s'enflamme, il doit être chauffé jusqu'à sa température d'inflammation et, à l'avenir, la température ne doit pas descendre en dessous de la température d'inflammation.
Il est nécessaire d'organiser l'évacuation des produits de combustion dans l'atmosphère.
Une combustion complète est obtenue s'il n'y a pas de substances inflammables dans les produits de combustion rejetés dans l'atmosphère. Dans ce cas, le carbone et l’hydrogène se combinent et forment du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau.
Visuellement, en cas de combustion complète, la flamme est bleu clair ou violet bleuâtre.
Combustion complète du gaz.
méthane + oxygène = dioxyde de carbone + eau
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
En plus de ces gaz, l'azote et l'oxygène restant sont rejetés dans l'atmosphère avec des gaz inflammables. N2+O2
Si la combustion du gaz ne se produit pas complètement, des substances inflammables sont libérées dans l'atmosphère - monoxyde de carbone, hydrogène, suie.
Une combustion incomplète du gaz se produit en raison d'un manque d'air. Dans le même temps, des langues de suie apparaissent visuellement dans la flamme.
Le danger d'une combustion incomplète du gaz est que le monoxyde de carbone peut provoquer une intoxication du personnel de la chaufferie. Une teneur en CO dans l'air de 0,01 à 0,02 % peut provoquer une légère intoxication. Des concentrations plus élevées peuvent provoquer de graves intoxications et la mort.
La suie qui en résulte se dépose sur les parois de la chaudière, altérant ainsi le transfert de chaleur vers le liquide de refroidissement et réduisant l'efficacité de la chaufferie. La suie conduit la chaleur 200 fois moins bien que le méthane.
Théoriquement, il faut 9 m3 d’air pour brûler 1 m3 de gaz. En conditions réelles, il faut plus d’air.
C'est-à-dire qu'une quantité excessive d'air est nécessaire. Cette valeur, désignée alpha, indique combien de fois plus d'air est consommé que ce qui est théoriquement nécessaire.
Le coefficient alpha dépend du type de brûleur spécifique et est généralement précisé dans le passeport du brûleur ou conformément aux recommandations d'organisation des travaux de mise en service effectués.
À mesure que la quantité d’air en excès dépasse la quantité recommandée, la perte de chaleur augmente. Avec une augmentation significative de la quantité d'air, la flamme peut s'éteindre, créant une situation d'urgence. Si la quantité d'air est inférieure à celle recommandée, la combustion sera incomplète, créant ainsi un risque d'intoxication pour le personnel de la chaufferie.
Pour un contrôle plus précis de la qualité de la combustion du carburant, il existe des dispositifs - des analyseurs de gaz, qui mesurent la teneur de certaines substances dans la composition des gaz d'échappement.
Les analyseurs de gaz peuvent être fournis complets avec des chaudières. A défaut de disponibilité, les mesures correspondantes sont réalisées par le commanditaire à l'aide d'analyseurs de gaz portables. Une carte de régime est établie dans laquelle sont prescrits les paramètres de contrôle nécessaires. En les respectant, vous pouvez assurer une combustion complète et normale du carburant.
Les principaux paramètres de régulation de la combustion du carburant sont :
- le rapport entre le gaz et l'air fournis aux brûleurs.
- coefficient d'excès d'air.
- vide dans le four.
- Facteur d'efficacité de la chaudière.
Dans ce cas, l'efficacité de la chaudière désigne le rapport entre la chaleur utile et la quantité de chaleur totale dépensée.
Composition de l'air
| Nom du gaz | Élément chimique | Contenu dans l'air |
| Azote | N2 | 78 % |
| Oxygène | O2 | 21 % |
| Argon | Ar | 1 % |
| Gaz carbonique | CO2 | 0.03 % |
| Hélium | Il | moins de 0,001% |
| Hydrogène | H2 | moins de 0,001% |
| Néon | Né | moins de 0,001% |
| Méthane | CH4 | moins de 0,001% |
| Krypton | Kr | moins de 0,001% |
| Xénon | Xe | moins de 0,001% |
L'emplacement des éléments du dispositif d'automatisation est indiqué sur la Fig. 7. Il montre que l'électro-aimant est recouvert d'un capuchon de protection. Les fils des capteurs sont situés à l'intérieur de tubes à paroi mince. Les tubes sont fixés à l'électro-aimant à l'aide d'écrous-raccords. Les bornes du corps des capteurs sont connectées à l'électro-aimant via le boîtier des tubes eux-mêmes.
Examinons maintenant la méthode permettant de trouver le défaut ci-dessus.
Le contrôle commence par le « maillon le plus faible » du dispositif d'automatisation - le capteur de traction. Le capteur n'est pas protégé par un boîtier, donc après 6... 12 mois de fonctionnement, il est « envahi » par une épaisse couche de poussière. La plaque bimétallique (voir Fig. 6) s'oxyde rapidement, ce qui entraîne une détérioration du contact.
La couche de poussière s'enlève avec une brosse douce. Ensuite, la plaque est retirée du contact et nettoyée avec du papier de verre fin. Il ne faut pas oublier qu'il est nécessaire de nettoyer le contact lui-même. De bons résultats sont obtenus en nettoyant ces éléments avec un spray spécial « Contact ». Il contient des substances qui détruisent activement le film d'oxyde. Après le nettoyage, appliquez une fine couche de lubrifiant liquide sur la plaque et contactez-la.
L'étape suivante consiste à vérifier le bon fonctionnement du thermocouple. Il fonctionne dans des conditions thermiques sévères, puisqu'il est constamment dans la flamme de l'allumeur, sa durée de vie est bien sûr nettement plus courte que les autres éléments de la chaudière ;
Le principal défaut d'un thermocouple est l'épuisement (destruction) de son corps. Dans ce cas, la résistance de transition au niveau du site de soudage (jonction) augmente fortement. En conséquence, le courant dans le circuit Thermocouple - Électro-aimant
- La plaque bimétallique sera inférieure à la valeur nominale, ce qui fera que l'électro-aimant ne pourra plus fixer la tige (Fig. 5).
Pour vérifier le thermocouple, dévissez l'écrou-raccord (Fig. 7), situé à gauche 
côtés de l’électro-aimant. Allumez ensuite l'allumeur et utilisez un voltmètre pour mesurer la tension constante (thermo-emf) au niveau des contacts du thermocouple (Fig. 8). Un thermocouple chauffé et utilisable génère une CEM d'environ 25...30 mV. Si cette valeur est inférieure, le thermocouple est défectueux. Pour le vérifier définitivement, débranchez le tube du boîtier de l'électro-aimant et mesurez la résistance du thermocouple. La résistance du thermocouple chauffé est inférieure à 1 Ohm. Si la résistance du thermocouple est de plusieurs centaines d’Ohms ou plus, il doit être remplacé. Une faible valeur de thermo-EMF générée par un thermocouple peut être causée par les raisons suivantes : - colmatage de la buse de l'allumeur (de ce fait, la température de chauffage du thermocouple peut être inférieure à la température nominale). Ils « traitent » un tel défaut en nettoyant le trou de l'allumeur avec n'importe quel fil souple d'un diamètre approprié ;
- décaler la position du thermocouple (bien entendu, il peut aussi ne pas chauffer suffisamment). Éliminez le défaut comme suit - desserrez la vis fixant le revêtement près de l'allumeur et ajustez la position du thermocouple (Figure 10) ;
- faible pression du gaz à l'entrée de la chaudière.
Si la FEM aux bornes du thermocouple est normale (alors que les symptômes de dysfonctionnement indiqués ci-dessus subsistent), alors vérifier les éléments suivants :
- intégrité des contacts aux points de connexion du thermocouple et du capteur de tirage.
Les contacts oxydés doivent être nettoyés. Les écrous-raccords sont serrés, comme on dit, « à la main ». Dans ce cas, il n'est pas conseillé d'utiliser une clé, car vous pouvez facilement casser les fils adaptés aux contacts ;
- l'intégrité du bobinage de l'électro-aimant et, si nécessaire, souder ses bornes.
La fonctionnalité de l'électro-aimant peut être vérifiée comme suit. Déconnecter 
connexion des thermocouples. Appuyez et maintenez enfoncé le bouton de démarrage, puis allumez l'allumeur. À partir d'une source de tension constante distincte, une tension d'environ 1 V est appliquée au contact électromagnétique libéré (à partir d'un thermocouple) par rapport au boîtier (à un courant allant jusqu'à 2 A). Pour cela, vous pouvez utiliser une batterie ordinaire (1,5 V), l'essentiel est qu'elle fournisse le courant de fonctionnement nécessaire. Le bouton peut maintenant être relâché. Si l'allumeur ne s'éteint pas, l'électro-aimant et le capteur de tirage fonctionnent ;
- capteur de traction. Vérifiez d'abord la force d'appui du contact contre la plaque bimétallique (avec les signes de dysfonctionnement indiqués, elle est souvent insuffisante). Pour augmenter la force de serrage, desserrez le contre-écrou et rapprochez le contact de la plaque, puis serrez l'écrou. Dans ce cas, aucun réglage supplémentaire n'est requis - la force de serrage n'affecte pas la température de réponse du capteur. Le capteur présente une grande marge d'angle de déviation de la plaque, garantissant une coupure fiable du circuit électrique en cas d'accident.
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 susceptibles d'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, 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.
Contenu des sections
Lorsque des combustibles organiques sont brûlés dans des chaudières, divers produits de combustion se forment, tels que des oxydes de carbone CO x = CO + CO 2, de la vapeur d'eau H 2 O, des oxydes de soufre SO x = SO 2 + SO 3, des oxydes d'azote NO x = NON + NO 2 , hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), composés fluorés, composés de vanadium V 2 O 5, particules solides, etc. (voir tableau 7.1.1). Lorsque le combustible est incomplètement brûlé dans les fours, les gaz d'échappement peuvent également contenir des hydrocarbures CH4, C2H4, etc. Tous les produits d'une combustion incomplète sont nocifs, mais grâce à la technologie moderne de combustion des combustibles, leur formation peut être minimisée [1].
Tableau 7.1.1. Émissions spécifiques provenant de la combustion en torchère de combustibles organiques dans les chaudières électriques [3]
Légende : A p, S p – respectivement, la teneur en cendres et en soufre par masse utile de carburant, %.
Le critère d'évaluation sanitaire de l'environnement est la concentration maximale admissible (CMP) d'une substance nocive dans l'air atmosphérique au niveau du sol. Le MAC doit être compris comme une concentration de diverses substances et composés chimiques qui, lorsqu'ils sont exposés quotidiennement au corps humain pendant une longue période, ne provoquent aucun changement pathologique ni maladie.
Les concentrations maximales admissibles (MPC) de substances nocives dans l'air atmosphérique des zones peuplées sont indiquées dans le tableau. 7.1.2 [4]. La concentration unique maximale de substances nocives est déterminée par des échantillons prélevés dans les 20 minutes, la concentration quotidienne moyenne - par jour.
Tableau 7.1.2. Concentrations maximales admissibles de substances nocives dans l'air atmosphérique des zones peuplées
| Polluant | Concentration maximale admissible, mg/m3 | |
| Maximum unique | Moyenne quotidienne | |
| La poussière n'est pas toxique | 0,5 | 0,15 |
| Le dioxyde de soufre | 0,5 | 0,05 |
| Monoxyde de carbone | 3,0 | 1,0 |
| Monoxyde de carbone | 3,0 | 1,0 |
| Dioxyde d'azote | 0,085 | 0,04 |
| L'oxyde nitrique | 0,6 | 0,06 |
| Suie (suie) | 0,15 | 0,05 |
| Sulfure d'hydrogène | 0,008 | 0,008 |
| Benz(a)pyrène | - | 0,1 µg/100 m3 |
| Pentoxyde de vanadium | - | 0,002 |
| Composés fluorés (par fluor) | 0,02 | 0,005 |
| Chlore | 0,1 | 0,03 |
Les calculs sont effectués pour chaque substance nocive séparément, afin que la concentration de chacune d'elles ne dépasse pas les valeursindiquées dans le tableau. 7.1.2. Pour les chaufferies, ces conditions sont renforcées par l'introduction d'exigences supplémentaires sur la nécessité de récapituler l'impact des oxydes de soufre et d'azote, qui est déterminé par l'expression
Dans le même temps, en raison de carences locales en air ou de conditions thermiques et aérodynamiques défavorables, des produits de combustion incomplète se forment dans les fours et les chambres de combustion, constitués principalement de monoxyde de carbone CO (monoxyde de carbone), d'hydrogène H 2 et de divers hydrocarbures, qui caractérisent la chaleur. perte dans la chaudière due à une combustion chimique incomplète (sous-combustion chimique).
De plus, le processus de combustion produit un certain nombre de composés chimiques formés en raison de l'oxydation de divers composants du carburant et de l'azote de l'air N2. La partie la plus importante d'entre eux est constituée d'oxydes d'azote NO x et d'oxydes de soufre SO x .
Les oxydes d'azote se forment en raison de l'oxydation de l'azote moléculaire présent dans l'air et de l'azote contenu dans le carburant. Des études expérimentales ont montré que la principale part des NO x formés dans les chaudières, à savoir 96÷100 %, est le monoxyde d'azote (oxyde) NO. Le dioxyde de NO 2 et l'hémioxyde d'azote N 2 O se forment en quantités nettement inférieures et leur part est d'environ : pour le NO 2 - jusqu'à 4 %, et pour le N 2 O - des centièmes de pour cent de l'émission totale de NO x. Dans des conditions typiques de torchage de combustible dans les chaudières, les concentrations de dioxyde d'azote NO 2 sont généralement négligeables par rapport à la teneur en NO et varient généralement entre 0 et 7. ppm jusqu'à 20÷30 ppm. Parallèlement, un mélange rapide des régions chaudes et froides dans une flamme turbulente peut conduire à l'apparition de concentrations relativement importantes de dioxyde d'azote dans les zones froides de l'écoulement. De plus, une émission partielle de NO 2 se produit dans la partie supérieure du four et dans le conduit horizontal (avec T> 900÷1000 K) et dans certaines conditions peuvent également atteindre des tailles notables.
L'hémicoxyde d'azote N 2 O, formé lors de la combustion de carburants, est apparemment une substance intermédiaire à court terme. N 2 O est pratiquement absent des produits de combustion derrière les chaudières.
Le soufre contenu dans le carburant est source de formation d'oxydes de soufre SO x : anhydrides de dioxyde de soufre SO 2 (dioxyde de soufre) et de soufre SO 3 (trioxyde de soufre). L'émission massique totale de SO x dépend uniquement de la teneur en soufre du combustible S p , et leur concentration dans les fumées dépend également du coefficient de débit d'air α. En règle générale, la part du SO 2 est de 97÷99 % et la part du SO 3 est de 1÷3 % du rendement total du SO x. La teneur réelle en SO 2 dans les gaz sortant des chaudières varie de 0,08 à 0,6 % et la concentration en SO 3 - de 0,0001 à 0,008 %.
Parmi les composants nocifs des gaz de combustion, un grand groupe d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) occupe une place particulière. De nombreux HAP ont une activité cancérigène et (ou) mutagène élevée et activent le smog photochimique dans les villes, ce qui nécessite un contrôle et une limitation stricts de leurs émissions. Dans le même temps, certains HAP, par exemple le phénanthrène, le fluoranthène, le pyrène et plusieurs autres, sont physiologiquement presque inertes et ne sont pas cancérigènes.
Les HAP se forment à la suite d’une combustion incomplète de tout hydrocarbure. Ce dernier se produit en raison de l'inhibition des réactions d'oxydation des hydrocarbures combustibles par les parois froides des dispositifs de combustion, et peut également être provoqué par un mélange insatisfaisant du carburant et de l'air. Cela conduit à la formation dans les fours (chambres de combustion) de zones d'oxydation locales à basses températures ou de zones à excès de combustible.
En raison du grand nombre de HAP différents dans les gaz de combustion et de la difficulté de mesurer leurs concentrations, il est d'usage d'estimer le niveau de contamination cancérigène des produits de combustion et de l'air atmosphérique par la concentration du cancérigène le plus puissant et le plus stable - le benzo(a) pyrène (B(a)P) C 20 H 12 .
En raison de leur forte toxicité, une mention particulière doit être faite aux produits de combustion du fioul tels que les oxydes de vanadium. Le vanadium est contenu dans la partie minérale du fioul et, lorsqu'il est brûlé, forme des oxydes de vanadium VO, VO 2. Cependant, lorsque des dépôts se forment sur des surfaces convectives, les oxydes de vanadium se présentent principalement sous forme de V 2 O 5. Le pentoxyde de vanadium V 2 O 5 est la forme la plus toxique d'oxydes de vanadium, c'est pourquoi leurs émissions sont calculées en termes de V 2 O 5.
Tableau 7.1.3. Concentration approximative de substances nocives dans les produits de combustion lors du torchage de combustibles organiques dans les chaudières électriques
| Émissions = | Concentration, mg/m 3 | ||
| Gaz naturel | Essence | Charbon | |
| Oxydes d'azote NO x (en termes de NO 2) | 200÷1200 | 300÷1000 | 350÷1500 |
| Dioxyde de soufre SO2 | - | 2000÷6000 | 1000÷5000 |
| Anhydride sulfurique SO 3 | - | 4÷250 | 2 ÷100 |
| Monoxyde de carbone CO | 10÷125 | 10÷150 | 15÷150 |
| Benz(a)pyrène C 20 H 12 | (0,1÷1, 0)·10 -3 | (0,2÷4,0) 10 -3 | (0,3÷14) 10 -3 |
| Affaire particulière | - | <100 | 150÷300 |
Lors de la combustion de fioul et de combustibles solides, les émissions contiennent également des particules solides constituées de cendres volantes, de particules de suie, de HAP et de combustibles imbrûlés résultant d'une sous-combustion mécanique.
Les plages de concentrations de substances nocives dans les gaz de combustion lors de la combustion de divers types de combustibles sont indiquées dans le tableau. 7.1.3.
La combustion du gaz naturel est un processus physique et chimique complexe d'interaction de ses composants combustibles avec un comburant, au cours duquel l'énergie chimique du combustible est convertie en chaleur. La combustion peut être complète ou incomplète. Lorsque le gaz est mélangé à l'air, la température dans le four est suffisamment élevée pour la combustion, et l'alimentation continue en combustible et en air assure une combustion complète du combustible. Une combustion incomplète du carburant se produit lorsque ces règles ne sont pas respectées, ce qui entraîne un moindre dégagement de chaleur (CO), d'hydrogène (H2), de méthane (CH4) et, par conséquent, au dépôt de suie sur les surfaces chauffantes, aggravant le transfert de chaleur. et une perte de chaleur croissante, ce qui entraîne une consommation excessive de combustible et une diminution de l'efficacité de la chaudière et, par conséquent, une pollution de l'air.
Le coefficient d'excès d'air dépend de la conception du brûleur à gaz et du four. Le coefficient d'excès d'air doit être d'au moins 1, sinon cela pourrait conduire à une combustion incomplète du gaz. De plus, une augmentation du coefficient d'excès d'air réduit l'efficacité de l'installation utilisant la chaleur en raison des pertes de chaleur importantes avec les gaz d'échappement.
L'intégralité de la combustion est déterminée à l'aide d'un analyseur de gaz ainsi que par la couleur et l'odeur.
Combustion complète du gaz. méthane + oxygène = dioxyde de carbone + eau CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O En plus de ces gaz, l'azote et l'oxygène restant pénètrent dans l'atmosphère avec des gaz inflammables. N2 + O2 Si la combustion du gaz ne se produit pas complètement, des substances inflammables sont libérées dans l'atmosphère - monoxyde de carbone, hydrogène, suie CO + H + C.
Une combustion incomplète du gaz se produit en raison d'un manque d'air. Dans le même temps, des langues de suie apparaissent visuellement dans la flamme. Le danger d'une combustion incomplète du gaz est que le monoxyde de carbone peut provoquer une intoxication du personnel de la chaufferie. Une teneur en CO dans l'air de 0,01 à 0,02 % peut provoquer une légère intoxication. Une concentration plus élevée peut entraîner de graves intoxications, voire la mort. La suie qui en résulte se dépose sur les parois des chaudières, altérant ainsi le transfert de chaleur vers le liquide de refroidissement et réduisant l'efficacité de la chaufferie. La suie conduit la chaleur 200 fois moins bien que le méthane. Théoriquement, pour brûler 1 m3 de gaz, il faut 9 m3 d’air. En conditions réelles, il faut plus d’air. C'est-à-dire qu'une quantité excessive d'air est nécessaire. Cette valeur, désignée alpha, indique combien de fois plus d'air est consommé que théoriquement nécessaire. Le coefficient alpha dépend du type de brûleur spécifique et est généralement prescrit dans le passeport du brûleur ou conformément aux recommandations de l'organisation des travaux de mise en service effectués. . À mesure que la quantité d’air en excès dépasse la quantité recommandée, la perte de chaleur augmente. Avec une augmentation significative de la quantité d'air, la flamme peut s'éteindre, créant une situation d'urgence. Si la quantité d'air est inférieure à celle recommandée, la combustion sera incomplète, créant ainsi un risque d'empoisonnement pour le personnel de la chaufferie. Une combustion incomplète est déterminée par :