Gamtinių dujų deginimas yra sudėtingas fizinis ir cheminis jų degiųjų komponentų sąveikos su oksidatoriumi procesas, kurio metu kuro cheminė energija paverčiama šiluma. Degimas gali būti visiškas arba nepilnas. Kai dujos sumaišomos su oru, temperatūra krosnyje yra pakankamai aukšta degimui, o nuolatinis kuro ir oro tiekimas užtikrina visišką kuro degimą. Nevisiškas kuras sudega, kai nesilaikoma šių taisyklių, dėl to mažiau išsiskiria šilumos (CO), vandenilio (H2), metano (CH4), o dėl to ant šildymo paviršių nusėda suodžiai, pablogėja šilumos perdavimas. ir didėjantys šilumos nuostoliai, o tai savo ruožtu lemia perteklines kuro sąnaudas ir katilo efektyvumo mažėjimą bei atitinkamai oro taršą.
Oro pertekliaus koeficientas priklauso nuo dujinio degiklio ir krosnies konstrukcijos. Oro pertekliaus koeficientas turi būti ne mažesnis kaip 1, antraip dujos gali nesudegti iki galo. Taip pat padidinus oro pertekliaus koeficientą, dėl didelių šilumos nuostolių su išmetamosiomis dujomis sumažėja šilumą naudojančio įrenginio efektyvumas.
Degimo užbaigtumas nustatomas naudojant dujų analizatorių ir pagal spalvą bei kvapą.
Visiškas dujų deginimas. metanas + deguonis = anglies dioksidas + vanduo CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O Be šių dujų, su degiomis dujomis į atmosferą patenka azotas ir likęs deguonis. N2 + O2 Jei dujos nesudega iki galo, į atmosferą išsiskiria degios medžiagos – anglies monoksidas, vandenilis, suodžiai
Nevisiškas dujų degimas atsiranda dėl nepakankamo oro. Tuo pačiu metu liepsnoje vizualiai atsiranda suodžių liežuvių. Nevisiško dujų degimo pavojus yra tas, kad anglies monoksidas gali apsinuodyti katilinės personalu. 0,01–0,02% CO kiekis ore gali sukelti lengvą apsinuodijimą. Didesnė koncentracija gali sukelti sunkų apsinuodijimą ir mirtį. Susidarę suodžiai nusėda ant katilų sienelių, todėl sutrinka šilumos perdavimas į aušinimo skystį ir sumažėja katilinės efektyvumas. Suodžiai praleidžia šilumą 200 kartų blogiau nei metanas Teoriškai 1 m3 dujų sudeginti reikia 9 m3 oro. Realiomis sąlygomis reikia daugiau oro. Tai yra, reikalingas perteklinis oro kiekis. Ši vertė, žymima alfa, parodo, kiek kartų sunaudojama daugiau oro, nei teoriškai reikia. Alfa koeficientas priklauso nuo konkretaus degiklio tipo ir paprastai nurodomas degiklio pase arba vadovaujantis atliekamų paleidimo darbų organizavimo rekomendacijomis. . Oro pertekliaus kiekiui padidėjus virš rekomenduojamo lygio, šilumos nuostoliai didėja. Žymiai padidėjus oro kiekiui, liepsna gali nutrūkti ir sukurti avarinę situaciją. Jei oro kiekis yra mažesnis nei rekomenduojama, degimas bus nepilnas, todėl katilinės darbuotojai gali apsinuodyti.
Aleksandras Pavlovičius Konstantinovas
Branduolinių ir radiaciniu požiūriu pavojingų objektų saugos kontrolės vyriausiasis inspektorius. Technikos mokslų kandidatas, docentas, Rusijos gamtos mokslų akademijos profesorius.
Virtuvė su dujine virykle dažnai yra pagrindinis oro taršos šaltinis visame bute. Ir, kas labai svarbu, tai taikoma daugumai Rusijos gyventojų. Iš tiesų Rusijoje 90% miesto ir daugiau nei 80% kaimo gyventojų naudoja dujines virykles Khata, Z.I.Žmonių sveikata šiuolaikinėje aplinkos situacijoje. - M.: MUGĖS SPAUDA, 2001. - 208 p..
Pastaraisiais metais pasirodė rimtų tyrinėtojų publikacijų apie didelį dujinių viryklių pavojų sveikatai. Medikai žino, kad namuose su dujinėmis viryklėmis gyventojai serga dažniau ir ilgiau nei namuose su elektrinėmis viryklėmis. Be to, mes kalbame apie daugybę skirtingų ligų, o ne tik apie kvėpavimo takų ligas. Sveikatos lygio pablogėjimas ypač pastebimas moterims, vaikams, taip pat vyresnio amžiaus ir lėtinėmis ligomis sergantiems žmonėms, kurie daugiau laiko praleidžia namuose.
Ne veltui profesorius V. Blagovas dujinių viryklių naudojimą pavadino „plataus masto cheminiu karu prieš savuosius“.
Kodėl buitinių dujų naudojimas kenkia sveikatai
Pabandykime atsakyti į šį klausimą. Yra keletas veiksnių, dėl kurių dujinių viryklių naudojimas yra pavojingas sveikatai.
Pirmoji veiksnių grupė
Šią veiksnių grupę lemia pati gamtinių dujų degimo proceso chemija. Net jei buitinės dujos visiškai sudegtų iki vandens ir anglies dioksido, oro sudėtis bute, ypač virtuvėje, pablogėtų. Juk tuo pačiu metu iš oro deginamas deguonis, o kartu didėja ir anglies dvideginio koncentracija. Tačiau tai nėra pagrindinė problema. Galų gale tas pats atsitinka ir orui, kuriuo žmogus kvėpuoja.
Daug blogiau, kad daugeliu atvejų dujos sudega nevisiškai, o ne 100%. Dėl nepilno gamtinių dujų degimo susidaro daug nuodingesnių produktų. Pavyzdžiui, anglies monoksidas (anglies monoksidas), kurio koncentracija gali būti daug kartų, 20–25 kartus didesnė už leistiną ribą. Bet tai veda prie galvos skausmo, alergijos, negalavimų, susilpnėjusio imuniteto Jakovleva, M. A. O pas mus bute yra dujos. - Verslo aplinkosaugos žurnalas. - 2004. - Nr.1(4). - 55 p..
Be anglies monoksido, į orą išsiskiria sieros dioksidas, azoto oksidai, formaldehidas ir stiprus kancerogenas benzopirenas. Miestuose benzopirenas į atmosferos orą patenka iš metalurgijos gamyklų, šiluminių elektrinių (ypač anglimi kūrenamų) ir automobilių (ypač senų) išmetamų teršalų. Tačiau benzopireno koncentracija net ir užterštoje atmosferos ore negali būti lyginama su jo koncentracija bute. Paveikslėlyje parodyta, kiek daugiau benzopireno gauname būdami virtuvėje.
Benzopireno patekimas į žmogaus organizmą, mcg/d Palyginkime pirmus du stulpelius. Virtuvėje gauname 13,5 karto daugiau kenksmingų medžiagų nei gatvėje! Aiškumo dėlei įvertinkime benzopireno patekimą į mūsų organizmą ne mikrogramais, o suprantamesniu ekvivalentu – kasdien surūkomų cigarečių skaičiumi. Taigi, jei rūkalius surūko vieną pakelį (20 cigarečių) per dieną, tai virtuvėje žmogus per dieną gauna dviejų – penkių cigarečių ekvivalentą. Tai yra, namų šeimininkė, turinti dujinę viryklę, atrodo, kad šiek tiek „rūko“.
Antroji veiksnių grupė
Ši grupė yra susijusi su dujinių viryklių eksploatavimo sąlygomis. Bet kuris vairuotojas žino, kad jūs negalite būti garaže tuo pačiu metu kaip automobilis, kurio variklis veikia. Tačiau virtuvėje turime kaip tik tokį atvejį: angliavandenilių deginimas patalpose! Mums trūksta to įrenginio, kurį turi kiekvienas automobilis – išmetimo vamzdžio. Pagal visas higienos taisykles, kiekviena dujinė viryklė turi būti su ištraukiamuoju ventiliacijos gaubtu.
Ypač blogai, jei mažame bute turime nedidelę virtuvę. Minimalus plotas, minimalus lubų aukštis, prasta ventiliacija ir visą dieną veikianti dujinė viryklė. Tačiau esant žemoms luboms, dujų degimo produktai kaupiasi viršutiniame oro sluoksnyje iki 70–80 centimetrų storio. Boiko, A. F. Sveikata 5+. - M.: Rossiyskaya Gazeta, 2002. - 365 p..
Namų šeimininkės darbas prie dujinės viryklės dažnai lyginamas su kenksmingomis darbo sąlygomis gamyboje. Tai nėra visiškai teisinga. Skaičiavimai rodo, kad jei virtuvė maža ir nėra gero vėdinimo, tai susiduriame su ypač kenksmingomis darbo sąlygomis. Metalurgo tipas, aptarnaujantis kokso krosnių baterijas.
Kaip sumažinti dujinės viryklės žalą
Ką daryti, jei viskas taip blogai? Gal tikrai verta atsikratyti dujinės viryklės ir įsirengti elektrinę ar indukcinę? Gerai, jei yra tokia galimybė. O jei ne? Šiuo atveju yra keletas paprastų taisyklių. Pakanka jų laikytis, o dujinės viryklės žalą sveikatai galite sumažinti dešimteriopai. Išvardinkime šias taisykles (dauguma jų yra profesoriaus Yu. D. Gubernsky rekomendacijos) Ilnickis, A. Kvepia dujomis. - Būk sveikas! - 2001. - Nr.5. - P. 68–70..
- Virš krosnelės būtina sumontuoti išmetimo gaubtą su oro valytuvu. Tai pati efektyviausia technika. Bet net jei dėl kokių nors priežasčių to negalite padaryti, likusios septynios taisyklės taip pat žymiai sumažins oro taršą.
- Stebėkite visišką dujų degimą. Jei staiga dujų spalva nėra tokia, kokia turėtų būti pagal instrukcijas, nedelsdami kvieskite dujininkus, kad sureguliuotų sugedusį degiklį.
- Neužkraukite viryklės nereikalingais indais. Indai turi būti dedami tik ant veikiančių degiklių. Tokiu atveju bus užtikrintas laisvas oro patekimas į degiklius ir pilnesnis dujų degimas.
- Geriau vienu metu naudoti ne daugiau kaip du degiklius arba orkaitę ir vieną degiklį. Net jei jūsų krosnyje yra keturi degikliai, vienu metu geriau įjungti ne daugiau kaip du.
- Maksimalus nepertraukiamo dujinės viryklės veikimo laikas yra dvi valandos. Po to turite padaryti pertrauką ir gerai išvėdinti virtuvę.
- Kai veikia dujinė viryklė, virtuvės durys turi būti uždarytos ir langas atidarytas. Tai užtikrins, kad degimo produktai būtų pašalinti per gatvę, o ne per gyvenamąsias patalpas.
- Baigus eksploatuoti dujinę viryklę, patartina išvėdinti ne tik virtuvę, bet ir visą butą. Per ventiliaciją pageidautina.
- Niekada nenaudokite dujinės viryklės drabužiams šildyti ar džiovinti. Vidur virtuvės šiam tikslui ugnies nekursite, tiesa?
Dujų deginimas yra šių procesų derinys:
degiųjų dujų maišymas su oru,
· mišinio šildymas,
terminis degių komponentų skilimas,
· degių komponentų užsidegimas ir cheminis derinys su deguonimi ore, lydimas degiklio susidarymo ir intensyvaus šilumos išsiskyrimo.
Metano degimas vyksta pagal reakciją:
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
Dujoms degti būtinos sąlygos:
· užtikrinti reikiamą degiųjų dujų ir oro santykį,
· kaitinimas iki užsidegimo temperatūros.
Jei dujų ir oro mišinyje yra mažiau nei apatinė degumo riba, jis nesudegs.
Jei dujų ir oro mišinyje yra daugiau dujų nei viršutinė degumo riba, tada jis visiškai nesudegs.
Visiško dujų degimo produktų sudėtis:
· CO 2 – anglies dioksidas
· H 2 O – vandens garai
* N 2 – azotas (degimo metu nereaguoja su deguonimi)
Nevisiško dujų degimo produktų sudėtis:
· CO – anglies monoksidas
· C – suodžiai.
Norint sudeginti 1 m 3 gamtinių dujų, reikia 9,5 m 3 oro. Praktiškai oro suvartojimas visada didesnis.
Požiūris faktinis suvartojimas oras teoriškai reikalingas srautas vadinamas oro pertekliaus koeficientu: α = L/L t.,
Kur: L - faktinis suvartojimas;
L t – teoriškai reikalingas srautas.
Oro pertekliaus koeficientas visada yra didesnis nei vienas. Gamtinėms dujoms jis yra 1,05 – 1,2.
2. Momentinių vandens šildytuvų paskirtis, konstrukcija ir pagrindinės charakteristikos.
Momentiniai dujiniai vandens šildytuvai. Suprojektuoti šildyti vandenį iki tam tikros temperatūros traukiant vandenį Momentiniai vandens šildytuvai skirstomi pagal šiluminės galios apkrovą: 33600, 75600, 105000 kJ, pagal automatizavimo laipsnį – į aukščiausias ir pirmas klases. Efektyvumas vandens šildytuvai 80%, oksidų kiekis ne didesnis kaip 0,05%, degimo produktų temperatūra už traukos pertraukiklio ne mažesnė kaip 180 0 C. Principas pagrįstas vandens šildymu vandens ištraukimo metu.
Pagrindiniai momentinių vandens šildytuvų komponentai yra: dujų degiklis, šilumokaitis, automatikos sistema ir dujų išvadas. Žemo slėgio dujos tiekiamos į įpurškimo degiklį. Degimo produktai praeina per šilumokaitį ir išleidžiami į kaminą. Degimo šiluma perduodama vandeniui, tekančiam per šilumokaitį. Gaisro kamerai aušinti naudojama gyvatė, per kurią cirkuliuoja vanduo, einantis per šildytuvą. Dujiniuose momentiniuose vandens šildytuvuose sumontuoti dujų išmetimo įtaisai ir traukos pertraukikliai, kurie, trumpam dingus traukai, neleidžia užgesti dujinio degiklio liepsnai. Prijungimui prie kamino yra dūmų išleidimo vamzdis.
Dujinis momentinis vandens šildytuvas -VPG. Korpuso priekinėje sienelėje yra: dujų vožtuvo valdymo rankena, mygtukas elektromagnetiniam vožtuvui įjungti ir stebėjimo langas, skirtas stebėti uždegimo ir pagrindinio degiklio liepsną. Įrenginio viršuje yra dūmų šalinimo įtaisas, apačioje yra vamzdžiai įrenginio prijungimui prie dujų ir vandens sistemų. Dujos patenka į solenoidinį vožtuvą, vandens-dujų degiklio bloko dujų bloko vožtuvas nuosekliai įjungia pagrindinį degiklį ir tiekia dujas į pagrindinį degiklį.
Dujų srauto į pagrindinį degiklį blokavimas, kai reikalingas uždegiklis, atliekamas elektromagnetiniu vožtuvu, maitinamu termopora. Dujų tiekimo į pagrindinį degiklį blokavimas, priklausomai nuo vandens tiekimo, atliekamas vožtuvu, varomu per strypą iš vandens bloko vožtuvo membranos.
Kuras katilinei – gamtinės dujos, tiekiamos iš dujų skirstymo stoties. Į pirmąjį mažinimo etapą patenka 1-2 MPa slėgio gamtinės dujos, kurių temperatūrą, srautą ir slėgį fiksuoja komerciniai apskaitos prietaisai. Slėgis po pirmojo sumažinimo pakopos reguliuojamas slėgio reguliatoriaus vožtuvu.
Toliau į šildytuvo vamzdinę erdvę patenka maždaug 0,5 MPa slėgio kuro dujos, kurių aušinimo skystis yra 0,3–0,6 MPa garai. Kuro dujų temperatūra po šildytuvo keičiama valdymo vožtuvu, sumontuotu ant garo vamzdyno. Po šildytuvo kuro dujų slėgis sumažinamas antruoju redukcijos etapu iki 3-80 kPa. Prieš kiekvieno katilo SBG išmatuojamas ir registruojamas slėgis, srautas ir dujų temperatūra. Taip pat registruojamas dujų slėgis po kiekvieno katilo SBG
5.3.2. Gamtinių dujų degimo proceso ypatumai.
Dujinių degiklių tipo ir skaičiaus pasirinkimas, jų išdėstymas ir degimo proceso organizavimas priklauso nuo pramoninio įrenginio šiluminių ir aerodinaminių eksploatavimo sąlygų ypatybių. Teisingas šių problemų sprendimas lemia technologinio proceso intensyvumą ir įrengimo efektyvumą. Teorinės prielaidos ir eksploatacinė patirtis rodo, kad projektuojant naujus dujų įrenginius pagrindiniai jų veikimo rodikliai, kaip taisyklė, gali būti gerinami. Tačiau čia reikia pažymėti, kad neteisingai pasirinktas dujų deginimo būdas ir netinkamas degiklių išdėstymas mažina įrenginių našumą ir efektyvumą.
Projektuojant pramoninius dujų įrenginius, technologinio proceso intensyvinimo ir kuro efektyvumo didinimo uždaviniai turi būti sprendžiami su mažiausiomis medžiagų sąnaudomis ir laikantis daugybės kitų sąlygų, tokių kaip eksploatacijos patikimumas, saugumas ir kt.
Deginant gamtines dujas, skirtingai nei deginant kitų rūšių kurą, degiklio charakteristikos gali būti įvairios. Todėl jis gali būti naudojamas beveik bet kokiam įrengimui. Čia reikia tik prisiminti, kad reikiamo maksimalaus technologinio proceso suintensyvinimo, efektyvumo didinimo, taip pat kitų įrengimui keliamų reikalavimų patenkinimo nepavyks užtikrinti vien pasirinkus vieną ar kitą dujinį degiklį, o bus pasiektas teisingu sprendimu. visų sudėtingų šilumos perdavimo ir aerodinamikos klausimų, pradedant oro ir dujų tiekimu ir baigiant atliekų degimo produktų pašalinimu į atmosferą. Ypač svarbus pradinis proceso etapas – dujų deginimo organizavimas.
Gamtinės dujos yra bespalvės dujos. Žymiai lengvesnis už orą. Dujų buvimas patalpų, šulinių, duobių ore daugiau nei 20% sukelia uždusimą, galvos svaigimą, sąmonės netekimą ir mirtį. Pagal sanitarinius standartus gamtinės dujos (metanas) priklauso 4 pavojingumo klasei (mažai pavojinga medžiaga). Mažas toksiškumas, nėra nuodingas.
Gamtinių dujų sudėtis:
Metanas 98,52%;
Etanas 0,46%;
propanas 0,16%;
Butanas 0,02%;
Azotas 0,73%;
Anglies dioksidas 0,07%.
Jei gamtinės dujos praėjo visus gryninimo etapus, tai jų savybės mažai skiriasi nuo metano savybių. Metanas yra paprasčiausias metano angliavandenilių serijos elementas. Metano savybės:
Savitoji degimo šiluma 7980 Kcal/m3;
Suskystėja esant t°=-161°С, kietėja esant t°=-182°С;
Metano tankis 0,7169 kg/m3 (2 kartus lengvesnis už orą);
Uždegimo temperatūra t°=645°С;
Degimo temperatūra t°=1500 ÷ 2000°С
Sprogimo ribos 5 ÷ 15%.
Sąveikaujant su oru susidaro labai sprogūs mišiniai, kurie gali sprogti ir sukelti sunaikinimą.
Bet kokio kuro, įskaitant dujas, degimas yra jo cheminio derinio su deguonimi reakcija ir kartu išsiskiria šiluma. Šilumos kiekis, gautas visiškai sudeginus 1 m 3 (arba 1 kg) dujų, vadinamas jo kaloringumu. Skiriama mažiausia degimo šiluma, kai neatsižvelgiama į latentinę degimo produktuose esančių vandens garų susidarymo šilumą, ir didžiausia, kai į šią šilumą atsižvelgiama. Skirtumas tarp didesnio ir mažesnio šilumingumo priklauso nuo vandens garų, susidarančių deginant kurą, kiekio ir yra maždaug 2500 kJ 1 kg arba 2000 kJ 1 m 3 vandens garų.
Įvairių rūšių kuro šiluminė vertė gali labai skirtis. Pavyzdžiui, malkų ir durpių kaloringumas mažesnis – iki 12 500, geriausių anglių – iki 31 000, o naftos – apie 40 000 kJ/kg. Gamtinių dujų kaloringumas yra mažesnis – 40–44 MJ/kg.
Bendras degimo laikas nustatomas pagal mišinio susidarymo laiką d (difuziniai procesai) ir laiką k cheminių degimo reakcijų (kinetinių procesų). Atsižvelgdami į tai, kad šie proceso etapai gali sutapti, gauname d + k.
Nuo iki d (degimas, vykstantis kartu su mišinio susidarymu krosnyje, vadinamas difuzija, kadangi šis mišinio susidarymas apima turbulentinės (paskutinėje stadijoje – molekulinės) difuzijos procesus).
Esant d k k (iš anksto paruošto mišinio degimas dažnai sutartinai vadinamas kinetinės, tai lemia cheminių reakcijų kinetika).
Kai d ir k yra proporcingi, degimo procesas vadinamas mišriu.
Kitas mišinio formavimo etapas yra kuro kaitinimas ir uždegimas. Degiųjų dujų srautą sumaišius su oro srove ir jų temperatūrai pamažu didėjant, esant tam tikrai temperatūrai mišinys užsidegs. Minimali temperatūra, kurioje mišinys užsiliepsnoja, vadinama pliūpsnio temperatūra.
Uždegimo temperatūra nėra fizikinė ir cheminė medžiagos konstanta, nes, be degių dujų pobūdžio, ji priklauso nuo dujų ir oksidatoriaus koncentracijos, taip pat nuo šilumos mainų tarp dujų mišinio ir aplinkos intensyvumo.
Yra viršutinė ir apatinė dujų ir oksidatoriaus koncentracijos ribos, o už šių ribų esant tam tikrai temperatūrai mišiniai neužsidega. Didėjant dujų ir oro mišinio temperatūrai, pagal Arenijaus dėsnį reakcijos greitis didėja proporcingai e -E/RT, o šilumos išsiskyrimas proporcingas tai pačiai reikšmei. Jei degimo zonos šilumos nuostoliai, susiję su šilumos mainais su aplinka, viršija šilumos išsiskyrimą, užsidegimas ir degimas yra neįmanomi. Paprastai kaitinimas vyksta kartu su mišinio susidarymu.
Dujų ir oro mišinys, kuriame dujų kiekis yra tarp apatinės ir viršutinės degumo ribos, yra sprogus. Kuo platesnis degumo ribų diapazonas (taip pat vadinamas sprogumo ribomis), tuo dujos yra sprogesnės. Kalbant apie cheminę esmę, dujų ir oro (dujų ir deguonies) mišinio sprogimas yra labai greito (beveik momentinio) degimo procesas, dėl kurio susidaro degimo produktai, kurių temperatūra yra aukšta ir smarkiai padidėja jų temperatūra. spaudimas. Skaičiuojamas perteklinis slėgis gamtinių dujų sprogimo metu yra 0,75, propano ir butano - 0,86, vandenilio - 0,74, acetileno - 1,03 MPa. Praktinėmis sąlygomis sprogimo temperatūra nepasiekia maksimalių verčių, o susidarantys slėgiai yra mažesni už nurodytus, tačiau jų visiškai pakanka, kad įvykus sprogimui sunaikinti ne tik katilų ir pastatų apmušalai, bet ir metaliniai konteineriai. juose.
Dėl užsidegimo ir degimo atsiranda liepsna, kuri yra išorinis intensyvių oksiduojančios medžiagos reakcijų pasireiškimas. Liepsnos judėjimas per dujų mišinį vadinamas liepsnos plitimu. Šiuo atveju dujų mišinys skirstomas į dvi dalis – sudegusias dujas, per kurias jau praėjo liepsna, ir nesudegusias dujas, kurios netrukus pateks į liepsnos zoną. Riba tarp šių dviejų degančio dujų mišinio dalių vadinama liepsnos priekiu.
Degiklis yra srautas, kuriame yra oro, degančių dujų, kuro dalelių ir degimo produktų mišinys, kuriame vyksta kaitinimas, uždegimas ir dujinio kuro degimas.
Esant normaliai temperatūrai krosnyse (1000-1500 °C), angliavandeniliai, įskaitant metaną, net per labai trumpą laiką dėl terminio skilimo išskiria pastebimus elementinės anglies kiekius. Dėl elementinės anglies atsiradimo degiklyje degimo procesas tam tikru mastu įgauna nevienalyčio degimo elementus, t.y., vykstančius kietųjų dalelių paviršiuje. Katalizatorių (geležies ir nikelio oksidų) buvimas žymiai pagreitina metano ir kitų angliavandenilių skilimo procesą.
Taigi, krosnyje arba krosnies darbo erdvėje nuo dujų ir oro įvedimo momento iki galutinių degimo produktų susidarymo dėl angliavandenilių terminio skilimo proceso superpozicijos ir oksidacijos grandininės reakcijos yra labai sudėtinga. stebimas vaizdas, pasižymintis tiek oksidacijos produktų CO 2 ir H 2 O, tiek CO, H 2, elementinės anglies ir nepilnos oksidacijos produktų buvimu (iš pastarųjų formaldehidas yra ypač svarbus). Šių komponentų santykis priklausys nuo dujų kaitinimo prieš oksidacijos reakcijas sąlygų ir trukmės.
Deginant kurui, vyksta cheminiai jo degiųjų komponentų oksidacijos procesai, lydimi intensyvaus šilumos išsiskyrimo ir greito degimo produktų temperatūros kilimo.
Skiriamas homogeninis degimas, kuris vyksta tūryje, kai kuras ir oksidatorius yra toje pačioje agregacijos būsenoje, ir nevienalytis degimas, kuris vyksta fazių sąsajoje, kai degioji medžiaga ir oksidatorius yra skirtingose būsenose. sumavimo.
Dujinio kuro degimas yra vienalytis procesas. Degimo metu tiesioginio proceso greitis yra nepalyginamai didesnis nei atvirkštinio proceso greitis, todėl atvirkštinės reakcijos galima nepaisyti. Prisiminkime, kad homogeninės degimo reakcijos atveju tiesioginės reakcijos greičio išraiška bus tokia:
kur -laikas; T- absoliuti temperatūra; KAM- universali dujų konstanta; k- reakcijos greičio konstanta, priklausomai nuo reagentų pobūdžio, katalizatorių veikimo ir temperatūros; k 0 - empirinė konstanta; el. aktyvacijos energija, kuri apibūdina mažiausią energijos perteklių, kurį turi turėti susidūrusios dalelės, kad įvyktų reakcija.
Iš išraiškų (antroji iš jų vadinama Arenijaus lygtimi) išplaukia, kad reakcijos greitis didėja didėjant koncentracijai (slėgiui sistemoje) ir temperatūrai bei mažėjant aktyvacijos energijai. Eksperimentiniai matavimai suteikia aktyvacijos energijai žymiai mažesnę reikšmę nei pateikti cheminės kinetikos dėsniai. Tai paaiškinama tuo, kad dujų degimo procesai yra grandininės reakcijos ir vyksta tarpiniais etapais nuolat formuojant aktyvius centrus (atomus ar radikalus).
Pavyzdžiui, deginant vandenilį (3 pav.), laisvųjų deguonies atomų ir hidroksilo radikalų pagalba, vietoj to, kuris buvo nagrinėjamos reakcijos stadijos pradžioje, susidaro trys aktyvūs vandenilio atomai. Šis patrigubėjimas įvyksta kiekviename etape, o grandininėse reakcijose aktyvių centrų skaičius didėja kaip lavina. Be to, sąveika tarp nestabilių tarpinių junginių vyksta daug greičiau nei tarp molekulių.
Ryžiai. 3. Vandenilio degimo grandininės reakcijos schema
Bendras vandenilio degimo reakcijos greitis nustatomas pagal lėčiausios reakcijos greitį (išreikštą lygtimi H+O 2 OH+H 2) =kC n Co, kur C n, Co – atominio vandenilio koncentracijos ir molekulinis deguonis.
Angliavandenilių, kurie sudaro organinę gamtinių ir susijusių dujų dalį, oksidacijos procesai yra patys sudėtingiausi. Iki šiol nėra aiškaus supratimo apie kinetinį reakcijų mechanizmą, nors galima drąsiai teigti, kad esant indukcijos periodui degimas turi grandininį pobūdį ir vyksta susidarant daugybei tarpinių dalinės oksidacijos ir skilimo produktų.
Apytikslę laipsniško metano degimo diagramą galima pavaizduoti šių reakcijų rinkiniu:
Nors pradiniai ir galutiniai degimo reakcijos produktai yra dujos, tarpiniuose produktuose, be dujų, gali būti ir elementinės anglies mažytės suodžių suspensijos pavidalu.
Anglies monoksido degimo reakcijos greitis priklauso nuo anglies monoksido ir vandens garų koncentracijų reakcijos zonoje, o metano ir kitų angliavandenilių grandininio degimo greitis – nuo atominio vandenilio, deguonies ir vandens garų koncentracijų.
Dujų kuro deginimas yra sudėtingų aerodinaminių, terminių ir cheminių procesų derinys. Dujinio kuro degimo procesas susideda iš kelių etapų: dujų maišymas su oru, gauto mišinio kaitinimas iki užsidegimo temperatūros, uždegimas ir degimas.
antropotoksinai;
Polimerinių medžiagų naikinimo produktai;
Medžiagos, patenkančios į patalpą su užterštu atmosferos oru;
Iš polimerinių medžiagų išsiskiriančios cheminės medžiagos net ir nedideliais kiekiais gali smarkiai sutrikdyti gyvo organizmo būklę, pavyzdžiui, esant alerginei polimerinių medžiagų sąlyčiai.
Lakiųjų medžiagų išsiskyrimo intensyvumas priklauso nuo polimerinių medžiagų eksploatavimo sąlygų – temperatūros, drėgmės, oro mainų greičio, veikimo laiko.
Nustatyta tiesioginė oro cheminės taršos lygio priklausomybė nuo bendro patalpų prisotinimo polimerinėmis medžiagomis.
Augantis organizmas yra jautresnis lakiųjų polimerinių medžiagų komponentų poveikiui. Taip pat nustatytas didesnis pacientų jautrumas iš plastiko išsiskiriančių cheminių medžiagų poveikiui, lyginant su sveikais žmonėmis. Tyrimai parodė, kad patalpose, kuriose yra daug polimerų, gyventojų jautrumas alergijoms, peršalimui, neurastenijai, vegetacinei distonijai ir hipertenzijai buvo didesnis nei patalpose, kuriose polimerinės medžiagos buvo naudojamos mažesniais kiekiais.
Siekiant užtikrinti polimerinių medžiagų naudojimo saugą, priimta, kad iš polimerų išsiskiriančių lakiųjų medžiagų koncentracijos gyvenamuosiuose ir visuomeniniuose pastatuose neviršytų didžiausių leistinų koncentracijų, nustatytų atmosferos orui, o bendras kelių medžiagų aptiktų koncentracijų santykis su jų didžiausia leistina koncentracija neturi viršyti vieneto. Polimerinių medžiagų ir iš jų pagamintų gaminių prevencinės sanitarinės priežiūros tikslais siūloma riboti kenksmingų medžiagų patekimą į aplinką arba gamybos etape, arba netrukus po jų išleidimo į gamyklas. Šiuo metu yra pagrįsti leistini maždaug 100 cheminių medžiagų, išsiskiriančių iš polimerinių medžiagų, kiekiai.
Šiuolaikinėje statyboje vis labiau ryškėja tendencija technologinių procesų chemizavimui ir įvairių medžiagų, pirmiausia betono ir gelžbetonio, mišinių naudojimui. Higienos požiūriu svarbu atsižvelgti į neigiamą statybinėse medžiagose esančių cheminių priedų poveikį dėl nuodingų medžiagų išsiskyrimo.
Ne mažiau galingi vidiniai patalpų aplinkos taršos šaltiniai žmonių atliekos - antropotoksinai. Nustatyta, kad gyvenimo procese žmogus išskiria apie 400 cheminių junginių.
Tyrimai parodė, kad nevėdinamų patalpų oro aplinka blogėja proporcingai žmonių skaičiui ir patalpoje praleidžiamam laikui. Patalpų oro cheminė analizė leido nustatyti daugybę jose esančių toksiškų medžiagų, kurių pasiskirstymas pagal pavojingumo klases yra toks: dimetilaminas, vandenilio sulfidas, azoto dioksidas, etileno oksidas, benzenas (antra pavojingumo klasė – labai pavojingos medžiagos) ; acto rūgštis, fenolis, metilstirenas, toluenas, metanolis, vinilo acetatas (trečioji pavojingumo klasė – mažai pavojingos medžiagos). Penktadalis nustatytų antropotoksinų yra klasifikuojami kaip labai pavojingos medžiagos. Nustatyta, kad nevėdinamoje patalpoje dimetilamino ir sieros vandenilio koncentracijos viršijo didžiausią leistiną atmosferos orui koncentraciją. Tokių medžiagų kaip anglies dioksidas, anglies monoksidas ir amoniakas koncentracijos viršijo arba buvo tokio pat lygio. Likusios medžiagos, nors ir sudarė dešimtąsias ar mažesnes didžiausios leistinos koncentracijos dalis, kartu paėmus rodė nepalankią oro aplinką, nes net 2–4 valandų buvimas tokiomis sąlygomis neigiamai paveikė tiriamųjų protinę veiklą.
Dujofikuotų patalpų oro aplinkos tyrimas parodė, kad per valandą vidaus ore degant dujoms medžiagų koncentracija buvo (mg/m 3): anglies monoksido - vidutiniškai 15, formaldehido - 0,037, azoto oksido - 0,62, azoto dioksidas - 0,44, benzenas - 0,07. Oro temperatūra patalpoje degant dujoms pakilo 3-6 °C, drėgmė padidėjo 10-15%. Be to, didelės cheminių junginių koncentracijos buvo pastebėtos ne tik virtuvėje, bet ir buto gyvenamosiose patalpose. Išjungus dujinius prietaisus, anglies monoksido ir kitų chemikalų kiekis ore sumažėjo, tačiau kartais negrįžta į pradines vertes net po 1,5-2,5 valandos.
Ištyrus buitinių dujų degimo produktų poveikį žmogaus išoriniam kvėpavimui, nustatytas kvėpavimo sistemos apkrovos padidėjimas ir centrinės nervų sistemos funkcinės būklės pasikeitimas.
Vienas iš labiausiai paplitusių patalpų oro taršos šaltinių yra rūkymas. Spektrometrinė tabako dūmais užteršto oro analizė atskleidė 186 cheminius junginius. Nepakankamai vėdinamose patalpose oro užterštumas nuo rūkymo produktų gali siekti 60-90 proc.
Tiriant tabako dūmų komponentų poveikį nerūkantiems (pasyvus rūkymas), tiriamieji patyrė akių gleivinės sudirginimą, karboksihemoglobino kiekio kraujyje padidėjimą, širdies susitraukimų dažnio padidėjimą ir kraujo kiekio padidėjimą. spaudimas. Taigi, pagrindiniai taršos šaltiniai Kambario oro aplinką galima suskirstyti į keturias grupes:
Vidinių taršos šaltinių reikšmė skirtingų tipų pastatuose skiriasi. Administraciniuose pastatuose bendrosios taršos lygis labiausiai koreliuoja su patalpų prisotinimu polimerinėmis medžiagomis (R = 0,75 uždarose sporto patalpose, cheminės taršos lygis labiausiai koreliuoja su žmonių skaičiumi juose (R = 0,75); ). Gyvenamiesiems pastatams cheminės taršos lygio koreliacijos glaudumas tiek su patalpų prisotinimu polimerinėmis medžiagomis, tiek su žmonių skaičiumi patalpose yra maždaug vienodas.
Cheminė oro tarša gyvenamuosiuose ir visuomeniniuose pastatuose tam tikromis sąlygomis (prastas vėdinimas, per didelis patalpų prisotinimas polimerinėmis medžiagomis, didelės žmonių minios ir kt.) gali pasiekti tokį lygį, kuris neigiamai veikia bendrą žmogaus organizmo būklę. .
Pastaraisiais metais, pasak PSO, pranešimų apie vadinamąjį sergančio pastato sindromą labai padaugėjo. Aprašyti tokiuose pastatuose gyvenančių ar dirbančių žmonių sveikatos pablogėjimo simptomai yra labai įvairūs, tačiau jie turi ir nemažai bendrų bruožų, būtent: galvos skausmai, protinis nuovargis, padažnėjęs oro lašeliniu būdu perduodamų infekcijų ir peršalimo ligų dažnis, kūno gleivinės dirginimas. akys, nosis, ryklė, gleivinės ir odos sausumo pojūtis, pykinimas, galvos svaigimas.
Pirma kategorija - laikinai „sergančių“ pastatų- apima naujai pastatytus ar neseniai rekonstruotus pastatus, kuriuose šių simptomų pasireiškimo intensyvumas laikui bėgant silpnėja ir daugeliu atvejų po maždaug šešių mėnesių jie visiškai išnyksta. Simptomų sunkumas gali sumažėti dėl lakiųjų komponentų, esančių statybinėse medžiagose, dažuose ir kt., emisijos modelių.
Antros kategorijos pastatuose - nuolat "serga" Aprašyti simptomai stebimi jau daug metų, net ir didelio masto sveikatos priežiūros priemonės gali būti neveiksmingos. Šios situacijos paaiškinimą paprastai sunku rasti, nepaisant kruopštaus oro sudėties, vėdinimo sistemos veikimo ir pastato projektinių ypatybių tyrimo.
Pažymėtina, kad ne visada įmanoma nustatyti tiesioginį ryšį tarp patalpų oro aplinkos būklės ir visuomenės sveikatos būklės.
Tačiau optimalios oro aplinkos užtikrinimas gyvenamuosiuose ir visuomeniniuose pastatuose yra svarbi higienos ir inžinerinė problema. Pagrindinė šios problemos sprendimo grandis yra patalpų oro mainai, užtikrinantys reikiamus oro parametrus. Projektuojant oro kondicionavimo sistemas gyvenamuosiuose ir visuomeniniuose pastatuose, skaičiuojamas reikiamas oro padavimo greitis, kurio tūris pakaktų pasisavinti žmogaus šilumą ir drėgmę, iškvėptą anglies dvideginį, o rūkymui skirtose patalpose taip pat atsižvelgiama į poreikį pašalinti tabako dūmus. sąskaitą.
Be tiekiamo oro kiekio ir jo cheminės sudėties reguliavimo, oro aplinkos elektrinės charakteristikos yra žinomos svarbios užtikrinant oro komfortą uždaroje erdvėje. Pastarąjį lemia patalpų joninis režimas, t.y., teigiamos ir neigiamos oro jonizacijos lygis. Tiek nepakankama, tiek per didelė oro jonizacija neigiamai veikia organizmą.
Gyvenimas vietovėse, kuriose neigiamų oro jonų kiekis yra 1000–2000 viename ml oro, teigiamai veikia gyventojų sveikatą.
Žmonių buvimas patalpose sumažina lengvųjų oro jonų kiekį. Tokiu atveju oro jonizacija kinta intensyviau, kuo daugiau žmonių yra patalpoje ir tuo mažesnis jos plotas.
Šviesių jonų kiekio sumažėjimas susijęs su oro gaivinančių savybių praradimu, sumažėjusiu fiziologiniu ir cheminiu aktyvumu, o tai neigiamai veikia žmogaus organizmą ir sukelia nusiskundimus užgulimu bei „deguonies trūkumu“. Todėl ypač domina patalpų oro dejonizacijos ir dirbtinės jonizacijos procesai, kurie, savaime suprantama, turi turėti higieninį reguliavimą.
Būtina pabrėžti, kad dirbtinė patalpų oro jonizacija, kai nėra pakankamo oro tiekimo didelės oro drėgmės ir dulkėtumo sąlygomis, neišvengiamai didina sunkiųjų jonų skaičių. Be to, jonizuojant dulkėtam orui, labai padidėja dulkių susilaikymo kvėpavimo takuose procentas (elektros krūvius nešiojančių dulkių žmogaus kvėpavimo takuose sulaikoma daug daugiau nei neutralių dulkių).
Vadinasi, dirbtinė oro jonizacija nėra universali panacėja patalpų oro sveikatai gerinti. Negerinant visų higieninių oro aplinkos parametrų, dirbtinė jonizacija ne tik nepagerina žmogaus gyvenimo sąlygų, bet, priešingai, gali turėti neigiamą poveikį.
Optimali bendra šviesos jonų koncentracija yra 3 x 10, o minimali reikalinga 5 x 10 1 cm 3. Šios rekomendacijos buvo Rusijos Federacijoje galiojančių sanitarinių ir higienos standartų, taikomų leistinam oro jonizacijos lygiui pramoninėse ir visuomeninėse patalpose, pagrindas (6.1 lentelė).