Совершенствование газохроматографической аппаратуры для определения содержания продуктов горения газообразного топлива
ART 53619
В.
Ф. НовиковБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Новиков
В.
Ф.,
Каратаева
Е.
С.,
Карташова
А.
А. Совершенствование газохроматографической аппаратуры для определения содержания продуктов горения газообразного топлива // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – Т. 3. – С.
3066–3070. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/53619.htm.
Аннотация. Статья посвящена процессу горения газообразного топлива и выделению вредных веществ при его неполном сгорании. Авторы предлагают усовершенствовать аппаратурное оформление анализа продуктов горения, в частности использовать задерживающую колонку с силикагелем.
Ключевые слова:
окружающая среда, горение, газохроматографическое оборудование, загрязнители, организм человека
Текст статьи
1
Новиков Вячеслав Федорович,доктор химических наук, профессор кафедры «Химия», ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», г.Казань,npo_aist@mail.ru
Каратаева Елена Сергеевна,
кандидат технических наук, доцент кафедры «Физическое воспитание»ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», г.Казань,e.s_karataeva@mail.ru
Карташова Александра Андреевна,аспирант 2гогода обучения, кафедры «Химия»ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», г.Казань,sun2007@list.ru
Совершенствование газохроматографической аппаратуры для определения содержания продуктов горения газообразного топлива
Аннотация.Статья посвящена процессу горения газообразного топлива и выделению вредных веществ при его неполном сгорании. Авторы предлагают усовершенствовать аппаратурное оформление анализа продуктов горения, в частности использовать задерживающую колонку с силикагелем.Ключевые слова:горение, газохроматографическое оборудование, окружающая среда, загрязнители, организм человека.
Оптимизация процесса горения газообразного топлива в котельных энергетических предприятий является важной проблемой, решение которой позволяет экономить топливо и уменьшить количество вредных выбросов в воздушную среду. Для решения этой проблемы в последнее время стали широко использовать газохроматографическую аппаратуру, которая позволяет в процессе однократного ввода пробы проводить детальный анализ индивидуального компонентного состава продуктов горения с последующим автоматическим регулированием технологического процесса [1].Как известно, при неполном сгорании топлива в окружающую среду попадают оксиды серы, которые вызывают разрушение строительных конструкций и оказывают вредное воздействие на здоровье населения [2]. К одним из основных загрязнителей окружающей среды относятся также оксиды азота, содержание которых в продуктах горения топлива достигает 95% [3]. Оксиды азота оказывают раздражающее воздействие на органы дыхания человека, а при взаимодействии с атмосферной влагой образуют азотную кислоту, которая попадая в организм человека, соединяется с гемоглобином крови, что может привести котеку легкого и летальному исходу [4].При неполном сгорании топлива в окружающую среду могут попадать также оксиды углерода, альдегиды, органические кислоты и углеводороды [5].Токсичность оксида углерода обусловлена способностью вступать в реакцию с гемоглобином крови с образованием карбоксигемоглобина, что приводит к нарушению функций нервной системы организма человека [6]. Углеводороды также обладают токсичностью и, кроме того, они при определенных условиях могут вступать в химические реакции с образованием канцерогенно активных веществ [7].Кроме того, определенное влияние на организм человека оказывает диоксид углерода, который является продуктом полного сгорания топлива. Диоксид углерода является одним из источников образования кислотных оксидов, способствует 2
разрушению строительных конструкций и оказывает негативное влияние на организм человека [8].Таким образом, продукты сгорания топлива оказывают на организм человека негативное влияние, что повышает риск заболеваний. Особенно существенно это влияние сказывается при наличии в воздушной среде нескольких загрязняющих веществ, которые могут оказывать комбинированное и составное воздействие [9].
Экспериментальная частьЭкспериментальную часть работы проводили на хроматографе Кристаллюкс4000М с детектором по теплопроводности и насадочными колонками. Для определения легких компонентов продуктов горения в присутствии тяжелых углеводородов усовершенствовали газовую схему хроматографа путем введения в нее задерживающей колонки и шестиходового крана [1012].На рис.1 приведена газовая схема хроматографа Кристаллюкс4000М с задерживающей колонкой.
Рис.1.Газовая схема с задерживающей хроматографической колонкой. 1 –задерживающая хроматографическая колонка; 2 –шестиходовой кран; 3 –выходной штуцер крана; 4 –входной штуцер измерительной камеры детектора; 5детектор (катарометр)
Назначение задерживающей колонки –не пропускать тяжелые углеводороды в колонку с молекулярными ситами и тем самым не «загрязнять» ее. Задерживающая колонка должна достаточно четко отделять легкие компоненты от тяжелых. Так, при определении содержания кислорода и азота в природных газах через колонку с молекулярными ситами 5А не следует пропускать углеводороды, начиная с этана, так как его выделения придется ждать слишком долго, примерно 1 ч. В качестве задерживающей колонки может быть применена колонка длиной 0,8 м с силикагелем. На задерживающей колонке предварительно получают хроматограмму смеси газа, содержащую интересующие компоненты: кислород, азот, метан и этан. Это следует сделать один раз, соединив выходной штуцер 3 с входным штуцером 4 измерительной камеры детектора.3
Хроматограмму, по которой будет установлено время переключения потока газаносителя, необходимо получить при том же давлении газа, которое будет в дальнейшем при анализе. Для этого надо сначала установить необходимый расход газаносителя через обе колонки, а затем отключить рабочую колонку и вместо нее поставить винтовой зажим (не прикрывая им потока газа). Расход газаносителя при этом увеличится. Уменьшая расход газа при помощи зажима, легко добиться первоначального значения расхода, при котором и надо получить хроматограмму, характеризующую задерживающую колонку.Анализ кислорода и азота по описываемой схеме проводится следующим образом: проба газа, при положении крана 2 (рис. 1), направляется в задерживающую колонку. Примерно через 1 мин 20 с(рис.2) кислород, азот и метан выйдут из задерживающей колонки и попадут в колонку с молекулярными ситами. В это время этан и все тяжелые компоненты находятся в задерживающей колонке, причем этан начнет выделяться из нее через 40 с. В промежуток времени между выделением метана и этана, т.е. примерно через 1 мин 40 с с момента впуска пробы, поворачивают кран 2 на 60° и ставят его в положение, изображенное на рис.61. Газноситель, минуя задерживающую колонку, будет продувать колонку с молекулярными ситами, на которых и произойдет разделение кислорода, азота и метана.Особенность данной газовой схемы состоит в том, что в процессе анализа газноситель, выходящий из хроматографа, выдувает тяжелые углеводороды из задерживающей колонки. Если в начале опыта использованный газноситель, проходя через канал крана 2, выходил в атмосферу, то после его поворота он направляется через задерживающую колонку, но в обратном направлении, освобождая ее от находящихся в ней углеводородов. Это сохраняет свойства данной колонки, и она служит долгое время. Колонка с молекулярными ситами не «загрязняется», и необходимость ее регенерации определяется лишь в связи с ее увлажнением. Следует подчеркнуть, что время поворота крана (1 мин 40 с после впуска пробы) должно оставаться постоянным независимо от изменения времени выхода кислорода и азота из колонки с молекулярными ситами, так как оно определяется только свойствами задерживающей колонки. Это время может быть несколько изменено (поскольку в данном случае имеется запас по 20 с в обе стороны), если оно случайно совпадает с записью верхушек пиков определяемых компонентов, или если изменились свойства задерживающей колонки.
Рис. 2. Хроматограмма разделения компонентов с применением задерживающей колонки4
Полная хроматограмма природного газа, полученная с использованием задерживающей колонки, приведена на рис.3.
Рис. 3. Хроматограмма природного газа. Сорбент –Полисорб1; колонка длиной –6 м с внутренним диаметром –4 мм; температура колонки 120°С; газноситель –гелий с расходом 50 мл/мин; детектор –катарометр. 1 –метан; 2 –диоксид углерода; 3 –этан; 4 –сероводород; 5 –пропан; 6 –метанол; 7 –изобутан; 8 –нбутан; 9 –изопентан; 10 –нпентан
Алгоритм определения состава газообразного топлива приведена на рис.4.
Рис.4. Алгоритм определения состава газообразного топлива5
В табл.1 приведены результаты определения углеводородного состава газообразного топлива, пропанобутановой фракции из пяти параллельных определений. Как видно из табл.1, в топливе наиболее высокая концентрация наблюдалась для пропана и бутана, которая достигает в сумме около 60%.
Таблица 1Результаты определения состава пропанобутановой фракции№ п/пКомпонентФормулаtR, минКонцентрациях ± ΔхSг, %1МетанСН41,140,26 ± 0,014,182ЭтанС2Н62,961,54 ± 0,052,803ПропанС3Н86,4122,86 ± 0,30,984изобутанС4Н109,5029,46 ± 0,30,795нбутанС4Н1010,2137,84 ± 0,20,406изопентанС5Н1213,264,62 ± 0,12,147нпентанС5Н1213,743,42 ± 0,092,12
В таблице 1 приведены результаты определения индивидуального состава газообразного топлива пропанобутановой фракции. Как видно из табл., наиболее высокая концентрация углеводородов наблюдается для пропана и бутанов, которая в сумме достигает 90%.При этом концентрация метана и этана не превышает 2%.При сгорании газообразного топлива в присутствии кислорода и водяного пара образуются новые химические вещества с самой различной концентрацией. В табл. 2 приведены результаты определения содержания индивидуальных компонентов в продуктах горения газообразного топлива, из которой видно, что наиболее высокие концентрации характерны для оксида углерода, азота, водяных паров и водорода. При этом концентрация образующихся продуктов существенно зависит от содержания кислорода, подаваемого в зону горения нагревательной печи.
Таблица 2Содержание (об.%) индивидуальных компонентов в продуктах горения газообразного топлива (пропанбутана)№п/пКомпонентФормулаКоэффициент расхода воздуха0,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41Оксид углеродаСО14,611,89,46,54,22,51,20,20002Диоксид углеродаСО21,82,93,95,06,48,08,48,57,616,545,603ВодородН224,116,611,27,44,31,80,00,00004Водяные парыН2О8,2512,515,417,218,118,418,217,616,515,014,45АзотN250,856,060,264,068,668,971,072,173,173,673,66КислородO20000000,501,863,124,645,987Оксид азотаNOx00000,000,000,000,000,0080,0080,0088ЭтиленC2H40000,00,000,000,000,000009АцетиленC2H20000,00,000,000,00000010ПропиленC3H60000,020,000,0000000
Как видно из рис.5, в процессе горения газообразного топлива при равномерной подаче кислорода в зону горения происходит существенное уменьшение оксида углерода (кривая 1). В то же время содержание диоксида 6
углерода и водяных паров зависит нелинейно от концентрации кислорода, подаваемого в зону горения (кривая 2 и 3), и проходит через экстремум.
Рис.5. Зависимость содержания оксида углерода (1) и водяного пара (2), а также диоксида углерода (3) и кислорода (4) от коэффициента избытка воздуха λ.
На рис.6. приведен график зависимости процесса сжигания газообразного топлива при постоянном расходе газа и различных концентрациях воздуха.
Рис.6. Процесс сжигания газообразного топлива при постоянном расходе газа и различных концентрациях воздухаТаким образом, при постоянном расходе газообразного топлива и уменьшении расхода воздуха происходило удлинение факела пламени с появлением желтых язычков. В том случае, когда желтые язычки пламени доходили до середины длины 7
факела, последний постепенно уменьшался до синеватого оттенка. После этого пламя приобретало красноватый оттенок и снова становилось синим, сокращалось до самого корня факела в форме тонкой пленки голубоватого цвета и после этого гасло при малом расходе воздуха.В случае скорости выхода газовоздушной смеси, меньшей, чем скорость нормального распространения пламени происходил проскок, а пламя имело голубую окраску, что свидетельствовало об оптимальном процессе горения газообразного топлива. При постоянном расходе газа и уменьшении расхода воздуха проскок пламени происходил вследствие уменьшения скорости выхода газовоздушной смеси до величины меньше нормальной скорости распространения фронта пламени. При этом в факеле наблюдалось два фронта горения: внутренний засчет первичного воздуха и наружный, который сформировался за счет диффузии кислорода из воздуха окружающей среды. Поскольку процессы смешения протекали медленнее горения топлива, то скорость и полнота сгорания определялись полнотой смешения газа и вторичного воздуха, а также их скоростью.
Ссылки на источники
1.Александров Ю.Б., Танеева А.В., Новиков В.Ф. Методы исследования процесса горения газообразного топлива в теплоэнергетических установках // Известия вузов. Проблемы энергетики, 2006, № 910, с.2332.2.Гимадеев М.М., Шеповских А.И. Современные проблемы охраны атмосферного воздуха. –Казань: Табигать, 1997. –368 с.3.Сигач И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива.М.: Недра, 1977. –294 с.4.Лазарев Н.В., Гадаскина И.Д. Вредные веществав промышленности. Неорганические и элементоорганические соединения. –Л.: Химия, 1977. –608 с.5.Огородников С.К. Формальдегид. –Л.: Химия, 1984. –280 с.6.Тиунов Л.В., Кустов В.В.Токсикология очистки углерода. –Л.: Медицина, 1969.93 с.7.Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию. –СПб.: Химиздат, 1999. –144 с.8.Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология. –М.: Дрофа, 2004. –624 с.9.Белов С.В., Барбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. Охрана окружающей среды. 2е изд. перераб. и доп. –М.: Высшая школа, 1991. –319 с.10.Каратаев О.Р., Танеева А.В., Карташова А.А., Новиков В.Ф. Основы газохроматографического анализа. Под ред. проф. В.Ф. Новикова. –Казань: Казан.гос.энерг.унт, 2007. –244 с.11.Танеева А.В., Карташова А.А., Левин И.С., Новиков В.Ф. Способ получения сорбента для газовой хроматографии. Патент на изобретение №2446008, опубл. 27.03.2012. Бюлл. №9.12.Александров Ю.Б., Гиззатуллин А.Р., Александров Б.В., Танеева А.В., Новиков В.Ф. хроматограф. Патент на полезную модель №56642, опубл. 10.09.2006.Бюлл. №25.
8
NovikovVaicheslav,doctor of chemical Sciences, professor of chair of chemistry, Kazan state power engineering university (KSPEU), Kazannpo_aist@mail.ru
KarataevaElena,candidate of the technical sciences,assistant professorchairof physical education, Kazan state power engineering university (KSPEU), Kazane.s_karataeva@mail.ru
Kartashova Aleksandra,postgraduatestudent ofthe 2nd year of studyof chair of chemistry, Kazan state power engineering university (KSPEU), Kazansun2007@list.ru
Abstract.Article focuses onthe processof combustionof gaseous fuelsand releaseof hazardoussubstancesin itsincomplete combustion.The authors propose toimprove thehardware designanalysis of the productsof combustion, includingdelayingusesilica gel column.Keywords:burning,gas chromatographicequipment, the environment, pollutants,human body.
Новиков Вячеслав Федорович,доктор химических наук, профессор кафедры «Химия», ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», г.Казань,npo_aist@mail.ru
Каратаева Елена Сергеевна,
кандидат технических наук, доцент кафедры «Физическое воспитание»ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», г.Казань,e.s_karataeva@mail.ru
Карташова Александра Андреевна,аспирант 2гогода обучения, кафедры «Химия»ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», г.Казань,sun2007@list.ru
Совершенствование газохроматографической аппаратуры для определения содержания продуктов горения газообразного топлива
Аннотация.Статья посвящена процессу горения газообразного топлива и выделению вредных веществ при его неполном сгорании. Авторы предлагают усовершенствовать аппаратурное оформление анализа продуктов горения, в частности использовать задерживающую колонку с силикагелем.Ключевые слова:горение, газохроматографическое оборудование, окружающая среда, загрязнители, организм человека.
Оптимизация процесса горения газообразного топлива в котельных энергетических предприятий является важной проблемой, решение которой позволяет экономить топливо и уменьшить количество вредных выбросов в воздушную среду. Для решения этой проблемы в последнее время стали широко использовать газохроматографическую аппаратуру, которая позволяет в процессе однократного ввода пробы проводить детальный анализ индивидуального компонентного состава продуктов горения с последующим автоматическим регулированием технологического процесса [1].Как известно, при неполном сгорании топлива в окружающую среду попадают оксиды серы, которые вызывают разрушение строительных конструкций и оказывают вредное воздействие на здоровье населения [2]. К одним из основных загрязнителей окружающей среды относятся также оксиды азота, содержание которых в продуктах горения топлива достигает 95% [3]. Оксиды азота оказывают раздражающее воздействие на органы дыхания человека, а при взаимодействии с атмосферной влагой образуют азотную кислоту, которая попадая в организм человека, соединяется с гемоглобином крови, что может привести котеку легкого и летальному исходу [4].При неполном сгорании топлива в окружающую среду могут попадать также оксиды углерода, альдегиды, органические кислоты и углеводороды [5].Токсичность оксида углерода обусловлена способностью вступать в реакцию с гемоглобином крови с образованием карбоксигемоглобина, что приводит к нарушению функций нервной системы организма человека [6]. Углеводороды также обладают токсичностью и, кроме того, они при определенных условиях могут вступать в химические реакции с образованием канцерогенно активных веществ [7].Кроме того, определенное влияние на организм человека оказывает диоксид углерода, который является продуктом полного сгорания топлива. Диоксид углерода является одним из источников образования кислотных оксидов, способствует 2
разрушению строительных конструкций и оказывает негативное влияние на организм человека [8].Таким образом, продукты сгорания топлива оказывают на организм человека негативное влияние, что повышает риск заболеваний. Особенно существенно это влияние сказывается при наличии в воздушной среде нескольких загрязняющих веществ, которые могут оказывать комбинированное и составное воздействие [9].
Экспериментальная частьЭкспериментальную часть работы проводили на хроматографе Кристаллюкс4000М с детектором по теплопроводности и насадочными колонками. Для определения легких компонентов продуктов горения в присутствии тяжелых углеводородов усовершенствовали газовую схему хроматографа путем введения в нее задерживающей колонки и шестиходового крана [1012].На рис.1 приведена газовая схема хроматографа Кристаллюкс4000М с задерживающей колонкой.
Рис.1.Газовая схема с задерживающей хроматографической колонкой. 1 –задерживающая хроматографическая колонка; 2 –шестиходовой кран; 3 –выходной штуцер крана; 4 –входной штуцер измерительной камеры детектора; 5детектор (катарометр)
Назначение задерживающей колонки –не пропускать тяжелые углеводороды в колонку с молекулярными ситами и тем самым не «загрязнять» ее. Задерживающая колонка должна достаточно четко отделять легкие компоненты от тяжелых. Так, при определении содержания кислорода и азота в природных газах через колонку с молекулярными ситами 5А не следует пропускать углеводороды, начиная с этана, так как его выделения придется ждать слишком долго, примерно 1 ч. В качестве задерживающей колонки может быть применена колонка длиной 0,8 м с силикагелем. На задерживающей колонке предварительно получают хроматограмму смеси газа, содержащую интересующие компоненты: кислород, азот, метан и этан. Это следует сделать один раз, соединив выходной штуцер 3 с входным штуцером 4 измерительной камеры детектора.3
Хроматограмму, по которой будет установлено время переключения потока газаносителя, необходимо получить при том же давлении газа, которое будет в дальнейшем при анализе. Для этого надо сначала установить необходимый расход газаносителя через обе колонки, а затем отключить рабочую колонку и вместо нее поставить винтовой зажим (не прикрывая им потока газа). Расход газаносителя при этом увеличится. Уменьшая расход газа при помощи зажима, легко добиться первоначального значения расхода, при котором и надо получить хроматограмму, характеризующую задерживающую колонку.Анализ кислорода и азота по описываемой схеме проводится следующим образом: проба газа, при положении крана 2 (рис. 1), направляется в задерживающую колонку. Примерно через 1 мин 20 с(рис.2) кислород, азот и метан выйдут из задерживающей колонки и попадут в колонку с молекулярными ситами. В это время этан и все тяжелые компоненты находятся в задерживающей колонке, причем этан начнет выделяться из нее через 40 с. В промежуток времени между выделением метана и этана, т.е. примерно через 1 мин 40 с с момента впуска пробы, поворачивают кран 2 на 60° и ставят его в положение, изображенное на рис.61. Газноситель, минуя задерживающую колонку, будет продувать колонку с молекулярными ситами, на которых и произойдет разделение кислорода, азота и метана.Особенность данной газовой схемы состоит в том, что в процессе анализа газноситель, выходящий из хроматографа, выдувает тяжелые углеводороды из задерживающей колонки. Если в начале опыта использованный газноситель, проходя через канал крана 2, выходил в атмосферу, то после его поворота он направляется через задерживающую колонку, но в обратном направлении, освобождая ее от находящихся в ней углеводородов. Это сохраняет свойства данной колонки, и она служит долгое время. Колонка с молекулярными ситами не «загрязняется», и необходимость ее регенерации определяется лишь в связи с ее увлажнением. Следует подчеркнуть, что время поворота крана (1 мин 40 с после впуска пробы) должно оставаться постоянным независимо от изменения времени выхода кислорода и азота из колонки с молекулярными ситами, так как оно определяется только свойствами задерживающей колонки. Это время может быть несколько изменено (поскольку в данном случае имеется запас по 20 с в обе стороны), если оно случайно совпадает с записью верхушек пиков определяемых компонентов, или если изменились свойства задерживающей колонки.
Рис. 2. Хроматограмма разделения компонентов с применением задерживающей колонки4
Полная хроматограмма природного газа, полученная с использованием задерживающей колонки, приведена на рис.3.
Рис. 3. Хроматограмма природного газа. Сорбент –Полисорб1; колонка длиной –6 м с внутренним диаметром –4 мм; температура колонки 120°С; газноситель –гелий с расходом 50 мл/мин; детектор –катарометр. 1 –метан; 2 –диоксид углерода; 3 –этан; 4 –сероводород; 5 –пропан; 6 –метанол; 7 –изобутан; 8 –нбутан; 9 –изопентан; 10 –нпентан
Алгоритм определения состава газообразного топлива приведена на рис.4.
Рис.4. Алгоритм определения состава газообразного топлива5
В табл.1 приведены результаты определения углеводородного состава газообразного топлива, пропанобутановой фракции из пяти параллельных определений. Как видно из табл.1, в топливе наиболее высокая концентрация наблюдалась для пропана и бутана, которая достигает в сумме около 60%.
Таблица 1Результаты определения состава пропанобутановой фракции№ п/пКомпонентФормулаtR, минКонцентрациях ± ΔхSг, %1МетанСН41,140,26 ± 0,014,182ЭтанС2Н62,961,54 ± 0,052,803ПропанС3Н86,4122,86 ± 0,30,984изобутанС4Н109,5029,46 ± 0,30,795нбутанС4Н1010,2137,84 ± 0,20,406изопентанС5Н1213,264,62 ± 0,12,147нпентанС5Н1213,743,42 ± 0,092,12
В таблице 1 приведены результаты определения индивидуального состава газообразного топлива пропанобутановой фракции. Как видно из табл., наиболее высокая концентрация углеводородов наблюдается для пропана и бутанов, которая в сумме достигает 90%.При этом концентрация метана и этана не превышает 2%.При сгорании газообразного топлива в присутствии кислорода и водяного пара образуются новые химические вещества с самой различной концентрацией. В табл. 2 приведены результаты определения содержания индивидуальных компонентов в продуктах горения газообразного топлива, из которой видно, что наиболее высокие концентрации характерны для оксида углерода, азота, водяных паров и водорода. При этом концентрация образующихся продуктов существенно зависит от содержания кислорода, подаваемого в зону горения нагревательной печи.
Таблица 2Содержание (об.%) индивидуальных компонентов в продуктах горения газообразного топлива (пропанбутана)№п/пКомпонентФормулаКоэффициент расхода воздуха0,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41Оксид углеродаСО14,611,89,46,54,22,51,20,20002Диоксид углеродаСО21,82,93,95,06,48,08,48,57,616,545,603ВодородН224,116,611,27,44,31,80,00,00004Водяные парыН2О8,2512,515,417,218,118,418,217,616,515,014,45АзотN250,856,060,264,068,668,971,072,173,173,673,66КислородO20000000,501,863,124,645,987Оксид азотаNOx00000,000,000,000,000,0080,0080,0088ЭтиленC2H40000,00,000,000,000,000009АцетиленC2H20000,00,000,000,00000010ПропиленC3H60000,020,000,0000000
Как видно из рис.5, в процессе горения газообразного топлива при равномерной подаче кислорода в зону горения происходит существенное уменьшение оксида углерода (кривая 1). В то же время содержание диоксида 6
углерода и водяных паров зависит нелинейно от концентрации кислорода, подаваемого в зону горения (кривая 2 и 3), и проходит через экстремум.
Рис.5. Зависимость содержания оксида углерода (1) и водяного пара (2), а также диоксида углерода (3) и кислорода (4) от коэффициента избытка воздуха λ.
На рис.6. приведен график зависимости процесса сжигания газообразного топлива при постоянном расходе газа и различных концентрациях воздуха.
Рис.6. Процесс сжигания газообразного топлива при постоянном расходе газа и различных концентрациях воздухаТаким образом, при постоянном расходе газообразного топлива и уменьшении расхода воздуха происходило удлинение факела пламени с появлением желтых язычков. В том случае, когда желтые язычки пламени доходили до середины длины 7
факела, последний постепенно уменьшался до синеватого оттенка. После этого пламя приобретало красноватый оттенок и снова становилось синим, сокращалось до самого корня факела в форме тонкой пленки голубоватого цвета и после этого гасло при малом расходе воздуха.В случае скорости выхода газовоздушной смеси, меньшей, чем скорость нормального распространения пламени происходил проскок, а пламя имело голубую окраску, что свидетельствовало об оптимальном процессе горения газообразного топлива. При постоянном расходе газа и уменьшении расхода воздуха проскок пламени происходил вследствие уменьшения скорости выхода газовоздушной смеси до величины меньше нормальной скорости распространения фронта пламени. При этом в факеле наблюдалось два фронта горения: внутренний засчет первичного воздуха и наружный, который сформировался за счет диффузии кислорода из воздуха окружающей среды. Поскольку процессы смешения протекали медленнее горения топлива, то скорость и полнота сгорания определялись полнотой смешения газа и вторичного воздуха, а также их скоростью.
Ссылки на источники
1.Александров Ю.Б., Танеева А.В., Новиков В.Ф. Методы исследования процесса горения газообразного топлива в теплоэнергетических установках // Известия вузов. Проблемы энергетики, 2006, № 910, с.2332.2.Гимадеев М.М., Шеповских А.И. Современные проблемы охраны атмосферного воздуха. –Казань: Табигать, 1997. –368 с.3.Сигач И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива.М.: Недра, 1977. –294 с.4.Лазарев Н.В., Гадаскина И.Д. Вредные веществав промышленности. Неорганические и элементоорганические соединения. –Л.: Химия, 1977. –608 с.5.Огородников С.К. Формальдегид. –Л.: Химия, 1984. –280 с.6.Тиунов Л.В., Кустов В.В.Токсикология очистки углерода. –Л.: Медицина, 1969.93 с.7.Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию. –СПб.: Химиздат, 1999. –144 с.8.Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология. –М.: Дрофа, 2004. –624 с.9.Белов С.В., Барбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. Охрана окружающей среды. 2е изд. перераб. и доп. –М.: Высшая школа, 1991. –319 с.10.Каратаев О.Р., Танеева А.В., Карташова А.А., Новиков В.Ф. Основы газохроматографического анализа. Под ред. проф. В.Ф. Новикова. –Казань: Казан.гос.энерг.унт, 2007. –244 с.11.Танеева А.В., Карташова А.А., Левин И.С., Новиков В.Ф. Способ получения сорбента для газовой хроматографии. Патент на изобретение №2446008, опубл. 27.03.2012. Бюлл. №9.12.Александров Ю.Б., Гиззатуллин А.Р., Александров Б.В., Танеева А.В., Новиков В.Ф. хроматограф. Патент на полезную модель №56642, опубл. 10.09.2006.Бюлл. №25.
8
NovikovVaicheslav,doctor of chemical Sciences, professor of chair of chemistry, Kazan state power engineering university (KSPEU), Kazannpo_aist@mail.ru
KarataevaElena,candidate of the technical sciences,assistant professorchairof physical education, Kazan state power engineering university (KSPEU), Kazane.s_karataeva@mail.ru
Kartashova Aleksandra,postgraduatestudent ofthe 2nd year of studyof chair of chemistry, Kazan state power engineering university (KSPEU), Kazansun2007@list.ru
Abstract.Article focuses onthe processof combustionof gaseous fuelsand releaseof hazardoussubstancesin itsincomplete combustion.The authors propose toimprove thehardware designanalysis of the productsof combustion, includingdelayingusesilica gel column.Keywords:burning,gas chromatographicequipment, the environment, pollutants,human body.
