Неполного сгорания

К продуктам неполного сгорания углеводородных газов относится значительная группа (свыше 200) токсичных веществ. Обычно среди них выделяют: оксид углерода (СО), альдегиды (в основном формальдегид – НСНО), углеводороды (СН), сажу (С) и канцерогенные вещества.

Оксид углерода содержится в продуктах сгорания в наибольшем количестве. Схема образования и выгорания СО имеет следующий характер: на начальном участке выгорания идёт накопление СО, а затем его окисление по длине факела или камеры сгорания. Накопление СО происходит в результате быстрых цепных реакций:

СН₃ + О ® НСНО + Н;

НСНО + М ® СНО +Н;

СНО + М ® СО + Н;

СНО + ОН ® СО + Н₂О.

Высокие концентрации СО сохраняются, если происходит «замораживание» продуктов сгорания, то есть быстрое охлаждение в результате расширения или соприкосновения с относительно холодными поверхностями.

Окисление СО в результате реакции

СО + О₂ ® СО₂ + О

не играет заметной роли, ввиду очень малой скорости. Основной реакцией, по которой выгорает оксид углерода, является реакция с гидроксилом

СО + ОН ® СО₂ + Н.

Поэтому добавки пара и воды, увеличивающие выход радикала ОН, способствует снижению содержания СО.

Формальдегид обнаруживается в продуктах сгорания в значительных количествах при горении газа, прежде всего, в малых установках при общем или локальном недостатке воздуха. На образование формальдегида существенное влияние оказывает переохлаждение фронта горения потоками избыточного вторичного воздуха или соприкосновение с холодными поверхностями нагрева (теплообмена).

Углеводороды содержатся в дымовых газах промышленных топочных устройств в незначительном количестве.

Сажа обнаруживается в продуктах сгорания углеводородных газов при низком качестве смесеобразования и при значительном недостатке кислорода в зоне горения, а также вследствие резкого локального охлаждения пламени. Причина образования сажи заключается в том, что под воздействием высокой температуры углеводородные молекулы полностью разрушаются. Более лёгкие атомы водорода диффундируют в богатый кислородный слой и окисляются. А атомы углерода образуют аморфные частицы.

Канцерогенные вещества –полициклические ароматические углеводороды, в частности бензапирен (С₂₀Н₁₂) образуются при пиролизе углеводородных топлив. Бензапирен обнаруживается в саже, дымовых газах и в отработавших газах автомобилей. По литературным данным механизм образования бензапирена протекает с участием ацетилена, образующегося при пиролизе или крекинге

НС º СН → СН₂ = СН – СН = СН₂ (дивинил)®С₂₀Н₁₂.

Исследования показали, что зависимость образования бензапирена от коэффициента a имеет минимум вблизи a» 1,1. Выход бензапирена возрастает с ухудшением качества горения. Большие количества бензапирена выделяются при режимах горения (a < 0,3), сопровождающихся сажеобразованием. Основное количество образовавшегося бензапирена адсорбируется на поверхности частиц сажи. При правильной организации процесса сжигания газа в продуктах сгорания обнаруживаются только следы бензапирена и других канцерогенов.