Газоснабжение. Горение газов: Учебное пособие (Разделы 1-9. Газообразное топливо. Расчеты эффективности использования топлива), страница 41

При этом предполагается, что сначала возникают радикалы в виде метила , метена  и метина , которые затем инициируют образование этана, этена, ацетилена и других углеводородов. Они, в свою очередь, подвергаются в предпламенной зоне дегидратации и циклизации с образованием в конечном итоге мелкодисперсной сажи. Раскаляясь в пламени, частицы сажи придают ему ярко-желтую окраску.

Процесс горения образовавшихся твердых частиц протекает стадийно и сравнительно медленно, поскольку эти частицы перемещаются со скоростью потока, и их контакт с окислителем осуществляется только за счет медленной молекулярной диффузии. Поэтому выгорание сажистых частиц затягивается и может полностью прекратиться при выходе в низкотемпературную область факела или контакте пламени с холодными поверхностями теплообмена.

Это нередко наблюдается в практике, когда, несмотря на наличие кислорода в отходящих газах, на поверхностях теплообмена обнаруживаются значительные отложения сажи. Следовательно, светящееся пламя всегда свидетельствует о протекании пиролитических процессов и возможности химического недожога. При этом в отходящих газах могут присутствовать не только частицы сажи, но другие продукты неполного сгорания.

8.1.1. Канцерогенные вещества

Особую опасность при неполном сгорании представляет образование полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), поскольку некоторые из них обладают подтвержденной канцерогенной активностью. Процесс их образования более сложен и еще менее исследован, чем образование сажи. Тем не менее, большое количество исследований подтверждает наличие в продуктах неполного сгорания различных топлив, включая сжиженный и природный газ, таких веществ как 3,4-бенз(а)пирен, пирен, перилен, 1,2-бензантрацен, 1,2-бензпирен и других ПАУ.

Экспериментально установлено также, что пиролиз ацетилена, его производных, бутадиена и других углеводородов приводит к образованию канцерогенного 3,4-бенз(а)пирена и других ПАУ. По литературным данным углеводороды типа ацетилена при высокой температуре подвергаются процессу образования и удлинения цепи, приводящему к образованию соединений с углеродными скелетами C₆C₄, которые в результате дегидратации и циклизации могут преобразоваться в 3,4-бенз(а)пирен и другие ПАУ. На рис. 8.2 показана одна из возможных схем таких преобразований.

Рис. 8.2. Возможная схема образования 3,4-бенз(а)пирена

8.2. Оксиды азота

Оксиды азота занимают особое место в списке вредных компонентов продуктов сгорания органического топлива, поскольку они неизбежно образуются при вполне нормальном и хорошо организованном горении. Под широко применяемым наименованием «оксиды азота» (обозначение NO_x) понимается суммарная концентрация оксида азота NO и диоксида азота NO₂, обычно в пересчете на NO₂. На выходе из топки или по окончании процесса горения в отходящих газах содержится преимущественно NO (более 95 % общего количества оксидов азота). Попадая в атмосферу, оксид азота в течение нескольких часов окисляется до диоксида в результате фотохимических процессов. Дальнейшее сложное преобразование NO₂ в атмосфере может занимать несколько суток с образованием еще более опасных химических соединений, входящих в состав так называемого смога.

В зависимости от источника происхождения азота и механизмов образования при сжигании топлива различают три группы оксидов азота:

термические;

топливные;

фронтальные (или быстрые).

8.2.1. Термические оксиды азота

Теорию образования термических оксидов азота (термическая теория Зельдовича) можно представить в виде следующих положений:

1. Образование NO происходит за фронтом пламени в зоне максимальных температур по цепному механизму, формальную кинетику которого описывает уравнение

 кДж.                                  (8.9)

2. Выход NO определяется максимальной температурой горения и концентрацией азота в зоне реакции, поэтому теория получила название термической.