दहन

दहन

दहन प्रक्रिया से उत्पन्न गर्मी अधिकांश बॉयलरों के लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत है। कुछ बॉयलर अन्य तरीकों से पानी गर्म करते हैं, जैसे कि इलेक्ट्रिक बॉयलर, लेकिन ये जीवाश्म ईंधन से चलने वाले बॉयलरों की तुलना में कम सामान्य हैं।

दहन प्रक्रिया में ईंधन के हाइड्रोजन परमाणुओं को जलाकर गर्मी उत्पन्न होती है। चूंकि जीवाश्म ईंधन से चलने वाले बॉयलर और भाप का उत्पादन आपस में संबंधित हैं, इसलिए भाप के उत्पादन को समझने के लिए दहन प्रक्रिया का अध्ययन आवश्यक है। यह अध्याय दहन प्रक्रिया और भाप उत्पादन में इसकी भूमिका को कवर करता है।

दहन रासायनिक प्रतिक्रिया

दहन ईंधन का तीव्र ऑक्सीकरण है, जिसके परिणामस्वरूप गर्मी और प्रकाश के रूप में ऊर्जा का स्थानांतरण होता है। इस पाठ के लिए, कुछ सामान्य रासायनिक तत्वों और उनके प्रतीकों के बारे में जागरूक होना आवश्यक है।

रासायनिक प्रतीकों की तालिका

नोट: यद्यपि ऑक्सीजन का रासायनिक प्रतीक 'O' है, यह अपनी रासायनिक संरचना 'O2' में सबसे आम है और अक्सर इसे इसी तरह दर्शाया जाता है।

ईंधन हाइड्रोकार्बन आधारित होते हैं और रासायनिक प्रतीकों CxHy द्वारा दर्शाए जाते हैं; x और y के मान ईंधन के अनुसार भिन्न होते हैं। जब तत्व एक साथ बंधते हैं, तो अन्य पदार्थ बन सकते हैं, जैसे कि जब दो भाग हाइड्रोजन (H) एक भाग ऑक्सीजन (O) के साथ बंधते हैं तो पानी (H2O) बनता है।

नीचे दी गई छवि दिखाती है कि जब ईंधन (CxHy) ऑक्सीजन (O) के साथ जलता है तो रासायनिक प्रतिक्रिया होती है। रासायनिक प्रतिक्रिया के प्रतिक्रियाकर्ता ईंधन (हाइड्रोकार्बन) और ऑक्सीजन हैं। रासायनिक प्रतिक्रिया के उत्पाद कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), पानी (H2O) और ΔH हैं।

प्रतीक 'ΔH' (डेल्टा H) प्रतिक्रिया की गर्मी (उर्फ प्रतिक्रिया की एंथैल्पी) है। ΔH रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा जारी/स्थानांतरित ऊर्जा की मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है। ΔH इस पर निर्भर करता है कि दहन कितना पूर्ण है।

दहन रासायनिक प्रतिक्रिया

दहन आवश्यकताएँ

दहन केवल तभी हो सकता है जब तीन कारक मौजूद हों:

• ऑक्सीजन
• गर्मी
• ईंधन

बॉयलर के मामले में, ऑक्सीजन परिवेशी वायु द्वारा प्रदान की जाती है, जिसमें लगभग 21% ऑक्सीजन होती है। प्रमुख बॉयलर ईंधन प्राकृतिक गैस, ईंधन तेल और कोयला हैं। गर्मी प्रज्वलन के दौरान प्रदान की जा सकती है, जैसे कि वायु/ईंधन मिश्रण को प्रज्वलित करने के लिए विद्युत चाप बनाते समय।

एक अग्नि त्रिकोण (उर्फ दहन त्रिकोण) दहन की आवश्यकताओं को इंगित करता है; एक अग्नि चतुर्भुज (नीचे दिखाया गया) इसी उद्देश्य को पूरा करता है।

अग्नि चतुर्भुज

तीनों दहन कारकों को अनुपातिक रूप से सही तरीके से प्रदान किया जाना चाहिए, अन्यथा दहन नहीं हो सकता। बहुत अधिक हवा और बहुत कम ईंधन दहन को रोक सकते हैं, जैसे कि बहुत अधिक ईंधन और बहुत कम हवा।

संपूर्ण, पूर्ण और अपूर्ण

बॉयलर दहन को संपूर्ण, पूर्ण या अपूर्ण कहा जाता है।

• संपूर्ण दहन – ईंधन के पूर्ण दहन को प्राप्त करने के लिए हवा की सटीक मात्रा प्रदान की जाती है। संपूर्ण दहन केवल प्रयोगशाला स्थितियों में ही प्राप्त किया जा सकता है।
• पूर्ण दहन – ईंधन के पूर्ण दहन को प्राप्त करने के लिए न्यूनतम मात्रा में हवा प्रदान की जाती है। बॉयलर ऑपरेटरों को हमेशा पूर्ण दहन प्राप्त करने का प्रयास करना चाहिए।
• अपूर्ण दहन – बहुत कम हवा प्रदान की जाती है और अपूर्ण दहन होता है। 

पूर्ण दहन आवश्यक है ताकि बॉयलर की दक्षता में कमी और संभावित सुरक्षा खतरों से बचा जा सके। जब ईंधन पूरी तरह से जलता है, तो दहन के सामान्य उत्पादों में कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), जल वाष्प (H2O), नाइट्रोजन (N2), सल्फर ऑक्साइड (SOx) और नाइट्रिक ऑक्साइड (NOx) शामिल होते हैं। यदि ईंधन पूरी तरह से नहीं जलता है, तो दहन के उत्पादों में कार्बन मोनोऑक्साइड (CO), कालिख और धुआं शामिल हो सकते हैं।

कार्बन मोनोऑक्साइड एक विषैला ज्वलनशील गैस है जो हवा से कम घनत्व वाली होती है। अपूर्ण दहन कार्बन मोनोऑक्साइड के उत्पादन की ओर ले जा सकता है, जो वांछनीय नहीं है, क्योंकि यह स्वास्थ्य और सुरक्षा जोखिम पैदा करता है। अपूर्ण दहन के अन्य उप-उत्पादों में कालिख और धुआं शामिल हैं, जो बॉयलर के भीतर गर्मी हस्तांतरण को कम कर सकते हैं, जिससे समग्र दक्षता में कमी आती है।

प्राथमिक, द्वितीयक और अतिरिक्त हवा

बॉयलर में दहन के लिए प्रदान की जाने वाली हवा की मात्रा इस पर निर्भर करती है कि दहन पूर्ण है या अपूर्ण। दहन के गैसों को मापना संभव है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि दहन पूर्ण था या अपूर्ण। दहन के गैसों में बहुत अधिक ऑक्सीजन का मतलब है कि दहन के लिए बहुत अधिक हवा प्रदान की गई थी। दहन के गैसों में कार्बन मोनोऑक्साइड का उच्च स्तर यह इंगित करता है कि बहुत कम हवा प्रदान की गई थी और दहन अपूर्ण था।

यदि दहन के दौरान ईंधन नहीं जलता है, तो कार्बन मोनोऑक्साइड का स्तर उच्च होगा, और पूर्ण दहन प्राप्त करने के लिए बॉयलर बर्नर द्वारा अधिक हवा प्रदान करने की आवश्यकता होगी। यदि दहन के दौरान बहुत अधिक हवा प्रदान की जाती है, तो दहन के गैसों में ऑक्सीजन का स्तर उच्च होगा, और बॉयलर बर्नर को प्रदान की जाने वाली हवा की मात्रा को कम करने की आवश्यकता होगी।

बॉयलर को प्रदान की जाने वाली कुल हवा को आगे प्राथमिक, द्वितीयक या अतिरिक्त के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

• प्राथमिक हवा – ईंधन के दहन स्थान तक पहुंचने से पहले इसे मिलाया जाता है। प्राथमिक हवा जलाए गए ईंधन की मात्रा को नियंत्रित करती है।
• द्वितीयक हवा – दहन के दौरान दहन स्थान में जोड़ी जाती है। द्वितीयक हवा यह नियंत्रित करती है कि ईंधन कितनी दक्षता से जलता है।
• अतिरिक्त हवा – दहन प्रक्रिया में जोड़ी गई हवा जो दहन के लिए आवश्यक नहीं थी। अतिरिक्त हवा द्वितीयक हवा है जो दहन प्रक्रिया का हिस्सा नहीं थी।
• कुल हवा – दहन प्रक्रिया के लिए प्रदान की गई हवा का योग यानी प्राथमिक हवा + द्वितीयक हवा + अतिरिक्त हवा = कुल हवा।

नोट: विघटन हवा शब्द का उपयोग ब्रीचिंग (बॉयलर और स्टैक के बीच की जगह) में जोड़ी गई हवा का वर्णन करने के लिए किया जाता है ताकि दहन के गैसों को बॉयलर से वातावरण में प्रवाहित करने में मदद मिल सके।

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अतिरिक्त संसाधन

https://en.wikipedia.org/wiki/Combustion

https://www.bbc.co.uk/bitesize/topics/zypsgk7/articles/zcwxcj6#

http://www.auburn.edu/academic/forestry_wildlife/fire/combustion.htm