Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Условия воспламенения горючих газов




 

Для организации процесса горения необходимо смешать газовое топливо с определенным количеством воздуха и нагреть газовоздушную смесь или даже ничтожно малый ее объем до некоторой температуры, называемой температурой воспламенения.

В холодной смеси кинетическая энергия молекул газа и кислорода незначительна и реакции окисления протекают медленно, с выделением малых количеств тепла, рассеивающихся в окружающей среде. При нагревании смеси скорость молекул реагентов и количество их соударений возрастают и за счет непрерывного увеличения количества активных центров происходит самоуско-рение реакции, сопровождающееся прогрессирующим выделением тепла, а, следовательно, и повышением температуры смеси. Минимальная температура, при которой обеспечивается самоускорение реакции, приводящее к воспламенению смеси, называется температурой воспламенения (табл. 10.2). Она зависит от концентрации газа в газовоздушной смеси, давления, способа нагрева смеси, а иногда и от каталитического воздействия стенок топки.

 

Таблица 10.2

Температуры воспламенения, жаропроизводительность и пределы воспламеняемости некоторых газов в смеси с воздухом

при атмосферном давлении и α = 1

 

Газ Минимальная замеренная температура воспламенения, °С Пределы воспламеняемости, % по объему газа в смеси при 20°С и 760 мм рт.ст. Жаро-произво-дитель-ность, °С
нижний верхний
Водород 4,0 75,0
Окись углерода 12,5 75,0
Метан 5,0 15,0
Этан 3,0 14,0
Пропан 2,0 9,5
Бутан 1,5 8,5
Ацетилен 2,3 8,2
Природный 4,5 17,0
Коксовый 5,0 31,0
Доменный 40,0 70,0
Сланцевый 7,0 35,0

Примечание. Жаропроизводительность дана без учета содержания влаги в воздухе.

 

 

Воспламенение горючей газовоздушной смеси может быть осуществлено двумя способами: нагревом всего объема смеси, до температуры воспламенения, называемой в этом случае температурой самовоспламенения, или поджиганием смеси в одном или нескольких местах внешним источником тепла, имеющим достаточно высокую температуру. Первый способ применяется, например, в двигателях внутреннего сгорания, когда за счет сжатия топливовоздушная смесь нагревается до температуры самовоспламенения.

Для газогорелочных устройств применяют второй способ зажигания. В этом случае фронт горения от места зажигания распространяется по струе вытекающей из горелки газовоздушной смеси за счет нагревания соседних слоев смеси до температуры воспламенения. Скорость и характер распространения фронта горения по потоку газовоздушной смеси в этом случае зависят от ряда ниже рассматриваемых факторов.



Прежде всего следует учитывать, что не всякая холодная газовоздушная смесь, заключенная в замкнутый объем, может быть воспламенена внешним источником зажигания. Воспламеняются лишь те смеси, в которых содержание горючего газа находится в определенных для каждого газа пределах. При поджигании «бедных» смесей - смесей с недостаточным содержанием горючего газа - тепла, выделившегося при горении в очаге поджигания, не хватает для нагрева соседних слоев смеси до температуры воспламенения и самопроизвольное горение смеси не достигается.

«Богатые» смеси - смеси со слишком большим содержанием горючего газа - при поджигании также не горят самостоятельно, так как из-за недостатка воздуха в смеси у очага поджигания сгорает малое количество газа и выделяющегося при этом тепла недостаточно для поддержания температуры воспламенения.

Этим двум условиям соответствуют нижний и верхний концентрационные пределы воспламеняемости (взрываемости) газа (см. табл. 10.2). Нижний предел соответствует минимальному, а верхний - максимальному содержанию горючего газа в смеси, при котором происходит ее воспламенение при зажигании и самопроизвольное (без притока тепла извне) распространение пламени. Вне концентрационных пределов газовоздушные смеси не горят и не взрываются. В интервале между нижним и верхним пределами смеси при поджигании в атмосфере горят, а в замкнутом объеме взрываются.



 

Таким образом, при поджигании у устья горелки газовоздушной смеси с различным содержанием в ней газа могут иметь место следующие случаи.

1. Из устья вытекает газовоздупшая смесь с содержанием газа, меньшим нижнего предела воспламеняемости. В этом случае смесь не загорится, хотя ее горючие составляющие в пламени запальника будут гореть.

2. Из устья горелки вытекает смесь, количество газа в которой находится между нижним и верхним пределами воспламеняемости. Тогда при определенном соотношении скорости истечения смеси и скорости распространения пламени по потоку смесь будет гореть.

3. Из горелки вытекает смесь, количество газа в которой превышает верхний предел воспламеняемости. При этом условии вытекающая смесь также будет гореть. В горении будет участвовать не только воздух, содержащийся в смеси, но и воздух из окружающей зону горения атмосферы.

4. В замкнутом объеме (например, в топке или газоходе), заполненном газовоздушной смесью, воспламенение ее (взрыв) возможно только при условии, что содержание газа в смеси находится в интервале между нижним и верхний пределами воспламеняемости и в объем внесен источник температуры, величина которой выше температуры воспламенения. Давление, возникающее при взрыве газовоздушных смесей, определяется на опытных установках. Для природных газов оно достигает 0,7-0,8 МПа. Обусловлено это быстрым, почти мгновенным сгоранием газа, очень быстрым нагревом и расширением образующихся продуктов сгорания и скачкообразным повышением их давления.

Давление, возникающее при взрыве смеси простого газа с сухим воздухом при стехиометрическом их соотношении равно

рвз = р0∙(1 + αtк) m/n, (10.18)

где р0 - абсолютное давление в сосуде до взрыва, МПа;

α - коэффициент объемного расширения газов, численно равный коэффициенту увеличения давления;

tк - калориметрическая температура горения, °С;

m и n - соответственно число молекул после взрыва и до него, определяется по реакциям горения.

 

Пределы воспламеняемости газовоздушных смесей при повышении температуры расширяются, при повышении давления и увеличении балластных компонентов сужаются.

 

 


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.032 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал