Теор.основы сжигания газа
Реакции горения. Горение- быстрая реакция соед-я горючих эл-тов топлива с окислителем, сопровождающаяся большим кол-вом теплоты и резким повышением t-ры. В кач-ве окислителя используется кислород, сод-ся в воздухе. Р-ии описываются стехиометрическими соотношениями. НА практике сжигание углеводородных газов сжигается на воздухе, поэтому при расчёте необходимого кол-ва воздуха нужно учитывать соотношение между кислородом и азотом. Кислоорда в воздухе 21%, азота 78,1%.
Кинетика р-ии горения.
Под ск-тью хим.р-ии понимают ск-ть изменения концентрации реагмрующих в-в. В общем случае мгновенную ск-ть р-ии можно записать: w==+-(dc)/(dтау). На основании з-на действующих масс: w= -(dc)/(dтау)=k*C1*C2, где k-константа ск-ти р-ии, С1 и С2- концентрации реагирующих в-в.
Пусть к месту сгорания поступает заранее подготовленная гвс, в этом случае k может быть выражен ч/з ур-е Аррениуса: k=ko*e^(-E/RT), где Е- энергия активации, ko- к-т, к.хар-ет физически благоприятное столкновение и в пределе может быть равен 1.
Энергия Активации(Е)- это энергия, к.необходима для разрыва или для значит.ослабления внутримолекулярных связей, а также для создания активных центров.
В процессе тепл.движ-я молекулы сталкиваются между собой, и если бы каждое столкновения приводило к р-ии, то любая хим.р-ия проходила бы мгновенно. Опыт показывает, что р-ии протекают с конечными ск-тями, значит не всякое столкновеня между разнородными молекулами приводит к р-ии. Необходимо, чтобы к моменту столкновения эти молекулы обладали энергией, достаточной для разрушения внутримолекулярных связей, т.е.молекулы должны быть активными. Минимальная энергия, к.необходима для разрыва связей – энергия активации.
Оказывается, что хим.р-ия горения осуществляется по цепочечно-радиальному хар-ру.
Практика показвает, что число благоприятных столкновени й много больше числа неблагоприятных=> что р-ия горения пр-ит лавинообразно или ск-ть хим.р-ии опр-ся радиально-цепным методом и увеличивается за счёт выделения теплоты и повышением t-ры процесса. При замедлении р-ии могут появиться стабилизированные промежуточные продукты горения: угарный газ, азот, NO2, NO3, бензопилен, синильные к-ты.
Теплота сгорания газообразного топлива.
Теплота сгорания- это кол-во теплоты, к.выделяется при плоном сгорании ед.объёма или ед.массы топлива. Различают высшую и нисшую теплоту сгорания топлива. Высшая теплота сгорания включает теплоту, к.может быть получена при конденсации водяных паров. Для сложного газа теплоту сгорания опр-ют по ф-ле: Qсл.н=0,01(Q1r1+Q2r2+…+Qn*rn), где r- процентное соед-е простого газа к сложному.
t-ра горения:
1)жаропроизводительность;
2)калориметрическая t-ра;
3)теоретическая t-ра;
4)действительная t-ра.
Температура горения- это t-ра, образованная в рез-те горения продуктов сгорания.
1. Жаропроизводительность - это max t-ра, развивающаяся при полном сгорании топлива с теор.необходимым кол-вом воздуха, при отсутствии теплообмена с внешней средой. tж=Qн/сумму(V*Cp)
2. Калориметрическая t-ра - это max t-ра, развивающаяся при полном сгорании топлива при действительном значении к-та избытка воздуха.-//-//-.
3. Теоретическая t-ра - это t-ра, до к.бы нагрелись продукты горения, если на их нагрев затрачивается всё тепло за потерь от хим.неполноты сгорания топлива и диссоциации газов.
4. Действительная t-ра - опр-ся на основании тепл.расчёта теплогенерирующего оборудования. tд=tт*КПД.
Для нагревательного оборудования с хорошей теплоизоляцией от 0,55-0,85; удовлетворит.теплоизоляцией от 0,65-0,75; для экранированных топок 0,5-0,65.
t-ра воспламенения -это min t-ра, до к.должна быть нагрета гвс, чтобы начался самопроизвольный процесс горения, не требующий больше подвода теплоты.
Подогрев ГВС осуществляется медленно для обеспечения равномерного нагрева смеси. Восгорание смеси как правило вопровождается взрывом. t-ра, определённая при этом, и будет t-рой самовоспламенения. На t-ру воспламенения оказывают влияние:
1)способ опр-я,т.к.сущ-ет множество способов;
2)мат-л сосуда;
3)размер сосуда; для сосудов меньших d t-ра воспламенения выше.;
4)ск-ть нагрева.
Т.о.t-ра воспламенения, полученная экспериментальным путём, различна. В практике используют обычно min знач-я.
Температура зажигания
Для того, чтобы ГВС начала гореть, её необходимо довести до t-ры воспламенения(зажечь). Сущ-ет 2 способа зажигания:
1)вся смесь доводится до t-ры воспламенения;
2)холодную ГВС доводят до t-ры воспламенения(зажигают) в одной какой-то точке объёма, и возникшее пламя распространяется по всему объёму с определённой ск-тью вовлекая в процесс горения новые массы ГВС(вынужденное зажигание).
В технике используют оба метода, но в газогорелочных устройствах(ГГУ) и топках зажигание смеси осуществляются 2-ым способом. Для поджигания смеси необходимо внести большое кол-во теплоты, т.к.в следствие тепловых потерь хол.смеси зажигание смеси может не произойти, поэтому t-ра зажигания всегда > t-ры воспламенения. (tз>tв)
Температура воспламенения
Эксперименты показали, что ГВС можно зажечь только при опр-ых соотношениях газа и воздуха. Смесь, содержащая очень малое кол-во газа или очень большое, может не гореть. Наим.конц-я горючего газа в смеси, при к.смесь зажигается или взрывается называется нижним пределом воспламенения (НВП), а наиб. конц-я газа в воздухе, к.ещё способна гореть верхний предел воспламенения.
Давление взрыва
Причина появления давл-я: в замкнутом объёме при быстром сгорании наблюдается возникновения повышенной t-ры. А по з-ну Гей-Люссака в рез-те возникает повышенное давл-е.
Давл-е, возникающее при взрыве прир.газа до 0,8МПа. При взрывах ГВС в трубах с большими d и длиной, ск-ть распространения пламени может превзойти ск-ть звука и достичь 2000-4000 м/с. В рез-те быстро движущегося взрывного воспламенения местное повышение давл-я достигает 8Мпа и больше. Такое взрывное воспламенения называется детонацией. Детонация объясняется возникновением и действией ударной волны в воспламеняющейся среде. Перемещаясь с высокой ск-тью, ударная волна резко увеличивает t-ру и давл-е ГВС-си, что вызывает ускорение р-ии взрыва и увеличивает разрушающий эффект детонации. Наиб.опасные газы с низким ПВ и широким диапазоном.