1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его




Название1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его
страница4/6
Дата публикации27.06.2013
Размер0.72 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > География > Документы
1   2   3   4   5   6

^ 7. Горение газов. Концентрационные пределы воспламенения, температура воспламенения,

стехиометрические уравнения горения углеводородов,

понятие коэффициента избытка воздуха,

теоретического объема воздуха.
Горение газообразного топлива представляет собой сочетание следующих физических и химических процессов: смешение горючего газа с воздухом, подогрев смеси, термическое разложение горючих компонентов, воспламенение и химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха, сопровождаемое образованием факела (пламени) с интенсивным тепловыделением.

Устойчивое горение газовоздушной смеси возможно при непрерывном подводе к фронту горения необходимых количеств горючего газа и воздуха, их тщательном перемешивании и нагреве до температуры воспламенения или самовоспламенения.

Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:

  • нагревом всего объема газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения. В этом случае газовоздушная смесь воспламеняется и горит без постороннего источника зажигания. Такой способ применяют в двигателях внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают быстрым сжатием до определенного давления;

  • применением посторонних источников зажигания (высоконагретых тел, запальников и т.д.). В этом случае до температуры воспламенения нагревается не вся газовоздушная смесь, а только ее часть. Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов;

  • существующим факелом (пламенем) непрерывно в процессе горения.

Химическая формула сгорания газового топлива с указанием всего механизма реакции, связанного с возникновением и исчезновением большого количества свободных атомов, радикалов и других активных частиц, сложна. Поэтому для упрощения используют уравнения, выражающие начальное и конечное состояние реакций горения газа. Стехиометрическими называют уравнения реакций, в которых отношение количеств исходных веществ строго соответствует условию получения конечных продуктов. Если углеводородные газы обозначить CmHn, то уравнение химической реакции горения этих газов в кислороде примет вид

,

где m – количество атомов углерода в газе;

n – количество атомов водорода в газе;

- количество кислорода, необходимое для полного сгорания газа.

Чаще всего сжигание газов (и других топлив) происходит не в чистом кислороде, а в кислороде воздуха, где на 21 объем кислорода приходится 79 объемов азота (пренебрегая незначительным количеством СО2 и редких газов). Следовательно, на 1 м3 кислорода воздуха приходится м3 азота, или 1 м3 кислорода содержится в м3 воздуха.

В связи с этим предыдущее уравнение горения углеводородов в атмосфере воздуха можно написать таким образом:

.

Для того чтобы могли протекать реакции горения, необходимо создать условия для воспламенения смеси топлива и окислителя.

Воспламенение может быть самопроизвольным и вынужденным. Под самовоспламенением понимается самоускорение химических реакций, в результате которого медленно протекающий в начальной стадии процесс достигает больших скоростей и на завершающей стадии протекает мгновенно. При этом способе вся смесь доводится до такой температуры, при которой она сама воспламенится.

Вынужденное воспламенение (зажигание) обусловлено внесением в реагирующую смесь источника теплоты, температура которого выше ее температуры воспламенения.

Процесс воспламенения характеризуется тем, что имеются определенные границы (пределы), вне которых воспламенение ни при каких условиях. Известно, что газовоздушные смеси воспламеняются только в том случае, когда содержание газа в воздухе находится в определенных (для каждого газа) пределах. При незначительном содержании газа количество теплоты, выделившейся при горении, недостаточно для доведения соседних слоев смеси до температуры воспламенения, то есть для распространения пламени. То же наблюдается и при слишком большом содержании газа в газовоздушной смеси. Недостаток кислорода воздуха, идущего на горение, приводит к понижению температурного уровня, в результате соседние слои смеси не нагреваются до температуры воспламенения. Этим двум случаям соответствуют нижний и верхний пределы воспламеняемости. Разбавление горючих газов балластными примесями (N2, CO2) ухудшает условия их воспламенения.

Пределы воспламенения технических газов, состоящих из смеси различных горючих компонентов и не содержащих балластных примесей, определяются по правилу Ле Шателье:

г
де l – верхний или нижний предел воспламенения газовой смеси, состоящей из n горючих компонентов, %;

a1, a2,…, an – содержание горючих компонентов в газовой смеси, %;

l1, l2,…, ln – верхний или нижний предел воспламенения отдельных горючих компонентов, %.

Коэффициент избытка воздуха, соответствующий верхнему или нижнему пределам воспламенения газовоздушной смеси, определяется по формуле:

г
де V0 – теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания, м33.

Наименьшее количество воздуха, потребное для полного сжигания газа, называется теоретическим расходом воздуха и обозначается LТ, то есть если низшая теплота сгорания газового топлива равна 33520 кДж/м3, то теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа составит

м3.

Зная состав технического газа, можно подсчитать теоретический расход сухого воздуха по следующей формуле



где Н2, СО, СН4, - содержание горючих компонентов технического газа, %.

Теоретическое количество воздуха может быть определено из соотношения

.

Однако действительный расход воздуха всегда превышает теоретический. Объясняется это тем, что очень трудно достигнуть полного сгорания газа при теоретических расходах воздуха. Поэтому любая газовая установка работает с некоторым избытком воздуха.

Итак, действительный расход воздуха составит

,

где  - коэффициент избытка воздуха.

Коэффициент избытка воздуха всегда больше единицы. Для природного газа он составляет =1,05…1,2. Коэффициент  показывает, во сколько раз действительный расход воздуха превышает теоретический, принимаемый за единицу. Если =1, то газовоздушная смесь называется стехиометрической. Коэффициент избытка воздуха показывает отношение поступившего в установку воздуха к объему воздуха, необходимому для полного сгорания топлива в соответствии со стехиометрическими уравнениями

.

.

Содержание избыточного воздуха в сухих продуктах полного сгорания равно (h-1) м3 на 1м3 сухих продуктов сгорания, не разбавленных воздухом. А содержание избыточного воздуха в пересчете на 1м3 влажных продуктов полного сгорания равно (h-1)В, м3. Коэффициент разбавления сухих продуктов полного сгорания равен

.

=11,8%.

При =1,2 сжигание производится с избытком воздуха на 20%.

Воздух, принимающий участие в горении, бывает первичным и вторичным. Первичным называется воздух, поступающий в горелку для смешения в ней с газом, а вторичным – воздух, поступающий в зону горения не в смеси с газом, а отдельно.

^ 8. Методы сжигания газа

Классификация горелок. Пересчет горелок

В зависимости от способа образования газовоздушной смеси методы сжигания газа (рис.1.) можно разделить на диффузионный, смешанный и кинетический.

При диффузионном методе сжигания к фронту горения газ поступает под давлением, а необходимый для горения воздух – из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Смесеобразование здесь протекает одновременно с процессом горения, поэтому скорость процесса горения в основном определяется скоростью смесеобразования.

Процесс горения начинается после образования контакта между газом и воздухом и образованием газовоздушной смеси необходимого состава. К струе газа диффундирует воздух, а из струи газа в воздух – газ. Таким образом, вблизи струи газа создается газовоздушная смесь, в результате горения которой образуется зона первичного горения газа 2. Горение основной части газа происходит в зоне 3, а в зоне 4 движутся продукты сгорания.

Выделяемые продукты сгорания осложняют взаимную диффузию газа и воздуха, в результате чего горение протекает медленно с образованием частиц сажи. Этим и объясняется, что диффузионное горение характеризуется значительной длиной и светимостью пламени.

Одно из достоинств диффузионного метода сжигания газа – возможность регулирования процесса горения в широком диапазоне. Процесс смесеобразования легко управляем при применении различных регулировочных элементов. Площадь и длину факела можно регулировать дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т.д.

Преимущества диффузионного метода сжигания: высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок, отсутствие проскока пламени, равномерность температуры по длине пламени. Недостатки этого метода – вероятность термического распада углеводородов, потребность в больших топочных объемах, низкая интенсивность горения, вероятность неполного сгорания газа.

При смешанном методе сжигания горелка обеспечивает предварительное смешение газа только с частью воздуха, необходимого для полного сгорания газа, остальной воздух поступает из окружающей среды непосредственно к факелу. В этом случае сначала выгорает лишь часть газа, смешанная с первичным воздухом, а оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами сгорания, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха. В результате факел получается более коротким и менее светящимся, чем при диффузионном горении.

При кинетическом методе сжигания к месту горения подается газовоздушная смесь. Полностью подготовленная внутри горелки. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле. Достоинство этого метода сжигания - малая вероятность химического недожога, небольшая длина пламени, высокая теплопроизводительность горелки. Недостаток – необходимость стабилизации газового пламени.



б)

а)



4

1

газ


Р
1

газ
ис.1. Методы сжигания газа:

а - диффузионный, б- смешанный, в – кинетический

1 – внутренний конус, 2 – зона первичного горения, 3 – зона основного горения,

4 – продукты сгорания, 5 – первичный воздух, 6 – вторичный воздух.

Существенным фактором, определяющим надежность работы газовых горелок, является устойчивость горения при изменении расходов газа и воздуха. В практике сжигания газа приходится сталкиваться с нарушением устойчивой работы горелок, вызываемым либо отрывом пламени от насадка горелки, либо проскоком пламени в ее смесительную часть.

Когда скорость распространения пламени в какой-либо точке фронта горения превысит скорость истечения газовоздушной смеси, то фронт горения, перемещаясь навстречу движению смеси, может проникнуть в огневое отверстие, а затем в смеситель горелки и возникает проскок пламени. А в тех случаях, когда скорость газовоздушной смеси во всех точках фронта горения превышает скорость распространения пламени, то фронт горения отрывается от огневого отверстия и пламя гаснет, происходит отрыв пламени.

Из факторов, влияющих на отрыв и проскок пламени, необходимо выделить: состав газа и газовоздушной смеси, диаметр выходного отверстия насадка, режим истечения смеси и конструктивные особенности горелок. Так, например, чем больше скорость распространения пламени, зависящая от состава газа, тем больше скорость выхода газовоздушной смеси, при которой наступает отрыв пламени. В частности, природный газ, содержащий более 90% метана и имеющий сравнительно низкую скорость распространения пламени, имеет и низкие пределы отрыва пламени. Наоборот, сланцевый и коксовый газы, содержащие компоненты с высокими скоростями распространения пламени (водород), имеют более высокие скорости отрыва.

С увеличением диаметра выходного сечения горелки возрастает скорость истечения газовоздушной смеси, при которой наступает отрыв пламени.

Установлено, что, чем больше калибр горелки, тем при большей скорости истечения газовоздушной смеси наступает проскок пламени.

Обычно отрыв пламени происходит при розжиге или выключении горелок, а во время работы – из-за быстрого изменения нагрузки или коэффициента избытка воздуха. Отрыв пламени приводит к загазовыванию топки и газоходов, что может повлечь за собой взрыв газовоздушной смеси с последующими серьезными разрушениями. Проскок пламени чаще всего происходит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. В результате проскока может произойти перегрев горелки или хлопок внутри нее, а также прекращение горения и загазовывание помещения.

Устойчивость пламени в большинстве промышленных горелок достигается применением специальных стабилизаторов, которые имеют различное конструктивное исполнение. Наибольшее распространение в качестве стабилизаторов получили керамические туннели, зажигательные пояса, тела плохо обтекаемой формы. Проскок пламени можно предотвратить, увеличив скорость выхода газовоздушной смеси из насадка горелки и отводом от него тепла. Конструктивно это достигается сужением насадка на выходе и установкой теплоотводящих ребер, пластин, решеток с большим числом мелких отверстий, воздушным и водяным охлаждением насадка.

При охлаждении насадка горелки водой, воздухом или газом уменьшается скорость распространения пламени в газовоздушной смеси и тем самым уменьшается вероятность проскока пламени в смесительную часть горелки.
1   2   3   4   5   6

Похожие:

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его icon1 Горючие газы (классификация, состав). Горючие газы, используемые...
Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов и некоторое количество примесей

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его iconРеальные газы Экспериментальные изотермы. Критическая точка
При высоких давлениях и достаточно низких температурах реальные газы конденсируются, т е переходят в жидкое состояние, чего принципиально...

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его iconЖидкость, циркулирующая в кровеносной системе и переносящая газы...
Кровь жидкость, циркулирующая в кровеносной системе и переносящая газы и другие растворенные вещества, необходимые для метаболизма...

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его iconБензин
В автомобилях применяются различные виды топлива, смазочных материалов и технических жидкостей (гсм). Некоторые из них содержат исключительно...

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его iconСистема очистки желудочно-кишечного тракта
В результате система толстого кишечника, всасывающая газы, канцерогены, шлаки, продукты гниения, отравляет нашу кровь. Из такой крови...

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его icon1. Экологическая деятельность Котласского района На территории Архангельской...
Значительный процент этих загрязнителей составляют выхлопные газы автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями. В состав газов...

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его iconЗадача для экзамена по хирургическим болезням у студентов V курса лечебного факультета
У больного 38 лет за 6 часов до поступления в клинику внезапно появились интенсивные схваткообразные боли в животе, перестали отходить...

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его iconВрата в будущее крылья
Окрылились люди! Бороздят синеву самолеты. Несут ли добрые вести? Или панацеи? Или знания? Или помощь? А вдруг — бомбы? А вдруг губительные...

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его iconДоменный и коксовый газы – искусственное топливо (вторичный энергоресурс)
Вэр. Это в первую очередь металлургические и коксохимические заводы. Выход колошникового газа при доменном производстве чугуна составляет...

1. Горючие газы. Горючие газы, используемые для газоснабжения и требования, предъявляемые к ним Газы это одно из агрегатных состояний вещества, в котором его iconСодержание Крылья Лихочастье о мире всего мира Великое наследие «Страшный зверь» Радуйся
Окрылились люди! Бороздят синеву самолеты. Несут ли добрые вести? Или панацеи? Или знания? Или помощь? А вдруг — бомбы? А вдруг губительные...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов