Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Взрыв и детонация возникают не всегда, а только при определенных условиях, а именно при наличии:
1) хорошо перемешанной газовоздушной смеси определенного состава (см. табл. 4.1);
2) запала;
3) достаточно большого объема, заполненного газовоздушной смесью;
10
Таблица 4.1
Пределы воспламенения различных газов в воздухе и кислороде
Газ Процент газа в смеси с воздухом Процент газа в смеси с кислородом
нижний предел верхний предел нижний предел верхний предел
Водород 4,1 74,2 4,0 94
Оксид углерода 12,5 74,2 15,5 94
Меган 5,3 14,0 5,1 61
Этан 3,2 12,5 3,0 66
Пропаи 2Д 10,1 2,0 55
Бутан 1,8 8,4 1,8 49
Ацетилен 2,5 80,0 2,5 98
Коксовый 5,6 31,0
Водяной 6,2 72,0
Сланцевый 10,7 32,8
Природный 4,5 17,0
Доменный 35 74
4) определенного состава газа, поскольку не все газы одинаково способны к детонации; наиболее опасным в этом отношении является водород.
Закрытый объем, где, следовательно, возможно значительное повышение давления, особенно благоприятствует переходу горения во взрыв; в очень малых объемах, например в трубках малого диаметра, детонация вообще невозможна; метан, например, не дает детонации в трубках диаметром 3,5 мм и меньше.
Объясняется это тем, что реакция при взрыве носит цепной характер, а цепи на холодных стенках трубок или сосудов обрываются и к тому же прогрев смеси до температуры воспламенения в узких проходах при холодных стенках очень затруднен.
Когда не обеспечена совокупность всех вышеупомянутых условий, то происходит нормальное горение, которым и пользуются в тех-
ис. 4.1. Максимальные скорости распространения пламени газовоздушных смесей различных газов в зависимо-от начальной температуры смеси: 1 — водород; 2 — коксовальный газ; 3 — этилен; 4 — окись углерода; 5 — метан; 6 водяной газ; 7 — природный газ; 8 — генера-
торный газ
Температура смеси, °С
11
Таблица 4.2
Температура воспламенения горючих газов
Газ Температура воспламенения, °С Газ Температура воспламенения, °С
от до от до
Водород 510 590 Ацетилен 335 500
Оксид углерода 610 658 Коксовый 500 640
Метан 545 850 Водяной 560 625
Этан 510 595 Сланцевый ~ 700
Пропан 500 590 Природный 560 800
Бутан 430 570 Доменный 530 680
нике. Детонация не возникает, например, при истечении газовоздушной смеси с достаточной скоростью из холодной трубки. Подожженная смесь спокойно горит в очень тонком слое коротким пламенем, образуя на конце трубки при ламинарном движении горящий конус. В этом случае вычисляют так называемую нормальную скорость распространения пламени. Ее среднее значение и ,
¦ч Н
м/с, определяют как частное от деления количества истекающего газа V, м /с, на поверхность горящего конуса F, м2:
ue=V/F. (4.1)
Измеренные этим динамическим методом нормальные скорости распространения пламени показаны на рис. 4.1, из которого видно, что они растут приблизительно пропорционально квадрату абсолютной температуры смеси и что максимальной скоростью распространения пламени обладает водородовоздушная смесь. Это свойство водорода определяется его высокой теплопроводностью и малой плотностью.
В турбулентном потоке скорости распространения пламени могут быть значительно больше благодаря автотурбулизации фронта пламени. Поэтому скорости истечения смеси в промышленных горелках берут более 10 м/с, чтобы возможность хлопка и проскока пламени внутрь горелки была бы исключена.
Температура воспламенения взрывчатых газовоздушных смесей (табл. 4.2) сравнительно невысока, а пределы воспламеняемости очень широкие, что еще раз указывает на большую легкость воспламенения взрывчатых газовоздушных смесей.
- Условия воспламенения газовых смесей
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 такое прогрессирующее самоускорение химических реакций, в результа-
12
те которого медленно протекающий в начальной стадии процесс достигает больших скоростей, и на завершающей стадии протекает мгновенно.
Вынужденное воспламенение (зажигание) обусловлено внесением в реагирующую смесь источника теплоты, температура которого выше ее температуры воспламенения. Газовоздушная смесь, не воспламеняющаяся при низкой температуре, может воспламениться при повышенной температуре, когда создаются благоприятные условия для возникновения активных центров в результате потери устойчивости сложных исходных молекул веществ.
Процесс воспламенения характеризуется тем, что имеются определенные границы (пределы), вне которых воспламенение не наступает 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, т.е. 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 чего соседние слои смеси не нагреваются до температуры воспламенения.
