Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
Этим двум случаям соответствуют нижний и верхний пределы воспламеняемости (см. табл. 4.1). Поэтому кроме перемешивания газа с воздухом в определенных пропорциях должны быть созданы начальные условия для воспламенения смеси.
Окисление горючих газов возможно при низких температурах, но тогда оно протекает чрезвычайно медленно из-за незначительной скорости реакций. При повышении температуры скорость реакции окисления возрастает до наступления самовоспламенения (вместо медленного окисления начинается процесс самопроизвольного горения). Значит, нагретая до температуры воспламенения горючая смесь обладает такой энергией, которая не только компенсирует потери теплоты в окружающую среду, но и обеспечивает нагрев и подготовку газовоздушной смеси, поступающей в зону горения, к воспламенению.
Температура воспламенения газа зависит от ряда факторов, в том числе от содержания горючего газа в газовоздушной смеси, давления, способа нагрева смеси и т.д., и поэтому не является однозначным параметром. В табл. 4.2 приведены значения температуры воспламенения некоторых горючих газов в воздухе.
В практике встречаются два способа воспламенения горючих смесей: самовоспламенение и зажигание. При самовоспламенении весь объем горючей газовоздушной смеси постепенно путем подвода теплоты или повышения давления доводится до температуры воспламенения, после чего смесь воспламе-
13
няется уже без внешнего теплового воздействия. В технике широко применяется второй способ, именуемый зажиганием. При этом способе не требуется нагревать всю газовоздушную смесь до температуры воспламенения, достаточно зажечь холодную смесь в одной точке объема каким-нибудь высокотемпературным источником (искра, накаленное тело, дежурное пламя и т.д.). В результате воспламенение передается на весь объем смеси самопроизвольно путем распространения пламени, происходящего не мгновенно, а с определенной пространственной скоростью. Эта скорость называется скоростью распространения пламени в газовоздушной смеси и является важнейшей характеристикой, определяющей условия протекания и стабилизации горения. Устойчивость работы горелок, как будет показано ниже, связана со скоростью распространения пламени.
Разбавление горючих газов балластными примесями (N2, С02 и т.д.) ухудшает условия их воспламенения. Как видно из табл. 4.1, разбавление чистого кислорода азотом воздуха сужает концентрационные пределы воспламенения. При этом нижний предел почти не изменяется, в то время как верхний предел воспламенения значительно снижается.
Пределы воспламенения газовоздушных смесей расширяются с повышением температуры, влияние же давления носит более сложный характер. Повышение давления выше атмосферного для некоторых смесей (например, водорода с воздухом) сужает пределы воспламенения, а для других (смесь метана с воздухом) расширяет. При давлении ниже атмосферного верхний и нижний пределы сближаются, т.е. концентрационные пределы воспламенения сужаются.
В табл. 4.3 приведены пределы воспламенения и соответствующие им значения коэффициента расхода воздуха а и теплоты сгорания газовоздушной смеси.
Таблица 4.3
Коэффициент расхода воздуха и теплота сгорания, соответствующие пределам воспламенения
Газ Нижний предел воспламенения Верхний предел воспламенения Высшая теплота сгорания газовоздушной смеси, МДж/м3 Низшая теплота сгорания газовоздушной смеси, МДж/м3
об. % а об. % а /„ <х= 1,0 /в In а = 1,0 1.
Водород 4,1 9,8 74,2 0,15 0,52 3,77 9,44 0,44 3.18 7,97
Оксид углерода 12,5 2,9 74,2 0,15 1,56 3,73 9,34 1,56 3,73 9,34
Метан 5,3 1,8 14,0 0,65 2,12 3,79 5,57 1,91 3,41 5,03
Этан 3,2 1,9 12,5 0,42 2,26 3,98 8,79 2,05 3,64 8,06
Пропан 2,4 1,7 9,5 0,40 2,43 4,06 9,59 2,24 3,75 8,83
Бутан 1,9 1,7 8,4 0,40 2,47 4,19 11,24 2,28 3,87 10,38
Этилен 3,0 2,2 29,0 0,17 1,91 4,15 18,40 1,78 3,90 17,25
Пропилен 2,0 2,2 11,1 0,37 1,88 419 10,40 1,76 3,92 9,73
Бутилен 1,7 2,0 9,0 0,35 2,09 4,17 11,12 1,97 3,92 10,40
14
Пределы воспламенения технических газет
горючих компонентов и не содержащих балластны ЯЩИХ Ш различных по правилу Ле Шателье: балластных примесей, определяются
100
1 = -----п----------77" ’ (4.2)
ахЦ 1 +а2/12 + ... + ап/1п
где / — верхний или нижний предел воспламенения газовой смеси, состоящей из п горючих компонентов, %; а2, ..., — содержание горючих компонентов в газовой смеси, %; ..., /я — верхний или нижний предел воспламене-
ния отдельных горючих компонентов, %.
Коэффициент расхода воздуха, соответствующий верхнему или нижнему пределам воспламенения газовоздушной смеси, определяется по формуле
а = (100 -/)/(/Z0), (4.3)
где L0 — теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания, м /м3.
Для определения пределов воспламенения технических газов, содержащих инертные примеси, необходимо при использовании формулы (4.2) учитывать
16
14
12
10
О
X
&
<и
X
К
со
(fi
ю >»
О 5
5 *8 S О
В «
о
X
н
О
Рис. 4.2. Зависимость пределов воспламенения СН4, Н2 и СО от добавки N, и С02 к горючему газу: 1 — Н2 + N2; 2 — Н2 + С02; 3 — СО + N2; ^ СО + С02; 5 — СН4 + N2; 6 — СНЛ + С02
