Температура воспламенения и пределы взрываемости газов
В смеси с воздухом
| Газ | Температура воспламенения, 0С | Пределы взрываемости (объемных % газа в смеси при СФУ) | |
| нижний | верхний | ||
| Ацетилен | 305 | 2,0 | 82 |
| Бутан | 490 | 1,9 | 8,5 |
| Бутилен | 445 | 1,7 | 9,9 |
| Водород | 510 | 4,0 | 75 |
| Метан | 645 | 5,0 | 15 |
| Окись углерода | 610 | 12,5 | 75 |
| Пропилен | 455 | 2,0 | 9,7 |
| Пропан | 510 | 2,1 | 9,5 |
| Пентан | 309 | 1,3 | 8 |
| Сероводород | 290 | 4,3 | 45,5 |
| Этан | 530 | 3,1 | 12,5 |
| Этилен | 540 | 3,0 | 28,6 |
Наиболее экологически безопасен, потому что при сгорании метана затрачивается в 2,5 раза меньше кислорода и меньше выделяется углеродсодержащих продуктов, т. е. сажи, угарного газа (СО) и углекислого газа (СО2).
Топливом в сравнительно небольших масштабах служит также древесина (древесные отходы). В середине ХХ в. разрабатывались методы сжигания промышленных и бытовых отходов с целью их уничтожения и одновременного получения теплоты.
1.3. Общие сведения о горении топлива
Горючие элементы топлива при соприкосновении с кислородом окисляются. В качестве окислителя чаще всего используется атмосферный воздух. Окисление горючих элементов топлива может происходить с различной скоростью. При медленном окислении процесс протекает в области низких температур; при быстром окислении – в области высоких температур и сопровождается свечением различной яркости. Этот процесс называют горением, а образовавшееся вещество в процессе горения – продуктами сгорания.
|
|
|
Наука, изучающая движение газовых потоков и их взаимодействие, называется аэродинамикой. Законы аэродинамики играют важную роль в процессе горения. Кроме того, в топочной камере происходят процессы теплообмена между горящим топливом и ограждающими поверхностями. Таким образом, процесс горения зависит от влияющих на него факторов.
При горении различают две области протекания процесса: кинети-ческую и диффузионную. При протекании горения в кинетической области определяющими являются химические явления: температура и концентрация топлива или окислителя в горючей смеси. Здесь продолжительность горения практически определяется временем, необходимым для завершения химических реакции.
При протекании горения в диффузионной области определяющими являются физические факторы, и, прежде всего смесеобразование. Продолжи-тельность горения в диффузионной области практически определяется време-нем, необходимым для завершения смесеоразовательных процессов.
1.4. Основные характеристики топлива
Топливо принято характеризовать химическим составом и теплотой сгорания.
Теплота сгорания – количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы твердого и жидкого топлива или единицы объема газообразного топлива, (при нормальных физических условиях НФУ – 0°С и 101,08 кПа (760 мм. рт. ст.) при расчетах за использованный на объекте газ, объем газа берут при стандартных условиях 20°С и 101,08 кПа (760 мм. рт. ст).
|
|
|
Теплота сгорания, отнесенная к единице массы или объема топлива, называется удельной теплотой сгорания – кДж/кг или кДж/м2. Удельная теплота сгорания – важнейший показатель практической ценности топлива. Если водяные пары, содержащиеся в топливе и образующиеся при сгорании водорода топлива, присутствуют в виде жидкости, то количество выделившейся теплоты характеризуется высшей теплотой сгорания (Qв). Если водяные пары находятся в виде пара, то теплота сгорания называется низшей (Он). Низшая и высшая теплота сгорания связаны следующей зависимостью:
Qн=Qв – k (W + 9H),
где W – количество воды в топливе, % (по массе);
Н – количество водорода в топливе, % (по массе);
k – коэффициент, равный 25 кДж/кг.
Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе топлива QP, т. е. к топливу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе топлива Qc; к горючей массе топлива Qг, т. е. к топливу, не содержащему влаги и золы.
|
|
|
Для приближенных подсчетов теплоты сгорания определяют по эмпирическим формулам. Например, теплоту сгорания твердых и жидких видов топлива вычисляют по формуле Менделеева:
QP=81CP+З00Нр-26(Ор–Spл) – 6 (9Hp+WP),
где Ср, Hp, Ор, Spл, Wp – соответственно содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).
Для сравнения между собой массы различных видов топлива, отличающихся теплотой сгорания, принимается 1 кг топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг). Соотношение между условным и натуральным топливом выражается формулой:
где By – масса эквивалентного количества условного топлива, кг;
Вн – масса натурального топлива, кг (твердое и жидкое топливо) или м3 (газообразное);
– низшая теплота сгорания данного натурального топлива, МДж/кг или МДж/м3;
Э – калорийный эквивалент:
Значение Э принимают: для нефти – 1,4; кокса – 0,93; торфа – 0,4; природ-ного газа – 1,2.
Для сжигания топлива служат различные технические устройства – топки, печи, камеры сгорания. В топках и печах топливо сжигается при давлении, близком к атмосферному, а в качестве окислителя обычно используется воздух. В камерах сгорания давление может быть выше атмосферного, а окислителем может служить воздух с повышенным содержанием кислорода (обогащенный воздух), кислород и т. д.
|
|
|
Теоретически для сгорания топлива необходимо стехиометрическое количество кислорода. Например, при горении метана CH4 осуществляется следующая реакция: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O. Из этого уравнения следует, что на 1 кмоль (16 кг) CH4 требуется 2 кмоля (64 кг) O2, т. е. на 1 кг CH4 – 4 кг O2. На практике для полного сгорания нужно несколько большее количество окислителя. Отношение действительного количества окислителя (воздуха), использованного для горения, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка окислителя (воздуха) a. При сгорании топлива его химическая энергия переходит во внутреннюю энергию продуктов сгорания, в результате чего эти продукты нагреваются. Температура, которую приобрели бы продукты сгорания, если бы не отдавали теплоту во вне (адиабатический процесс), называется теоретической температурой горения. Она зависит от вида топлива и окислителя, их начальной температуры и от коэффициента избытка окислителя. Для большинства видов природного топлива (табл. 5) (окислитель – воздух) теоретическая температура горения составляет 1500 – 2000°С; ее повышает предварительный подогрев топлива и окислителя. Максимальная теоретическая температура горения наблюдается при коэффициенте избытка окислителя a»0,98.
Т а б л и ц а 5
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1680; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!