Вопрос 13. Физика процессов сгорания
Горение топлива – это процесс окисления, т.е. процесс соединения горючего вещества с кислородом, сгорание газообразного топлива может протекать только в смеси с воздухом, содержащим кислород. При смешении ненагретых газа и воздуха воспламенение не произойдет и процесс сгорания не начнется. Для воспламенения и начала сгорания необходимо, чтобы газовоздушная смесь или газ и воздух были нагреты до температуры, называемой температурой воспламенения.
Взрываемость
газовоздушных смесей характеризуется
верхним и нижним пределами воспламеняемости
(минимальным и максимальным процентным
содержанием газа в смеси с воздухом).
Пределы воспламеняемости смеси, состоящей
из нескольких горючих газов, зависят
от пределов воспламеняемости составных
частей смеси и могут быть ориентировочно
определены по формуле Ле Шателье:
где Пcм - предел воспламеняемости (нижний и верхний) смеси, %;
а, b, с, d содержание горючих составляющих в смешанном газе, % объемн.;
А, В, С, О - значения пределов воспламеняемости (верхнего и нижнего, в зависимости от того, какой определяют для смеси) каждой отдельной составной части газа.
Но для газов, содержащих значительное количество балласта, формула Ле Шателье не дает точных результатов. В этих случаях необходимо пользоваться более сложными расчетами или определять пределы воспламеняемости опытным путем.
Температура, развиваемая при сгорании газообразного топлива, зависит от следующих основных факторов: теплоты сгорания топлива, количества продуктов сгорания, теплоемкости продуктов сгорания, начальных температур газа и воздуха, количества избыточного воздуха в зоне сгорания. Д. И. Менделеев назвал максимальную температуру, развиваемую при полном сгорании сухого топлива без избытка воздуха и при условии, что начальные температуры . топлива и воздуха равны 0°С, «жаропроизводительностью». Максимальную температуру сгорания, определяемую без учета диссоциации углекислоты и водяного пара, но учитывающую реальные начальные температуры газа и воздуха при α=1, называют калориметрической температурой сгорания. Если же учитывают понижение температуры сгорания вследствие расхода тепла на диссоциацию, то полученную температуру называют теоретической температурой сгорания. Действительной температурой сгорания называют практическую величину, достигаемую в реальных условиях в наиболее нагретой точке зоны сгорания. При ее определении учитывают наличие избытка воздуха, влияние диссоциации и отвод тепла во внешнюю среду.
Скорость распространения пламени в газовоздушной смеси. – это равномерная скорость движения зоны сгорания. Она зависит от скорости, с которой горючая газовоздушная смесь нагревается до температуры воспламенения, от соотношения объемов газа и воздуха в горючей газовоздушной смеси от условий сгорания, характера движения газовоздушной смеси, от ее состава и теплопроводности, температуры, от содержания в ней негорючих примесей.
При увеличении скорости подачи газовоздушной смеси может произойти явление отрыва пламени, т.е. полного отделения пламени от конца трубы и его погасание. При уменьшении подачи смеси факел начнет втягиваться в трубу. Явление, при котором сгорание газовоздушной смеси происходит внутри горелки, называют проскоком пламени.
Проскок пламени приводит к перегреву и разрушению горелки, к неполному сгоранию с образованием окиси углерода. Отрыв пламени еще более опасен, чем проскок, т. к. при погасании факела газ будет заполнять топку и газоходы, что может привести к взрыву. Проскок пламени предотвращают, сужая выходное отверстие для газовоздушной смеси, т.е. увеличивая скорость выхода смеси. Отрыв пламени предотвращают уменьшая скорость газовоздушной смеси на выходе из горелки.