2.2 Возникновение пламени

Возникновение пламени (воспламенение топлива) может про­изойти только после того, как будет достигнут необходимый кон­такт молекул топлива и окислителя. Любая реакция окисления протекает с выделением тепла. Вначале реакция окисления идет медленно с выделением малого количества тепла. Однако выделя­ющееся тепло способствует повышению температуры и ускорению реакции, что в свою очередь приводит к более энергичному вы­делению тепла, которое опять-таки оказывает благоприятное влия­ние на развитие реакции. Таким образом, происходит постепенное нарастание скорости реакции до момента воспламенения, после чего реакция идет с очень большой скоростью и носит лавинный характер. В реакциях окисления неразрывно связаны друг с дру­гом механизм химической реакции и тепловые характеристики процесса окисления. Первичным фактором является химическая реакция и вторичным - выделение тепла. Оба эти явления тесно связаны между собой и влияют друг на друга.

Уста­новлено, что воспламенение возможно как в изотермических усло­виях, так и при повышении температуры. В первом случае про­исходит так называемое цепное воспламенение, при котором скорость реакции нарастает в результате увеличения числа активных центров, возникающих только в результате химического взаимодействия. Чаще воспламенение происходит в неизотерми­ческих условиях, когда увеличение числа активных центров происходит в результате как химического взаимодействия, так и термического воздействия. В практических условиях обычно прибегают к искусственному поджиганию топлива, вводя в зону горения определенное количество тепла, что приводит к резкому ускорению момента достижения воспламенения.

Температура воспламенения не является фи­зико-химической константой, определяемой только свойствами смеси; она определяется условиями протекания процесса, т. е. характером теплообмена с окружающей средой (температурой, формой сосуда и др.).

Температуры воспламенения различных топлив приведены в таблице 5.

Таблица. 5 - Температуры воспламенения в воздухе при атмо-

сферном давлении.

Вещество	Температу­ра воспламенения, К		Вещество	Температу­ра воспламенения, К
	мини­маль­ная	макси- маль-ная		мини­маль­ная	макси- маль-ная
Водород Окись углерода Метан Этан Пропан Бутан	803 883 918 803 803 763	863 931 1123 867 861 842	Ацетилен Бензин Керосин Нефть Бурый уголь Кокс	608 683 543 - - 873	773 833 593 498 723 973

Кроме температуры, большое влияние на процесс зажигания топлива оказывает концентрация горючей составляющей в смеси, Существуют такие минимальная и максимальная концентрации горючей составляющей, ниже и выше которых вынужденное воспламенение произойти не может. Такие предельные концен­трации называются нижними и верхними концентрационными пределами воспламенения; значения их для некоторых газов приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Пределы воспламенения в воздушных и кислородных смесях при атмосферном давлении и температуре 20^оС

Горючий газ	Химическая формула	Концентрационные пределы восплаиенения в воздушных смесях, % газа по объему		Концентрационные пределы восплаиенения в кислородных смесях, % газа по объему
Водород Окись углерода Метан Этан Пропан Бутан Пентан Гексан Гептан Октан Этилен Ацитилен Бензол Метилов.спирт Этиловый спирт Сероуглерод Сероводород Водяной газ Коксовый газ Природный газ Доменный газ	Н2 СО СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 С6Н14 С7Н16 С8Н18 С2Н4 С2Н2 С6Н6 СН3ОН СН5ОН СS Н2S - - - -	4 12,5 5 3,22 2,37 1,86 1,4 1,25 1,0 0,95 3,75 2,5 1,41 6,72 3,28 1,25 4,3 6,0 5,6 5,1, 35	74,2 74,2 15 12,45 9,5 8,41 7,8 6,9 6,0 - 29,6 80 6,75 36,5 18,95 50,0 45,50 70 28-30,8 12,1-25 65-73,9	4,65 15,5 5,4 4,1 2,3 1,8 - - - - 2,9 3,5 2,6 - - - - - - - -	93,9 93,9 59,2 50,5 55 49 - - - - 79,9 89,4 30 - - - - - - - -

Чтобы установить пределы воспламенения промышленных газов, которые являются смесью различных горючих компонентов, пользуются правилом Ле-Шателье, по которому

, (2.2)

где Z- искомый нижний или верхний предел воспла­менения;

Z₁; Z ₂; Z ₃ - соответствующие пределы воспламенения для горючих компонентов топлива;

Р₁; Р₂; Р₃ - процентное содержание отдельных горючих компонентов в топливе.

Если газообразное топливо содержит балласт в виде СО₂ и N₂, то для определения пределов воспламенения применяют формулу

, (2.3)

где σ = СО+ N₂ – содержание балласта в горючем газе, %;

Z^г - пределы воспламенения, рассчитанные для горючей массы газа.