Химическая полнота сгорания

При сжигании газа не происходит полного сгорания всех горючих компонентов. В продуктах сгорания всегда имеется некоторое количество горючих газов СО, Н₂, СН₄ и т.д. Их количество зависит от условий сжигания. Полный состав продуктов сгорания может быть определен методами газового анализа. Однако это очень трудоемко и требует значительного времени. На практике ограничиваются измерением основных компонентов продуктов сгорания, с помощью которых можно определить две главные характеристики топливосжигающих устройств: коэффициент избытка воздуха α и химическую неполноту сгорания η_х. Под коэффициентом химической неполноты сгорания η_х понимается отношение действительно выделившейся после сгорания газа теплоты Q к теплоте Q_полн, которая должна выделиться при полном сжигании всех горючих веществ в смеси:

Определение коэффициента избытка воздуха

где r_O^ост отношение объема кислорода к общему объему продуктов сгорания (по данным измерений).

Энтальпия продуктов сгорания

Знание энтальпии продуктов сгорания необходимо при определении температуры горения и теплового баланса горения. Она определяется на 1 м³ газового топлива по выражению

где I^Θ_п.с — энтальпия теоретического количества продуктов сгорания (α = 1), МДж/м³ при температуре Θ, °С; I⁰_в — энтальпия теоретически необходимого количества воздуха. Энтальпия теоретически необходимого воздуха

 (индекс вначале «в» а не «п.с»)

где (С^Θ)_i — соответственно теплоемкость CO₂, азота и водяного пара.

Температура горения

Температура горения определяется из теплового баланса процесса горения, который составляется на основе термодинамических законов. Источником энергии, идущей на нагрев продуктов сгорания, является теплота сгорания газа Q_н^р и физическая теплота Q_ф, вносимая газом и окислителем (на единицу количества газа). В зависимости от условий сжигания газа и учета явлений при горении различают максимальную (адиабатическую) температуру горения, калориметрическую и теоретическую температуры горения.

Максимальная температура горения, или жаропроизводительность, достигается при полном адиабатическом сжигании газа в н.у. (при α = 1) при относительно низких конечных температурах, когда диссоциацией молекул можно пренебречь:  Калориметрическая температура горения определяется по формуле  При ее определении учитывается физическая теплота свежей горючей смеси Q_ф. В отличие от определения жаропроизводительности калориметрическая температура может быть определена при сжигании топлива в адиабатических условиях, без учета диссоциации с избытком окислителя.

Теоретическая температура горения определяется также в условиях адиабатического сжигания топлива, но с учетом теплосодержания свежей горючей смеси, реакций диссоциации молекул СО₂ и Н₂О и потерь от химической и физической неполноты сгорания. Ее вычисляют по формуле

Процессы тепломассопереноса в топочной камере, теплопотери в окружающую среду и конструктивные особенности камер сгорания несколько снижают температуру горения, и действительная температура горения определяется соотношением , где η_пр — пирометрический коэффициент, который изменяется в пределах 0,7...0,95 для различных топочных устройств.

 

Лекция 6

Распространение пламени

Существует два предельных случая распространения пламени: нормальное при медленном горении и детонационное при скоростном взрывном горении. Примером медленного горения может служить распространение пламени в неподвижной горючей смеси. Если холодную горючую смесь нагреть в какой-то одной точке до высокой температуры, то в этой точке скорость реакции возрастает в соответствии с законом Аррениуса (см. формулу). Выделившаяся теплота будет прогревать за счет теплопроводности соседние слои смеси, в которых тоже начинается реакция. Химическая реакция протекает в очень тонком слое, который отделяет несгоревшую смесь от продуктов горения. Разогрев свежей смеси происходит в непосредственной близости от зоны реакции также в тонком слое. Пламенем называется зона, в которой протекает реакция горения. Пламя является границей, отделяющей еще несгоревшую свежую смесь от продуктов горения. При горении оно распространяется в свежую горючую смесь с определенной скоростью, называемой скоростью распространения пламени. Если в трубке, запаянной с одного конца и заполненной горючей смесью, поджечь смесь с открытого конца, то воспламенится узкий слой смеси, и пламя начнет равномерное движение вдоль трубки за счет передачи теплоты от пламени молекулярной теплопроводностью в свежую смесь. Линейная скорость движения пламени вдоль трубки U _л называется скоростью равномерного распространения пламени.

Нормальной скоростью распространения пламени U_н называется скорость движения фронта пламени относительно свежей смеси в направлении, нормальном к его поверхности, обязанное своим происхождением процессу передачи теплоты молекулярной теплопроводностью. Нормальная скорость распространения пламени определяется физико-химическими свойствами горючей смеси и является физико-химической константой. Нормальная скорость распространения пламени углеводородных газов имеет небольшую величину. Максимальная ее величина для газовоздушной смеси — 2,67 м/с.

Детонация возникает при поджигании смеси в условиях адиабатического сжатия в ударной волне. Детонационное горение распространяется с очень большой скоростью, несколько километров в секунду, и сопровождается очень большими перепадами давления. В качестве характеристики распространения пламени принимается также объем смеси, сгорающей за единицу времени на единице поверхности U, см³/(см²·с). Секундный объем сгорающей смеси U_н, умноженный на ее плотность ρ, называется массовой скоростью горения  Различают два вида пламени: ламинарный и турбулентный.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: