Воспламенение горючих газов. Температура, пределы воспламенения.

Для организации процесса горения необходимо смешать газовое топливо с определенным количеством воздуха и подогреть газовоздушную смесь или даже ничтожно малый объем ее до температуры воспламенения.

В хол. смеси кинетич. энергия молекул газа и кислорода незнач-на, реакции окисления протекают крайне медленно с выдел-ем мал.кол-в тепла рассеив-ся в окруж. среде.

При нагревании смеси скор-ть молекул реагентов и кол-во соударений возр-ют и за счет непрерывн. увелич. кол-ва активн. центров происх-т самоускор-е реакции, сопровожд-ся прогресивн. выделением тепла, а след-но и повыш-ем темп-ры смеси.

Температура воспламенения - это та минимальная температура, до которой должна быть нагрета газовоздушная смесь, чтобы начался самопроизвольный процесс горения, не требующий больше внешнего подвода тепла. Она зависит от концентрации газа в газовоздушной смеси, способа нагрева смеси, а иногда и от каталитического воздействия стенок топки.

Температура воспламенения газа в кислородной среде ниже, чем в газопроводе приблизительно на 100 ⁰С. Присутствие балласта в газовом топливе повышает температуру воспламенения.

Она зависит от:

1) конц-ции газа в газовозд. смеси.

2) давления.

3) способа нагрева смеси и др фак-ов.

Температура воспламенения для некоторых газов в смеси с воздухом:

СН₄ =640 ⁰С;

С₃Н₈=510⁰С;

Водород=510 ⁰С.

Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено двумя способами:

1) нагревом всего объема смеси до температуры воспламенения, называемой температурой самовоспламенения в этом случае.

2) поджиганием смеси в одном или нескольких местах внешним источником тепла, имеющим достаточно высокую температуру (раскаленное тело, искра, пламя). Возникшее пламя распространяется по объему смеси с определенной скоростью, вовлекая в процесс горения все новые и новые массы газовоздушной смеси. Такой процесс называется вынужденным зажиганием.

В газогорелочных и топочных устройствах используется второй способ.

Необходимо учитывать, что газовоздушную смесь можно зажечь только при определенных соотношениях газа и воздуха. Очень "бедные" и очень "богатые" смеси не горят. При вынужденном поджигании "бедных" смесей (с недостаточным содержанием горючего газа), тепла выделившегося при горении в очаге поджигания не хватает для нагрева соседних слоев смеси до температуры воспламенения и самопроизвольное горение не достигается. "Богатые" смеси с большим содержанием горючего газа также не горят самостоятельно. Так как из-за недостатка воздуха в смеси сгорает незначительное количество газа и выделившегося при этом тепла не хватает для поддержания температуры воспламенения. Этим двум понятиям соответствует нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения горючих газов.

Нижний предел соответствует минимальному, а верхний максимальному содержанию горючих компонентов в смеси, при которой происходит ее воспламенение при поджигании и самопроизвольное, без притока тепла извне, распространение пламени. Вне этих пределов газовоздушные смеси не горят и не взрываются. В интервале между этими пределами смеси при поджигании в атмосфере горят, а в замкнутом объеме взрываются.

Пределы воспламенеия некоторых газов при атмосфернгом давлении и коэффициенте избытка воздуха α=1:

	Нижний предел, об.%	Верхний предел, об.%
СН4
С3Н8	2,4	9,5
Водород

 

С увеличением температуры смеси, то есть при предварительном подогреве пределы воспламенения расширяются. При температуре смеси равной или большей температуры воспламенения смеси газа с воздухом или кислородом горят при любом их объемном соотношении.

Пределы воспламенения газовоздушной смесей при повышении давления и увеличением содержания балластных компонентов сужаются.

Для смесей газов, не содержащих балластных примесей, пределы воспламенения определяются по формуле:

,

где - нижний или верхний предел воспламенения незабалластированной смеси в об. %;

- объемное процентное содержание i -го компонента в смеси;

- нижний или верхний предел воспламенения i -го компонента, об. %.

При наличии в смеси балластных компонентов может быть использована следующая формула:

,

где Б – объемное процентное содержание балластных компонентов в смеси.

Б=СО₂+N₂.

При взрыве газа резко повышается давление, что приводит к разрушению топок котлов, ограждающих конструкций помещения и т.д.

Давление при взрыве газовоздушной смеси для природных газов достигает 0,7÷0,8 МПа.