Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 208
Скачиваний: 4
о+н2,,,
X
Н+02
Н+0,2
Н20
Таким образом, реакции окисления водорода развиваются путем разветвляющихся цепей, которые возобновляют первоначаль ный активный центр; все время происходив образование новых активных центров. Разветвление и создание новых центров может вызвать образование тепловой волны и довести горючее до темпе ратуры воспламенения. Этим создается цепное воспламенение. При этом нужно иметь в виду, что не все активные центры сохраняются. Часть их обрывается на стенках камеры или при столкновениях с инертными газами. Если скорость образования цепи больше ско рости обрыва и число возникающих центров больше числа активных погибающих центров, то происходит цепное воспламенение. При не обходимости более глубокого изучения этих вопросов следует обра титься к широко известным работам Н. Н. Семенова, Г. Ф. Кнорре, Я- Б. Зельдовича, Д. А. Франк-Каменецкого и других, касающимся теории цепного воспламенения.
Как было отмечено, температура воспламенения Тв в какой-то мере зависит от коэффициента избытка воздуха. В связи с этим нужно добавить, что газовоздушные смеси могут воспламеняться
только при условии определенного процентного |
содержания |
газа |
в воздухе. Существование пределов самовоспламеняемости |
(без |
|
притока теплоты извне) может быть объяснено |
наличием тепло |
|
потерь системы в окружающую среду (рис. 3.3). |
|
|
С увеличением температуры рабочей смеси пределы воспламе няемости расширяются, а при температуре, превышающей Тв, смесь газа и воздуха горит при любых объемных отношениях топлива и воздуха.
Интервалы воспламеняемости различных газов даны в табл. 3.5. Для тех газов, которые не указаны в этой таблице, нижний и верх ний пределы воспламеняемости могут быть определены по формуле
Lr= |
100 |
(3.28) |
52
где Lr— предел воспламеняемости (соответственно верхний или нижний);
Гі — содержание /-компоненты в газовой смеси, % ;
Li — предел воспламеняемости і-компоненты газовой смеси (соответственно верхний или нижний),;
п — число компонентов горючей газовой смеси.
Т а б л . 3.5. Пределы воспламеняемости горючих газов (t = 20° С и р —760 мм рт.ст.) [26]
|
Содержание газа в рабочей смеси, % |
|
Наименование газа |
нижний предел |
верхний предел |
|
||
Водород |
4 |
74,2 |
Окись углерода |
12,5 |
74,2 |
Метан |
5 |
15 |
Этан |
3,22 |
12,45 |
Пропан |
2,37 |
9,5 |
Бутан |
1,86 |
8,41 |
Пентан |
1,4 |
7,8 |
Гексан |
1,25 |
6,9 |
Этилен |
2,75 |
28,6 |
Пропилен |
2 |
11, 1 |
Ацетилен |
2,5 |
80 |
Бензол |
1,41 |
6,75 |
Коксовальный газ |
5,6 |
31 |
Водяной генераторный газ |
6,2 |
72 |
Воздушный генераторный газ |
20,7 |
73 |
Природный газ |
4,5 |
17 |
Формула (3.28) справедлива, когда газовая смесь не содержит значительного количества баластных примесей (,N2 и СО2) . Отыска
ние Lr для газообразных топлив, содержащих эти примеси, выпол няется в соответствии с выражением
£№,сод= ^г |
( '+ т У 100 |
1 |
(3.29) |
----------LJ1--------- |
100+ Іг-Щ б
где б — содержание баластных примесей в долях единицы.
Указанные характеристики топлива имеют определяющее зна чение при разработке горелочных устройств и организации процесса горения.
53;
3.3. РЕАКЦИЯ ГОРЕНИЯ
Горение горючих элементов газообразного топлива происходит в соответствии с реакцией [23] и [30]
2 С 0 + 0 2= 2 С 0 2. |
(3.30) |
Здесь два объема СО, соединяясь с одним объемом 0 2, образу ют два объема С02:
2 |
н м 3 С О + 1 н м 3 0 2- у2 н м 3 С02. |
(3.31) |
|
Сжигание водорода происходит следующим образом: |
|
||
или |
2Н2+ 0 2= 2 Н 20 |
|
(3.32) |
|
|
|
|
2 |
н м 3 Н2+ 1 н м 3 0 ;->2 н м 3 НаО. |
(3.33) |
|
Сжигание метана: |
|
|
|
|
СН4+ 2 0 2= С 0 2+2Н 20; |
|
(3.34) |
1 н м 3 СН4+ 2 н м 3 0 2—>-1 н м 3 С02+ 2 |
н м 3 Н20. |
(3.35) |
|
Окисление высших углеводородов: |
|
|
|
|
ПІ \ |
111 |
(3.36) |
|
(п~\—~ ) 0 2= /г С02-|— — Н20 |
||
или |
ТТІ \ |
lit |
|
|
(3.37) |
||
(/г+ — ) н м 3 О2 - У П н м 3 С02+ |
— н м 3 Н20 . |
||
Сжигание сероводорода: |
|
|
|
или |
2H2S + 3 0 2= 2 S 0 2+2HoO |
|
(3.38) |
|
|
|
|
2 н м 3 H2S + 3 н м 3 0 2->2 н м 3 S02+ 2 |
н м 3 Н20. |
(3.39) |
|
На основании записанных реакций горения (3.30) — (3.39) мож но рассчитать процесс горения газообразного топлива.
3.4.РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ
Расчет процесса горения заключается в определении абсолют ных значений компонентов продуктов естественной печной атмосфе ры, образующихся при горении газообразного топлива. Сюда также относят расчет теоретически необходимого количества воздуха, по требного для сжигания 1 н м 3 газообразного топлива. Расчеты горе
ния при а < 1 ,0 и а~^\ |
сильно отличаются между собой. Ниже рас |
смотрим горение при |
а ^ І с образованием естественной печной |
54
атмосферы, обладающей окислительными свойствами. Такая атмос фера состоит из углекислоты, азота, кислорода и водяных паров.
Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 нм3топлива
Ѵо= [o,5(C O +H a)+2C H 4+ S ( n + j - ) |
C„Hm+ |
+ 1,5H2S - O Z] ; |
|
Уо=0,0476 [ O,5CO+0,5H2+2CH4+1,5H2S+ |
|
-J-2 ^ n-{—— J CnHm—O2 j нм3/нм3. |
(3.40) |
Для полного сгорания горючих компонентов топлива в рабочее пространство подводится больше воздуха, чем теоретически необ ходимо. В связи с этим возникают понятия коэффициента избытка
воздуха а и действительного количества |
воздуха |
для |
сжигания |
|||
1 нм3 газа. |
|
|
|
|
|
|
В зависимости от совершенства печного горелочного устройства |
||||||
коэффициент избытка |
воздуха |
при полном горении |
выбирается |
|||
в пределах 1,02— 1,07. |
|
|
|
|
|
|
Неполное горение |
топлива |
( а < 1 ) |
встречается |
в |
сварочной |
|
и томильной зонах (в отдельных случаях в камере) |
печей безокис- |
|||||
лительного нагрева металла в открытом пламени, генераторах для приготовления контролируемых атмосфер и некоторых других слу чаях. Для выбора коэффициента избытка воздуха а для безокислительного нагрева (неполное горение) достаточно воспользоваться диаграммой окисления-восстановления (рис. 1.12). Определив по
„ |
Рсо |
Рн20 |
этой диаграмме равновесные отношения -------и -------- , с помощью |
||
|
Рсог |
РН2 |
графиков — — —f(a; QHp) и |
— =fi(a; QHP) |
(рис. 3.4 [16]) выби- |
рсо2 |
Рн2 |
|
раем коэффициент избытка воздуха в зоне неполного горения. |
||
Действительное количество воздуха рассчитывается по соотно |
||
шению |
|
|
Ѵ0' = а |
Ѵо нм3/нм3. |
(3.41) |
Количество сухих трехатомных газов VRO2= |
VCO2+ K SO2: |
|
KHO2=0,01 (CO+CH4+ S п CnHm+H2S + C 0 2) нм3/нм3. (3.42)
Элементарный состав топлива часто не содержит соединений серы. Тогда
^RO2= V CO2
и
Кео, = 0,01 (СО+СНі+ 2 п C„Hm+ C 0 2) нм3/нм3. (3.43)
55
