Горение газа
Горением называют быстро протекающую во времени химическую реакцию соединения горючих компонентов топлива с кислородом воздуха, сопровождающуюся интенсивным выделением теплоты, света и продуктов сгорания.
Для метана реакция горения с воздухом:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Qн
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 3H2O + Qн
Для СУГ:
C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O + Qн
Продуктами полного сгорания газов являются водяные пары (H2O), диоксид углерода (CO2) или углекислый газ.
При полном сгорании газов цвет пламени, как правило, голубовато-фиолетовый.
Объемный состав сухого воздуха принимается: O2≈ 21%, N2 ≈ 79%, из этого след., что
1м3 кислорода содержится в 4,76м3 (≈5 м3) воздуха.
Вывод: для сжигания
- 1м3 метана необходимо 2м3 кислорода или около 10м3 воздуха,
- 1м3 пропана – 5м3 кислорода или около 25м3 воздуха,
- 1м3 бутана – 6,5м3 кислорода или около 32,5м3 воздуха,
- 1м3 СУГ ~ 6м3 кислорода или около 30м3 воздуха.
Практически при сжигании газа водяные пары, как правило, не конденсируются, а удаляются вместе с другими продуктами сгорания. Поэтому технические расчеты ведут по низшей теплоте сгорания Qн.
Условия, необходимые для горения:
1. наличие топлива (газа);
2. наличие окислителя (кислорода воздуха);
3. наличие источника температуры воспламенения.
Неполное сгорание газов.
Причиной неполного сгорания газа является недостаточное количество воздуха.
Продуктами неполного сгорания газов являются оксид углерода или угарный газ (CO), несгоревшие горючие углеводороды (CnHm) и атомарный углерод или сажа.
Для природного газа CH4 + O2 → CO2 + H2O + CO + CH4 + C
Для СУГ CnHm + O2 → CO2 + H2O + CO + CnHm + C
Наиболее опасным является появление угарного газа, который действует на организм человека отравляюще. Образование сажи придает пламени желтую окраску.
Неполное сгорание газа опасно для здоровья человека (при содержании 1% СО в воздухе 2-3 вздоха для человека достаточно, чтобы отравиться со смертельным исходом).
Неполное сгорание неэкономично (сажа препятствует процессу передачи тепла, при неполном сгорании газа мы недополучаем тепло, ради которого сжигаем газ).
Для контроля полноты сгорания обращают внимание на цвет пламени, которое при полном сгорании должно быть голубым, а при неполном сгорании – желтовато-соломенным. Наиболее совершенный способ контроля полноты сгорания – анализ продуктов сгорания с помощью газоанализаторов.
Способы сжигания газа.
Понятие о первичном и вторичном воздухе.
Существуют 3 способа сжигания газа:
1) диффузионный,
2) кинетический,
3) смешанный.
Диффузионный способ или способ без предварительного смешения газа с воздухом.
Из горелки в зону горения поступает только газ. Воздух, необходимый для горения, смешивается с газом в зоне горения. Этот воздух называется вторичным.
Пламя вытянутое, желтого цвета.
a= 1,3÷1,5 t ≈ (900÷1000) оС
Кинетический способ – способ с полным предварительным смешением газа с воздухом.
В горелку подается газ и подается воздух дутьевым устройством. Воздух, необходимый для горения и который подается в горелку для предварительного смешения с газом, называется первичным.
Пламя короткое, зеленовато-синеватого цвета.
a= 1,01÷1,05 t≈ 1400оС
Смешанный способ – способ с частичным предварительным смешиванием газа с воздухом.
Газ инжектирует первичный воздух в горелку. В зону горения из горелки поступает газовоздушная смесь с недостаточным для полного сгорания количеством воздуха. Остальной воздух – вторичный.
Пламя средних размеров, зеленовато-голубоко цвета.
a=1,1¸1,2 t ≈1200оС
Коэффициент избытка воздуха a=Lпр./Lтеор. - это отношение количества воздуха, необходимого для горения на практике к количеству воздуха, необходимого для горения и теоретически посчитанного.
Всегда должен быть a>1, в противном случае будет недожог.
Lпр.=a∙Lтеор., т.е. коэффициент избытка воздуха показывает во сколько раз количество воздуха, необходимого для горения на практике больше количества воздуха, необходимого для горения и посчитанного теоретически.