Горение газовоздушных смесей может осуществляться лишь при определенных для каждого газа соотношениях горючего и окислителя. Избыточное количество горючего или окислителя может привести к тому. что смесь вообще не воспламенится. В этом случае избыточное количество горючего или окислителя в реакцию не вступает и играет роль балласта.
Советский ученый Н.Н. Семенов [67,68] установил зависимость между температурой самовоспламенения и концентрацией горючего в смеси. Это зависимость проиллюстрирована на рисунке 3.1 (качественно).
| Рис. 3.1 Зависимость температуры самовоспламенения газовоздушных смесей от состава горючего.
| |
Из рисунка видно, что в наиболее благоприятных условиях для воспламенения находятся стехиометрические смеси (А
ст). Следовательно, при стехиометрическом соотношении температура самовоспламенения газовоздушной смеси будет иметь минимальное значение. Уменьшение или увеличение концентрации горючего, по сравнению со стехиометрическим составом, приводит, в любом случае, к увеличению температуры самовоспламенения. Заштрихованная поверхность на рисунке является областью возможного самовоспламенения газовоздушной смеси. За ее пределами, как слева, так и справа воспламенение газовоздушной смеси невозможно. Вертикальные прямые, к которым асимптотически приближаются ветви графика, изображают нижний А
н и верхний А
в пределы воспламеняемости или взрыва.
Таким образом, если концентрация горючего газа в газовоздушной смеси меньше нижнего предела воспламеняемости, то такая смесь воспламениться не сможет. Это происходит вследствие недостаточного количества теплоты, необходимого для подогрева газовоздушной смеси до температуры воспламенения. В случае, когда концентрация горючего газа в смеси превышает верхний предел воспламенения, то горение газовоздушной смеси также не будет. В данном случае невозможность воспламенения связана с недостаточным количеством воздуха, необходимого для полного сгорания газа.
Существование концентрационных пределов воспламенения обусловлено тепловыми потерями. Концентрационные пределы могут быть рассчитаны по формуле Ле Шателье:
, (3.32)
где r 1, r 2 … rn – концентрация отдельных горючих компонентов в смеси, % об;
А 1, А 2 … Аn – концентрационные пределы воспламеняемости отдельных компонентов.
Необходимо отметить, что концентрационные пределы воспламенения связаны с понятием температуры самовоспламенения. Мы же ранее отмечали, что температура самовоспламенения является величиной непостоянной и зависящей от ряда факторов. Поэтому и к концентрационным пределам воспламеняемости надо относиться достаточно осторожно. Особая осторожность при использовании данных о концентрационных пределах воспламенения нужна в том случае, когда газовоздушная смесь предварительно подогрета или же находится под давлением.
При повышении температур концентрационные пределы большинства смесей расширяются, но до определенных пределов.
Изменение давления газовоздушной смеси приводит также к изменению концентрационных пределов воспламенения. Так, при давлении ниже атмосферного, происходит сближение нижнего и верхнего пределов воспламенения, т.е. происходит сужение области воспламенения. В случае же значительного разрежения любая газовоздушная смесь не воспламенится.
Увеличение же давления выше атмосферного влияет на значение концентрационных пределов неоднозначно. Для водородовоздушных смесей, а также для окиси углерода с воздухом происходит сужение концентрационных пределов воспламеняемости, в то время как для большинства смесей происходит их расширение, главным образом за счет увеличения верхнего предела.
В таблице 3.6 приведены пределы воспламенения различных газов в смеси с воздухом и кислородом при температуре 20 0 С и P = 101.3 кПа. Проанализировав табличные данные по пределам воспламенения наиболее распространенных горючих газов, можно сделать вывод о том, что при воспламенении газокислородных смесей пределы воспламенения расширяются. Причем это расширение происходит, главным образом за счет увеличения верхнего предела воспламенения.
2015-10-13
825
