ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теоретические основы сжигания газового топлива Горение газа как физико-химический процесс. Воспламенение газов из "Сжигание газа на электростанциях и в промышленности Изд.2 " В основе процесса горения лежит химическая реакция соединения двух веществ — топлива и окислителя. В качестве последнего обычно используется кислород воздуха. [c.7] Эти итоговые уравнения материального баланса рассматриваемых химических реакций не дают, однако, возможности вскрыть действительный сложный механизм развития процесса горения. Для этой цели необходимо изучить факторы, от которых зависит скорость химических превращений. [c.7] С — концентрация реагирующего вещества Т — начальная температура. [c.7] С и Сг — концентрации исходных веществ Л и б а я Ь — стехиометрические коэффициенты. [c.8] Если исходные газы А В смешаны не в стехиометрическом соотношении, то реакция закончится в тот момент, когда компонент, находящийся в недостатке, будет израсходован полностью. [c.8] Каждой химической реакции свойственно свое значение энергии активации, не зависящее в первом приближении от температуры. Численные значения энергии активации реакций горения большинства газовых смесей находятся в пределах от 20 000 до 40 000 икал моль (при протекании реакций при высоких температурах). [c.8] Если воспользоваться уравнением (1-5), например, применительно к реакции, имеющей = 40 000 ккал1молъ, и подставить в него значение Гг, которое в 2 раза превышает Г (допустим, 72= 1 000° К и Г] = 500 К), то получится, что скорость химической реакции возрастет при этом в 5 10 раз. [c.8] Кривая 2, вообще говоря, весьма характерна для горения газо-воз-душных смесей. Очень важно при этом обратить внимание на тот факт, что основная масса газа сгорает с большой скоростью в той зоне, где температура близка к максимуму, а исходные вещества (горючее или окислитель) в значительной своей части уже прореагировали. [c.9] Столь же резкое изменение скорости реакции можно наблюдать, если при данной температуре сильно повысить давление смеси. При некоторых давлениях реакция может совсем не идти или идти чрезвычайно медленно, но достаточно иногда незначительно превзойти это давление и смесь прореагирует в ничтожно малый промежуток времени. [c.10] По современным взглядам на природу химических превращений такой ход реакций горения объясняется в большинстве случаев не только сильным влиянием температуры на скорость реакции, но и цепным xapaKTeipoM этих реакций, в изучении которых наибольшие заслуги принадлежат академику Н. Н. Семенову и его школе [Л. 8]. В этих реакциях переход к конечному состоянию осуществляется через ряд простейших и потому более вероятных промежуточных реакций. Скорость реакции зависит при этом от концентрации активных центров — химически активных частиц (атомов водорода Н, атомов кислорода О, гидроксильных радикалов ОН и других нестойких промежуточных соединений), генерируемых самой реакцией. [c.10] Механизм горения окиси углерода и особенно углеводородов (метана, этана и др.) имеет еще более сложный ценной характер, также связанный с участием атомарного водорода, гидроксильных радикалов и других активных центров. [c.10] Доказательством важной роли активных центров служат результаты спектроскопических опытов, показавших, что концентрации Н и ОН в пламени в несколько раз превышают концент рации, обусловленные термической диссоциацией водяного пара при соответствующей температуре [Л. 9]. [c.10] Цепное реагирование приводит к явлениям самоускорения (так называемого автокатализа) не только потому, что имеет место образование разветвленных цепей, но и главным образом вследствие того, что реакции между неустойчивыми промежуточными соединениями идут во много раз активнее обычных молекулярных реакций, характеризуясь значительно меньшими энергиями активации [Л. 10]. [c.10] Учитывая эти обстоятельства, проанализируем тепловую сторону процесса самовоспламенения, используя из представлений химической кинетики лищь дно рассмотренное выше существенное положение, а именно, экспоненциальную зависимость скорости реакции от температуры. [c.11] Сущность Ц роцесса самовоспламенения можно уяснить себе, исходя из следующих соображений. [c.11] При постепенном увеличении температуры стенки настунит такой момент, когда тепловое равновесие между газовой системой и стенкой нарушится, тепловыделение превысит отвод тепла через стенки и начнется бурный самопроизвольный разогрев, который приведет к самовоспламенению смеси. Таким образом, существует предельная температура, превышение которой невозможно без самовоспламенения рассматриваемой газовой системы. Следовательно, непременным условием процесса самовоспламенения является прогрессирующий саморазогрев смеси, а роль стенки сосуда в зависимости от ее температуры сводится к отводу тепла или к компенсации теплопотерь. [c.11] Эти качественные рассуждения можно подкрепить анализом процесса, предложенным И. Н. Семеновым [Л. 8]. [c.11] При рассмотрении кривых тепловыделения необходимо обратить внимание на следующие обстоятельства. [c.12] Во-первых, кривые тепловыделения имеют плавный, непрерывный характер и не содержат каких-либо особых точек, которые указывали бы на изменение механизма процесса. [c.12] Вернуться к основной статье