Содержание
Условия воспламенения и сгорания газового топлива
Горение газообразного топлива представляет собой сочетание следующих физических и химических процессов: смешение горючего газа с воздухом, подогрев смеси, термическое разложение горючих компонентов, воспламенение и химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха.
Устойчивое горение газовоздушной смеси возможно при непрерывном подводе к фронту горения необходимых количеств горючего газа и воздуха, их тщательном перемешивании и нагреве до температуры воспламенения или самовоспламенения (табл. 5).
Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:
- нагревом всего объема газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения. Такой способ применяют в двигателях внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают быстрым сжатием до определенного давления;
- применением посторонних источников зажигания (запальников и т. д.). В этом случае до температуры воспламенения нагревается не вся газовоздушная смесь, а ее часть.
Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов; - существующим факелом непрерывно в процессе горения.
Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов;Для начала реакции горения газообразного топлива следует затратить определенное количество энергии, необходимой для разрыва молекулярных связей и создания новых.
Химическая формула сгорания газового топлива с указанием всего механизма реакции, связанного с возникновением и исчезновением большого количества свободных атомов, радикалов и других активных частиц, сложна. Поэтому для упрощения пользуются уравнениями, выражающими начальное и конечное состояния реакций горения газа.
Если углеводородные газы обозначить СmНn, то уравнение химической реакции горения этих газов в кислороде примет вид
CmHn + (m + n/4)O2 = mCO2 + (n/2)H2O ,
где m — количество атомов углерода в углеводородном газе; n — количество атомов водорода в газе; (m + n/4) — количество кислорода, необходимое для полного сгорания газа.
В соответствии с формулой выводятся уравнения горения газов:
- метана СН4 + 2O2 = СO2 + 2Н2O
- этана С2Н6 + 3,5O2 = 2СO2 + ЗН2O
- бутана С4Н10 + 6,5O2= 4СO2 + 5Н20
- пропана C3H8 + 5O3 = ЗСO2 + 4Н2O.
В практических условиях сжигания газа кислород берется не в чистом виде, а входит в состав воздуха. Так как воздух состоит по объему на 79 % из азота и на 21 % из кислорода, то на каждый объем кислорода требуется 100: 21 = 4,76 объема воздуха или 79: 21 = = 3,76 объема азота. Тогда реакцию горения метана в воздухе можно записать следующим образом:
СН4 + 2O2 + 2*3,76N2 = CO2 + 2H2O + 7,52N2 .
Из уравнения видно, что для сжигания 1 м3 метана требуется 1 м3 кислорода и 7,52 м3 азота или 2 + 7,52 = 9,52 м3 воздуха.
В результате сгорания 1 м3 метана получается 1 м3 диоксида углерода, 2 м3 водяных паров и 7,52 м3 азота. В таблице ниже приведены эти данные для наиболее распространенных горючих газов.
Для процесса горения газовоздушной смеси необходимо, чтобы количество газа и воздуха в газовоздушной смеси было в определенных пределах. Эти пределы называются пределами воспламеняемости или пределами взрываемости. Различают нижний и верхний пределы воспламеняемости. Минимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выраженное в объемных процентах, при котором происходит воспламенение, называется нижним пределом воспламеняемости. Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительной теплоты, называется верхним пределом воспламеняемости.
Количество кислорода и воздуха при сжигании некоторых газов
Газы | Для сжигания 1 м3 газа требуется, м3 | При сжигании 1 м3 газа выделяется, м3 | Теплота сгорания Он,кДж/м3 | ||||
кислорода | воздуха | диоксида углерода | водяных паров | азота | всего | ||
Водород | 0,5 | 2,38 | — | 1 | 1,88 | 2,88 | 10 806 |
Оксид углерода | 0,5 | 2,38 | 1 | — | 1,88 | 2,88 | 12 637 |
Метан | 2 | 9,52 | 1 | 2 | 7,52 | 10,52 | 35 825 |
Этан | 3,5 | 16,66 | 2 | 3 | 13,16 | 18,16 | 63 797 |
Пропан | 5 | 23,8 | 3 | 4 | 18,8 | 15,8 | 91310 |
Бутан | 6,5 | 30,94 | 4 | 5 | 24,44 | 34,44 | 118 740 |
Если в газовоздушной смеси содержится газа меньше нижнего предела воспламеняемости, то она не будет гореть.
Если в газовоздушной смеси недостаточно воздуха, то горение протекает не полностью.
Большое влияние на величины пределов взрываемости оказывают инертные примеси в газах. Увеличение содержания в газе балласта (N2 и СO2) сужает пределы воспламеняемости, а при повышении содержания балласта выше определенных пределов газовоздушная смесь не воспламеняется при любых соотношениях газа и воздуха (таблица ниже).
Количество объемов инертного газа на 1 объем горючего газа, при котором газовоздушная смесь перестает быть взрывоопасной
Горючие газы | Инертные газы | Горючие газы | Инертные газы | ||
диоксид углерода | азот | диоксид углерода | азот | ||
Оксид углерода | 2,2 | 4,1 | Метан | 3,3 | 6 |
Водород | 10,3 | 16,5 | Этан | 7,3 | 12,8 |
Наименьшее количество воздуха, необходимое для полного сжигания газа, называется теоретическим расходом воздуха и обозначается Lt, то есть если низшая теплота сгорания газового топлива 33520 кДж/м3, то теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа
LT= (33 520/4190)/1,1 = 8,8 м3.
Однако действительный расход воздуха всегда превышает теоретический. Объясняется это тем, что очень трудно достигнуть полного сгорания газа при теоретических расходах воздуха. Поэтому любая газовая установка для сжигания газа работает с некоторым избытком воздуха.
Итак, практический расход воздуха
Ln = αLT ,
где Ln — практический расход воздуха; α — коэффициент избытка воздуха; LT — теоретический расход воздуха.
Коэффициент избытка воздуха всегда больше единицы. Для природного газа он составляет α = 1,05 — 1,2. Коэффициент α показывает, во сколько раз действительный расход воздуха превышает теоретический, принимаемый за единицу. Если α = 1, то газовоздушная смесь называется стехиометрической.
При α = 1,2 сжигание газа производится с избытком воздуха на 20 %. Как правило, сжигание газов должно проходить с минимальным значением а, так как с уменьшением избытка воздуха снижаются потери теплоты с уходящими газами.
Воздух, принимающий участие в горении, бывает первичным и вторичным. Первичным называется воздух, поступающий в горелку для смешения в ней с газом; вторичным — воздух, поступающий в зону горения не в смеси с газом, а отдельно.
|
Навигация: Условия воспламенения и горения газов Условия воспламенения и горения газов Не всякую холодную газовоздушную смесь можно поджечь внешним источником зажигания. Чтобы смесь воспламенилась и продолжала сгорать, нужны определенные соотношения объемов сжигаемого газа и подаваемого воздуха. Если газа в газовоздушной смеси мало, а воздуха много, то смесь гореть самостоятельно не может. Горение такой смеси через определенное время прекратится, так как выделяющейся теплоты будет недостаточно для нагрева газовоздушной смеси до температуры воспламенения. Итак, для процесса горения газовоздушной смеси необходимо, чтобы количество газа и воздуха в газовоздушной смеси было в определенных пределах. Эти пределы называются пределами воспламеняемости или пределами взрываемости. Различают нижний и верхний пределы воспламеняемости. Минимальное содержание га за в газовоздушной смеси, выраженное в объемных процентах, при котором происходит воспламенение, называется нижним пределом воспламеняемости. Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительного тепла, называется верхним пределом воспламеняемости. Газовоздушная смесь, в которой содержание газа больше верхнего предела воспламеняемости, может гореть при подогреве газо-’ воздушной смеси. Если в газовоздушной смеси содержится газа меньше нижнего предела воспламеняемости, то она не будет гореть. Если в газовоздушной смеси недостаточно воздуха, то горение протекает не полностью. Значения пределов воспламеняемости зависят также от давления газовоздушной смеси. При повышении давления диапазон между нижним и верхним пределами воспламеняемости сужается. Большое влияние на величины пределов взрываемости оказывают инертные примеси в газах. Увеличение содержания в газе балласта (N2 и С02) сужает пределы воспламеняемости, а при повышении содержания балласта выше определенных пределов газовоздушная смесь не воспламеняется при любых соотношениях газа и воздуха. На графике видны изменения пределов воспламеняемости метана в зависимости от содержания азота в мета-но-воздушной смеси. Это объясняется тем, что на нагрев столь значительного количества азота до температуры воспламенения требуется значительное количество теплоты. А газовоздушная смесь, содержащая 86,6% N2 при сгорании не в состоянии выделить достаточного количества теплоты, поэтому она не воспламеняется и не сгорает. Рис. 1. График изменения пределов воспламенения метана в зависимости от изменения содержания азота в метано-воздуш-ной смеси Однако действительный расход воздуха всегда превышает теоретический. Объясняется это тем, что очень трудно достигнуть полного сгорания газа при теоретических расходах воздуха. Поэтому любая газовая установка для сжигания газа работает с некоторым избытком воздуха. Коэффициент избытка воздуха всегда больше единицы. Для природного газа он составляет а= 1,05ч-1,2. Коэффициент а показывает, во сколько раз действительный расход воздуха превышает теоретический, принимаемый за единицу. При а=1,2 сжигание газа производится с избытком воздуха на 20%. Как правило, сжигание газов должно проходить с минимальным значением а, так как с уменьшением избыточного воздуха уменьшаются потери теплоты с уходящими газами. Нужно тщательно следить за тем, чтобы значение а было не меньше 1, так как это приводит к неполному сгоранию газов. Воздух, принимающий участие в горении, бывает первичным и вторичным. Первичным называется воздух, поступающий в горелку Для смешения в ней с газом; вторичным — воздух, поступающий в зону горения не в смеси с газом, а отдельно. Похожие статьи: Навигация:
Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум
|
|
|
Если же в смеси недостаточно воздуха, то при воспламенении может сгореть ограниченное количество газа, и выделяемой химической теплоты будет недостаточно для поддержания температуры не ниже температуры воспламенения газовоздушной смеси.
Если смесь будет подогреваться, то пределы воспламеняемости расширяются за счет снижения нижнего предела воспламеняемости и повышения верхнего. Если газовоздушную смесь нагреть до температуры ее воспламенения, то она воспламенится и будет гореть при любом соотношении газа и воздуха.
При увеличении содержания азота в воздухе до 86,6% газовоздушная смесь перестает воспламеняться.
Если а= 1, то газовоздушная смесь называется стехиометрической.Возгорание лесных пожаров, поведение и последствия
Знание того, как загораются лесные пожары и что влияет на их поведение, является ключом к пониманию причин, лежащих в основе принципов и практики Firewise.
Зажигание
Треугольник воспламенения описывает элементы, необходимые для разжигания огня: кислород, тепло и топливо. Должны присутствовать все три:
- Кислород (воздух) — для запуска и поддержания горения. Подача воздуха может быть увеличена ветром.
- Нагрев — для повышения температуры топлива до точки воспламенения и воспламенения топлива. Распространенными источниками тепла являются молния и деятельность человека.
- Топливо — для поддержания и/или переноса огня. К горючим материалам относятся деревья, кустарники, травы и постройки.
Лесные пожары контролируются удалением одной стороны огненного треугольника — просто в теории, но не обязательно просто в исполнении. Например, топливо может быть обработано или удалено для создания противопожарных перегородок; кислород можно уменьшить или устранить, потушив пламя водой; а теплопередачу можно уменьшить, покрыв растительность антипиренами.
Теплопередача
После воспламенения топлива тепло передается тремя способами:
- Теплопроводность передает тепло от более теплого объекта к более холодному до тех пор, пока обе температуры не станут одинаковыми.
- Излучение переносит тепло через воздух с помощью коротких энергетических волн (инфракрасных лучей), которые предварительно нагревают и обезвоживают топливо до точки воспламенения.
- Конвекция передает тепло посредством движения жидкости или газа. Лесные пожары производят газы, которые поднимаются столбами, обычно сопровождаемые искрами, тлеющими углями и горящими ветками. Эти конвективные столбы движутся по ветру, впереди фронта пожара, неся тлеющие угли, которые вызывают точечные пожары.
Поведение и последствия лесных пожаров
Поведение лесных пожаров определяется многими факторами.
Знание того, как может вести себя лесной пожар, является ключом к контролю и управлению.
Многие факторы влияют на то, как горит лесной пожар, как быстро он движется и насколько трудно его контролировать. Тремя сторонами треугольника поведения огня являются погода, топография и топливо.
Погода включает ветер, температуру, облачность, влажность и атмосферное давление. Высокие температуры и низкая влажность вызывают высыхание растительности и быстрое возгорание лесных пожаров. Ветер не только перемещает лесные пожары по ландшафту, но и поставляет кислород, который может привести к быстрому разрастанию пожаров. Ветер также разносит тлеющие угли на многие мили, зажигая новые точечные пожары. Дождь и высокая влажность могут замедлять или тушить пожары, в то время как бури могут усилить пожарную активность или сделать ее полностью непредсказуемой.
Топография — это физические характеристики местности, включая уклон и экспозицию (направление взгляда). Лесные пожары разгораются быстрее при движении вверх по склону за счет предварительного нагрева несгоревшего топлива и повышения его горючести.
Ветер также движется быстрее вверх по склону, увеличивая скорость, с которой может распространяться огонь. Ничья может действовать как дымоход и воронка пламени вверх. Склоны, обращенные на юг и запад, имеют более сухое топливо, чем склоны, обращенные на север и восток.
Топливо – растительность и сооружения. Их характеристики оказывают большое влияние на поведение лесных пожаров. Большие плотные деревья горят часами и выделяют много тепла. Сухие травы, с другой стороны, производят яркое пламя, которое быстро горит и не выделяет много тепла.
Условия приемлемости для огнестойких материалов, испытанных в соответствии с ASTM E84 или UL 723
// ФРАГМЕНТ КОДА
Строительные нормы и правила Калифорнии 2016 г. (том 1 и 2) > 7A [SFM] Материалы и методы строительства для наружного воздействия лесных пожаров > 704A Устойчивая к воспламенению конструкция > 704A.3 Условия приемки для огнестойких материалов, испытанных в соответствии с ASTM E84 или UL 723
Перейти к полной главе
Связанные нормы и правила
R337.
4.3 Планирование здания, условия приемки огнестойких материалов, испытанных в соответствии с ASTM E84 или UL 723
Материал должен соответствовать условиям из приемки
в 1 и 2 ниже, когда тест продолжается в течение
дополнительный 20-минутный период, что означает …
Жилищный кодекс Калифорнии 2016 > 3 Планирование здания > R337.4 Огнестойкая конструкция > R337.4.3 Условия приемки огнестойких материалов, испытанных в соответствии с ASTM E84 или UL 723
704A.3 [SFM] Материалы и методы изготовления для наружного воздействия лесных пожаров, условия приемки для огнестойких материалов, испытанных в соответствии с ASTM E84 или UL 723
Материал должен соответствовать условиям приемки в
Пункты 1 и 2 ниже, когда испытание продолжается в течение дополнительного
20-минутный период …
Строительные нормы и правила Калифорнии 2016 года (том 1 и 2) > 7A [SFM] Материалы и методы строительства для наружного воздействия лесных пожаров > 704A Устойчивая к воспламенению конструкция > 704A.
3 Условия приемлемости для огнестойких материалов Испытано в соответствии с ASTM E84 или UL 723
R337.4.3 Планирование здания, условия приемки огнестойких материалов, испытанных в соответствии с ASTM E84 или UL 723
Материал должен соответствовать условиям приемки
в 1 и 2 ниже, когда тест продолжается в течение
дополнительный 20-минутный период, что означает …
Жилищный кодекс Калифорнии 2019 > 3 Планирование строительства > Материалы и методы строительства R337 для наружного воздействия лесных пожаров > R337.4 Огнестойкая конструкция > R337.4.3 Условия приемлемости для огнестойких материалов Испытано в соответствии с ASTM E84 или UL 723
704A.3 [SFM] Материалы и методы изготовления для наружного воздействия лесных пожаров, условия приемки для огнестойких материалов, испытанных в соответствии с ASTM E84 или UL 723
Материал должен соответствовать условиям приемки в
Пункты 1 и 2 ниже, когда испытание продолжается в течение дополнительного
20-минутный период .