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:
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
В соответствии с формулой выводятся уравнения горения газов:
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:
Из уравнения видно, что для сжигания 1 м 3 метана требуется 1 м 3 кислорода и 7,52 м 3 азота или 2 + 7,52 = 9,52 м 3 воздуха.
В результате сгорания 1 м 3 метана получается 1 м 3 диоксида углерода, 2 м 3 водяных паров и 7,52 м 3 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.
Когда взрывается природный газ?
Во время холодов увеличивается потребление природного газа. Чем это вызвано, догадаться не сложно. Во-первых, включаются в работу отопительные печи и агрегаты, а во-вторых, не дождавшись тепла от центрального источника теплоснабжения, замерзающие добропорядочные граждане вынуждены создавать для себя температурный комфорт работой газовых плит.
Действительно, природный газ является дешевым и доступным топливом. Поднёс спичку и вот — тепловая и даже световая энергия. Ей достаточно легко управлять и пользоваться.
Но всё ли так надёжно и просто?
Природный газ добывают на газовых месторождениях, и он от места добычи по газопроводам поступает к нашим газовым плитам и отопительным аппаратам. Можно проще — к плитам и котлам. Как хорошо. Бери и пользуйся!
Так мы берём и пользуемся. Свои действия довели до автоматизма: зажигаем спичку, подносим ее к газовой горелке, открываем кран… Правильно, так и надо. Нельзя давать выходить газу без горения, иначе…
Основным горючим компонентом природного газа является метан. Это один из углеводородов, из-за которых так много шума — политического, экономического… Содержание его в природном газе может быть до 98%. Кроме метана в состав природного газа входят этан, пропан, бутан. К негорючим компонентам относятся: азот, углекислый газ, кислород, пары воды. Кстати, интересно знать, что горючими элементами таблицы Менделеева в нашей природе являются только углерод, водород и частично сера. Больше ничего не горит.
Метан в смеси с воздухом в 5−15% случаев взрывоопасен, при внесении огня смесь мгновенно воспламеняется и выделяет большое количество тепла. Давление при этом увеличивается в 10 раз! Что это такое и как это выглядит, пояснять не буду, поверьте автору — страшно!
Представим себе (пусть это будет страшный сон), что в помещении, у которого внутренний объём 100 м.куб. оказалось от 5 до 15 м.куб. природного газа (замечу сразу, что специфический запах при этом будет невыносимым). И вот туда направляется кто-то в ночной рубахе, колпаке и со свечкой в руках. Ему так хочется узнать — что так противно воняет… Не узнает! Не успеет…
Сам природный газ не имеет цвета, вкуса и запаха. Его одорируют! Вот именно, придают всем известный «аромат», а интенсивность запаха делают такой, чтобы человеческий нос ощутил газ, когда его объем уже составляет 1%. Это значит, что еще 4% и страшный сон с кем-то в ночной рубахе, колпаке и свечкой в руках станет реальностью…
…Погасите хотя бы свечку. И не пользуйтесь никакими электрическими приборами. Температура воспламенения природного газа находится в пределах 750 градусов С, а это температура любой электрической искры или даже кончика сигареты во время затяжки.
Быстрее открывайте окна и двери — делайте сквозняк, такой, чтобы колпак сорвало, и чёрт с ним, с этим теплом. Природный газ примерно в два раза легче воздуха и он быстро будет улетать в атмосферу.
Звоните в газовую службу, МЧС, милицию, куда угодно, не обидятся. Сообщите им о обнаружении запаха газа. Адрес не забудьте сказать. Обязательно пообщайтесь с соседями. Ну и что, что Вы остались в одной ночной рубахе, им, может быть, будет и приятно…
Удачи Вам, тепла и спокойствия!
Проголосовали 93 человека
| 82 |
| 4 |
| 7 |
| 0 |
| 0 |
Комментарии (18):
Войти через социальные сети:
Добрый вечер! На мой взгляд статья не полностью раскрывает название. Насколько опасен в плане взрыва, пожара природный газ при утечках на наружных газопроводах? При подводе к дому часто можно наблюдать надземные газопроводы.
Алексей Теплов, Андрей Бакаев написал более компетентно и доходчивее и соглашусь с ним в оценке.Вам 3.
Ю. Лях,
Природный газ, который используется в бытовых целях, всегда тяжелее воздуха (об этом предупреждают всегда на курсах по обращению с бытовыми газовыми приборами). Особо предупреждают о том, что нельзя входить в подвальные помещения с открытым огнём (газ может накапливаться и оседать). Так что Вы правильно думаете.
Андрей Бакаев, спасибо, внесли небольшую правку в статью.
При какой температуре воспламеняется газ
Главная / Проектировщику / Полезная информация /
При смешении газа с воздухом образуется взрывоопасная смесь, при этом концентрация газа зависит от его состава. Пределы воспламеняемости – это то количество газа в смеси, при котором происходит воспламенение и самопроизвольное распространение пламени.
До нижнего предела воспламеняемости (т.е. до минимального количества газа в смеси) не происходит воспламенение и горение. Между нижним и верхним пределами воспламеняемости смесь начинает гореть, в том числе и после удаления источника зажигания.
| Газ | Смесь газа и кислорода | Смесь газа и воздуха | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Содержание, об. % | Содержание, об. % | Максимальное МПа | Коэффициент избытка воздуха при пределах воспламенения | ||||||
| При пределах воспламеняемости | При пределах воспламеняемости | При стехиометрическом составе смеси | При составе смеси, дающем максимальное давление взрыва | ||||||
| нижнем | верхнем | нижнем | верхнем | нижнем | верхнем | ||||
| Водород | 4,0 | 94,0 | 4,0 | 75,0 | 29,5 | 32,3 | 0,739 | 9,8 | 0,15 |
| Оксид углерода | 12,5 | 94,0 | 12,5 | 74,0 | 29,5 | – | – | 2,9 | 0,15 |
| Метан | 5,0 | 6,0 | 5,0 | 15,0 | 9,5 | 9,8 | 0,717 | 1,8 | 0,65 |
| Этан | 3,0 | 56,0 | 3,2 | 12,5 | 5,68 | 6,28 | 0,725 | 1,9 | 0,42 |
| Пропан | 2,2 | 55,0 | 2,3 | 9,5 | 4,04 | 4,60 | 0,858 | 1,7 | 0,40 |
| н-Бутан | 1,7 | 49,0 | 1,7 | 8,5 | 3,14 | 3,6 | 0,858 | 1,7 | 0,35 |
| Изобутан | 1,7 | 49,0 | 1,8 | 8,4 | 3,14 | – | – | 0,35 | |
| н-Пентан | – | – | 1,4 | 7,8 | 2,56 | 3,0 | 0,865 | 1,8 | 0,31 |
| Этилен | 3,0 | 80,0 | 3,0 | 16,0 | 6,5 | 8,0 | 0,886 | 2,2 | 0,17 |
| Пропилен | 2,0 | 53,0 | 2,4 | 10,0 | 4,5 | 1,9 | 0,37 | ||
| Бутилен | 1,47 | 50,0 | 1,7 | 9,0 | 3,4 | 1,7 | 0,35 | ||
| Ацетилен | 2,5 | 89,0 | 2,5 | 80,0 | 7,75 | 14,5 | 1,03 | 3,3 | 0,019 |
Температура самовоспламенения – это минимальный показатель температуры, при которой начинается процесс горения без внешнего подвода теплоты. Значения в таблице являются экспериментальными данными, так как фиксированные показатели сложно получить на практике из-за влияния многих факторов: степени однородности газовоздушной смеси, содержания газа, давления, способа нагрева и т.д.
| Газ | Температура самовоспламенения, °С | Газ | Температура самовоспламенения, °С | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Водород | 530 |
| Газ | Температура воспламенения, 0С | Пределы взрываемости (объемных % газа в смеси при СФУ) | |
| нижний | верхний | ||
| Ацетилен | 305 | 2,0 | 82 |
| Бутан | 490 | 1,9 | 8,5 |
| Бутилен | 445 | 1,7 | 9,9 |
| Водород | 510 | 4,0 | 75 |
| Метан | 645 | 5,0 | 15 |
| Окись углерода | 610 | 12,5 | 75 |
| Пропилен | 455 | 2,0 | 9,7 |
| Пропан | 510 | 2,1 | 9,5 |
| Пентан | 309 | 1,3 | 8 |
| Сероводород | 290 | 4,3 | 45,5 |
| Этан | 530 | 3,1 | 12,5 |
| Этилен | 540 | 3,0 | 28,6 |
Наиболее экологически безопасен, потому что при сгорании метана затрачивается в 2,5 раза меньше кислорода и меньше выделяется углеродсодержащих продуктов, т. е. сажи, угарного газа (СО) и углекислого газа (СО2).
Топливом в сравнительно небольших масштабах служит также древесина (древесные отходы). В середине ХХ в. разрабатывались методы сжигания промышленных и бытовых отходов с целью их уничтожения и одновременного получения теплоты.
1.3. Общие сведения о горении топлива
Горючие элементы топлива при соприкосновении с кислородом окисляются. В качестве окислителя чаще всего используется атмосферный воздух. Окисление горючих элементов топлива может происходить с различной скоростью. При медленном окислении процесс протекает в области низких температур; при быстром окислении – в области высоких температур и сопровождается свечением различной яркости. Этот процесс называют горением, а образовавшееся вещество в процессе горения – продуктами сгорания.
Наука, изучающая движение газовых потоков и их взаимодействие, называется аэродинамикой. Законы аэродинамики играют важную роль в процессе горения. Кроме того, в топочной камере происходят процессы теплообмена между горящим топливом и ограждающими поверхностями. Таким образом, процесс горения зависит от влияющих на него факторов.
При горении различают две области протекания процесса: кинети-ческую и диффузионную. При протекании горения в кинетической области определяющими являются химические явления: температура и концентрация топлива или окислителя в горючей смеси. Здесь продолжительность горения практически определяется временем, необходимым для завершения химических реакции.
При протекании горения в диффузионной области определяющими являются физические факторы, и, прежде всего смесеобразование. Продолжи-тельность горения в диффузионной области практически определяется време-нем, необходимым для завершения смесеоразовательных процессов.
1.4. Основные характеристики топлива
Топливо принято характеризовать химическим составом и теплотой сгорания.
Теплота сгорания – количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы твердого и жидкого топлива или единицы объема газообразного топлива, (при нормальных физических условиях НФУ – 0°С и 101,08 кПа (760 мм. рт. ст.) при расчетах за использованный на объекте газ, объем газа берут при стандартных условиях 20°С и 101,08 кПа (760 мм. рт. ст).
Теплота сгорания, отнесенная к единице массы или объема топлива, называется удельной теплотой сгорания – кДж/кг или кДж/м2. Удельная теплота сгорания – важнейший показатель практической ценности топлива. Если водяные пары, содержащиеся в топливе и образующиеся при сгорании водорода топлива, присутствуют в виде жидкости, то количество выделившейся теплоты характеризуется высшей теплотой сгорания (Qв). Если водяные пары находятся в виде пара, то теплота сгорания называется низшей (Он). Низшая и высшая теплота сгорания связаны следующей зависимостью:
где W – количество воды в топливе, % (по массе);
Н – количество водорода в топливе, % (по массе);
k – коэффициент, равный 25 кДж/кг.
Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе топлива QP, т. е. к топливу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе топлива Qc; к горючей массе топлива Qг, т. е. к топливу, не содержащему влаги и золы.
Для приближенных подсчетов теплоты сгорания определяют по эмпирическим формулам. Например, теплоту сгорания твердых и жидких видов топлива вычисляют по формуле Менделеева:
QP=81CP+З00Нр-26(Ор-Spл) – 6 (9Hp+WP),
где Ср, Hp, Ор, Spл, Wp – соответственно содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).
Для сравнения между собой массы различных видов топлива, отличающихся теплотой сгорания, принимается 1 кг топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг). Соотношение между условным и натуральным топливом выражается формулой:
где By – масса эквивалентного количества условного топлива, кг;
Вн – масса натурального топлива, кг (твердое и жидкое топливо) или м3 (газообразное);
– низшая теплота сгорания данного натурального топлива, МДж/кг или МДж/м3;
Э – калорийный эквивалент:
Значение Э принимают: для нефти – 1,4; кокса – 0,93; торфа – 0,4; природ-ного газа – 1,2.
Для сжигания топлива служат различные технические устройства – топки, печи, камеры сгорания. В топках и печах топливо сжигается при давлении, близком к атмосферному, а в качестве окислителя обычно используется воздух. В камерах сгорания давление может быть выше атмосферного, а окислителем может служить воздух с повышенным содержанием кислорода (обогащенный воздух), кислород и т. д.
Теоретически для сгорания топлива необходимо стехиометрическое количество кислорода. Например, при горении метана CH4 осуществляется следующая реакция: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O. Из этого уравнения следует, что на 1 кмоль (16 кг) CH4 требуется 2 кмоля (64 кг) O2, т. е. на 1 кг CH4 – 4 кг O2. На практике для полного сгорания нужно несколько большее количество окислителя. Отношение действительного количества окислителя (воздуха), использованного для горения, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка окислителя (воздуха) a. При сгорании топлива его химическая энергия переходит во внутреннюю энергию продуктов сгорания, в результате чего эти продукты нагреваются. Температура, которую приобрели бы продукты сгорания, если бы не отдавали теплоту во вне (адиабатический процесс), называется теоретической температурой горения. Она зависит от вида топлива и окислителя, их начальной температуры и от коэффициента избытка окислителя. Для большинства видов природного топлива (табл. 5) (окислитель – воздух) теоретическая температура горения составляет 1500 – 2000°С; ее повышает предварительный подогрев топлива и окислителя. Максимальная теоретическая температура горения наблюдается при коэффициенте избытка окислителя a»0,98.
Температура горения газа при разных режимах в газовой плите
Газ является наиболее распространённым энергоресурсом, используемым для приготовления пищи, нагрева воды и отапливания помещений. Выделяемое при его горении количество тепла считается важным техническим параметром этого топлива, а также определяет удобство пользования тем или иным газовым оборудованием и расход топлива на разные цели.
Технические параметры голубого топлива
Температура пламени при разных режимах
Газовая смесь начинает воспламеняться при 640–700 градусах в зависимости от качества и состава газа, а процесс горения и вовсе начинается лишь с 800–900 градусов. Такой температуры вполне хватает для приготовления пищи и подогрева воды в газовом водонагревателе. В этом же температурном диапазоне работают и газовые котлы, предназначенные для отопления жилья.
Однако температура пламени на разных его участках неодинакова. Неоднородность пламени можно хорошо увидеть при его детальном рассмотрении.
Наибольшая температура отмечается в верхней части пламени, где она достигает значения в 1400 градусов. Максимальная же температура горения газа составляет 2043 градуса. Однако такие цифры возможно получить лишь на мощном промышленном оборудовании. На кухонной плите пламя ограничивается максимальной цифрой в 1500 градусов.
Помимо качества газовой смеси, температурный режим горелки зависит от интенсивности огня, который регулируется поворотными ручками, расположенными на газовой плите либо регуляторами на котле. Поворот крана на небольшой угол увеличивает или уменьшает подачу топлива в горелку, тем самым повышая или снижая теплоотдачу пламени.
Кроме того, с помощью регуляторов можно увеличивать либо уменьшать расстояние между дном кастрюли и пламенем, что является крайне важным. Значимость данной процедуры заключается в том, что при соприкосновении огня с холодной поверхностью посуды происходит неполное сгорание газа, сопровождающееся выделением большого количества вредных примесей.
Поэтому при помещении на плиту чайника с холодной водой горелку нужно отрегулировать так, чтобы пламя едва доставало до дна, но ни в коем случае не обхватывало чайник по бокам.
Зависимость температуры от вида топлива
Для бытовых нужд используют два вида газа: природный и сжиженный. И тот и другой представляют собой прозрачную взрывоопасную субстанцию без цвета и запаха. Поэтому для повышения безопасности и возможности моментального обнаружения утечки, в газ добавляют этилмеркаптан – вещество, терпкий запах которого чувствует человек, когда он открывает кран газа.По своему химическому составу природный газ состоит на 98% из метана и на 2% из примесей, которые представлены серой, азотом и углекислым газом.
В частных домах, на дачах и в местностях, не оснащённых магистральным газопроводом, используют сжиженный баллонный газ. Для этого используют два типа смеси: пропан-бутановую с соотношением 65/35 и бутан-пропановую, приготовленную в пропорции 85/15. Температура пламени баллонного газа немного ниже, чем у природного, и никогда не превышает 1000 градусов.
В связи с разницей температур, для каждого газа предназначено своё газовое оборудование.Однако многие производители газовых плит, работающих на природном газе, укомплектовывают их жиклёрами и редукторами, необходимыми для перевода плиты на баллонный газ. Если же печь подключить к баллону без этих важных приспособлений, то горелка начнёт выбрасывать огромное количество копоти и постоянно гаснуть.
В этом случае необходимо будет незамедлительно обратиться в газовую службу и ни в коем случае не переводить плиту на другой тип газа самостоятельно.
Определение температуры пламени
Если плита на кухне имеет термометр либо выносной датчик с индикатором, который выдает температурные значения на экран, то определение температуры не вызывает никаких затруднений.
Кроме того, многие современные агрегаты оборудованы термостатом, поддерживающим в духовке определённый температурный режим, а также терморегулятором, позволяющим включить конфорку на нужное значение.
Однако большинство домашних плит старого образцы оснащены лишь термометром духовки, а температуру огня конфорок не определяют. Это бывает крайне неудобно при приготовлении сложных блюд, требующих точное соблюдение терморежима.
Для выяснения точной температуры горения газа можно воспользоваться народными способами. Так, если включить кран духовки на полную мощность, то температура в ней поднимется до 280 градусов. При среднем пламени это значение будет в районе 260 градусов, а при самом минимальном горении – 160. Помимо интенсивности огня, на температуру воздуха в духовом шкафу влияют вентиляционные отверстия, расположенные у его задней стенки, обеспечивающие приток кислорода, без которого горение невозможно. Кроме того, помочь определить теплоотдачу горелки поможет знание точки кипения некоторых жидких субстанций. Так, если для закипания воды будет достаточно всего лишь 100 градусов, то для соевого или кукурузного масла необходимо уже 150, для подсолнечного – 200, а для оливкового – 250 градусов.
Температуру в газовой духовке также можно определить с помощью народных методов. Для этого спустя 10 минут после включения горелки следует положить рядом с посудой, в которой выпекается блюдо, небольшой лист писчей бумаги и понаблюдать за его краями. При температуре 270–300 градусов лист начнёт обугливаться спустя 5 секунд, при 250–270 – через 15 секунд, при 230–250 – через полминуты, а при температуре от 200 до 230 градусов – спустя минуту. При максимальном значении в 180 градусов обугливание начнётся спустя 5 минут, а при режиме от 160 до 180 – через 10 минут. Если же духовка не прогрелась выше 150 градусов, обугливания бумаги не происходит. опубликовано econet.ru
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
