Газоснабжение. Горение газов: Учебное пособие (Разделы 1-9. Газообразное топливо. Расчеты эффективности использования топлива), страница 18

где  — содержание отдельных компонентов, % об., в составе сложного газообразного топлива, причем ;  — соответственно верхний или нижний предел воспламенения отдельных компонентов, % об., в газовоздушной или газокислородной смеси, в соответствии с данными табл. 4.7 и 4.8.

Для газообразных топлив, содержащих небольшое количество негорючих примесей, значения пределов воспламеняемости , % об., можно ориентировочно определить по выражению

,                                    (4.10)

где  — нижний или верхний предел воспламенения, % об., определенный по формуле (4.9) для горючей части топлива, принимаемой за 100 %;  — содержание негорючих примесей CO2 и N2 в составе газообразного топлива, % об.

Другой часто встречаемой задачей в практике сжигания топлива является определение коэффициента избытка воздуха, соответствующего концентрационным пределам воспламеняемости, а также давления, возникающего при взрыве газовоздушной смеси.

Значения коэффициента избытка воздуха a, соответствующие пределам воспламенения чистых горючих газов, приведены в табл. 4.7. Граничные значения aдля газообразных топлив произвольного состава, соответствующие как нижнему, так и верхнему пределу воспламенения (взрываемости), можно определить по выражению

,                                           (4.11)

где  — теоретический объем воздуха для горения, м33 газа, определенный по формулам (3.4) или (3.5).

Величина давления, возникающего при взрыве газовоздушной смеси, определяется опытным путем на специальных установках. Результаты исследований свидетельствуют, что максимальное давление соответствует не теоретическому (стехиометрическому), а несколько большему содержанию газа в смеси. Значения максимальных давлений взрыва и соответствующие им концентрации газов в смеси с воздухом приведены в табл. 4.7.

При отсутствии экспериментальных данных значение давления взрыва , МПа, возникающего в сосуде, топке, печи и т.п. можно определить по следующим приближенным выражениям:

при стехиометрическом соотношении простого газа с сухим воздухом:

,                                       (4.12)

при любом соотношении сложного газообразного топлива с влажным воздухом:

,                                  (4.13)

где p — давление в сосуде (топке, печи и т.п.) перед взрывом, МПа;  — коэффициент объемного расширения газов, принимаемый равным 1/273; tk — калориметрическая температура горения, ºC; m — число молекул продуктов взрыва, определяемое по реакции сгорания газа в воздухе; n число молекул исходных продуктов перед взрывом;  — объем влажных продуктов сгорания, м33 газа, определяемый по формулам (3.8)—(3.12);  — действительный объем влажного воздуха для горения, м33 газа, при фактическом значении коэффициента избытка воздуха, в соответствии с выражениями (3.4), (3.5) и (3.7).

**********************************************************

Пример 4.1

Определить нижний и верхний пределы воспламенения в воздухе для природного газа следующего объемного состава, %: CH4 = 93; C2H6 = 3,1; C3H8 = 0,7; C4H10 = 0,6; CO2+N2 = 2,6.

Решение

1. Предварительно определяем состав горючей части газа, % об.:

; ;

; .

2. Нижний предел воспламенения для горючей части газа определяем по формуле (4.9), используя данные табл. 4.7:

3. Аналогично определяем верхний предел воспламенения горючей части газа:

4. Теперь можно определить нижний предел воспламенения с учетом балластных примесей, используя выражение (4.10):

5. Верхний предел с учетом забалластированности газа по тому же выражению составит

**********************************************************

Пример 4.2

Определить коэффициент избытка воздуха, соответствующий нижнему и верхнему пределам воспламенения в сухом воздухе для природного газа того же состава.

Решение

1. Теоретический объем сухого воздуха для горения определяется по выражению (3.4):

 (293 + 3,53,1 + 50,7 + 6,50,6) =9,7 м33 газа.

2. Коэффициент избытка воздуха, соответствующий нижнему пределу воспламенения, определяем по формуле (4.11), используя результаты предыдущего примера: