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, м³/м³ 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; t_k — 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, м³/м³ газа, определяемый по формулам (3.8)—(3.12);  — действительный объем влажного воздуха для горения, м³/м³ 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 м³/м³ газа.

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