Газоснабжение. Горение газов: Учебное пособие (Разделы 1-9. Газообразное топливо. Расчеты эффективности использования топлива), страница 5

Механизм высокотемпературного окисления углеводородов имеет еще более сложный цепной характер и связан с промежуточным образованием атомарного водорода, кислорода и различных радикалов. Этот процесс осложняется тем, что при локальном недостатке кислорода или неоднородности газовоздушной смеси одновременно с реакциями окисления протекают процессы термического разложения углеводородов.

Даже при горении самого простого из углеводородов — метана — цепной механизм его сгорания может состоять из следующего вероятного набора реакций:

1.

2.

(2.12)

3.

4.

^{_______________________________________________}

В действительности процесс горения метана еще более сложен. Одновременно с процессами окисления при высокой температуре и недостатке кислорода протекают реакции термического разложения углеводородов. Эти процессы могут приводить к образованию не только участвующих в схеме (2.12) радикалов, но также и активных частиц в виде и C₂, НСНО (формальдегид, обладает запахом) что еще более разнообразит дальнейшее протекание цепных реакций.

2.4. Тепловой эффект реакций горения

Тепловым эффектом реакции горения или теплотой сгорания называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании единицы количества топлива (до конечных продуктов окисления). Такой единицей может быть 1 моль (молярная теплота сгорания, Q_m, МДж/моль), 1 кг (массовая теплота сгорания Q, МДж/кг), или 1 м³ (объемная теплота сгорания , МДж/м³). Для газообразного топлива в теплотехнических расчетах обычно используется теплота сгорания, отнесенная к 1 м³ газа при нормальных физических условиях (0 ; 101325 Па). Исключением является сжиженный газ, который при транспортировке в жидком состоянии характеризуется массовой теплотой сгорания, а при поступлении с газовую сеть и последующем сжигании — объемной теплотой сгорания. При необходимости пересчета теплоты сгорания на другую единицу количества вещества используются следующие выражения:

                                       (2.13)

где — масса моля газа, кг/моль; — плотность газа при нормальных физических условиях, кг/м³; V_m — молярный объем газа, м³/моль, который при нормальных физических условиях допускается принимать, как для идеального газа, т.е. V_m = 22,4136 м³/моль.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшая теплота сгорания Q_в, МДж/м³, соответствует условиям, при которых водяной пар, являющийся продуктом сгорания, полностью конденсируется. В технике конденсация водяных паров отходящих газов происходит только в определенных случаях: например, при контактном нагреве воды и в так называемых конденсационных котлах.

Низшая теплота сгорания Q_н, МДж/м³, соответствует условиям, при которых водяной пар, являющийся продуктом сгорания, остается в газообразном состоянии. Таким образом, низшая теплота сгорания всегда меньше высшей на величину скрытой теплоты парообразования (конденсации) водяных паров, образовавшихся в результате реакций горения (около 2,5 МДж на каждый килограмм водяных паров с учетом некоторого дальнейшего охлаждения конденсата). В профессиональном техническом языке, а нередко и в научно-технической литературе теплота сгорания называется калорийностью или теплотворной способностью топлива.

Значения теплоты сгорания сухих газов приведены в табл. 2.1. Однако газообразное топливо, как правило, является смесью горючих и негорючих газов. Для расчета теплоты сгорания (как низшей, так и высшей) смеси сухих газов, состоящей из n компонентов, используется правило адиттивности (негорючие компоненты топлива учитываются в формуле с теплотой сгорания, равной нулю, т.е. не учитываются):

,                                              (2.14)

где r_i — объемная доля компонента в составе горючего газа; Q_i — соответствующая теплота сгорания (высшая или низшая) этого компонента.

Теплота сгорания влажного газа всегда отличается от приведенных для сухих газов значений. В технических и коммерческих расчетах может возникнуть также необходимость пересчета теплоты сгорания из нормальных физических условий на действительные условия. Для определения значения теплоты сгорания влажного газа  при абсолютном давлении p, Па, и температуре T, К, используется выражение