Пределы воспламенения некоторых газовых смесей

При замене воздуха на кислород оба предела возрастают, причем нижний немного, а верхний более сильно. Например, для водорода в смеси с кислородом нижний предел равен 4, 7%, а верхний 93, 9%. Для метана нижний предел равен 5, 4%, а верхний 59, 2%.

Объяснение наличия пределов воспламенения лежит в области химической кинетики. Как известно, скорость химических реакций пропорционально произведению концентрации реагирующих веществ. В данном случае это горючее и окислитель. Нижний предел характеризуется низкой концентрацией горючего, поэтому скорость мала и процесс затухает, происходит без самоускорения.

Верхний предел связан с малой концентрацией окислителя, с его нехваткой для развития процесса горения. Наиболее оптимальной для процесса горения является стехиометрическое соотношение горючего и окислителя, то есть соответствующее коэффициентам в уравнении реакции между ними.

Сильное отличие верхнего предела смесей с кислородом и воздухом связано с тем, что в воздухе всего 21% кислорода. При замене воздуха на кислород концентрация кислорода в горючей смеси возрастает почти в пять раз, поэтому его нехватка наступает при гораздо более высоких концентрациях горючего.

Из-за наличия нижнего предела воспламенения практически редко происходит полное сгорание топлива. Особенно это проявляется в устройствах, где существует короткое время пребывания топлива в факелах (например, в двигателях внутреннего сгорания). В них всегда происходит выброс в атмосферу непрореагировавшего топлива (газ, бензин, дизельное топливо и т.д.). На крупных ТЭЦ горение происходит в длинных факелах, и доля несгоревшего топлива существенно ниже.

2.2. Особенности горения жидкостей

Горение жидкостей имеет свои специфические особенности. Этот процесс очень важен, так как осуществляется везде, где используется жидкое или твердое топливо.

Существует два способа горения гетерогенных систем – вспышка и воспламенение. Протекание процесса зависит от соотношении скорости испарения топлива (W _исп) и скорости его горения (W _гор).

Если соблюдается условие W _исп < W _гор, то процесс протекает как вспышка. Вспышка – процесс неустойчивого, быстро прекращающегося горения.

При наличии постоянно действующего источника воспламенения (например, накаленного тела) периодически происходит воспламенение испарившейся части топлива и прекращение процесса. Вспышка возобновляется тогда, когда концентрация топлива в газовой фазе снова достигнет нижнего предела воспламенения. Лимитирующей стадией этого процесса является испарения жидкости. Процесс проходит в диффузионной области. Обычно вспышкой сопровождается горение жидкостей при низких температурах, при которых скорость испарения мала.

При увеличении температуры частота вспышек возрастает, и при достижении некоторой температуры (температуры воспламенения) процесс горения становится постоянным. Такой процесс горения жидких гетерогенных систем называется воспламенением. Для воспламенения необходимо соблюдение условий W _исп ≥ W _гор.

Для горения жидкостей также существуют пределы воспламенения, но они выражаются температурой.