ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сжигание природного газа во вращающихся печах и сушильных барабанах из "Природный газ в цеметной промышленности" Вопросы теории горения и техники сжигания газового топлива в различных энергетических и технологических печных установках широко обобщены в трудах Г. Ф. Кнорре [21], Л. Н. Хит-рина [57], В. А. Спейшера [49], М. Б. Равича [41] и др. Указанные работы были использованы нами при разработке вопросов сжигания природного газа в цементообжигательных печах и сушильных барабанах. [c.57] Горение как физико-химический процесс. Горение природного газа является физико-химическим процессом окисления содержащихся в нем углеводородов. Как известно, в возникновении этой реакции и скорости ее протекания значительную роль играют концентрация реагирующих веществ и энергия столкновения их молекул (энергия активации). Максимальная скорость реакции наблюдается при исходном, примерно стехиометриче-ском соотношении углеводородов и кислорода воздуха, но по мере протекания реакции скорость ее уменьшается, так как концентрация молекул углеводородов и кислорода падает в связи с увеличением количества конечных продуктов горения. Скорость горения природного газа экспоненциально зависит от температуры газовоздушной смеси. [c.57] В основе современных воззрений на механизм горения углеводородов лежит теория цепных химических реакций, в разработке которой большую роль сыграл Н. Н. Семенов. Согласно этой теории, реакция окисления каждого углеводорода протекает через ряд простейших и легко осуществимых промежуточных реакций. Основную роль в последних играют промежуточные продукты — осколки исходных молекул в виде свободных радикалов и атомов (например, Сг, СН, ОН, СН3ОН и др.), являющихся активными центрами реакции и обладающих свободной энергией. Цепной характер химического процесса заключается в последовательном возникновении новых активных центров, которые продолжают цепь. [c.57] Взаимодействие между неустойчивыми промежуточными продуктами — атомами и радикалами — требует небольшой энергии активации и поэтому протекает во много раз быстрее обычной реакции между молекулами. Саморазогрев же системы обусловливает самоускорение цепной реакции окисления углеводородов. В результате скорость этой цепной реакции в десятки и сотни тысяч раз больше расчетной скорости непосредственного взаимодействия между молекулами без учета роли промежуточных стадий цепной реакции. [c.58] Особенностью цепной реакции окисления углеводородов является наличие периода индукции, указывающего на сложность процесса. В связи с этим химический процесс горения углеводородов протекает медленнее, чем горение водорода и окиси углерода. [c.58] Если приостановить реакцию до ее окончания, например, путем быстрого охлаждения реагирующей газообразной фазы, то в промежуточных продуктах реакции обнаруживаются альдегиды, в частности формальдегид. Присутствие их отмечается специфическим запахом продуктов неполного сжигания природного газа. В продуктах н,еполного окисления метана находится водород и окись углерода, обнаруживаемые при анализе дымовых газов вращающихся печей в случаях нарушения режима сжигания природного газа. [c.58] Горение гомологов метана носит более сложный характер. Но схема процесса и состав промежуточных продуктов реакций примерно аналогичны. [c.58] Таким образом, в печах параллельно протекают процессы расщепления углеводородов, их пирогенетического превращения и цепной реакции окисления. [c.58] Для горения природного газа в печных установках цементных заводов необходимо практически обеспечить, во-первых, контакт и смешение его с воздухом, во-вторых, начальное и последующее воспламенение непрерывно поступающего газа и, в-третьих, непрерывное и полное сгорание газа. [c.58] Температура воспламенения зависит от пр,ироды и состава горючего газа, концентрации его в смеси с воздухом, быстроты и способа нагрева, формы и размеров топочной камеры, давления, метода ее испытания (так называемые методы самовоспламенения и вынужденного зажигания ) и т. д. Поэтому температура воспламенения не является точным параметром, характеризующим свойства данного газа, а колеблется в довольно значительных пределах. [c.59] Для воспламенения газовоздушной смеси в одну из точек занимаемого ею пространства должен быть внесен высокотемпературный источник тепла (например, раскаленное тело), после чего смесь воспламеняется и пламя самопроизвольно распространяется по всему ее объему, но не мгновенно, а с определенной скоростью. Температура, до которой должен быть нагрет источник тепла, зависит не только от температуры воспламенения смеси, но и от условий подвода тепла. Если мощность (количество калорий тепла, выделяемое в единицу времени) источника тепла- будет очень мала, то при введении его в газовоздушную смесь он может быстро охладиться ниже температуры воспламенения, и зажигания смеси не произойдет. Поэтому источник зажигания — раскаленное тело — должен быть нагрет тем сильнее, чем меньше его размер. [c.59] Газовоздушные смеси могут воспламеняться лишь при определенных концентрациях в них горючего компонента, зависящих прежде всего от природы последнего и от температуры исходной смеси. Нижним и верхним пределами воспламенения называются соответственно наименьшая и наибольшая концентрация горючего газа в неподогретой (т. е. при 0°) газовоздушной смеси, в пределах которых возникает цепная реакция горения, когда смесь воспламеняется от источника, находящегося в одной из точек ее объема. [c.59] За пределами этих концентраций количества тепла, выделяющегося при сгорании подожженной части газовоздушной смеси, недостаточно для нагрева соседних слоев ее до температуры воспламенения. Поэтому неподогретые, слишком богатые и бедные [51] углеводородом смеси (за пределами воспламенения) не могут воспламеняться и взрываться. Горение их возможно лишь при наличии постоянного постороннего источника воспламенения— открытого огня, раскаленного тела. В этом случае смесь будет гореть только непосредственно у запальника и на весь объем смеси пламя не распространится при удалении запальника горение прекращается. [c.59] В табл. 6 приводятся данные о температурах воспламенения [51] различных газов в смеси с воздухом и о нижних и верхних пределах воспламенения газовоздушных смесей [21]. [c.59] Температура воспламенения в град. [c.60] Как видно из этой таблицы, температура воспламенения метана выше, чем у других горючих газов. Это объясняется прочной структурой его молекулы и межатомных связей в последней, при которых для возникновения цепной реакции горения необходимо высокое значение энергии активации. Температура воспламенения смесей гомологов метана с воздухом понижается по мере увеличения числа углеродных атомов в молекуле. [c.60] Температура воспламенения природных газов Дашавского, Саратовского, Ставропольского и Шебелинского месторождений находится в пределах 630—750°. [c.60] Из табл. 6 также следует, что пределы воспламенения понижаются с возрастанием удельного веса углеводорода. Интервал горючести смесей углеводородов с воздухом значительно меньше (разность между нижним и верхним пределами воспламенения равна 5—10%), чем у смесей с воздухом водорода и окиси углерода (интервал равен 60 —70%). [c.60] В табл. 6 указаны пределы воспламенения смесей при их начальной температуре (до зажигания), равной 0 . Однако чем выше температура смеси, тем больше диапазон концентраций, при которых возможно воспламенение смеси. Например, при по ступлении во вращающуюся печь горячего воздуха из клинкерного холодильника и образовании газовоздушной смеси с температурой = 300-=-400° пределы концентраций, при которых возможно воспламенение такой смеси, будут значительно шире, чем приведенные в табл. 6. При дальнейшем нагревании смеси нижний предел воспламенения снижается, а верхний возрастает, и при 750—800° смеси воспламеняются при любом соотношении между газом и воздухом. [c.60] Вернуться к основной статье