Parametrii procesului de ardere sunt determinați prin balanța materială și energetică.
Concepte de bază ale balanței materiale a procesului de combustie.
Balanța materială a procesului de ardere # 151; raportul dintre cantitatea de substanțe care intră în reacția de ardere și cantitatea de substanțe (produse de ardere) care rezultă din această reacție.
Consumul de aer de combustie
În timpul arderii, există o interacțiune între moleculele substanței combustibile și oxidant, în timp ce se obțin produse de combustie.
Substanță combustibilă + Agent de oxidare ⇒ Produse de combustie
De regulă, oxigenul se oxidează în timpul arderii. Schematic, reacția chimică a arderii unui mol de materie în aer poate fi reprezentată prin ecuația:
în care simbolurile GB, O2. N2. SGi desemnează moleculele, respectiv substanța combustibilă, oxigenul, azotul și produsul de combustie i-a; ni # 151; numărul de molecule ale produsului de combustie i-a pentru o moleculă de combustibil; β # 151; coeficientul stoichiometric de reacție de combustie.
Aceasta este doar o reacție sumară, dar este suficientă pentru efectuarea calculelor practice și este o înregistrare generalizată a balanței materiale a reacției de combustie.
Cantitatea minimă de aer necesară pentru arderea completă a unei unități de cantitate de substanță inflamabilă se numește teoretic aer specific volum v și notat RH .żn în funcție de numărul de unități ale substanței inflamabile (1 mol, 1 m³, 1 kg), volumul specific se măsoară în m³ / mol, m³ / m³, m³ / kg.
Cantitatea reală de aer care intră în zona de combustie diferă de cea teoretică. Volumul corespunzător se numește volumul real real de aer și este notat cu vv. . Diferența dintre cantitatea de aer care intră în combustie și necesarul teoretic este denumită exces de aer. Pentru a caracteriza procesul de combustie, conceptul de raport aer în exces # 151; av. . care arată de câte ori cantitatea de aer care intră efectiv în zona de combustie diferă de cantitatea teoretică necesară pentru arderea completă a unei unități a cantității de materii combustibile.
Astfel, volumul specific de aer real este:
O parte a aerului, neutilizată pentru combustie, trece în produsele de ardere.
În cazul arderii cinetice la αB = 1. amestecul de combustibil și aer este stoichiometric. Astfel, cantitatea de căldură eliberată pe unitate de produse de ardere este maximizată, astfel încât temperatura din zona de combustie să fie de asemenea maximizată.
Pentru αB <1 — в смеси недостаток окислителя и излишек горючего вещества. Такая смесь называется богатой. Характерной особенностью процесса горения в этом случае является образование продуктов неполного сгорания.
Pentru αB> 1 # 151; amestecul este numit sărac. Este lipsită de o substanță combustibilă și de un exces de oxidant. În acest caz, produsele de combustie includ aer în exces.
Produse de combustie # 151; acestea sunt substanțe gazoase, solide și lichide formate în timpul arderii.
Compoziția produselor de ardere depinde de compoziția substanței combustibile și de condițiile pentru reacția de combustie. Produsele de ardere formează fum.
fum # 151; sistem dispersat, constând din particule solide și lichide (fază dispersată), amplasate într-un mediu de dispersie a gazului.
Proprietățile fumului sunt caracterizate de următorii parametri:
Concentrarea fumului # 151; aceasta este masa de produse de combustie care se află în volum de unități. În zona de fum, concentrația produselor de ardere este în intervalul de 1,10 # 150; 4 până la 5 · 10 # 150; 3 kg / m³.
Prezența unei faze condensate cauzează opacitatea fumului. Gradul de scădere a transparenței depinde de concentrația, mărimea și natura particulelor în faza dispersată. Parametrul care caracterizează proprietățile optice ale fumului este densitatea fumului.
Densitatea fumului # 151; raportul intensității luminii I n. transmisă prin stratul de fum, la intensitatea luminii incidente Ij.
Toxicitatea produselor de ardere # 151; capacitatea produselor de combustie de a provoca intoxicarea persoanelor fără protecție respiratorie personală.
Temperatura fumului. Temperatura produselor de ardere direct până în zona de combustie poate atinge 1000 ° C, dar în camere temperatura fumului este de obicei mult mai scăzută. Factorul principal care afectează temperatura fumului este condițiile de schimb de gaze. Cu o creștere a coeficientului de aer în exces, temperatura produselor de ardere scade. Cu toate acestea, temperatura periculoasă pentru oameni este deja 70 ° C. Starea de lungă durată la această temperatură este asociată cu un risc pentru viață din cauza supraîncălzirii corpului.
Stabilitatea fumului determină astfel de parametri ai particulelor de fum ca:- masa mică;
- suprafață specifică mare;
- Brownian motion în care acestea sunt localizate;
- prezența unei încărcături electrice pe suprafața lor.
Produsele de ardere incompletă, formate în timpul arderii substanțelor și materialelor în spații închise, cu sosirea aerului proaspăt, pot forma un amestec combustibil. Combustia are loc în regim cinetic (explozie).
CONCEPTE DE BAZĂ ALE BALANȚEI ENERGETICE A PROCESULUI DE COMBUSTIE
Prin efectul de reacție termică se înțelege cantitatea de căldură care este eliberată sau absorbită de sistem în timpul reacției.
unde δH o fng și δH o fgv # 151; căldura de formare a produselor de ardere și, respectiv, a substanțelor combustibile inițiale.
Căldura de formare a substanțelor este determinată de cărți de referință sau calculată pe baza structurii materiei.
Căldura de ardere este cantitatea de căldură eliberată atunci când cantitatea de materie este complet arsă, cu condiția ca produsele inițiale și finale să fie în condiții standard.
Există Q molare # 151; pentru un mol (kJ / mol) masa Q '- pentru un kilogram (kJ / kg), Q volum' - pentru un metru cub de material (kJ / m) a căldurii produse prin ardere.
În funcție de starea agregată a apei formate în procesul de ardere, distingem caldura superioară Qb și cea inferioară Qn de combustie.
Cea mai mare căldură de combustie este cantitatea de căldură care este eliberată atunci când starea materiei combustibile (lichid) este arsă complet.
Cea mai mică valoare calorică este cantitatea de căldură care este generată prin arderea completă a unei unități de cantitate de material combustibil, cu condiția ca apa în produsele de combustie este în stare gazoasă.
Căldura molară de combustie se calculează în conformitate cu legea lui Hess:
Pentru a calcula căldura de ardere molară Q într-o masă Q ', se poate utiliza următoarea formulă:
unde μ # 151; masa moleculară a substanței combustibile. kg / kmol.
Pentru substanțele în stare gazoasă, atunci când se recalculează de la caldura standard de combustie Q în volumetric Q ', se folosește următoarea formulă:
unde Vμ # 151; volumul unui kilometru de gaz, care în condiții standard este de 22,4 m3 / kmol.
Pentru substanțele sau amestecurile inflamabile complexe, formula pentru determinarea valorii calorice poate fi derivată din compoziția și procentul componentelor.
Rezultatele suficient de precise sunt date de formula lui Mendeleev pentru cea mai mare valoare calorifică:
Pentru o valoare calorică inferioară:
unde W% este conținutul de umiditate al substanței combustibile.
Căldura de combustie are o mare importanță practică la calcularea parametrilor de incendiu și de incendiu.
Sub sarcina incendiului, focul este înțeles ca cantitatea de căldură care poate fi eliberată prin arderea substanțelor și materialelor pe metru pătrat de suprafața podelei camerei, MJ / m².
Incărcarea de incendiu este o caracteristică cantitativă care determină efectul termic al focului asupra structurilor clădirii. Sarcina de incendiu se calculează ca suma produselor din masele tuturor materialelor combustibile prin căldura inferioară de ardere, raportată la suprafața unitară a podelei prin formula:
Cea mai scăzută căldură de combustie este de asemenea utilizată pentru a determina pericolul de incendiu al substanțelor combustibile. Este dovedit experimental că substanțele sunt non-combustibile în cazul în care nu aparțin explozivul și valoarea lor de încălzire mai mică mai mică decât 2100 kJ / kg sau 1830 kJ / m³.
Căldura generată în zona de ardere este consumată în încălzirea produselor de ardere și a pierderilor de căldură (acesta din urmă include preîncălzirea materialului combustibil și radiația din zona de ardere în mediu).
Temperatura maximă din zona de combustie la care sunt încălzite produsele de ardere se numește temperatura de ardere.
În funcție de condițiile în care are loc procesul de ardere, se disting temperaturile de combustie calorimetrice, teoretice, adiabatice și reale.
Prin temperatura de ardere calorimetrică se înțelege temperatura la care produsele de ardere sunt încălzite în următoarele condiții:
1) toată căldura eliberată în timpul reacției duce la încălzirea produselor de combustie;
2) are loc arderea completă a amestecului combustibil stoichiometric, factorul de exces de aer αv = 1;
3) în timpul formării produselor de ardere nu are loc disocierea lor;
4) Amestecul combustibil este la o temperatură inițială de 273 K și o presiune de 101,3 kPa.
Temperatura teoretică de ardere diferă de cea calorimetrică prin faptul că pierderile de căldură pentru disocierea produselor de combustie sunt luate în considerare în calcule.
Disocierea produselor de combustie trebuie luată în considerare la temperaturi de peste 1700 ° C
Temperatura de combustie adiabatică diferă de cea calorimetrică prin aceea că este determinată ținând cont de coeficientul de aer în exces.
Temperatura reală de combustie # 151; aceasta este temperatura la care produsele de combustie sunt încălzite în condiții reale.
Temperatura de ardere este folosită pentru calcularea presiunii de explozie, pentru a determina suprafața construcțiilor care emit lumina, temperatura focului și alți parametri.