• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Горюча і робоча суміші, коефіцієнт надлишку повітря

Горінням називають швидкоплинну реакцію, яка супроводжу­ється виділенням теплоти і випромінюванням світла. Як прави­ло, це процес окислення, сполучення палива з киснем повітря (іноді з чистим киснем) або з іншим окислювачем. Характерною особливістю цього процесу є велика швидкість реакції, при якій тепло, що виділяється, не встигає розсіюватися, внаслідок чого різко підвищується температура. Цим відрізняється процес го­ріння від дуже повільних окислювальних процесів — гниття і ржавіння, а також від дуже швидкого, майже раптового окислю­вального процесу — вибуху.

Горіння — складний процес, при якому хімічні реакції су­проводжуються фізичними явищами: перемішуванням палива і повітря, дифузією, теплообміном тощо. Розрізняють гомогенне горіння, коли паливо і окислювач знаходяться в газоподібному стані; гетерогенне, коли речовини перебувають в різному агрегат­ному стані, наприклад, рідкі та газоподібні.

Для процесу горіння необхідно, щоб горючі речовини і окис­лювач мали певну (для кожної речовини) температуру, при якій порівняно швидко відбувається їх взаємодія. Температура, при якій хімічний процес різко прискорюється і при зіткненні з від­критим вогнем речовина займається, називається температурою займання. Якщо займання речовини відбувається без стикання з відкритим вогнем, матимемо температуру самозаймання. Далі го­ріння продовжується внаслідок безперервного виділення тепла, необхідного для підтримування температури на достатньо високо­му рівні.

Швидкість процесу горіння залежить в основному від умов сумішоутворення. У такому разі горіння розділяють на кінетичне і дифузійне. Якщо процес утворення суміші палива і повітря передує горінню, то горіння називають кінетичним; якщо про­цеси відбуваються одночасно — дифузійним. На практиці, зде­більшого, спостерігається змішане горіння, яке називають ди­фузійно-кінетичним.

За температуру горіння приймають температуру, до якої нагріваються газоподібні продукти згоряння внаслідок горіння палива. Розрізняють теоретичну і дійсну температуру горіння.

Теоретичною температурою горіння називається максимальна температура, яка може бути досягнута при відсутності втрат від теплообміну. Для рідких палив вона становить 1800-2000 °С, а для твердих – 1450-1800 °С.

У реальних умовах процес горіння супроводжується тепло­обміном і тепловими втратами, тому продукти згоряння мають, як правило, температуру, яка нижче теоретичної.

Вид палива, його властивості визначають особливості проце­су горіння. Згоряння твердого палива (вугілля) може відбува­тись у товщині шару (шарові камери згоряння), а також у пилоподібному стані (факельні камери згоряння).

Горіння твердого палива (не тільки вугілля) в шаровій камері згоряння (топці) складається з таких стадій: випаровування вологи (підсушка палива), виділення та горіння горючих лет­ких речовин у топковому просторі і горіння безпосередньо на колосниковій решітці. Таким чином, частина твердого

палива згоряє в топковому просторі, а частина — на колос­никовій решітці.

Згоряння палива у товщині шару широко використовуєть­ся в народному господарстві (топки котельних установок, про­мислових печей, газогенераторів) і в побуті, для опалення приміщень у сільській місцевості.

Суть процесу спалювання пиловидного палива полягає тому, що попередньо подрібнене паливо, за допомогою повітря, через пальник вдувається в топкову камеру, де згоряє у завислому стані. Спалювання палива у пилоподібному стані економічно вигідно, оскільки при цьому може використовуватись паливо з високим вмістом вологи і золи (буре вугілля, горючі сланці тощо), а також відходи вугільної промисловості.

Пилоподібне паливо широко застосовується в топках котель­них установок ТЕЦ, крім того ведуться дослідження щодо вико­аливо р його у двигунах внутрішнього згоряння.

Рідке паливо спалюється різними способами. Один з них полягає в тому, що рідке паливо попередньо переводиться у га­аливо розд стан, пари палива перемішуються з повітрям і спалю­ються (кінетичний процес горіння). Цей спосіб застосовується для спалювання рідких палив легкого фракційного складу в бен­зинових двигунах.

Другим поширеним способом є спалювання рідкого палива в крапельному вигляді. Для прискорення горіння попередньо роз­пилюють паливо на дрібні краплі з наступним спалюванням у фа­келі. Розпилюється воно спеціальними пристроями — форсунками.

Спалюється газоподібне паливо з допомогою спеціальних при­строїв, які називають газовими пальниками. Газ і повітря, необхідне для горіння, подаються через пальник у топкову камеру, де утворю­ється струмінь газу, що горить (факел).

Співвідношення палива і окислювача, яке відповідає хімічній реакції повного окислення горючих елементів (повне згоряння) називається стехіометричним.

Кількість кисню, теоретично необхідна для спалювання 1 кг твердого або рідкого палива, можна визначити на основі стехіометричного відношення для реакцій горіння елементів горючої маси палива (С, Н, S).

З рівнянь повного згоряння цих елементів: С+О₂=СО₂ (12+32=44), 2Н+О₂=2Н₂О (4+32=36), S+O₂=SO₂ (32+32=64), враховуючи їх атомну масу, знаходимо, що для спалювання 12 кг

вуглецю потрібно 32 кг кисню, а для спалювання 1 кг вуглецю потрібно 32/12=2,67 кг кисню. Аналогічно, для спалювання 1 кг водню потрібно 8 кг кисню, а для спалювання 1 кг сірки — 1 кг кисню.

Тоді формула для підрахунку теоретично необхідної кількості кисню (кг) для спалювання 1 кг палива буде мати вигляд:

О_т = (2,67С+8Н + S – О)/100,

де С, Н, S, О — хімічні елементи горючої частини палива в % за масою.

Для спалювання палива, як правило, подається повітря, в якому кисень становить 23,2 % за масою. Тоді теоретично необхідну кількість повітря (кг) для спалювання 1 кг палива визначають за формулою:

L_r=(2,67C+8H+S-O)/23,2

Кількість повітря зручніше визначати в м³/кг. Тоді формула матиме вигляд:

L_T= (2,67С+8Н + S – О)/23,2 -1,29 = (2,67C+8H +S-O)/30,

де 1,29 — маса 1 м³ повітря.

Для газоподібного палива кількість повітря (м³/м³) визначають за формулою:

L_T= [0,5(H₂+CO)+(n+m/4) C_nH_m-O₂]/21,

де n — число атомів вуглецю; m — число атомів водню; 21 — вміст кисню у повітрі, % за об’ємом.

Склад газу у формулі даний у відсотках за об’ємом. Для деяких видів палив кількість теоретично необхідного по­вітря для повного згоряння палива (в кілограмах) наведено нижче:

Авіаційний бензин ......................... 14,9

Автомобільний бензин..................... 14,8

Дизельне паливо............................... 14,4

Етиловий спирт.................................. 9,0

Метиловий спирт............................... 6,5

Бензол ............................................... 13,2

У виробничих умовах здійснити повне спалювання палива з теоретично необхідною (розрахунковою) кількістю повітря практично неможливо. Тому для цього, як правило, подають надлишок повітря, тобто процес відбувається не з розрахун­ковою, а з фактичною (дійсною) кількістю повітря L _д.

Відношення дійсної витрати повітря до теоретично необхідної для спалювання 1 кг (1 м³) палива називають коефіцієнтом над­лишку повітря (а ):

а = L_Д/L_T.

Суміш палива і повітря називають горючою сумішшю. Залеж­но від співвідношення кількості палива і повітря горюча суміш може бути: нормальна а =1, бідна а >1, багата а < 1. При зна­ченнях, близьких до одиниці — збіднена або збагачена.

Робота двигуна як на бідній, так і на багатій горючій суміші економічно невигідна. У першому випадку суміш розбавляєть­ся великою кількістю інертного азоту і надлишкового кисню, швидкість і температура горіння знижується, двигун не розви­ває потрібної потужності. У другому — нестача кисню призво­дить до утворення продуктів неповного згоряння палива, дви­гун димить, витрата палива збільшується, а потужність зни­жується. Тому необхідно забезпечити повне згоряння палива з якомога меншим коефіцієнтом надлишку повітря

Коефіцієнт надлишку повітря визначають за формулами: при повному згорянні

а = 1/(1 – 3,76 O₂/N₂);

при неповному

а = 1/[1- 3,76 (О₂ – 0,5CO)/N₂ ];

де О₂, CO, N₂ — процентний вміст за об’ємом у продуктах згоряння відповідно кисню, оксиду вуглецю (визначають з допо­могою спеціальних приладів-газоаналізаторів) і азоту (підраховують за різницею N₂ =100 – (СО₂ +О₂ +СО).

Теплота згоряння горючої суміші (Q_re) залежить від кількості теплоти, виділеної паливом і об’єму повітря

Q_rс⁼Q_H/(1+аL_T)

Для різних видів палива теплота згоряння нормальних горю­чих сумішей приблизно однакова — 2770 кДж/кг.

Горюча суміш, яка змішалась із залишковими газами від попе­реднього циклу, називають робочою сумішшю. Якщо потрібно визначити теплоту її згоряння, то вносять поправку на коефіцієнт надлишкових газів. На практиці теплоту згоряння горючої і робо­чої суміші прирівнюють.

Характер процесу горіння можна визначити за складом продуктів згоряння палива. Для цього існують різні газоаналі­затори: хімічні, електричні, магнітні, механічні. Більш точні — хімічні, більш зручні — автоматичні і електричні. Найбільш поширені — прості хімічні газоаналізатори, які дозволяють визна­чати у відпрацьованих газах вміст вуглекислого газу, кисню і оксиду вуглецю. Принцип дії газоаналізатора полягає в погли­нанні розчинами певних складових елементів відпрацьованого газу, який послідовно пропускають через ці розчини. За відпо­відним збільшенням об’єму знаходять процентний вміст кожно­го окремо поглиненого компонента. Так, відсутність оксиду вуг­лецю свідчить про повне згоряння палива, а наявність СН, CO і Н₂ — про неповне.

4.Заходи щодо зменшення токсичної дії продуктів згорання
на навколишнє середовище.

Компоненти відпрацьованих газів за характером дії на люди­ну поділяються на отруйні (оксид вуглецю, сполуки свинцю), канцерогенні (бензпирен), подразливі (оксиди азоту, сірчисті сполуки, альдегіди) і забруднюючі (сажа і альдегіди).

Розглянемо вплив токсичних компонентів відпрацьованих газів на організм людини.

Оксид вуглецю викликає кисневе голодування організму, ура­ження центральної нервової системи. Гостре отруєння окси­дом вуглецю може викликати головний біль, параліч, крово­вилив у сітчатку, інфаркт міокарда, привести до непритомності і навіть до смертельного наслідку.

Оксиди азоту (в бензинових двигунах 95% оксидів азоту зна­ходиться у вигляді N0, невелика кількість N0₂ і N₂O₅), потрап­ляючи в організм людини, з’єднуючись з водою, утворюють азото­вмісні кислоти. Максимальна кількість оксидів азоту утворюється при а= 1,05-1,10. Симптоми отруєння виявляються у вигляді каш­лю, задухи, можливий зростаючий набряк легень.

Альдегіди (акролеїн) викликають гостре подразнення верхніх дихальних шляхів і запалення слизової оболонки очей.

Вуглеводні шкідливо впливають на центральну нервову систе­му: при гострих отруєннях викликають запаморочення голови, головний біль, нудоту, судоми, розширення зіниць, розлад дихан­ня і серцевої діяльності, зумовлюють руйнування печінки і нирок.

Найбільшу активність із паливо роздавача ароматичних вугле­воднів має бензпирен: акумулюючись в організмі до критичної концентрації, він призводить до ракових захворювань.

Заходи по зниженню токсичної дії продуктів згоряння у ДВЗ на навколишнє середовище:

1. Переведення ДВЗ на газоподібне паливо.

2. Використання нейтралізаторів (зменшується CO на 70-80 %).

3. Електронні системи впорскування палива.

4. Використання спиртів.

5. Використання водно-бензинових сумішей.

6. Використання водню.

Переглядів: 4696