Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Температура при горении нефти


Распределение температуры в горящей жидкости

из "Горение и свойства горючих веществ"

Во время горения часть тепла, поступающего из пламени, расходуется на нагревание жидкости. Естественно, что верхний слой горящей жидкости нагревается до более высокой температуры, чем нижележащие слои. Температура верхнего слоя жидкости с течением времени повышается, причем наиболее быстрое изменение температуры наблюдается в начальный период (рис. 32). По истечении начального периода времени (10 мин) в слое жидкости устанавливается мало меняющееся во времени распределение температуры. Характер распределения температуры зависит от рода жидкости и условий горения. При горении сложных по составу жидкостей — нефти и продуктов ее переработки — температура на поверхности равна средней температуре кипения, определяемой по кривой разгонки топлива. Температура на поверхности горящего автобензина лежит в пределах 90— 1Ю°С, керосина 170—220 °С, дизельного топлива 230— 240 °С, солярового масла 280—340 °С, нефти 130— 350 С. [c.116] Лення температуры на поверхности жидкости связанй с влиянием стенок резервуара, температура которых всегда выше температуры верхнего слоя горящей жидкости, а также неравномерным притоком тепла от пламени. У стенок резервуара пламя расположено ближе к поверхности, чем к ее центральной части. [c.117] В глубину для керосина и бензина в зависимости от расстояния от поверхности жидкости показано на рис. 33. Если температура в керосине плавно и постепенно снижается по мере удаления от поверхности (первый тип распределения температур), то в бензине имеется слой определенной толщины, температура которого одинакова во всех точках и резко падает за его нижней границей (второй тип распределения температур). Установлено, что плавное понижение температуры свойственно таким жидкостям, как керосин, соляровое масло, дизельное топливо, трансформаторное масло и др. Второй тип распределения температур прогретого слоя наблюдается при горении нефти, бензина, мазута. [c.117] Диаметра резервуара, скорости ветра, расстояния поверхности жидкости от кромки резервуара и др. Формирование прогретого слоя начинается приблизительно через 10 мин после воспламенения жидкости. Толщина прогретого слоя увеличивается только до некоторого значения, которое зависит от диаметра резервуара, скорости ветра и др. [c.118] Таким образом, процесс образования прогретого слоя можно представить так. Во время горения нагревается стенка резервуара и прилегающая к ней жидкость. Если температура стенки выше температуры начала кипения жидкости, то жидкость закипает. Кипение усиливает конвективные потоки, вследствие чего происходит перенос тепла в глубь жидкости. Это в свою очередь вызывает прогрев той части стенки резервуара, которая прилегает к нижней границе прогретого слоя. На этой части стенки тоже начинается кипение, которое ведет к дальнейшему увеличению прогретого слоя, и т. д. Этот процесс продолжается до тех пор, пока потери тепла через стенки резервуара в окружающую среду не станут превышать подвод тепла со стороны пламени. После этого процесс прогревания прекращается. Так формируется прогретый слой при горении нефти, бензина и других жидкостей, имеющих низкую температуру начала кипения. [c.119] Необходимо учесть, что процесс прогревания нефти связан с содержанием в ней воды. Если в нефти много воды, то она может прогреваться даже в том случае, когда температура начала кипения ее сравнительно высока. Это объясняется тем, что вода резко снижает температуру кипения нефти. Вода, находящаяся в слое нефти, прилегающем к стенке резервуара, при определенных условиях закипает, что и способствует возникновению конвективных потоков. Аналогичные явления наблюдаются при горении влажного мазута. На процесс прогревания мазута помимо влаги значительное влияние оказывает образование на поверхности коксового остатка, опускающегося затем вниз. [c.119] Вскипание и выбросы в процессе горения жидкостей представляют большую опасность, так как внезапно выброшенная горящая жидкость может накрыть большую площадь вблизи очага горения вместе с находящимися на ней людьми, строениями и пожарной техникой. Известны случаи, когда десятки тонн нефти выбрасывались на расстояние нескольких десятков метров от очага горения. Однако выброс, имеющий характер сильного взрыва, — явление сравнительно редкое. Чаще бывает более или менее спокойное переливание нефти через борт резервуара, так называемое вскипание горючей жидкости. [c.119] Было установлено, что выбросов и вскипания не происходит при горении таких продуктов переработки нефти, как керосин, дизельное топливо, бензин. Возможно, что явление вскипания и выброса тесно связано с наличием воды, которая всегда содержится в том или ином количестве в самой нефти и на дне резервуара. Исследования показали, что выброс и вскипание обусловлены особым характером прогревания сырой нефти и влажного мазута и возникающим при этом процессом кипения перегретой воды. [c.120] Как известно, под кипением понимают процесс парообразования, происходящий в объеме жидкости. Для кипения характерно наличие большого количества пузырьков пара, зарождающихся в основном на стенках сосуда и на дне его. Пузырьки зарождаются на центрах парообразования, которые представляют собой инородные вкрапления в жидкости — пылинки, пузырьки газа (воздуха) и т. д. Если жидкость не содержит примесей, центры парообразования распределяются в основном на стенках сосуда, где всегда вблизи шероховатостей и в порах имеются мельчайшие пузырьки газа. При нагревании происходит испарение внутрь этих пузырьков, вследствие чего давление пара внутри пузырька непрерывно увеличивается и при некоторой температуре становится равным внешнему давлению. В этот момент пузырек пара отделяется и всплывает, на его месте возникает следующий. Таким образом, для возникновения кипения необходимо, чтобы либо в жидкости, либо на стенках сосуда имелись центры парообразования. Если центры парообразования удалить (этого можно достичь тщательной очисткой жидкости, а также механической и химической обработкой поверхности стенок сосуда), то кипение не возникает, даже если жидкость будет нагрета выше температуры кипения. Так, воду, тщательно освобожденную от воздуха, можно нагреть, не вызывая кипения, почти до 200 °С. Жидкость в таком состоянии называется перегретой. Такое состояние не является устойчивым. Достаточно лишь внести в перегретую жидкость небольшое количество какой-либо механической примеси, как произойдет бурное закипание, которое при некоторых условиях имеет взрывной характер. [c.120] Схема процесса вскипания. [c.121] Из сказанного следует, что выброс горящей жидкости может произойти, если под слоем жидкости находится вода, жидкость при горении прогревается в глубину с образованием прогретого слоя, достающего слой воды, а температура слоя выше температуры кипения воды. [c.121] Промежуток времени от начала горения до наступления выброса определяется скоростью прогревания нефти и практически равно времени, в течение которого прогретый слой нефти достигает подстилающего слоя воды. Для того чтобы рассчитать это время, необходимо знать толщину слоя нефти и скорость ее прогревания. В большинстве случаев нужды в таком расчете нет, так как выброс можно легко предупредить, удалив подстилающий слой воды. Рассчитывать время наступления выброса, хотя бы приблизительно, необходимо лишь в случае, когда слив воды по каким-либо причинам невозможен. [c.122] Основным признаком начала вскипания является увеличение размеров факела пламени. В некоторых случаях перед началом вскипания возникает сильный шипящий шум. Необходимо также иметь в виду, что вскипание может начаться при подаче на поверхность горящей жидкости воды или пены. В связи с тем, что эффективных мер предупреждения вскипания пока нет, большое значение приобретает оперативность при тушении горящих нефтей в резервуарах. [c.123]

Вернуться к основной статье

chem21.info

FAS — 8.3. Температура горения

В теплотехнике различаются следующие температуры горения газов: жаропроизводительность, калориметрическую, теоретическую и действительную (расчетную). Жаропроизводительность tж — максимальная температура продуктов полного сгорания газа в адиабатических условиях с коэффициентом избытка воздуха α = 1,0 и при температуре газа и воздуха, равной 0°C:

tж = Qн /(ΣVcp) (8.11)

где Qн — низшая теплота сгорания газа, кДж/м3; ΣVcp — сумма произведений объемов диоксида углерода, водяного пара и азота, образовавшихся при сгорании 1 м3 газа (м3/м3), и их средних объемных теплоемкостей при постоянном давлении в пределах температур от 0°С до tж (кДж/(м3•°С).

В силу непостоянства теплоемкости газов жаропроизводительность определяется методом последовательных приближений. В качестве начального параметра берется ее значение для природного газа (≈2000°С), при α = 1,0 определяются объемы компонентов продуктов сгорания, по табл. 8.3 находится их средняя теплоемкость и затем по формуле (8.11) считается жаропроизводительность газа. Если в результате подсчета она окажется ниже или выше принятой, то задается другая температура и расчет повторяется.

Жаропроизводительность распространенных простых и сложных газов при их горении в сухом воздухе приведена в табл. 8.4.

При сжигании газа в атмосферном воздухе, содержащем около 1 вес. % влаги, жаропроизводительность снижается на 25–30°С.Калориметрическая температура горения tK — температура, определяемая без учета диссоциации водяных паров и диоксида углерода, но с учетом фактической начальной температуры газа и воздуха. Она отличается от жаропроизводительности tж тем, что температура газа и воздуха, а также коэффициент избытка воздуха α принимаются по их действительным значениям. Определить tK можно по формуле:

tК = (Qн + qфиз)/(ΣVcp) (8.12)

где qфиз — теплосодержание (физическая теплота) газа и воздуха, отсчитываемое от 0°С, кДж/м3.

Природные и сжиженные углеводородные газы перед сжиганием обычно не нагревают, и их объем по сравнению с объемом воздуха, идущего на горение, невелик. Поэтому при определении калориметрической температуры теплосодержание газов можно не учитывать. При сжигании газов с низкой теплотой сгорания (генераторные, доменные и др.) их теплосодержание (в особенности нагретых до сжигания) оказывает весьма существенное влияние на калориметрическую температуру.

Зависимость калориметрической температуры природного газа среднего состава в воздухе с температурой 0°С и влажностью 1% от коэффициента избытка воздуха а приведена в табл. 8.5, для сжиженного углеводородного газа при его сжигании в сухом воздухе — в табл. 8.7. Данными табл. 8.5–8.7 можно с достаточной точностью руководствоваться при установлении калориметрической температуры горения других природных газов, сравнительно близких по составу, и углеводородных газов практически любого состава. При необходимости получить высокую температуру при сжигании газов с малыми коэффициентами избытка воздуха, а также для повышения КПД печей, на практике подогревают воздух, что приводит к росту калориметрической температуры (см. табл. 8.6).

Теоретическая температура горения tT — максимальная температура, определяемая аналогично калориметрической tK, но с поправкой на эндотермические (требующие теплоты) реакции диссоциации диоксида углерода и водяного пара, идущие с увеличением объема:

СО2 ‹–› СО + 0,5О2 — 283 мДж/моль (8.13)Н2О ‹–› Н2 + 0,5О2 — 242 мДж/моль (8.14)

При высоких температурах диссоциация может привести к образованию атомарного водорода, кислорода и гидроксильных групп ОН. Кроме того, при сжигании газа всегда образуется некоторое количество оксида азота. Все эти реакции эндотермичны и приводят к снижению температуры горения.

Теоретическая температура горения может быть определена по следующей формуле:

tT = (Qн + qфиз – qдис)/(ΣVcp) (8.15)

где qдис — суммарные затраты теплоты на диссоциацию СО2 и Н2О в продуктах сгорания, кДж/м3; ΣVcp — сумма произведения объема и средней теплоемкости продуктов сгорания с учетом диссоциации на 1 м3 газа.

Как видно из табл. 8.8, при температуре до 1600°С степень диссоциации может не учитываться, и теоретическую температуру горения может принять равной калориметрической. При более высокой температуре степень диссоциации может существенно снижать температуру в рабочем пространстве. На практике особой необходимости в этом нет, теоретическую температуру горения необходимо определять только для высокотемпературных печей, работающих на предварительно нагретом воздухе (например, мартеновских). Для котельных установок в этом нужды нет.

Действительная (расчетная) температура продуктов сгорания tд — температура, которая достигается в ­реальных условиях в самой горячей точке факела. Она ниже теоретической и зависит от потерь теплоты в окружающую среду, степени отдачи теплоты из зоны горения излучением, растянутости процесса горения во времени и др. Действительные усредненные температуры в топках печей и котлов определяются по тепловому балансу или приближенно по теоретической или калориметрической температуре горения в зависимости от температуры в топках с введением в них экспериментально установленных поправочных коэффициентов:

tд = tтη (8.16)

где η— т.н. пирометрический коэффициент, укладывающийся в пределах: - для качественно выполненных термических и нагревательных печей с теплоизоляцией — 0,75–0,85; - для герметичных печей без теплоизоляции — 0,70–0,75; - для экранированных топок котлов — 0,60–0,75.

В практике надо знать не только приведенные выше адиабатные температуры горения, но и максимальные температуры, возникающие в пламени. Их приближенные значения обычно устанавливают экспериментально методами спектрографии. Максимальные температуры, возникающие в свободном пламени на расстоянии 5–10 мм от вершины конусного фронта горения, приведены в табл. 8.9. Анализ приведенных данных показывает, что максимальные температуры в пламени меньше жаропроизводительности (за счет затрат тепла на диссоциацию Н2О и СО2 и отвода теплоты из пламенной зоны).

Таблица 8.3. Средняя объемная теплоемкость газов, кДж/(м3•°С)

Температура, °С CO2 N2 O2 CO Ch5 h3 h3O (водяные пары) воздух
сухой влажный на 1 м3 сухого газа
0 1,5981 1,2970 1,3087 1,3062 1,5708 1,2852 1,4990 1,2991 1,3230
100 1,7186 1,2991 1,3209 1,3062 1,6590 1,2978 1,5103 1,3045 1,3285
200 1,8018 1,3045 1,3398 1,3146 1,7724 1,3020 1,5267 1,3142 1,3360
300 1,8770 1,3112 1,3608 1,3230 1,8984 1,3062 1,5473 1,3217 1,3465
400 1,9858 1,3213 1,3822 1,3356 2,0286 1,3104 1,5704 1,3335 1,3587
500 2,0030 1,3327 1,4024 1,3482 2,1504 1,3104 1,5943 1,3469 1,3787
600 2,0559 1,3453 1,4217 1,3650 2,2764 1,3146 1,6195 1,3612 1,3873
700 2,1034 1,3587 1,3549 1,3776 2,3898 1,3188 1,6464 1,3755 1,4020
800 2,1462 1,3717 1,4549 1,3944 2,5032 1,3230 1,6737 1,3889 1,4158
900 2,1857 1,3857 1,4692 1,4070 2,6040 1,3314 1,7010 1,4020 1,4293
1000 2,2210 1,3965 1,4822 1,4196 2,7048 1,335

fas.su

Определение - температура - горение

Определение - температура - горение

Cтраница 2

Существенно, что многие реакции, которые при умеренных температурах практически необратимы, при горении не завершаются. При определении температуры горения необходимо учитывать степень превращения в обратимых процессах, а также зависимость теплоемкостей компонентов от температуры.  [16]

Существенно, что многие реакции, которые при умеренных температурах практически необратимы, при горении не завершаются. Продукты сгорания оказываются в значительной степени диссоциированными: горючие компоненты не реагируют полностью с окислителями, устойчивые при комнатной температуре компоненты ( Н2О, СОа) частично распадаются на элементы, окись углерода, радикал гидроксил ОН и свободные атомы. Химическая энергия, запасенная компонентами горючей смеси, не полностью расходуется на повышение температуры продуктов реакции, она сохраняется химически активными компонентами смеси диссоциированных продуктов реакции. При определении температуры горения необходимо учитывать степень превращения в обратимых процессах, а также зависимость теплоемкостей компонентов от температуры.  [17]

Существенно, что многие реакции, которые при умеренных температурах практически необратимы, при горении не завершаются. Продукты сгорания оказываются в значительной степени диссоциированными: горючие компоненты не реагируют полностью с окислителями, устойчивые при комнатной температуре компоненты ( Н2О, СО2) частично распадаются на элементы, окись углерода, радикал гидроксил ОН и свободные атомы. Химическая энергия, запасенная компонентами горючей смеси, не полностью расходуется на повышение температуры продуктов реакции, она сохраняется химически активными компонентами смеси диссоциированных продуктов реакции. При определении температуры горения необходимо учитывать степень превращения в обратимых процессах, а также зависимость теплоемкостей компонентов от температуры.  [18]

Это число дает еще высшую температуру пламени. В действительности она гораздо ниже, но показания разных наблюдателей ( от 1700 до 2400) значительно разноречивы, что зависит прежде всего от того, что в действительности пламя различной-величины охлаждается лучеиспусканием в различной степени, и главное, от того, что температуры разных частей пламени различны н пространство пламени ограничено и подвижно. Подробнее - насколько это ныне возможно - определение температуры горения или жаропроизводителъ-ности ( пирометрического эффекта, как говорят нередко) при горении в воздухе рассмотрено в моем сочинении: Основы фабрично-заводской промышленности. При температуре же пламени гремучего газа диссоциация очень велика и ато уменьшает температуру пламени или увеличивает кажущуюся теплоемкость.  [19]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Повышение - температура - горение

Повышение - температура - горение

Cтраница 3

Температура горения в значительной степени зависит от коэффициента избытка воздуха, заметно понижаясь с увеличением или уменьшением а относительно стехио метрического состава. При а 1 0 повышение температуры горения может быть достигнуто улучшением качества перемешивания газа с воздухом, уменьшением теплопотерь топки и предварительным нагревом воздуха и газа.  [31]

В работах Когарко и Скобелкина [5,6] было предложено новое толкование описанного явления, как прогрессирующего усиления ударной волны при прохождении ее через фронт пламени. Создаваемое ударной волной сжатие и повышение температуры горения приводят к возрастанию скорости реакции в пламени и увеличению скорости распространения, что рассматривается как вспышка, рождающая дополнительные ударные волны, усиливающие основную волну. Максимальное усиление получается при равенстве времени пребывания зоны реакции в ударной волне и длительности самой реакции: тув тр. Js 1, должно приводить к уменьшению - степени усиления.  [32]

В работах Когарко и Скобелкина [5,6] было предложено новое толкование описанного явления, как прогрессирующего усиления ударной волны при прохождении ее через фронт пламени. Создаваемое ударной волной сжатие и повышение температуры горения приводят к возрастанию скорости реакции в пламени и увеличению скорости распространения, что рассматривается как вспышка, рождающая дополнительные ударные волны, усиливающие основную волну. Максимальное усиление получается при равенстве времени пребывания зоны реакции в ударной волне и длительности самой реакции: тув тр. Тр 1, должно приводить к уменьшению степени усиления.  [33]

При выборе оптимального значения d следует учитывать, что снижение этого коэффициента способствует уменьшению поверхностей нагрева реактора. Кроме того, оно обусловливает повышение температуры горения остаточного газа из-за уменьшения содержания в нем водяного пара. В конечном счете уменьшаются масса и габариты всего генератора водорода.  [35]

Сужение области горючих составов при частичной замене в богатых смесях углеводорода окисью углерода свидетельствует о явственно выраженном взаимном ингибировании их окисления. Такая замена компонентов связана с повышением температуры горения, однако для распространения пламени возникают менее благоприятные условия.  [37]

В воздухонагревателе за счет тепла продуктов сгорания подогревается воздух, необходимый для сжигания газа. Использование более нагретого воздуха приводит к повышению температуры горения газа, улучшению процесса горения и увеличению температуры продуктов горения.  [38]

Основная идея магнитогидродинамического метода на первый взгляд довольно проста. В исследованиях установлено, что при повышении температуры химического горения до 2500 К и выше в газах образуются свободные ионы. Если этот высокотемпературный газ пропустить через канал, снабженный электродами и заключенный в сильный магнит, то при этом процессе по известным законам образуется электрический ток.  [40]

Эксергетический анализ огнетехнического процесса в парогенераторе указывает, например, на пути повышения его термодинамической эффективности. Так, повышение температуры подогрева воздуха вызывает повышение температуры горения, что, в свою очередь, приводит к снижению потери эксергии при горении. Повышение параметров пара приводит к уменьшению потерь от необратимости теплообмена.  [41]

Эксергетический анализ процесса в котле указывает, например, на пути повышения его термодинамической эффективности. Так, повышение температуры подогрева воздуха вызывает повышение температуры горения, что в свою очередь приводит к снижению потери эксергии при горении. Повышение параметров пара приводит к уменьшению потерь от необратимости теплообмена. При этом эксергетический КПД котла увеличится.  [42]

Повышение водовоздушного отношения до некоторого предела приводит к прекращению окислительных процессов нефти в пласте, но при меньших значениях снижает температуру, расход топлива и расширяет фронт горения. Занижение водовоздушного отношения приводит к сужению фронта, повышению температуры горения и снижению эффективности теплового воздействия на пласт и извлечения нефти. Процесс влажного горения целесообразно проводить с максимально возможными значениями водовоздушного отношения.  [43]

В качестве горючего связующего вещества для смесевых топлив используют углеводородные соединения типа каучуков, смол и пластмасс. Применение в смесевых топливах металлических горючих приводит к повышению температуры горения топлива, что повышает мрщность двигателей на твердом топливе к стабильность горения смесевого топлива.  [44]

Как и всякая химическая реакция, горение зависит от температуры: с повышением температуры горения уменьшается время, необходимое для сжигания топлива.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru