1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 24
Текст из файла (страница 24)
На рис. 5-8 представлен также третий предел, расположенный в области сравнительно высоких давлений, где столкновения молекул происходят гораздо чаще. Реакция горения протекает здесь достаточно интенсивно, хотя активные центры гибнут при тройных столкновениях в объеме. Однако в таких условиях для развития реакции (воспламенения) необходимо интенсивное повышение температуры. Такое повышение наблюдается лишь тогда, когда приход теплоты вследствие реакции превышает отвод его к стенкам. В этом случае воспламенение носит тепловой характер. Вблизи первого и второго пределов разогрев при воспламенении практически отсутствует из-за относительно большого отвода теплоты через стенки. Развитие реакции целиком обязано разветвлению цепей.
Тепловой механизм воспламенения может проявляться лишь при слабом влиянии стенок в в районе третьего предела. Особенности теплового воспламенения будут подробно рассмотрены в следующей главе. Вблизи третьего предела может проявляться и цепной механизм воспламенения, хотя бы в качестве инициатора теплового взрыва. Активный центр Н уже не может играть роли: он гибнет согласно реакции 9. Однако получающийся при этом радикал НО1 тоже может выступать как активный центр и давать конечный продукт — водяной 121 пйр — согласно реакции НОз+Нт НзОг+Н-ьНтО+ОН. Эта реакция может привести к первичному парастапи!о температуры смеси, что вызывает потом тепловое воспламенение смеси.
Т-З. ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИДОВ АЗОТА В ТОПКАХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ 2!ЧО+ Оз — 2!ЧОз+ 117 кДж. Выход оксидов азота в зависимости от коэффициента избытка воздуха определяется экспериментально (рнс. 5-9) Увеличение выхода 1ЧО в области, где а( 1, объясняется повышением концентрации свободного кислорода, а уменьшение в области, где а> 1, — в основном снижением температуры. Максимальный выход 1чО получается при горении смеси с составом, близким к стехиометрической смеси. м„20 В смесях с а> 1 выход 1чО на один-два по.
рядка ниже равновесного, а в смесях с недостатком окислителя приближается к равновесному. Рядом последователен было усзаповлепо, что в факеле !ЧО в основном образуется в зоне мак- 1,5 симальных температур, в сравнительно узком их диапазоне иа участке малой длины. Прн форснровкс факела концентрация 1ЧО возрастет. Исходя нэ экспериментально установленного факта, что в зоне реакции прн высоких темпера. турах образуется атомарный каслород, мозкпо представить механизм образовании оксидов азота следующим образом: О+ Из~~НО+ Н; 1Ч + Оэ ч:ь !ЧО + О. 05 Прн этом атомарный кислород образуется в значительном количестве в промежуточных стадиях реакции горения углеводородов и оксида углерода.
1,0 Рнс. 5-9 Зависимость выхода оксидов азота от 00 1О 12 ж коэффициента избытка воздуха 122 При сжигании топлив в топках паровых котлов, двигателях внутренне~о сгорания и т д кроме известных оксидов — продуктов сгорания горючей части топлива — появляются в небольшом количестве окснды азота я серы, роль которых в материальном и тепловом балансах невелика, но которые загрязняют окружающую среду, вредно воздействуя на живую и неживую природу, па человека. ! В продуктах сгорания топлив в паровых котлах ТПП-210, ТПП-312 производительностью 950 т/ч прн работе на мазуте и природном газе с аж!,03 содержание оксидов азота составляет по данным замеров 300 — 1100 мг/мэ, а в паровых котлах блоков 300 н 300 мВт прк сжигании каменных углей, мазута и природного газа с а=1,1 —:1,2 содержание оксидов азота достигает 1500 — 2000 мг/и', что превышает разовые предельные допустимые кон. центрации. Исследованиями выявлено, что в процессе горения образуется !ЧО.
Прн движении по газовому тракту парового котла дальнейшего окисления практически не происходит. После выхода в атмосферу основная часть !ЧО в сравнительно короткий промежуток времени в условиях охлаждения при палнчнн свободного кислорода переходит в !ЧОт. Диоксид азота в четыре раза токсичнее оксида азота Вдыхание паров !чОт вызывает сильное раздражшше дыхательных путеп и может привести к серьезному отравлению. Диоксид азота образуется непосредственным соединением оксида азота с кпс. лородом с выделением тепла: На осиовавии взложеииых фактов Семеиовым, Зельдовичем и ФранкКаменецким (теория Семенова †Зельдови — Франк-Камеиецкого) рассматривается совокупность цепных реакций с участием атомариого кислорода и азота: з, а.
О+ Из~~с)О+ с); зз (5-12) б, г)+Ох ~'г)О+О, (5-13) Следовательио, констаита равновесия Кс = Сгз>/Со > отсюда Со= >/Кссоз = КО.1/Соз (5.14) где Со и Соз — соответствеиво моляриая концентрация атомарного кисло. рода и молекул кислорода; Ко = )/Кс . Условии равиовесяв реакций (5-12) и (5.13) имеют вид С(мо>Сро йг 32 Г 196,8 1Ое ~ Ксз = = — = — ехр ~— С>ч С<о) йз 9 ч КТ г' С<по>с(о) Йз 6 16.7 1Оз Ксб = = — =бекр С<м>СО, й, Ят а процесса в целом сз(по) й>«2 64 г 180 1 10 1з . Кз = КсаКсб = ~ ) = — = — ехр \ КТ ! (5 15) Скобки у индексов коицеитраций озиачают, что рассматрвваются равиовесяые концентрации.
Кинетика рассматриваемых реакций определяется следуюшмми урав иеииями: ЗСмо Лт = Й,СОСм + «,СмСΠ— й,смоСм — «зСыосо> (5.16) з НСО ЛСм — — — йзСОСм + «2СмСоз+ «2СмоСм — ЙзСмОСО. бт Дт (5-17) Так как скорость измеиеиия коицеитрации маркого азота памвого меньше, чем скорость Исо Ысм ИСмо сада азота, т. е.— = — — <— Ит бт атомариого кислорода и атоизмевения концентрация окг(СО то можио считать, что— Ыт Нсм = — — яз О.
Ыт Тогда вз ураввеияя (5-17) См = со (Й,См,+Й,Смо). йзСо, + йзСмо (5-18) где йь йз, йз, йг — ковстаиты скорости прямых и обратвых реакцвй. Коицентрзция атомарного кислорода определяетсв раввовесяем реакция диссоциация молекулы Оз. О,-ь 2О. Кяк видно пз этого выражения, учитывается только вэот воздуха, поскольку в атмосфере азота содержится 79 с(о, в то время как в топливе ие более 1 — 2 сл.
Подставив выражение (5-!8) для атомарного азота в уравнение (5-16) и выполнив алгебраические преобразования, получим ((Сыо 2Са (А) йяСы Со — йзй(Сы о) . г(т АвСо + АвСыа ййожно считать, что йвСае .'.. йвСысь т е. образование МО по прямой реакции (5-13) превышает исчезновение ХО по обратной реакции (5-12); тогда г(Сыа 2СО йвСо, (й(йхСы С(, — й,й(Сйа). Услоппе с!Со!г(т — 0 указывает, что концентрация аточарпого кислорода равновсспая, а слсловатсльио, подставив выражение дли нсе (5-14), по лучам С, — Сз е(Сыа 2Кай( (5-19) У(СО Введем обозначения; а-Сно!С(но) — безразмерная концентрация оксида азота; 2КайлС(ыа) Но = т — безразмерное время (критерий гомохронцости). Кв./С„ Тогда дифференциальное уравнение изменения иопцентрации оксида азота (5-19) мон но записать и безразмерном виде как ((а = 1 — ав.
(( Но (5.20) Начальнг)е условие при Но=О а=0 Учитывая, что в топке парового котла Т ю„=(0,85оэ0,9)Т„а температура газов на выкоде пз топкиТ,гы(0,7 —: 0,75) Т„для первого приближения температуру факела можно считать постоянной. Тогда после интегрирования (5-20) получим аг(() а=Но. Отсюда (5-21) Квч„г(Саз аг(() а Кайл = 2 Сри.н с Рис. 5-10 Зависимость 12Койг(Т) для разливных топлив прп учете лоти воздуха l — богословский уголь (пряыоточвый факел); г — торф (прячоточвый факел), 3 — лгввут (вкх( ревой 4лвкст), е — торф (вихревой факел) йб 124 Обрабатывая результаты опытов в соответствии с этим последним вы ражспием, ыогкпо нанти произведения неизвестных констант Кой( (рис,5-10). Как видно нз рисунка, кривые оказались различными для разных топлив, в то время как эти капота)аы, отрзжаюпше 1,4 ход окисления азота воздуха, пе должны зависеть от вида топлива.
Кроме того, даи. ныс, полученные для вихревых тонок (крп- 12 вая 4), сжпгаюшпх торф, распада(лютея выше, чем д.(я топки с прямоточиыч фаье- (() лом па ~арфе (кривая 2) См(й,С„+ й,С ~) со= йдСмэ+ йаСмо Подставив зто выражение в уравнение (5-16), получим ЛСмо г йдСоэ+ йасмо йаСоэ+ йэСмо а(т ~, йдСмэ+ йаСмо йдСм + йаСмо — йэемо). (5-2э2) Считая в первом прнблнжении, что концентращдя атомарного азота постоянна н равна выходу его в результате термнческого разложения Си„из уравнения (5-2з2) после преобразования получим ЛСм йзйаСмОСО, йайэсмо 1 лт См, д)2йэСоз мэ йС / Д Мэ,т Учитывая, что йайэСмо См Со Смо Смо 2 2 2 2 й2 й2СО $2 д й(см, С(но) См, С(но) после преобразований находим "Смо йаемо Смо 1 2 =йСмСО, 2— ~Ьа / (5-23) Так как йдСм» йаСмо, т.
е образование оксида азота по прямой реакции (5-!2) идет интенсивнее, чем исчезновеине оксида азота по обратной Реакции (5-13), вторым слагаемым в (5-23) можно пренебречь в тогда Лсмо а' Смо чд — =«,С,,См, 2 —— (мо> 125 При обработке опытяых данных время пребывания газов в топке опреУт273 делалось как'т= , причем првннмался в расчет весьобъем топки. ВргТнаяс Но в вихревой топке часть объема занята вихревыми зонами, поэтому фактическое время пребывания потока газа меньше рассчитываемого, а следовательно, Койд для разнык схем сжигания будут еще больше разлнчаться. Зтн результаты особенно резко проявили себя иа торфе †топли с высоким содержанием азота.
Отсюда видна роль азота топлива в образовании оксида азота, Рассмотрим теорию Семеиова †Зельдовича †Ф-Камеиецкого при учете роли азота товшва. Будем считать, что азот топлива, выделяющийся при его термическом разложении, в основном находется в атомарном состоя. иии и что именно ои определяет теченне цепных реакций (5-12) и (5-!3). лс,) лсм Тогда иэ уравнения (5.17) при условии, что = — — =О, имеем лт лт Рпс. 5-12. Зависимость )ила(г) для различных топлив при учете азота топлива ! — арамо<очный фаиел (мазут, торф, багослоасиий уголь); 2— аихрсаой факел Рнс. 5-!!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
