Теоретический расчет основных параметров горения и тушения пожаров газовых фонтанов
Курсовой проект - Безопасность жизнедеятельности
Другие курсовые по предмету Безопасность жизнедеятельности
?абл. 7. Во всех экспериментах пламя было сбито и факел потушен.
Таблица 7
3. расчёт расхода воды, требуемого для прекращения горения газового фонтана
Процесс прекращения горения газовых фонтанов водой включает нескольковидов воздействия этого огнетушащего вещества. Главным из них можно считать охлаждение зоны горения. Кроме того, при использовании воды происходит разбавление зоны горения её парами, экранирование газа от факела пламени и механическое воздействие струи воды с целью его отрыва.
Согласно тепловой теории потухания прекращение горения наступает в результате понижения температуры пламени до некоторой критической величины, называемой температурой потухания Тпот. Это достигается путем увеличения интенсивности теплоотвода из зоны горения и (или) уменьшением интенсивности тепловыделения за счет снижения скорости реакции горения.
В результате введения воды в зону горения часть тепла химической реакции начинает затрачиваться на нагрев, испарение воды и нагрев образующегося пара. Учитывая высокие теплоёмкости воды и водяного пара, а также теплоту парообразования, всё это приводит к снижению температуры зоны горения. В то же время появление водяного пара уменьшает концентрацию молекул горючего и окислителя в зоне горения, т.е. приводит к ее разбавлению и снижению скорости реакции горения, а значит и тепловыделения.
В результате снижается нормальная скорость распространения пламени в газовой струе. Это приводит к нарушению устойчивости факела, что в ряде случаев сопровождается срывом пламени.
Теплоотвод от факела пламени горящего фонтана газов основном происходит за счёт лучистой составляющей. В связи с этим температура пламени определяться из разности интенсивностей выделения тепла в зоне горения qп и его отвода излучением qлуч:
?q = qп + qлуч,(5)
Величину qлуч можно выразить через qп, обозначив её долю в тепловом балансе факела пламени как ?луч:
?q = qп - ?луч qп, (6)
или
?q = (1 - ?луч) qп.(7)
Интенсивность теплоотвода из зоны горения, обеспечивающего охлаждение зоны горения до температуры потухания Тпот., также выразим в виде доли от qп, обозначив её ?т.
Согласно тепловой теории, адиабатическая температура потухания кинетического пламени может быть легко найдена, если известна адиабатическая температура пламени. Для углеводородных горючих Тпот, как правило, составляет около 1000оС.
Однако горение реальных газовых фонтанов является диффузионным, т.е. характеристики процесса определяются главным образом скоростью взаимной диффузии горючего и окислителя, а не скоростью химических реакций между ними. Значения энергии активации реакции горения в таких условиях фактически не играют роли. В таком случае за температуру потухания можно принять температуру горения смеси, в которой содержание горючего равно нижнему концентрационному пределу воспламенения .
Допустим, что максимальная температура факела пламени равна температуре горения смеси стехиометрического состава . Тогда количество тепла, которое необходимо отвести от пламени, будет пропорционально разности ?Т = - . Отношение ?Т/ фактически составит величину ?т.
Таким образом, требуемая для потухания пламени интенсивность теплоотвода с учетом выражения (7) будет равна:
= (1-?л) ?т qп.(8)
Интенсивность тепловыделения рассчитывается по формуле
qп = Vг ?,(9)
где: Vг -секундный расход горючего газа, м3/с;
- низшая теплота сгорания газа, кДж/м3;
? - коэффициент полноты сгорания.
Коэффициент ?л зависит от состава горючего газа. В общем случае для многокомпонентного газа его значение можно оценить из выражения:
?л = 0,048 , (10)
где Mi и ?i - молярная масса и объемная доля i-го компонента горючего газа в смеси.
Действительную температуру горения находят по формуле:
Тгст = Т0 + Qнс, об (1- ?л) / (?CO2 CP,CO2 + ?H2O CP,H2O + ?N2 CP,N2 + ?SO2 CP,SO2) (11)
где , , , ? SO2- число молей диоксида углерода, воды, азота и диоксида серы, найденные из стехиометрического уравнения реакции горения, м3;
,,, CP,SO2 - удельная изобарная теплоемкость диоксида углерода, водяного пара, азота и диоксида серы, кДж/(м3 град).
При концентрации горючего, равной НКПР, температура горения будет равна:
Тгн = Т0 + Qнс, об (1- ?л) / (?CO2 CP,CO2 + ?H2O CP,H2O + ?N2 CP,N2 + ?SO2 CP,SO2 +?? CP,в) (12)
где ?Vв = (? - 1)/0,02445 - избыток воздуха, м3;
- теоретический объем воздуха, необходимый для обеспечения горения, м3;
- удельная теплоемкость воздуха, кДж/(м3 град).
Здесь - теоретический объем воздуха, необходимый для обеспечения горения, м3 ;
? - коэффициент избытка воздуха;
,02445 - объем, занимаемый 1 моль воздуха при 298 К.
Коэффициент избытка воздуха на нижнем концентрационном пределе воспламенения составит:
? = (100 - НКПР) / (НКПРVв0 ) (13)
С использованием формул (11-13) находится коэффициент ?т как отношение (-)/. Коэффициент полноты сгорания ? для газов можно принять равным 0,9. Низшую теплоту сгорания находят по таблицам или рассчитывают по известным формулам.
Количество тепла, которое способна отнять вода из зоны горения при полном ее испарении и нагреве водяного пара до температуры потухания пламени, рассчитывается по формуле
, (14)
где Qн.в - количество тепла, затрачиваемое на нагрев воды до температуры кипения, кДж;
Qисп - количество тепла, затрачиваемое на испарение воды, кДж;
Qн.п - количество тепла, за