Стехиометрические реакции окисления газовой смеси.

Стехиометрические реакции горения не отражают всех сложных промежуточных явлений горения. Они характеризуют лишь итоговые количественные соотношения между исходными веществами и конечными продуктами химической реакции. В общем виде стехиометрическое уравнение полного сгорания смеси углеводородного газа с воздухом имеет вид: С_mH_n + (m + n/4) ∙ (O₂ + 3.76N₂) = mCO₂ + n/2 ∙ H₂O + 3.76 (m + n/4) ∙ N₂ , где m – число атомов углерода; n – число атомов водорода. Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания может быть определено из следующего соотношения: V₀ = 4.76 (m + n/4), [м³_возд / м³_газа ] Для газообразного топлива различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшая теплота сгорания газа показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1м³ газа при нормальных условиях (Р = 101.3 КПа, t = 0⁰C) с учётом теплоты водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Низшая теплота сгорания (которая обычно используется в расчётах) показывает количество выделившейся теплоты без учёта теплоты водяных паров при тех же условиях. Все конкретные продукты сгорания, находящиеся в исходном топливе в виде отдельных компонентов, можно получить в результате следующих реакций окисления: Н₂ + 0.5О₂ + 1.88N₂ = Н₂О + 1.88N₂ СО + 0.5О₂ + 1.88N₂ = СО₂ + 1.88N₂ СН₄ + 2О₂ + 7.52N₂ = СО₂ + 2Н₂О + 7.52N₂ С₂Н₆ + 3.5О₂ + 13.16N₂ = 2СО₂ + 3Н₂О + 13.16N₂ С₃Н₈ + 5О₂ + 18.8N₂ = 3СО₂ + 4Н₂О + 18.8N₂ С₄Н₁₀ + 6.5О₂ + 24.44N₂ = 4СО₂ + 5Н₂О + 24.44N₂ С₂Н₄ + 3О₂ + 11.28N₂ = 2СО₂ + 2Н₂О + 11.28N₂ С₃Н₆ + 4.5О₂ + 16.92N₂ = 3СО₂ + 3Н₂О + 16.92N₂ С₄Н₈ + 6О₂ + 22.56N₂ = 4СО₂ + 4Н₂О + 22.56N₂ ^

Воспламенение газового топлива.

Для того, чтобы реакции горения топлива могли протекать нормально, необходимо создать условия для воспламенения топлива и окислителя. Различают самовоспламенение и вынужденное воспламенение. Под самовоспламенением понимают такое прогрессирующее самоускорение химических реакций, в результате которого медленно протекающий в начальной стадии процесс достигает больших скоростей и на завершающей стадии протекает мгновенно. Вынужденное воспламенение обусловлено необходимостью внесения в реагирующую смесь источника теплоты, температура которого выше температуры его воспламенения. Газовоздушная смесь не воспламеняется при низкой температуре и может воспламениться при повышенной температуре, когда создаются благоприятные условия для возникновения активных центров в результате потери устойчивости исходных молекул вещества. Процесс воспламенения характеризуется тем, что имеются определённые пределы, при которых воспламенение не наступает ни при каких условиях. Известно, что газовоздуушные смеси воспламеняются только в том случае, когда содержание газа в воздухе достигает определённых (для каждого газа) пределах.  При незначительном содержании газа количества теплоты, выделяющегося при горении, не достаточно для доведения соседних слоёв смеси до температуры воспламенения и, таким образом, распространения пламени в пространстве. То же наблюдается при большом содержании воздуха и превышающем содержании газа в газовоздушной смеси. Окисление горючих газов возможно и при низких температурах, но тогда оно протекает чрезвычайно медленно из-за незначительной скорости реакции. Температура воспламенения газа зависит от ряда факторов, в том числе от содержания горючего газа в газовоздушной смеси, давления и способа нагрева смеси и поэтому не является однозначной функцией одного из параметров.  Разбавление горючих газов балластными негорючими примесями ухудшает условия его воспламенения. К балластным примесям относят СО₂ и N₂. Пределы воспламенения газовоздушной смеси расширяются с повышением температуры. Влияние же давления носит более сложный характер. Пределы воспламенения технических газов, состоящих из смеси различных горючих компонентов и не содержащих балластных примесей, определяются по уравнению Ле-Шателье: , где l – верхний или нижний предел воспламенения газовой смеси, состоящей из i компонентов, [%]; a₁, a₂, a₃, … - содержание компонентов в газовой смеси,[%]; l₁,l₂,l₃, … - верхние и нижние пределы воспламенения отдельных горючих компонентов. Верхние и нижние пределы воспламенения для отдельных компонентов отражены в следующей таблице: Коэффициент избытка воздуха α, соответствующий верхнему или нижнему пределам воспламенения горючей смеси, определяется по формуле:, где V⁰_В – теоретическое количество воздуха, необходимое для осуществления горения топлива, [м³_в/м³_г]. Подмешивание инертных газов (СО₂ и N₂) к газовому топливу смещает эти пределы в ту или иную сторону. Поэтому в некоторых пределах определение верхнего или нижнего предела воспламенения необходимо вести с учётом этих компонентов. Иногда в технологических процессах специально добавляют в смесь эти инертные газы. ^