20. Воспламенение горючей смеси. Распространение пламени в газах. Нормальная скорость распространения пламени.

Воспламенение горючей смеси

Воспламенение горючей смеси всегда начинается в одной точке и распространяется по всему объему, занимаемому горючей смесью. Рассмотрим одномерный случай – трубку, заполненную горючей смесью.

Распространение пламени в газах

Если смесь поджечь с одного конца трубки, то узкий фронт пламени будет распространяться вдоль трубки, отделяя продукты горения (позади фронта пламени) от свежей горючей смеси. Фронт пламени имеет вид колпачка или конуса, обращенного выпуклой частью в сторону движения пламени. Фронт пламени представляет собой тонкий газовый слой шириной (10^-4÷10^-6) м. В этом слое, который называется зоной горения, протекают химические реакции горения. Температура фронта пламени в зависимости от состава смеси составляет Т = (1500÷3000) К. Выделяющаяся теплота горения расходуется на нагрев продуктов сгорания свежей горючей смеси и стенок трубки за счет процессов теплопроводности и излучения.

Рис. 4.1. Изменение температуры перед и за фронтом пламени: 1 – зона

продуктов горения;  2 – фронт пламени; 3 – зона самовоспламенения;

4 – зона предварительного прогрева; 5 – исходная смесь

 

Нормальная скорость распространения пламени

Нормальная скорость распространения пламени u_n для каждой горючей смеси зависит от примеси инертных газов, температуры смеси, влажности и других факторов. В частности, предварительный подогрев горючего газа увеличивает скорость распространения пламени. Можно показать, что скорость распространения пламени u_nпропорциональна квадрату абсолютной температуры смеси:

 

u_n.= const·T².

21. Концентрационные границы воспламенения газовых смесей [6].

22. Устойчивость работы газовых горелок. Стабилизация горения.

Пламя сохраняет устойчивость, т.е. остается неподвижным относительно насадка горелки, в тех случаях, когда в зоне горения устанавливается равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу потоку газовоздушной смеси и стремлением потока отбросить пламя от горелки.

Отрыв пламени возникает, когда скорость истечения газовоздушной смеси превосходит скорость распространения пламени и оно, отрываясь от горелки, полностью или частично гаснет. Он может происходить и при розжиге или выключении горелок, а во время работы – из-за быстрого изменения нагрузки или при чрезмерном увеличении разрежения в топке; может иметь место у всех типов горелок.

Проскок пламени (обратный удар) – это проникновение пламени внутрь горелки. Такое явление происходит в том случае, когда скорость истечения газовоздушной смеси из горелки меньше скорости распространения пламени. Чаще всего проскок происходит при неправильном зажигании и выключении горелки, а также при быстром снижении ее производительности. Проскок пламени может быть только у горелок с предварительным смешением газа и воздуха. При проскоке пламени в горелку образуются продукты неполного сгорания топлива, горелка раскаляется и может выйти из строя.

Рисунок 6.6 - Кривые устойчивости пламени

23. Особенности сжигания низко- и высококалорийных газов. Примеры газовых горелок.

Примеры газовых горелок

Все устройства можно классифицировать по двум параметрам: технологии функционирования и сфере применения.

По принципу функционирования можно выделить такие типы устройств:

• диффузионные, в которых процесс смешивания газа и кислорода осуществляется в ходе горения;

• инжекционные, где еще до поступления газа в топочную камеру, его обогащают кислородом;

• рекуперативные, где специальное устройство — рекуператор — разогревает газ, прежде чем смешать его с воздухом;

• регенеративные — похожи на рекуперативные, но разогрев до нужной степени осуществляется другим узлом — регенератором, который вначале разогревает газ и кислород, а уже затем подает его в топочную камеру;

• надувные, где воздух нагнетается в топочную камеру с помощью вентилятора;

Для промышленного оборудования наиболее распространены инжекторные, вентиляторные и диффузные устройства.

Сжигание низкокалорийного газа [4]+интернет

В основу факельных (камерных) топок положен принцип, при котором топливо вдувается в топку (камеру сгорания) через горелки вместе с необходимым для горения воздухом (рис.8).

Рис.8. Факельный способ сжигания

Топливо непрерывно транспортируется через топочную камеру потоком воздуха и продуктов сгорания. На пути от входа (выход из горелки) до выхода из топки совершается процесс горения с образованием факела горящего топлива, заполняющего объём топочной камеры. Температура в зоне активного горения (ЗАГ) порядка 1300÷1500 °С. Продолжительность пребывания частиц топлива в зоне активного горения от 0,5 до 2 с. Для обеспечения полного выгорания топлива за такое короткое время твёрдое топливо перед поступлением в топку предварительно подсушивают и тщательно размалывают до пылевидного состояния, а жидкое – распыляют с помощью форсунок до мельчайших капель.

Сжигание высококалорийных газов [4]

Рисунок 23.1 Вихревая горелка для сжигания газа.