Распространение пламени. Сжигание газа.
В зависимости от способа подачи в топочную камеру газа и воздуха и условий их смешения различают следующие варианты организации процесса горения:
• с внешним (после горелки) смешением газа и воздуха, называемым диффузионным принципом сжигания;
• с полным предварительным (в горелке) смешением до образования однородной смеси, называемым кинетическим принципом сжигания;
• с неполным предварительным смешением без образования однородной смеси;
• с частичным предварительным смешением с образованием однородной смеси, но с недостатком окислителя в начальной смеси;
• последние два случая организации процесса горения относятся к смешанному – диффузионно-кинетическому принципу сжигания.
Для сжигания природного газа требуется определенное время τг которое складывается из времени смешения τсм газа с воздухом, времени нагрева τн газовоздушной смеси до температуры воспламенения и времени τх.р, необходимого для протекания собственно химических реакций горения:
τг = τсм + τн + τх.р (2.1)
Таким образом, основной химической стадии горения τх.р в обязательном порядке предшествуют подготовительные стадии, имеющие физическую природу:
τфиз = τсм + τн. (2.2)
На рис. 2.1, а показана схема организации диффузионного принципа сжигания, в которой газ и воздух в пределах горелки не контактируют.
Смешение компонентов горения в данном случае происходит в топочной камере.
Для диффузионного принципа сжигания τфиз >> τх.р, процесс горения при этом затягивается и при достаточном для сжигания содержании воздуха получается относительно длинный светящийся факел ярко-соломенного цвета. Сгорание топлива осуществляется в тонком поверхностном слое факела, называемом фронтом диффузионного горения, к которому из внутренней части факела поступает газ, а из топки – воздух. При осуществлении кинетического принципа сжигания наиболее длительная стадия процесса – смешение топлива с окислителем τсм – переносится в горелку (рис. 2.1, б). При этом τх.р >> τфиз, т.е. τг = τх.р. При достаточных температурах в топке процесс горения топлива происходит очень быстро и образуется короткий факел в виде голубого прозрачного конуса.
Сгорание топлива в данном случае осуществляется на поверхности этого конуса, образующей фронт кинетического горения.
Рис. 2.1. Схемы, иллюстрирующие организацию принципов сжигания газа:
а – диффузионный; б – кинетический; в – диффузионно-кинетический в горелке с неполным предварительным смешением; г – то же, горелки с частичным предварительным смешением; ФДГ – фронт диффузионного горения; ФКГ – фронт кинетического горения; а – коэффициент избытка воздуха
При реализации диффузионно-кинетического способа сжигания (в горелках с неполным и частичным предварительным смешением), при котором физическая и химическая стадии процесса соизмеримы по времени τфиз = τх.р, факел имеет два фронта горения (рис. 2.1, в, г): кинетический ФКГ в виде голубого прозрачного конуса и диффузионный ФДК, в котором происходит догорание топлива в прозрачном факеле.
Контрольные вопросы
1. От каких параметров зависит скорость нормального распространения пламени
2. Что представляет собой тепловая теория горения
3. Охарактеризуйте процесс диффузионного принципа сжигания
4. Охарактеризуйте процесс кинетического принципа сжигания
5. Что называют фронтом диффузионного горения