Газоснабжение. Горение газов: Учебное пособие (Разделы 1-9. Газообразное топливо. Расчеты эффективности использования топлива), страница 26

По мере перемещения к оси потока его скорость растет, и скорость пламени может компенсировать уже только нормальную проекцию осевой скорости потока . Тангенциальная составляющая осевой скорости потока  остается некомпенсированной и сносит зону воспламенения все дальше вперед по оси потока по сравнению с параболическим распределением скоростей. Форма фронта пламени становится все более наклонной, приближающейся к конусной. Однако повышение температуры газовоздушной смеси неизбежно отражается на увеличении нормальной скорости распространения пламени, и на вершине конуса скорости потока и пламени снова не уравниваются в горизонтальной плоскости.

Таким образом, стабилизация конусного фронта ламинарного пламени обусловлена наличием постоянного источника воспламенения в виде самостабилизирующегося кольцевого пояска, без которого остальная конусная часть пламени была бы снесена потоком газовоздушной смеси.

Чем более «богата» смесь, тем проще осуществить стабилизацию горения, поэтому наиболее устойчивым является диффузионный факел, когда по каналу горелки подается чистый газ, а воздух, необходимый для горения, поступает из окружающей атмосферы. По существу диффузионный факел обладает способностью полной самостабилизации.

По мере повышения форсировки горелки, то есть при постепенном переходе от ламинарного горения к турбулентному, ширина воспламеняющего пояска начинает сначала уменьшаться, а затем становится ничтожно малой. Вместе с тем уменьшается тепловая мощность горелки и становится недостаточной для надежного воспламенения факела. В этом случае фронт пламени не получает стабильного воспламенения, его однородность нарушается, и факел начинает отрываться от среза огневого канала.

В противоположном случае, при чрезмерном снижении нагрузки горелки, скорость распространения пламени в кольцевой пристенной области потока смеси может превысить скорость самого потока и пламя начнет втягиваться внутрь смесителя горелки.

Первый случай в технике сжигания топлива получил название отрыва пламени, а второй — название проскока пламени или обратного удара пламени.

6.2. Явление отрыва пламени

Общее понятие отрыва пламени в практике сжигание газов может иметь несколько характерных разновидностей:

полный срыв пламени с горелки, вызывающий его погасание;

отрыв от кромки огневого канала и достижение его нового, достаточно устойчивого положения в потоке на некотором расстоянии от горелки (так называемое «висящее, взвешенное» пламя);

отрыв «висящего» пламени, приводящий к его погасанию;

обратный отброс «висящего» пламени к кромке огневого канала горелки.

Все эти разновидности рассматриваемого явления недопустимы, поскольку нарушают работу устройств для сжигания топлива, снижают эффективность его использования, вызывают выброс повышенного количества продуктов химического недожога и токсических веществ в атмосферу (см. разд. 8), а также возможность образования взрывоопасной смеси в топке, газоходах и помещениях.

На рис. 6.2. приведены приближенные усредненные графические зависимости отрыва пламени от кромки огневых каналов однофакельных горелок, работающих в спокойной открытой атмосфере на холодной смеси природного газа с воздухом. На линии этих кривых наблюдаются первые признаки неустойчивого горения, при более высоких скоростях — отрыв пламени, а ниже этих кривых — устойчивое горение.