В соответствии с общим принципом расширения диапазона устойчивого
горения любых горючих газовоздушных смесей скорость потока принимается в несколько
раз больше скорости отрыва пламени, чтобы гарантировать отсутствие опасности
проскока пламени на любых нагрузках. Однако такие высокие скорости вылета требуют
применения специальной искусственной стабилизации пламени, предотвращающей его
отрыв. Наиболее распространенные способы стабилизации пламени в технике
иллюстрирует рис. 6.6.
Рис. 6.6. Схемы стабилизаторов горения в отношении
отрыва пламени: a — кольцевой стабилизатор; б —
стабилизирующий туннель; в — центральный конический стабилизатор; г
— шамотная горка
В стабилизаторе, показанном на рис. 6.6, a, часть
газовоздушной смеси (5…10 % ее общего расхода) через отверстия 1 отводятся
в кольцевой канал 2, окружающий головку инжекционной горелки. Благодаря соответствующему
подбору геометрических размеров вокруг главного факела образуется спокойное
устойчивое кольцевое пламя. Его стабилизурующее действие заключается в предотвращении
разбавления главного потока у основания факела (так называемый «корень»
факела), а также на подогреве и зажигании основного потока смеси по всей его
периферии. Диаметры боковых отверстий стабилизатора, формирующих кольцевое
пламя, принимаются несколько меньше критических величин (см. п. 5.1.1). Например,
для природных и сжиженных газов этот диаметр составляет 2…3 мм.
Еще более надежную стабилизацию в отношении отрыва пламени
обеспечивают туннели из огнеупорных материалов (рис. 6.6, б). Это могут быть
керамические туннели заводского изготовления (при небольших диаметрах) или
туннели, выполняемые на месте из огнеупорной массы. Стабилизирующее действие туннеля
основано на рециркуляции части потока образовавшихся раскаленных продуктов
сгорания к корню факела в месте возникновения области разрежения при резком
расширении струи. Кроме того, раскаленная поверхность туннеля является
источником стабильного зажигания вдоль факела в случае кратковременных
неблагоприятных флуктуаций скорости или состава смеси. Конструкция стабилизирующих
туннелей и их оптимальные размеры могут существенно отличаться в зависимости от
типа горелки и способа ее установки в топке.
В тех случаях, когда установка кольцевых стабилизаторов
и расширяющихся туннелей невозможна или нежелательна, применяются осесимметричные
стабилизаторы в виде плохообтекаемых тел (трапециевидные, конусные, U-образные),
размещаемые в центральной части потока горящей смеси (рис. 6.6, в). Их стабилизирующее
действие, как и в случае туннелей, заключается в рециркуляции раскаленных
продуктов сгорания к месту истечения газовоздушной смеси (к корню факела).
Однако в случае туннелей воспламенение происходит по периметру потока, а в
случае осесимметричных стабилизаторов — в его центральной части (изнутри
факела). Простейшим способом такой стабилизации является размещение поперек
потока стержней соответствующего сечения, создающих обратные токи продуктов
сгорания.
В некоторых случаях стабилизацию горения в топке устройства
обеспечивают наиболее дешевым способом — в виде шамотной горки (наброски),
размещаемой в топке в непосредственной близости от амбразуры горелки (рис. 6.6,
г). Этот способ характерен для камерных топок, работающих без отвода
теплоты (так называемые предтопки), назначением которых является приготовление
потока теплоносителя, для его последующего использования в сушильных
установках, термических и нагревательных печах и т.п.
7. Газовые
горелки
7.1. Принципы эффективного и
безопасного
сжигания газов
