Газоснабжение. Горение газов: Учебное пособие (Разделы 1-9. Газообразное топливо. Расчеты эффективности использования топлива), страница 31

Согласно современным научным воззрениям оптимальная организация эффективного и безопасного сжигания газообразного топлива в потоке с воздухом основывается на ряде принципов, из которых предельными случаями являются принципы кинетического и диффузионного сжигания.

Оба термина являются весьма условными, поскольку каждый процесс сжигания является реализацией определенного сочетания кинетических и диффузионных факторов. Тем не менее, использование этих понятий удобно. Они позволяют обобщенно охарактеризовать состояние газовоздушной смеси перед сжиганием, вид, структуру и размеры различных типов пламени, а также протекающие в нем процессы.

При кинетическом сжигании предварительно (до начала воспламенения) готовится однородная горючая газовоздушная смесь, содержащая воздух в несколько большем количестве, чем это требуется по стехиометрическим соотношениям. Сгорание такой смеси происходит в коротком «жестком» прозрачном факеле, без видимых признаков пиролитических процессов, приводящих к термическому распаду углеводородов и образованию в пламени сажистых частиц, что вызывает свечение пламени в желтой части спектра.

Процесс кинетического горения может протекать при почти неограниченной объемной плотности теплового потока в зоне горения и практически без химического недожога. Недостатками кинетического принципа сжигания являются: малая устойчивость пламени в отношении отрыва и проскока пламени, невозможность регулирования скорости сгорания смеси и трудность сжигания газа с предварительно нагретым воздухом. Обычно для сжигания газа по этому принципу применяются специальные смесители или инжекционные горелки, обеспечивающие приготовление однородной газовоздушной смеси с коэффициентом избытка первичного воздуха  = 1,02…1,05.

Если содержание первичного воздуха газовоздушной смеси меньше стехиометрического ( < 1,0), то по кинетическому принципу протекает только начальный этап горения — вплоть до использования кислорода, содержащегося в смеси. Оставшаяся часть горючих газов вместе с продуктами неполного сгорания, образовавшимися на первой стадии, сгорает за счет диффузии кислорода из окружающего воздуха, то есть по диффузионному принципу сжигания.

Особенностью пламени при сжигании смеси с < 1,0 является наличие двух видимых фронтов горения: внутреннего, образующегося за счет первичного воздуха и наружного, в котором горение происходит в результате диффузии кислорода из окружающей пламя воздушной среды (см. рис. 5.3). В результате растягивания процесса смешения при таком сжигании длина пламени увеличивается, а температура несколько снижается. Устойчивость такого пламени и его прозрачность (при прочих равных условиях) зависит от содержания первичного воздуха в смеси. Чем выше содержание первичного воздуха в смеси, тем ниже устойчивость пламени и больше его прозрачность, и наоборот.

Принцип сжигания газов при  < 1,0 является промежуточным между кинетическим и диффузионным принципами, его называют смешанным принципом сжигания. Он широко используется в большинстве бытовых и коммунальных газовых приборов, а также некоторых промышленных аппаратах, оборудованных инжекционными горелками. Содержание первичного воздуха в смеси принимается, в зависимости от вида газа, таким, чтобы в пламени не протекали пиролитические процессы, и обеспечивалась естественная стабилизация пламени во всем возможном диапазоне изменения тепловой нагрузки устройства.

При диффузионном принципе сжигания газового топлива ( = 0) процессы горения и смешения развиваются параллельно. Поскольку процессы смешения протекают значительно медленнее процессов горения, то скорость и полнота сгорания определяются скоростью и качеством смешения топлива с воздухом. Смешение газа с воздухом при диффузионном принципе сжигания может протекать либо в виде медленной молекулярной диффузии, либо путем турбулентной диффузии, которая включает в себя молекулярную на заключительной стадии.