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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.