В соответствии с этим отличаются и скорость горения, и структура диффузионного пламени (рис. 7.1). На рис. 7.1, a приведена упрощенная схема свободного ламинарного факела, возникающего за счет взаимной молекулярной диффузии газа и воздуха. Внутри конусного ядра 1 находится чистый газ, истекающий из канала горелки при ламинарном режиме течения. В зоне 2 образуется смесь, состоящая из газа и продуктов сгорания, а в зоне 3 — смесь из продуктов сгорания и окружающего воздуха. Граница 4 между зонами 2 и 3 представляет собой гладкий конусный фронт пламени, к которому изнутри диффундируют молекулы газа, а снаружи — молекулы воздуха.
Образовавшиеся во фронте пламени продукты сгорания частично диффундируют навстречу газу, интенсивно нагревая его в предпламенной зоне 2, а частично в окружающий факел воздух (зона 3). Нагрев газа раскаленными продуктами сгорания, не содержащими кислорода, приводит к частичному термическому распаду (пиролизу) углеводородов и образованию частиц сажи, придающих пламени яркое желтое свечение.
|
|
Рис. 7.1. Структура свободного диффузионного пламени: a — ламинарное пламя; б — турбулентное пламя
Достоинствами диффузионного способа сжигания являются:
высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок от нуля до максимально возможных, по условиям отрыва пламени, величин;
сравнительно постоянная температура по всей высоте (длине) пламени;
возможность распределения пламени на большой поверхности практически любой формы;
компактность и простота изготовления горелок.
Однако при таком сжигании необходимо учитывать следующие его характерные особенности:
значительную высоту пламени;
низкая интенсивность горения;
недопустимость омывания пламенем поверхностей теплообмена;
необходимость большого объема топок, обеспечивающего свободное развитие пламени;
неизбежность пиролитических процессов при сжигании углеводородных топлив;
наличие в отходящих газах продуктов незавершенного горения.
По этим причинам ламинарное сжигание на основе принципа диффузионного молекулярного смешения применяется только в устройствах, где не требуются высокие объемные плотности теплового потока в топочной камере и обеспечиваются условия свободного развития пламени. Это преимущественно чугунные секционные и некоторые конструкции водотрубных котлов. Но и в этих случаях рекомендуется дробить газовый поток на тонкие струи, направленные под углом к потоку воздуха, чтобы обеспечить интенсификацию процессов смешения и горения.
Значительная интенсификация процесса горения достигается применением методов естественной и искусственной турбулизации смешивающихся потоков. На рис. 7.1, б показана упрощенная схема свободного турбулентного диффузионного факела, основанная на результатах химического анализа проб, отобранных из различных областей горящей струи.
В отличие от ламинарного горения в этом случае нет четкого конусного фронта пламени. Фронт горения размыт и раздроблен на отдельные горящие частицы в результате пульсаций и завихрений, имеющих место при турбулентном течении.
Результаты газового анализа показывают наличие в факеле ядра чистого газа 1, области сравнительно медленного горения 2 с преобладающим содержанием в ней газа, размытой зоны наиболее интенсивного горения 3 с наиболее высоким содержанием продуктов сгорания и зоны горения 4 с преобладанием в ней воздуха. При этом не существует четких границ между этими зонами, и они постоянно смещаются и меняют очертания в зависимости от степени турбулизации потоков.
Характерными особенностями турбулентного диффузионного горения по сравнению с ламинарным являются: протекание процесса горения по всему объему факела, значительное повышение интенсивности горения, большая прозрачность пламени и его меньшая устойчивость по отношению к отрыву.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.