Устойчивость горения. Стабилизаторы

Под устойчивостью горения понимают постоянство местонахождения пламени относительно огневых отверстий горелки, обеспечиваемое равенством нормальной скорости распространения пламени и противоположно направленной нормальной составляющей скорости потока газовоздушной смеси.

При ламинарном истечении наиболее устойчивой является часть пламени, примыкающая к кромкам огневых отверстий, так как в краевых слоях потока скорости истечения смеси, уменьшенной торможением о стенки огневых каналов, соответствует пониженная за счет охлаждения теми же стенками скорость распространения пламени. Благодаря этому у основания факела создается огневой зажигательный поясок, стабилизирующий процесс горения в определенном диапазоне расхода смеси.

С увеличением расхода смеси ламинарный режим переходит в турбулентный, зажигательный поясок «размывается», устойчивость горения нарушается и пламя отрывается от горелки. Наоборот, с уменьшением расхода скорость распространения пламени в пристенной зоне потока может превысить скорость истечения смеси и пламя втягивается внутрь горелки. Первое явление называют отрывом, второе - проскоком или обратным ударом пламени.

При полном отрыве пламя гаснет, а при частичном - занимает относительно устойчивое положение на некотором расстоянии от горелки. Отрыв пламени в любом виде недопустим, так как при полном отрыве несгоревший газ, а при частичном - продукты незавершенного горения могут образовать в окружающей атмосфере или топке взрывоопасные или токсичные смеси. Отрыв пламени возможен при увеличении давления газа перед горелкой сверх допустимых пределов, чрезмерном увеличении разрежения в топке, обеднении газовоздушной смеси воздухом, сопровождающемся уменьшением скорости распространения пламени, и по другим причинам. Отрыв пламени зависит от диаметров огневых отверстий и содержания первичного воздуха в смеси (рис. 11.5).

 

 
 

Рис. 11.5. Скорости отрыва пламени в открытой атмосфере смесей природного газа с воздухом в зависимости от размера огневых отверстий и содержания
первичного воздуха:

а - многофакельная; б - однофакельная горелка

 

С увеличением диаметров огневых отверстий увеличивается скорость истечения смеси, при которой происходит отрыв пламени. Увеличение содержания первичного воздуха в смеси (т.е. воздуха, поступающего в горелку) приводит к снижению скорости отрыва пламени.

Проскок пламени происходит, когда скорость истечения газовоздушной смеси становится меньше скорости распространения пламени (у инжекционных горелок, например, при уменьшении давления газа ниже расчетного предела). В этом случае пламя может погаснуть, обычно с хлопком, или переместиться в смеситель горелки, перегревая его и препятствуя притоку первичного воздуха. Проскок пламени недопустим, так как приводит к истечению из горелки несгоревшего газа или продуктов незавершенного горения, а также перегреву горелки. Приближенные значения скоростей смесей природного газа с воздухом, при которых происходит проскок пламени, приведены для многофакельных инжекционных горелок в табл. 11.4, для однофакельных - на рис. 11.6.

Таким образом, пределы устойчивой работы горелок ограничиваются скоростями отрыва и проскока пламени. На рис. 11.7 показаны кривые, характеризующие пределы устойчивого горения смеси природного газа с воздухом в зависимости от содержания первичного воздуха и размеров огневых отверстий горелок. При заданном содержании первичного воздуха превышение скорости истечения смеси из огневых отверстий выше значений, ограниченных кривыми 1, ведет к отрыву пламени, а понижение этой скорости ниже значений кривых 2 приводит к проскоку. При содержании в смеси первичного воздуха менее величин, ограниченных кривыми 3, возникают желтые языки пламени, связанные с

Таблица 11.4

 

Приближенные значения скоростей смесей природного газа с воздухом, при которых происходит проскок пламени, м/сек (температура смеси 20°С)

 

Диаметр огневого отверстия, мм Коэффициент избытка первичного воздуха
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
3,5 0,05 0,10 0,18 0,22 0,23 0,15
4,0 0,08 0,12 0,22 0,25 0,26 0,18
5,0 0,09 0,16 0,27 0,31 0,32 0,22
6,0 0,11 0,18 0,32 0,38 0,38 0,26
7,0 0,13 0,22 0,38 0,44 0,45 0,30
8,0 0,15 0,25 0,43 0,50 0,50 0,35
9,0 0,17 0,28 0,48 0,57 0,57 0,39
10,0 0,20 0,30 0,54 0,64 0,65 0,43

 

 

 

Рис. 11.6. Максимальные скорости проскока пламени (в пересчете на 0°С и 760 мм рт.ст.) инжекционных однофакельных горелок для смесей природных газов с воздухом при
α = 1,0:

1 - горелка в открытой атмосфере; 2 - горелка в керамическом туннеле

 

образованием сажистых частиц. Для завершения процесса горения необходимо обеспечить подвод достаточного количества вторичного воздуха и условия для нормального развития факела пламени без соприкосновения его с охлажденными поверхностями Характер кривых на рис. 11.7 свидетельствует о том, что диапазон устойчивого горения газовоздушных смесей, содержащих 50-70% первичного воздуха, широк. Это положено в основу конструирования горелок бытовых газовых приборов.

У смесей, содержащих 100% и более первичного воздуха, диапазон устойчивого горения слишком узок, и они не могут устойчиво работать без применения искусственных стабилизаторов горения. Огнеупорные туннели цилиндри-

 
 

Рис. 11.7. Пределы устойчивого горения для смесей природного газа с воздухом:

1 - отрыв пламени; 2 - проскок; 3 - появление желтых краев; диаметры выходных отверстий горелки, дюймы: 4 - 1/2; 5 - 1;6S - 11/4

 

ческой формы (рис. 11.8, а), широко применяемые в промышленных установках, предотвращают отрыв пламени рециркуляцией раскаленных продуктов горения к корню факела за счет разрежения, создаваемого струей газовоздушной смеси. Устойчивость горения в керамических туннелях не нарушается при скоростях выхода газовоздушной смеси из горелки 100 м/сек и более. Так же, как и в туннелях, отрыв пламени предотвращается рециркуляцией раскаленных продуктов горения при размещении в центре потока газовоздушной смеси тел плохообтекаемой формы (см. рис. 11.8, б). В кольцевом стабилизаторе (см. рис. 11.8, в) отрыв пламени предотвращается тем, что небольшая часть горючей смеси проходит через боковые отверстия 1 и за счет небольшой скорости истечения из канала 2 образует устойчивое огневое кольцо, поджигающее основной центральный поток смеси. Проскок пламени внутрь горелки в этих случаях исключается созданием скоростей истечения смеси, в несколько раз превышающих скорость распространения пламени.

В пластинчатом стабилизаторе (см. рис. 11.8, г), представляющем решетку из металлических пластин 4, стянутых цилиндрическими стержнями 3, отрыв пламени предотвращается рециркуляцией продуктов горения за стержнями, а проскок пламени - размещением пластин с зазором между ними меньше критического. Для предотвращения отрыва пламени и нарушения стабильности горения применяют также горки из огнеупорного кирпича, стационарные запальные устройства в виде запальной горелки и ряд других устройств.

 
 

 

Рис. 11.8. Примеры устройств для стабилизации пламени:

а - цилиндрический керамический туннель; б - тело плохообтекаемой формы; в - кольцевой стабилизатор; г – пластинчатый

ЛЕКЦИЯ 12








Дата добавления: 2015-12-22; просмотров: 3263;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.007 сек.