Закон Стефана — Больцмана. 3 страница

Одними из наиболее важных теплотехнических характеристик топлив являются величина выхода летучих и свойства коксового остатка.

При нагревании твердых топлив происходит распад термически нестойких сложных, содержащих кислород углеводородистых соединений горючей массы с выделением горючих газов: водорода, углеводородов, окиси углерода и негорючих газов — углекислоты и водяных паров. Выход летучих веществ определяют нагреванием пробы воздушно-сухого топлива в количестве 1 г без доступа воздуха при температуре 850°С в течение 7 мин. Выход летучих, определенный как уменьшение массы пробы испытываемого топлива за вычетом содержащейся в нем влаги, относят к горючей массе топлива.

У разных топлив состав и теплота сгорания летучих веществ различны. По мере увеличения химического возраста топлива содержание летучих веществ уменьшается, а температура их выхода увеличивается. При этом вследствие уменьшения количества инертных газов теплота сгорания летучих веществ увеличивается. Для сланцев выход летучих составляет 80—90% от горючей массы; торфа — 70%. Для бурых углей — 30—60%, каменных углей марок Г и Д — 30—50%. У тощих углей и антрацитов выход летучих мал и соответственно равняется 11—13 и 2—9%. Поэтому содержание летучих веществ и их состав могут быть приняты в качестве признаков степени углефикации топлива, его химического возраста.

Для торфа выход летучих начинается при температуре примерно 100°, бурых и жирных каменных углей — 150—170°, горючих сланцев — 230°С, тощих углей и антрацитов ~400°С и завершается при высоких температурах — 1100—1200°С.

После отгонки летучих веществ из топлива образуется так называемый коксовый остаток. При содержании в угле битуминозных веществ, которые при нагревании переходят в пластическое состояние или расплавляются, порошкообразная проба угля, испытываемого на содержание летучих, может спекаться и вспучиваться. Способность топлива при термическом разложении образовывать более или менее прочный кокс называется спекаемостью. Торф, бурые угли и антрацит дают порошкообразный кокс. Каменные угли с выходом летучих 42—45% и тощие угли с выходом летучих менее 17% дают порошкообразный или слипшийся коксовый остаток.

Угли, образующие спекшийся коксовый остаток, являются ценным технологическим топливом и используются в первую очередь для производства металлургического кокса. Кокс в виде спекшегося или сплавленного остатка получается нагреванием измельченного до размеров 3—3,5 мм угля при температуре 1000°С без доступа воздуха. Свойства кокса зависят от состава органических соединений горючей массы топлива и содержания летучих веществ в нем.

13.7.Коэффициент использования тепла топлива

В общем случае не все тепло, выделяющееся при сгорании топлива, используется по назначению. Так, при работе парогенератора часть тепла Q₁ расходуется на производство пара, а другая - теряется с уходящими газами, шлаком, передается в окружающую среду процессами теплообмена или вовсе не используется из-за химического и механического недожога топлива^[5]. Поэтому отношение Q₁ к низшей теплоте сгорания топлива Q_н^р называется коэффициентом полезного действия парогенератора, который по своей физической сущности является коэффициент использования тепла топлива.

Будем называть отношение количества теплоты, использованного по назначению, к выделившейся при этом низшей теплоты сгорания топлива коэффициентом использования тепла топлива.

^[1] Количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газового топлива, при условии, что образующиеся водяные пары в продуктах сгорания конденсируются, называется высшей теплотой сгорания топлива.

^[2] Индекс “p” здесь и далее обозначает величины, характеризующие рабочее топливо.

^[3] Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого или 1 м³ газового топлива, за вычетом тепла парообразования водяных паров, образующихся при горении, называется низшей теплотой сгорания топлива.

^[4] Здесь индекс «_оp+к» обозначает то, что ведется учет как органической, так и колчеданной серы. Колчеданная сера содержится в пирите (FeS₂), именуемом железным колчеданом.

^[5] При химическом недожоге имеем горючие компоненты топлива, не прореагировавшие из-за плохо организованного процесса горения (например, при недостатке окислителя). Механический недожог возникает при быстром удалении не прореагировавших остатков топлива из зоны горения.

Тема 14. ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО И ЕГО СЖИГАНИЕ

Сжигание газов производится в топочной камере, куда горючая смесь подается через горелки. В топочном пространстве в результате сложных физико-химических процессов образуется струя горящего газа, называемая факелом.

В зависимости от способа подачи воздуха, необходимого для горения, возможны следующие виды сжигания газов:

горение однородной газовой смеси, когда сжигается предварительно подготовленная горючая газовая смесь;

диффузионное горение газов, когда газ и воздух подаются раздельно;

горение смеси газов с недостаточным количеством воздуха, когда газ подается в смеси с воздухом, но количество последнего недостаточно для полного сгорания.

14.1.Горение однородной газовой смеси

В однородной предварительной перемешанной смеси интенсивность горения зависит только от кинетики самих химических реакций, поэтому такой вид горения называют кинетическим.

Горение однородной газовой смеси происходит благодаря распространению пламени в горючей смеси, непрерывно поступающей в топочную камеру. В зависимости от характера движения горючей смеси различают ламинарное горение и турбулентное горение. Вначале рассмотрим ламинарное горение.

В горелку, расположенную вертикально, во избежание искривления факела подается однородная смесь. При ламинарном движении смеси скорость ее движения распределяется в горелке по параболе. Аналогичное распределение скорости сохраняется и на выходе из горелки: у стенок горелки скорость очень мала, далее она возрастает, достигая максимального значения на оси горелки.

При зажигании в устье горелки вблизи ее обреза в точках, где скорость потока равна скорости нормального распространения пламени U_n, пламя держится устойчиво, образуя зажигающее кольцо, обеспечивающее непрерывное зажигание поступающей смеси по периферии струи. У стенок горелки, где скорость смеси менее чем U_n, пламя не может проникнуть в горелку, так как вследствие теплоотдачи через стенки скорость распространения пламени уменьшается и становится меньше скорости струи в этом месте.

Кольцевая зона зажигания образуется естественно в результате замедленного движения на периферии горелки и диффузии горючего газа из потока наружу.

Пламя в процессе распространения от периферии к центру одновременно относится потоком, и в результате этого достигает оси струи на некотором расстоянии от устья горелки, образуя конусообразный факел. Тонкая зона горения, образующая фронт пламени, обычно имеет яркоголубой цвет, благодаря чему в пространстве факел четко выделяется.

Чем больше скорость распространения пламени и меньше скорость потока W, тем короче факел, и, наоборот, чем меньше U_n и больше W, тем длиннее факел. При данной скорости выхода смеси из горелки длина факела зависит от скорости распространения пламени, т. е. от природы сжигаемого газа, его концентрации в смеси и температуры газовоздушной смеси. С увеличением диаметра горелки длина факела увеличивается.

Таким образом, горение протекает по поверхности конусообразного факела, причем глубина зоны горения составляет десятые доли миллиметра, основной же объем факела остается инертным.

Если в смеси имеется избыток горючего (α<1), то за счет воздуха, содержащегося в смеси в голубом конусе, сгорает лишь часть горючего газа. Избыток газа, пройдя зону горения, смешиваясь с воздухом окружающей атмосферы, сгорает, образуя вторичное пламя факела вблизи голубого конуса. При α>1 все количество газа сгорает в голубом конусе факела.

Фронт пламени однородной смеси принимает устойчивое положение по конусообразной поверхности, в каждой точке которой нормальная к ней слагающая W_n скорости движения газа равняется нормальной скорости распространения пламени U_n.

(14.1)

В формуле:

W — местная скорость потока;

φ — угол между направлением внешней нормали к фронту пламени и местной скоростью потока.

Из соотношения (14.1) видно, что скорость струи может значительно превышать U_n, не вызывая срыва горения. Но W не должна быть меньше U_n во избежание устремления пламени в горелку.

Если бы горючая смесь находилась в покое, то из произвольной точки фронта пламя за некоторое время Δτ переместилось бы внутрь факела по нормали к поверхности фронта на расстояние U_n·Δτ. Но смесь движется и за это время пламя относится по вертикали на расстояние W·Δτ. Соответственно каждая последующая равновесная точка фронта пламени смещается все глубже и выше до достижения оси факела на определенном удалении от устья горелки. Совокупность таких равновесных точек зоны горения в потоке образует коническую поверхность факела, опирающегося на обрез круглой горелки.

Опыты показывают, что, ослабляя эффективность действия зажигающего кольца ускорением течения окружающей среды вдоль внешней поверхности горелки, можно перемещать факел или совсем оторвать его от горелки и погасить. Напротив, при неизменных условиях течения на периферии можно увеличить скорость течения средней части струи на выходе из горелки или среды в области верхней части конуса, не нарушая устойчивости факела. Следовательно, для образования устойчивого факела в периферийной нижней части конуса, опирающейся на горелку, необходимо соблюдение условия равновесия W=-U_n.

Условие равновесия по соотношению дает связь между скоростью перемещения элемента фронта пламени и скоростью набегающего потока смеси в факеле, находящемся в устойчивом состоянии за счет наличия зажигающего кольца.

Стабилизация ламинарного факела зажигающим кольцом осуществляется в пограничном слое потока, в котором создаются благоприятные гидродинамические и тепловые условия, при которых пламя может существовать устойчиво.

С увеличением скорости истечения смеси без нарушения условия W=-U_n на периферии горелки положение фронта факела согласно (14.1) будет сохранено за счет увеличения высоты голубого конуса, так как при этом увеличивается угол φ. Дальнейшее увеличение скорости истечения выше некоторого значения приводит к отрыву и погасанию факела. В зависимости от природы газа и состава смеси существует верхний предел устойчивости пламени, т. е. максимальная скорость истечения, превышение которой приводит к отрыву пламени.

Таким образом, устойчивость зажигания факела обусловливается образованием зажигающего кольца вне горелки, а проникновению пламени внутрь горелки препятствует кольцевая зона охлаждающего действия стенок у края горелки. Следовательно, для случая отрыва существенной является обстановка на выходе из горелки, а для случая проскока - обстановка внутри трубки горелки. Проскок и отрыв пламени происходят из-за нарушения условия W=-U_n вблизи устья горелки.

Устойчивость факела определяется естественной или искусственной стабилизацией его корневой части.

Форма факела зависит от геометрического расположения очага зажигания, а его размеры определяются размером горелки и устойчивым положением равновесия между перемещением элемента фронта пламени и скоростью набегающего потока.

Метод сжигания однородной газовоздушной смеси в ламинарном потоке не имеет промышленного распространения и применяется лишь в небольших нагревательных приборах.

14.2.Турбулентное горение однородной газовой смеси

Для интенсификации горения сжигание газов производится при больших скоростях газового потока и, следовательно, при турбулентном режиме его движения.

Атмосферные горелки с развитием факела в открытой атмосфере работают малоустойчиво, так как в них нельзя осуществить горение при больших скоростях истечения смеси. Появляющийся спутный поток охлаждает зажигающее кольцо, оно теряет поджигающую способность и факел погасает.

Для стабилизации турбулентного факела необходимо обеспечить его устойчивое зажигание. Последнее достигается сжиганием газа в пространстве, заполненном накаленными продуктами сгорания. В процессе турбулентного расширения струи по мере увлечения топочных газов горючая смесь нагревается и одновременно разбавляется продуктами сгорания. Согласно теории неизотермической струи нагрев струи происходит в турбулентном пограничном слое, в ядре же постоянных скоростей начального участка температура остается неизменной и равной температуре истечения. Нагрев происходит наиболее интенсивно по периферии струи и по мере удаления от устья горелки распространяется внутрь струи. По мере приближения к внешней границе струи температура повышается, а концентрация горючей смеси падает. От воспламенившихся периферийных слоев турбулентной теплопроводностью тепло передается соседним слоям, вызывая их по­следовательное воспламенение. Нагреву соседних слоев способствует также турбулентная диффузия.

Турбулентный режим движения также влияет на структуру поверхности горения. Под воздействием турбулентных пульсации фронт пламени искривляется, размывается, разрывается на отдельные очаги и непрерывно видоизменяется, но конусообразная форма сохраняется так как зажигание происходит по периферии струи. Поэтому и в этом случае значительная часть объема факела остается инертной, неиспользованной.

В конусе, ограниченном поверхностью воспламенения, движется еще не воспламененная смесь.

14.3.Ламинарное диффузионное горение

В случае, когда через горелку подается газ, не содержащий в себе кислорода, при его поджигании горение происходит за счет потребления кислорода окружающего воздуха, поступающего посредством диффузии. Так как в данном случае газ и воздух подаются раздельно, а горение происходит в процессе их взаимной диффузии, причем скорость горения определяется интенсивностью процесса смешения, то подобное горение называют диффузионным.

В зависимости от характера движения различают ламинарное диффузионное горение и турбулентное диффузионное горение.

Ламинарное диффузионное горение происходит при ламинарном режиме движения газа, вытекающего из горелки. Кислород, необходимый для горения, поступает из окружающей атмосферы и смешивается с горючим газом. Получаемая в результате молекулярной диффузии смесь при поджигании образует факел, который при круглых горелках принимает конусообразную форму, так как по мере движения газ расходуется на горение и зона горения перемещается к оси струи, доходя до нее в вершине конуса.

Ламинарный диффузионный факел поддерживается стационарно, так же как при горении однородной смеси, за счет существования кольцевой зоны зажигания. В случае, когда в горелку подается только газ, а окружающая среда находится в покое, у кромки горелки газ диффундирует наружу и, смешиваясь с воздухом, образует смесь, которая в зоне малых скоростей устойчиво сгорает. Благодаря образованию более богатой смеси в области зажигающего кольца и сгоранию ее в зоне меньших скоростей диффузионный факел обладает большей устойчивостью зажигания по сравнению с факелом однородной смеси.

При диффузионном горении также наблюдается явление отрыва факела. Но проскок пламени в горелку исключается из-за раздельной подачи горючего газа и воздуха.

Зона устойчивого горения устанавливается по поверхности, где поступающие молекулярной диффузией количества газа и кислорода находятся в стехиометрическом соотношении для полного горения. Это утверждение следует из того, что в зоне горения не может быть ни избытка газа, ни избытка кислорода, так как в противном случае она не может занять устойчивого положения.

Можно представить, что ламинарное диффузионное горение совершается следующим образом. Газ, вытекая из горелки, мо­лекулярной диффузией смешивается с кислородом воздуха, полученная горючая смесь при поджигании образует достаточно резко очерченный конусообразный светящийся факел. Фронт пламени устанавливается по поверхности, где смесь образуется в пропорции, теоретически необходимой для горения. В зону горения изнутри поступает газовое топливо в виде различных основных и промежуточных продуктов, а снаружи — кислород. Образующаяся горючая смесь воспламеняется за счет тепла, распространяющегося от фронта пламени. Химическое превращение совершается в узкой светящейся зоне фронта горения в смеси, которая значительно разбавлена горячими продуктами сгорания и тем самым сильно нагрета, но в которой концентрации горючих элементов и окис­лителя малы. В таких условиях химическое реагирование протекает наиболее интенсивно. Толщина зоны горения мала — не превышает 1 мм. Образующиеся продукты сгорания диффундируют как в окружающее пространство, так и внутрь факела. Поверхность пламени отделяет окислительную область вне факела, в которой имеются кислород и продукты сгорания и нет горючего, от восстановительной области внутри факела, в которой нет кислорода, но есть газ и продукты сгорания.

Благодаря большой скорости химической реакции поступающие в зону горения газ и кислород практически мгновенно сгорают, в результате чего в зоне горения их концентрации равны нулю, а температура равна адиабатической. Большая скорость химической реакции обусловливает малую толщину пламени и позволяет рассматривать ее как геометрическую поверхность, с одной стороны которой находится смесь воздуха с продуктами сгорания, а с другой — смесь газа с продуктами сгорания.

С увеличением теплоты сгорания газа в результате увеличения количества необходимого для горения воздуха длина факела увеличивается.

В заключение следует отметить особенность диффузионного вида горения, связанную с наличием химической неполноты горения. В диффузионном ламинарном пламени температура достигает максимального значения в зоне горения. Вытекающий из горелки газ до поступления в зону горения нагревается за счет тепла, распространяющегося от пламени как теплопроводностью, так и посредством диффузии горячих продуктов сгорания. Некоторые газы, как, например, водород и окись углерода являются теплостойкими и при нагреве до температур 2500—3000 К сохраняют свою молекулярную структуру. Горение теплостойких газов происходит в прозрачном факеле бледноголубого цвета.

Газы, содержащие углеводородные соединения, являются тепло нестойкими. В случае сжигания этих газов нагрев в восстановительной зоне в отсутствие кислорода вызывает их разложение с образованием сажи и водорода. Разложение углеводородосодержащих газов протекает тем интенсивнее, чем выше температура, при этом одновременно возрастает доля образующихся тяжелых, сложных, трудно сжигаемых углеводородов. Например, разложение метана начинается при температуре около 680—700°С. При нагреве без доступа воздуха до 950°С разлагается 26% метана, а при нагреве до 1150°С — 90%.

Находящиеся в пламени мелкодисперсные частицы сажи и свободного углерода, размеры которых чрезвычайно малы и составляют десятые доли микрона, раскалившись за счет выделившегося при горении тепла, излучают более или менее яркий свет, вызывая свечение пламени.

Диффузионное горение частиц протекает сравнительно медленно, в результате чего часть свободного углерода и тяжелых углеводородов не успевает сгорать и в виде сажи покидает факел. Наличие углерода согласно равновесию С+СО₂==2СО вызывает образование СО. Количество углерода, тяжелых углеводородов и СО, присутствующих в продуктах сгорания, определяет величину химического недожога.

14.4.Турбулентное диффузионное горение

Интенсивность диффузионного сжигания зависит от интенсивности смесеобразования. Так как массообмен при турбулентном течении происходит во много раз интенсивнее, чем при ламинарном режиме, то для промышленных целей более важным является способ турбулентного диффузионного сжигания не перемешанных газов.

Турбулентное диффузионное сжигание производится раздельной подачей газа и воздуха через горелки в камеру сгорания в среду горячих продуктов сгорания. Воздух может подаваться через те же горелки или помимо них через отдельные сопла.

Так как турбулентная струя обладает свойством автомодельности, а коэффициент турбулентной диффузии пропорционален скорости истечения и диаметру сопла, то положение зоны воспламенения и горения, определяемое как геометрическое место точек, где образуется смесь стехиометрического состава, при горелке данного размера не должно зависеть от скорости истечения. Равно и длина зоны воспламенения не должна зависеть от скорости истечения. При подсчете в калибрах диаметра при данном топливе она должна быть одинаковой для горелок различных размеров. При этом остается лишь зависимость относительной длины зоны воспламенения от стехиометрического числа и концентрации кислорода в окружающей среде.

Длина зоны воспламенения диффузионного факела тем больше, чем больше теплота сгорания газа, так как для сжигания единицы массы газа должно поступить больше кислорода. Чем меньше содержание кислорода в окружающей среде, тем длиннее зона воспламенения. Напротив, при повышении концентрации кислорода в окружающей среде длина зоны воспламенения факела уменьшается.

Эти положения, полученные из теоретических исследований, подтвердились опытами.

Выделяющееся при химическом реагировании тепло посредством турбулентной теплопроводности и диффузии горячих продуктов сгорания передается образующейся горючей смеси, обеспечивая ее воспламенение и распространение пламени. Следовательно, положение зоны горения определяется условиями турбулентной диффузии, а скорость горения — скоростью последней. Дополнительным условием устойчивого горения является наличие достаточной скорости распространения пламени, так как в противном случае произойдет срыв пламени.

Зажигание турбулентного диффузионного факела происходит аналогично зажиганию при турбулентном горении однородной газовой смеси. Турбулентная струя газа при своем распространении в топочном пространстве вместе с воздухом увлекает также и горячие продукты сгорания, в результате чего смесь нагревается и воспламеняется. Зажигание диффузионного факела можно усилить организацией теплового, газодинамического и концентрационного режимов таким образом, чтобы повысить интенсивность тепловыделения и, напротив, понизить интенсивность теплоотвода из зоны реагирования в области корня факела. В частности могут быть применены стабилизаторы различных типов.

Общая длина факела L_ф превышает длину зоны воспламенения (L_з.в) на длину участка зоны догорания L_д. В этой зоне протекает догорание множества молей, на которые факел раздроблен под действием турбулентных пульсации. В них процесс смешения происходит в основном за счет молекулярной диффузии, которая протекает медленно. При этом концентрации горючего газа и кислорода в зоне догорания малы. В этих условиях горение протекает сравнительно медленно, обусловливая значительную длину зоны догорания.

Длина зоны догорания равняется протяженности перемещения молей за время τ_д их выгорания.

Опытами установлено, что с повышением начальной температуры газа длина факела заметно сокращается. Это объясняется влиянием температуры на коэффициент молекулярной диффузии и на кинематическую вязкость.

На длину факела сильное влияние оказывает конструкция горелочного устройства и способ организации процесса сжигания в топках парогенераторов и в камерах сгорания различного назначения.

В заключение следует отметить, что из-за переноса масс горючего, продуктов сгорания и воздуха посредством перемещения множества отдельных молей фронт горения в турбулентном факеле получается волнистым, размытым, разорванным на отдельные части и слабо устойчивым. Кроме того, турбулентному диффузионному факелу, также как и ламинарному диффузионному факелу, по тем же причинам присуще образование химической неполноты сгорания.

14.5.Горение смеси газов с недостаточным количеством воздуха

Рассмотрим горение смеси, содержащей воздух в количестве, недостаточном для полного сгорания. В этом случае через горелку подается газ в смеси с воздухом, количество которого меньше, чем требуется для полного горения.

По выходе из горелки часть газа сгорает, соединяясь с кислородом, содержащимся в смеси, образуя у устья горелки конусообразный фронт пламени, положение которого определяется по законам образования и горения однородной газо­воздушной смеси. Остаток несгоревшего газа вместе с продуктами сгорания пересекает зону горения и сгорает после смешения с воздухом из окружающего пространства, образуя вторую зону горения, положение которой подчиняется закону диффузионного горения. Таким образом, пространство, занимаемое факелом, делится двумя зонами горения на три области. В области факела, расположенной между горелкой и первым фронтом пламени, движется еще не начавшая гореть смесь газа и воздуха. В области между двумя зонами горения находится несгоревший в первом фронте пламени газ в смеси с продуктами сгорания. И, наконец, вне диффузионной зоны горения находится смесь продуктов горения с воздухом.

Длина зоны горения однородной газовоздушной смеси и зоны диффузионного горения зависит от содержания воздуха в первоначальной смеси, поступающей в горелку. С уменьшением содержания воздуха длина зоны горения однородной смеси уменьшается, а длина зоны диффузионного горения увеличивается до предельного значения, соответствующего чисто диффузионному горению, когда первый фронт пламени исчезает. Напротив, с увеличением содержания воздуха в смеси зона диффузионного горения уменьшается и при подаче стехиометрической смеси исчезает и остается только зона горения однородной газовоздушой смеси.

Газ до вступления в первую зону горения подвергается нагреву за счет излучения из зоны горения и диффузии продуктов сгорания. В случае сжигания газов, содержащих углеводородные соединения, этот нагрев сопровождается двумя основными процессами: процессом окисления, который начинается при сравнительно низких температурах и процессом термического расщепления. Процесс окисления благоприятствует успешному ходу горения. Процесс же расщепления при высоких температурах обусловливает образование тяжелых углеводородов, осложняет процесс горения и вызывает неполноту горения. В процессе окисления образуются альдегиды, которые или окисляются в формальдегиды при наличии кислорода, или расщепляются в его отсутствии. При наличии достаточного количества воздуха формальдегиды сгорают в СО₂ и H₂O. В случае же отсутствия воздуха формальдегид разлагается на CO и Н₂. Последние в дальнейшем при наличии воздуха сгорают по характерным для них цепным реакциям, процесс завершается без образования продуктов неполного горения. В случае недостаточного количества кислорода или при неравномерном его распределении в газовозушной смеси имеет место расщепление альдегидов или даже исходного газа с образованием тяжелых углеводородов, обусловливающих образование сажи и появление химической неполноты сгорания. Таким образом, для протекания полного горения решающее значение имеет смесеобразование. В случае раздельной подачи в топочное пространство газа и воздуха, необходимого для горения, т. е. в случае диффузионного горения, имеет место максимальная химическая неполнота горения. При подаче совместно с газом некоторого количества воздуха неполнота горения, которая в этом случае образуется в зоне диффузионного горения, будет уменьшена. Хорошо перемешанная газовоздушная смесь, в которой содержится достаточное для полного сгорания количество воздуха, может быть сожжена без образования продуктов неполного горения.

14.6.Пределы устойчивого горения ламинарного факела

В открытом факеле горелок атмосферного типа с зажиганием от естественного зажигающего кольца процесс горения может протекать устойчиво, т. е. со стабилизацией факела в определенном объеме при установившемся режиме подачи горючей смеси и в нешироких пределах скоростей истечения смеси из горелки. При малых скоростях истечения возможен проскок пламени в горелку, а при больших скоростях отрыв пламени от горелки и его погасание.

Условием устойчивости ламинарного горения, осуществляемого обычно в атмосферных горелках, является равенство W=—U_n на периферии основания факела в зоне зажигающего кольца. В факеле однородной смеси при W<U_n возможен проскок пламени в горелку. Предел минимальной скорости в горелке, ниже которой происходит проскок пламени, называется нижним пределом устойчивости горения по скорости. Поскольку горение однородной газовой смеси происходит за счет нормального распространения пламени, устойчивое пламя можно получить при сжигании смесей, которые находятся в концентрационных пределах воспламенения. Если содержание горючего газа в смеси выше верхнего предела, голубой конус не образуется и имеет место чисто диффузионное горение. Если же содержание газа в смеси меньше нижнего предела, то горение невозможно. При скоростях потока выше верхнего предела устойчивости пламя отрывается и гаснет.