Файл: Иссерлин А.С. Газовые горелки.pdf

Совокупность явлений, которую мы называем горением, может протекать только в определенной последовательности, от одной стадии к другой. Г. Ф. Кнорре дает следующие схемы установив­ шегося процесса горения газового и жидкого топлива с фиксиро­ ванным очагом, которые он называет поточными (рис. 1). Про­ стейшая поточная схема возникает при сжигании газового топлива, состоящего из простых молекул (например, водород), не требую­ щих предварительного сложного пирогенного разложения (рис. 1, а). Когда же сжигается газовое или жидкое углеводородное топливо,

Рис. 1. Поточные схемы выгорания топлива. а — газового; б— жидкого.

поточный процесс горения осложняется: возникает еще одна про­ межуточная стадия — пирогенное разложение. Для жидкого топ­ лива этой стадии предшествует стадия испарения (рис. 1,6). Для осуществления поточной схемы необходим достаточный темпера­ турный уровень в очаге горения, к которому непрерывными пото­ ками подводятся топливо и окислитель. Продукты сгорания после завершения реакций также непрерывно отводятся от очага горения.

Известно, что газовоздушные смеси воспламеняются только в том случае, когда содержание газа в воздухе находится в опре­ деленных (для каждого газа) пределах. При незначительных со­ держаниях газа количество тепла, выделившегося при горении, недостаточно для доведения соседних слоев смеси до температуры воспламенения. То же наблюдается и при слишком большом со­ держании газа в газовоздушной смеси. Недостаток кислорода воз­ духа, идущего на горение, приводит к понижению температурного уровня, в результате чего соседние слои смеси не нагреваются до

9

температуры воспламенения. Этим двум случаям соответствуют нижний и верхний пределы воспламеняемости (табл. 1). Поэтому, кроме перемешивания газа с воздухом в определенных пропорциях, должны быть созданы начальные условия для воспламенения смеси.

Таблица 1

Пределы воспламеняемости и температуры воспламенения различных газов в воздухе

ной скорости реакций. При повышении температуры скорость реак­ ции окисления возрастает до наступления самовоспламенения (вместо медленного окисления начинается процесс самопроизволь­ ного горения). Значит, нагретая до температуры воспламенения горючая смесь обладает такой энергией, которая не только компен­

в том числе от содержания горючего газа в газовоздушной смеси, давления, способа нагрева смеси и т. д., и поэтому не является точной величиной. В табл. 1 приведены значения температур вос­ пламенения некоторых горючих газов в воздухе.

В практике встречаются два способа воспламенения горючих смесей: самовоспламенение и зажигание.

При самовоспламенении весь объем горючей газовоздушной смеси постепенно доводится до температуры воспламенения, после

10

чего смесь воспламеняется уже без внешнего теплового воздей­ ствия.

смеси самопроизвольно путем распространения пламени, происхо­

ния. Устойчивость работы горелок, как будет показано ниже, свя­ зана со скоростью распространения пламени.

Таким образом, процесс горения газового топлива состоит из смешения газа с воздухом, нагрева полученной смеси до темпера­ туры воспламенения, зажигания ее и протекания реакций горения, сопровождающихся выделением тепла. Причем смешение газа с воздухом и нагрев смеси занимают большую часть времени в про­ цессе горения, так как реакции горения протекают практически мгновенно.

Показательно сопоставление полей температур в объеме факела при сжигании газа с различными коэффициентами избытка воз­ духа. Пример такого сопоставления дан на рис. 2 для горелки с диаметром выходного насадка 35 мм в виде зависимости

11

Так, наивысшая температура при а = 0,75 измерена на расстоянии x/d=2,5, а при а = 1 , 0 — на расстоянии x/d=l,0 .

При совместном рассмотрении распределения температур и кон­ центраций С 0 2 в факеле наблюдается совпадение максимумов

I I I І ' І Т І ' 1 I M U

температур и содержаний ССЬ. Следовательно, максимальному температурному уровню в факеле соответствует и максимальная величина степени выгорания горючих.

Потери части тепла, выделившегося в результате сгорания газа, неизбежны. Однако они могут быть снижены до минимума при правильном ведении топочного процесса. Рассмотрим, из каких ж е составляющих складываются эти потери.

При сжигании газового топлива имеют место следующие по­ тери тепла: с уходящими газами, от химической неполноты сгора­ ния и в окружающую среду. На основании определения отдельных потерь тепла по обратному балансу может быть подсчитан к. п. д. (коэффициент полезного действия) агрегата, %:

" П = 1 0 0 - ( < 7 2 + ? з + ? 5 ) .

12