Основы сжигания газа Основы сжигания газа

Основы сжигания газа

Основы сжигания газа

Топливно-энергетический баланс России Приход (%) Расход (%) ТЭС - 91 Производство электроэнергии - 12 Природный газ - 42 Выработка теплоты - 16 Нефть - 32 Технология - 17 Уголь - 17 Транспорт - 16 ГЭС, АЭС и др. - 9 Сельское хозяйство - 4 Экспорт - 35

Крупнейшие газовые месторождения (млрд. м 3 – год открытия) 1 – Катар ……………… 10640 – 71 2 – Уренгойское ……… 10200 – 66 3 - Ямбургское ………… 5242 – 63 4 - Бованенковское …… 4385 – 71 6 - Штокмановское …… 3662 – 71 5 – Иран ………………… 2820 – 91 7 - Арктическое ………. . 2762 – 68 8 - Астраханское ……… 2711 – 73

Природный газ в России l l l Всего через ТЭБ России проходит около 1, 7 млрд. т. у. т. в год (примерно 12 тонн на душу населения). На долю природного газа приходится примерно 42 % приходной части ТЭБ России. Основные месторождения сосредоточены в труднодоступных, малонаселённых районах с суровым климатом – Ямало-Ненецкий национальный округ, север Сибири, шельф Северного Ледовитого океана. Среднегодовая добыча газа в России в ХХI веке составляет от 500 до 700 млрд. нм 3 – 1 место в мире (18% всей мировой добычи, примерно 35% мировых запасов). Примерно половина газа расходуется внутри страны, вторая половина идёт на экспорт.

Природный газ Столь значимая доля природного газа в топливноэнергетическом балансе страны объясняется его высокими энергетическими качествами, термостабильностью и экологичностью (относительной чистотой продуктов сгорания). Поэтому перспективы применения газового топлива распространяются не только на крупную энергетику и коммунально-бытовой сектор, но и на транспорт (автомобильный, авиационный) и такие отрасли как чёрная и цветная металлургия, химическая промышленность, сельское хозяйство и др. l Замена твёрдого и жидкого топлива на газообразное позволяет повысить эффективность процессов теплообмена, создавать более экономичные и высокопроизводительные теплоиспользующие установки. l

Состав газообразного топлива Газообразное топливо представляет собой смесь различных горючих и негорючих газов. l Основные горючие составляющие - предельные углеводороды: метан СН 4, (90 -98%), этан С 2 Н 6, пропан С 3 Н 8, бутан С 4 Н 10, пентан С 5 Н 12, – а также водород Н 2, оксид углерода СО и сероводород Н 2 S (в редких случаях и в очень малых количествах). l Преобладающее содержание метана в природных газах обуславливает близость их физических свойств и теплотехнических характеристик. l Qid = 33, 5 -37, 7 МДж/м 3 (8000 -9000 ккал/м 3). Негорючий балласт - азот N 2 , двуокись углерода CO 2 и кислород O 2. l Плотность природных газов близка к плотности метана ρг = 0, 7 -0, 8 кг/м 3. l

Метан СН 4 l Метан СН 4 является основным компонентом любого природного газа, а также содержится и в большинстве искусственных газов. Метан является наиболее легким из углеводородов, не имеет ни цвета, ни запаха. l При полном сгорании метана СН 4 + О 2 = СО 2 + 2 Н 2 О образуются двуокись углерода и водяной пар. l Теплота сгорания метана Qid =8555 ккал/м 3. l

Тяжёлые углеводороды Тяжелые углеводороды — это собирательное название всех углеводородов с числом атомов углерода в молекуле не менее двух. l Химическая формула тяжелых углеводородов в общем виде записывается Cm. Hn. l Различают предельные углеводороды, у которых молекула полностью насыщена атомами водорода, и непредельные углеводороды, у которых число атомов водорода в молекуле меньше, чем у предельных углеводородов при одном и том же количестве атомов углерода. l К предельным тяжелым углеводородам относятся углеводороды, характеризующиеся общей формулой Сn. Н 2 n+2, и образующие, таким образом, вместе с метаном единый гомологический ряд (парафиновые углеводороды, или алканы). l

Токсические свойства предельных углеводородов также связаны с молекулярной массой, усиливаясь с ее увеличением. l Метан для организма человека безвреден (конечно, когда он находится в воздухе не в таком количестве, что вызывает удушье, связанное с нехваткой кислорода). l Пропан вызывает головокружение при двухминутном пребывании человека в атмосфере, содержащей 10 % этого газа. l Газы, содержащие в значительном количестве высокомолекулярные предельные углеводороды, обладают наркотическими свойствами. l l В некоторых искусственных газах (например, в коксовом газе) содержится бензол С 6 Н 6 — простейший углеводород ароматического ряда. Бензол - высокотоксичный газ, содержание его в воздухе в количестве 0, 8 % по объему является смертельным для человека. ПДК бензола в воздухе составляет 0, 0014 % по объему, или 0, 05 мг/л.

Непредельные углеводороды Непредельные тяжелые углеводороды, которые могут входить в состав газообразного топлива: этилен С 2 Н 4 и его ближайшие гомологи — пропилен С 3 Н 6 и бутилен С 4 Н 8. l Общая формула углеводородов этиленового гомологического ряда (олефиновых углеводородов, или алкенов) Сn. Н 2 n. l По своим физическим свойствам они близки к соответствующим предельным углеводородам. Они входят в довольно большом количестве в газы, получаемые при переработке нефтепромысловых газов и нефти. l Олефины являются ценным технологическим сырьем, поэтому обычно они извлекаются из горючего газа перед использованием его в качестве газообразного топлива. l

Балласт l l Балласт газообразного топлива состоит из диоксида углерода СО 2, азота N 2 и кислорода O 2. Диоксид углерода (углекислый газ) СО 2 – инертный негорючий газ, не имеющий ни цвета, ни запаха. При температуре минус 78°С и нормальном давлении он переходит из газообразного состояния непосредственно в твёрдое, минуя жидкую фазу. Углекислый газ обладает токсичностью, но она проявляется лишь при достаточно высокой концентрации СО 2 в воздухе (около 5 -10 %).

Газонефтяные и газовые месторождения Газообразное топливо можно разделить на две группы: природные газы, добываемые из недр земли, и искусственные газы, либо специально получаемые при переработке твёрдого или жидкого топлива, либо представляющие собой побочный продукт некоторых технологических процессов. l Природа возникновения газонефтяных месторождений остатки растительных и животных организмов, оседавших на морском дне и подвергавшихся тысячелетнему воздействию различных физических, биохимических и геологических процессов. l Часть газов (в основном, тяжёлые углеводороды) растворены в нефти, а более лёгкие компоненты скапливаются над уровнем нефти, образуя так называемую газовую шапку. Обладая высокой проникающей способностью, природные газы могут перемещаться в пористых горных породах (песок, известняк и т. д. ) на значительные расстояния от места своего образования и, скапливаясь в складках этих горных пород, образуют чисто газовые месторождения. l

Нефтепромысловые (попутные) газы l l l l Природный газ, добываемый из чисто газовых месторождений, после очистки (удаление пыли, сероводорода и других вредных примесей) и направляется к потребителям по магистральным трубопроводам. Небольшое количество природных газов добывается и в процессе разработки угольных месторождений. Газы, получаемые из нефтегазовых месторождений при добыче нефти, называют нефтепромысловыми или попутными. Нефтепромысловый газ поступает на поверхность земли вместе с нефтью. В 1 тонне нефти растворено 200 -400 м 3 газа. Нефтепромысловый газ отделяется от нефти в специальных сепараторах, подвергается очистке и направляется на газобензиновые заводы для извлечения из них бензина и получения сжиженных газов, после чего поступает к потребителю. Состав попутных газов зависит как от природы нефти, так и от метода его сепарации. Некоторые газы характеризуются повышенным содержанием азота, другие – наличием сероводорода. Теплота сгорания нефтепромысловых газов значительно выше, чем у сухих природных газов и колеблется от 39 до 58 МДж/м 3.

Искусственный газ Искусственные газы получаются в результате переработки нефти или твёрдого топлива, а также в ряде технологических процессов. l Нефтезаводские (нефтяные) газы образуются как побочный продукт целого ряда процессов переработки нефти и нефтепродуктов (температурная перегонка, крекинг, пиролиз, деструктивная гидрогенизация). l Из искусственных газов, получаемых в результате переработки твёрдых топлив, наиболее распространёнными являются коксовый и генераторный газ. l

Температурная перегонка

Температурная перегонка l Перегонка нефти представляет собой процесс термического разложения её на фракции (бензиновую, керосиновую, газойлевую и т. д. ), основанного на разнице температуры кипения различных фракций (отсюда и термин «температурная перегонка» ). При этом заметного структурного разложения углеводородов не происходит. l В результате выделяется газ прямой гонки, характеризующийся высоким содержанием пропана (7 -16%) и бутана (13 -30%), который может служить сырьём для получения сжиженных газов. l После отделения тяжёлых углеводородов (пропана и бутана) и паров бензина газ прямой гонки может быть использован как газообразное топливо.

Cracking l Крекинг нефтепродуктов, являющийся главным направлением современной переработки нефти в бензин и другие виды лёгкого моторного топлива, заключается в нагревании (термический крекинг) нефтепродуктов до температуры 450 -650°С либо при низком (Р=0, 1 -0, 5 МПа – парофазный крекинг), либо при высоком давлении (до 7 МПа - жидкофазный крекинг), в результате чего высокомолекулярные углеводороды исходного сырья расщепляются (to crack - по-английски «расщеплять» ) на более лёгкие. l Крекинг, осуществляемый в присутствии катализатора, называется каталитическим и позволяет либо снизить необходимые параметры процесса (температуру и давление), либо при тех же параметрах повысить выход лёгких фракций. l В процессе крекинга часть сырья превращается в горючий газ, отличающийся высоким содержанием непредельных (олефиновых) углеводородов (этилена С 2 Н 4, пропилена С 3 Н 6 и т. д. ), которые являются ценным сырьём для ряда химических производств. После отделения этих компонентов газ может использоваться в качестве топлива. l Например, при термическом крекинге газойля получается около 15% газа, а при каталитическом – около 5% (по массе).

Пиролиз l Пиролиз нефтепродуктов состоит в нагревании их до температуры 650 -750°С (без доступа воздуха) при атмосферном давлении с целью получения ароматических углеводородов (бензола С 6 Н 6 и его гомологов) и олефинов, после извлечения которых газ пиролиза может быть использован как газообразное топливо. l Чаще всего пиролизу подвергается керосин, при этом выход газа в значительной степени зависит от природы используемого сырья и от температуры процесса и может достигать 50%.

Деструктивная гидрогенезация представляет собой каталитический крекинг, осуществляемый под сверхвысоким давлением (Р=50 -60 МПа) в присутствии водорода. l При этом происходит не только расщепление (крекинг) высокомолекулярных углеводородов, но и обогащение углеводородных молекул атомами водорода, например С 2 Н 4 + Н 2 = С 2 Н 6, т. е. этилен превращается в этан. l l Деструктивная гидрогенезация позволяет переработать тяжёлые жидкие топлива в лёгкие. Например, из мазута можно получить до 85% лёгкого моторного топлива (автобензина) и около 15 -20% ценных горючих газов.

Получение коксового газа

Коксовый газ является побочным продуктом высокотемпературного коксования каменных углей. l Сущность процесса заключается в нагревании предварительно измельчённого угля без доступа воздуха до температуры 950 -1100°С в специальных коксовальных печах. При этом топливо разлагается, и из него выделяются газообразные горючие вещества и смолы. l Твёрдый остаток спекается и представляет собой металлургический кокс (практически, чистый атомарный углерод). l Основная цель этого процесса – получение кокса – металлургического топлива, обладающего свойствами, необходимыми для осуществления доменного процесса. l Для такого процесса пригодны лишь угли, которые дают хорошо спекающийся кокс. l

Коксовый газ Выход коксового газа и его состав зависят как от природы сырья, так и от температуры процесса. Как правило, коксовый газ отличается высоким содержанием водорода и оксида углерода, при этом содержание углеводородов по сравнению с природными газами невелико. l Теплота сгорания коксовых газов колеблется в пределах 16 -19 МДж/м 3. l В тех случаях, когда основной целью высокотемпературного коксования является получение газообразного топлива и ряда химикатов, к коксу не предъявляются особые требования, и в качестве сырья могут использоваться некоксующиеся угли, а также некоторые низкосортные проблемные топлива, например, горючие сланцы. l При сухой перегонке сланцев получается так называемый сланцевый газ, характеризующийся высоким содержанием диоксида углерода. l

Доменный газ l l Доменный газ образуется в процессе выплавки чугуна в доменных печах. Химический состав (%): 20 -30 СО; 1 -4 Н 2; 0, 5 СН 4; 55 -58 N 2; 12 -20 СО 2. Теплота сгорания 3, 6 -4, 6 МДж/м 3. l При обогащении дутья кислородом содержание азота в газе снижается и соответственно этому возрастает количество других газов (в том числе окислы углерода и водорода), теплота сгорания при этом увеличивается. l

Доменный процесс

Blast furnace

Генераторный газ Генераторный газ представляет собой продукт безостаточной газификации различных твёрдых топлив в специальных установках, называемых газогенераторами. l Газогенератор представляет собой шахту, футерованную изнутри огнеупором, в которую сверху подаётся подлежащее переработке твёрдое топливо. В нижней части располагается колосниковая решётка, под которую подаётся воздушное, паровоздушное или парокислородное дутьё. l При горении нижнего слоя топлива, находящегося непосредственно на колосниковой решётке (кислородная зона), образуется диоксид углерода СО 2 и, в меньшем количестве, оксид углерода СО. l Над кислородной зоной, т. е. непосредственно над зоной горения, находится слой раскалённого топлива (углерода) – так называемая восстановительная зона, где происходит восстановление диоксида углерода на поверхности раскалённого углерода согласно реакции СО 2 + С = 2 СО. l

Генераторный газ При использовании паровоздушного или парокислородного дутья также происходит восстановление водяного пара с образованием водорода по реакции Н 2 О + С = Н 2 + СО. l Помимо восстановительных реакций в газогенераторе протекают и процессы термического разложения топлива с образованием метана и других углеводородов. l l Образовавшаяся смесь горючих и негорючих газов (генераторный газ) удаляется, как правило, из верхней части газогенератора.

Схема газогенератора

Процесс газификации твёрдого топлива

Генераторный газ l В зависимости от вида топлива и характера подводимого дутья изменяется и состав генераторного газа, и его теплота сгорания от 4 до 16 МДж/м 3. l Усреднённый состав генераторного газа (%): СО - 26; Н 2 - 15; СН 4 - 0, 3; N 2 - 51; СО 2 - 7, 5 + пары воды Н 2 О, смолы, механические примеси l Генерация воздушного газа характерна для доменного процесса. Получаемый в этом процессе газ называется доменным и используется в качестве энергетического и технологического топлива металлургических комбинатов.

Газогенератор

Генераторный трактор – ГДР, 1949

Сжиженный газ l В последние десятилетия всё большее применение (например, в быту) находят сжиженные газы (как правило, смесь пропана и бутана), которые хранятся и транспортируются в жидком состоянии (отсюда и название) в баллонах или резервуарах под давлением порядка 1 МПа. l Над уровнем жидкости в баллоне находится смесь насыщенных паров этих компонентов, которая представляет собой высококалорийное жидкое топливо. По мере выхода смеси из баллона жидкая фаза испаряется и, таким образом, может быть использована практически до конца.

Механизм горения газа l l l Механизм горения газа протекает по-разному в зависимости от теплофизических свойств отдельных компонентов. Теплоустойчивые компоненты, к которым относятся, например СО, Н 2, сохраняют свою молекулярную структуру при высокотемпературном нагреве без доступа воздуха. Теплонеустойчивые компоненты, например, большинство предельных углеводородов метанового ряда, при нагревании без доступа воздуха разлагаются с образованием более лёгких соединений и атомов углерода. Температура начала термической диссоциации углеводородов уменьшается с увеличением их молекулярной массы. Например, термическое разложение метана СН 4 начинается при температуре 600÷ 800ºС, этана С 2 Н 6 – при 485˚С, пропана С 3 Н 8 – при 400˚С. Еcли количеcтва окиcлителя недоcтаточно для полного окиcления газа (α < 1) или смесеобразование организовано плохо, то часть молекул газа, не имея контакта c молекулами окислителя, в зоне высоких температур подвергается термическому разложению с образованием более лёгких соединений и атомов углерода.

Пиролиз метана Пиролиз природных газов, содержащих некоторое количество тяжёлых фракций, начинается уже при температурах 300÷ 400˚С и протекает по сложной цепной схеме преобразований. l Схему термического разложения метана можно представить в следующем виде: l СН 4 → СН 2 + Н 2 СН 2 + СН 4 → С 2 Н 6 → С 2 Н 4 + Н 2 С 2 Н 4 → С 2 Н 2 + Н 2 С 2 Н 2 → 2 С + Н 2 ---------------2 СН 4 → 2 С + 4 Н 2

Сжигание газа l Выделяющиеся в результате пиролиза атомы углерода имеют четыре свободные связи, отдельно не существуют и в зонах недостатка кислорода соединяются между собой, образуя твёрдые кристаллы графита – мельчайшие частицы сажи размером 0, 3÷ 0, 4 мкм. l В зоне активного горения они раскаляются, образуя ярко светящийся факел. Температура воспламенения газа несколько ниже температуры термического разложения углеводородов. Поэтому при хорошем смесеобразовании, когда все молекулы горючего вступают в контакт с необходимым для полного горения количеством молекул окислителя, образуется сравнительно небольшое количество углеродных частиц, которые, попадая в зону с достаточным содержанием кислорода, быстро сгорают. l Поэтому длина светящейся части факела незначительна. l

Сжигание газа При ухудшенном процессе смешения горение твёрдых частиц сажи протекает медленно, затягивается. Факел получается длинным, растянутым. Некоторое количество сажи неизбежно попадает в зоны с недостатком кислорода и не сгорает, что приводит к потерям теплоты с механическим недожогом. l Кроме того, на поверхностях нагрева образуется жирный налёт сажи, снижающий интенсивность теплообмена. l Результирующие реакции горения метана, водорода и оксида углерода не отражают фактического хода процесса горения. l В действительности механизм горения газа более сложен и характеризуется наличием ряда промежуточных химических преобразований, которые в целом представляют собой разветвлённые цепные реакции. l

Температура самовоспламенения В топку можно либо подавать заранее подготовленную газовоздушную смесь (кинетическое горение), либо газ и воздух подаются раздельно (диффузионное горение). l Заранее подготовленная смесь чрезвычайно взрывоопасна. Она может взорваться от электрической искры, при проскоке пламени через горелку из топки и просто при нагреве до так называемой температуры самовоспламенения. tсв (°С): H 2=530, CO=610, CH 4=650, C 2 H 6=510 l Температура самовоспламенения — наименьшая температура горючего вещества, при нагреве до которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических объёмных реакций, приводящее к возникновению пламенного горения и/или взрыва. l Эта температура требуется для достижения энергии активации реакции горения. l

Концентрационные пределы Не всякую смесь можно поджечь даже от постороннего источника. l Различают нижний (α>1, бедная смесь) и верхний (α<1, богатая смесь) концентрационные пределы (границы) зажигания. Вне этих пределов смесь невозможно зажечь, т. е. она пожаро- и взрывобезопасна. l Н 2 - 4 % и 74, 2 %, CО - 12, 5 % и 74, 2 %, CН 4 - 5 % и 15 %, природный газ - 4 % и 14 %. Обогащение воздуха кислородом расширяет концентрационные пределы. l Учитывая взрывоопасность готовой смеси, в промышленных установках газ и воздух либо подаются раздельно (диффузионное горение), либо газ смешивается с частью воздуха (первичный воздух). l

Диффузионное горение l l Сжигание при раздельной подаче топлива и окислителя (диффузионное горение) широко применяется по двум причинам: взрывобезопасность, иногда нужно сознательно замедлить сжигание, т. е. «растянуть факел» , увеличить светимость факела за счёт сажистых частиц, выделяющихся при диффузионном сжигании.

Горелки l Факельное сжигание топлива осуществляется с помощью устройств, называемых горелками. Горелки предназначены для: подачи в топочную камеру необходимых для достижения заданной производительности агрегата количеств топлива и окислителя, l создания благоприятных условий их перемешивания (смешения) до начала горения или в самом процессе горения, l воспламенения горючей смеси, l стабилизации факела. l Это достигается различными конструктивными приёмами

Классификация горелок l В зависимости от способа подачи в топочную камеру газа и окислителя (воздуха) и условий образования горючей смеси различают три основных принципа организации процесса горения и соответствующие им виды горелок: Диффузионная горелка αгор= 0 l Горелка с полным предварительным смешением αгор= 1 l Горелка с частичным предварительным смешением αгор< 1 l

Диффузионная горелка l Принцип внешнего смешения, когда газ и воздух подаются в зону горения раздельно (в виде отдельных струй или потоков), а смешение их происходит непосредственно за срезом горелки в пределах самого пламени за счёт эжектирующего действия струи или турбулентномолекулярной диффузии - диффузионное горение – диффузионная горелка αгор=0

Горелка с полным предварительным смешением l Принцип полного внутреннего смешения, когда газ со всем эжектируемым или принудительно подаваемым воздухом, необходимым для горения, смешивается непосредственно в пределах горелки, при этом в зону горения поступает однородная газовоздушная смесь – кинетическое горение – горелка с полным предварительным смешением αгор=1

Горелка с частичным предварительным смешением l Принцип частичного внутреннего смешения, когда газ смешивается в пределах горелки лишь с частью воздуха, необходимого для горения (первичный воздух), а остальная часть воздуха (вторичный воздух) подаётся в топку отдельным потоком, и окончательное смешение происходит уже в топочном объёме совместно с процессом горения – горелка с частичным предварительным смешением αгор<1

Принцип неполного предварительного смешения Наряду с этими тремя основными принципами возможен промежуточный, или смешанный принцип сжигания газа (принцип неполного предварительного смешения), когда предварительное смешение газа с воздухом находится на стадии неполного завершения (причём степень этой незавершённости может быть самой различной), т. е. в зону горения подаётся неоднородная газовоздушная смесь. l В зависимости от выбранного способа образования горючей смеси и соответствующей конструкции горелки процесс сжигания газа может сопровождаться образованием короткого или длинного и светящегося или несветящегося факела. l

Классификация горелок l l l l l Наряду с основополагающим принципом классификации горелок (принцип образования горючей смеси) существуют и другие подходы или классификационные признаки: вид сжигаемого топлива способ подачи воздуха характер истечения потоков форма устья горелки (геометрия) способ завихрения (крутки) способ регулирования крутки потоков давление газа скорость истечения степень автоматизации и прочие.

Классификация горелок l l По способу подачи воздуха горелки делятся на две группы: с принудительной подачей воздуха от вентилятора - дутьевые горелки, с подачей воздуха путём эжектирования его газовой струёй или за счёт разряжения в топке. Дутьевые горелки в свою очередь в зависимости от характера истекающих потоков подразделяются на прямоточные и вихревые. В прямоточных горелках структура факела зависит от формы устья горелки, которая может быть прямоугольной, щелевой и круглой. В вихревых горелках основополагающим является тип завихрителя (принцип организации крутки потоков), среди которых наибольшее распространены улиточный аппарат (У) и лопаточные завихрители: тангенциальный (Т) и аксиальный (осевой) (А).

Вихревые горелки l l l l l Регулирование крутки потоков может осуществляться следующими способами: изменением угла наклона лопаток, изменением сечения входного патрубка или живого сечения лопаточных завихрителей, перепуском части воздушного потока мимо завихрителей (байпас). Из характеристик закрученных струй наибольший практический интерес для топочной техники представляют следующие: распределение составляющих вектора скорости и распределение статических давлений по радиусу струи, падение максимальных скоростей по длине струи, размеры зоны обратных токов и объём газов рециркуляции, угол раскрытия и диаметр струи, увеличение массы струи, безразмерный параметр крутки n.

Способы интенсификация процесса смешения l l l увеличение скорости потоков, подача потоков под углом друг к другу, дробление смешивающихся потоков на отдельные струи, использование стабилизаторов в виде стенки, плохо обтекаемого тела или суживающегося сечения, применение так называемого “острого дутья”, т. е. ввод с большой скоростью дополнительных струй воздуха, турбулизирующих основной поток, закручивание потоков воздуха.

Стабилизация факела Каждая горелка в заданных пределах изменения производительности должна обеспечить устойчивое зажигание и стабилизацию фронта воспламенения. l Под стабилизацией факела подразумевается создание условий, обеспечивающих надёжное горение факела без погасаний, пульсаций или отрыва от горелки. l l Факел считается устойчивым, если при установившемся режиме подачи топлива он стабилизируется вблизи устья горелки и не меняет своего среднего положения в пространстве. l Устойчивость факела является результатом взаимодействия скорости распространения пламени и противодействующей ей скорости потока газовоздушной смеси, вытекающей из устья горелки.

Проскок и отрыв пламени Если скорость потока газовоздушной смеси превышает скорость распространения пламени, явление втягивания пламени в горелку, или так называемого проскока пламени, невозможно. l При этом, если скорость истечения газовоздушной смесь чрезмерно высока, смесь не успевает в достаточной степени прогреться за счёт рециркуляции продуктов сгорания к корню факела, и происходит отрыв факела (погасание пламени). l

Границы устойчивости пламени

Пределы устойчивого горения Как видно, устойчивое горение в широком диапазоне скоростей наблюдается лишь при малом количестве первичного воздуха в исходной горючей смеси. l В этом случае устойчивость горения обеспечивается хорошим источником воспламенения – диффузионным факелом, возникающим в камере при горении газа за счёт вторичного воздуха. l С увеличением αгор (доли первичного воздуха) пределы устойчивого горения сокращаются, т. к. влияние диффузионного фронта воспламенения нивелируется. l При αгор=1, т. е. когда диффузионное горение вообще отсутствует, горение смеси устойчиво лишь в очень узком диапазоне изменения скорости истечения газовоздушного потока. l

Вихревые горелки Для предотвращения отрыва пламени от горелки необходимо повысить температурный уровень в области воспламенения газовоздушной смеси, например, с помощью закручивания потоков, обеспечивающего подсос раскалённых продуктов сгорания к корню факела в приосевой зоне.

Зона внутренней рециркуляции дымовых газов (зона обратных токов)

Зона внутренней рециркуляции дымовых газов (зона обратных токов)

Профили осевой скорости незакрученных (а) слабо закрученных (б) и сильно закрученных (в) струй

Горелка с пониженным NOx

Спасибо за внимание! Don’t let me down!