При вынужденном зажигании смеси возникает пламя, к.распространяется с опр-й ск-тью, захватывая всё новые объёмы смеси горючего с окислителем. Пламенем называется зона, в к.протекает р-ия горения. Пламя, возникающее в объёме или потоке ГВС, отделяет еще не сгоревшую смесь от продуктов сгорания. Эта граница называется фронтом пламени.
Если эту смесь поджечь со стороны открытого конца трубки, узкий слой смеси воспламенится, сгорит и за счёт выделившейся теплоты t-ра его повышается, т.о.возникает фронт пламени и начинается процесс передачи теплоты теплопроводностью от горячих слоев пламени хол.смеси. Равномерное движ-е пламени у открытого конца трубки пр-ти при почти свободном расширения продуктов горения и следовательно при пост.давл-ии. Линейную ск-ть движ-я пламени вдоль трубки называют ск-тью равномерного распространения пламени. Эта ск-ть явл-ся хар-кой газа(для каждого газа ск-ть своя). Распространени пламени, объясняемое процессом молекулярной т.проводности называется нормальным распространением пламени. Оно хар-ся нормальной ск-тью распространения пламени. Такой ск-тью называют ск-ть движ-я фронта пламени в напр-ии, нормальном к его пов-ти.
Распространение пламени в ламинарном потоке
Условие стабильного процесса горения в потоке- это фронт пламени должен быть остановлен в пространстве. Достигается такая ситуация с пом.ГГУ, т.е.горелок. При воспламенении смеси возникает фронт пламени, распространяется на встречу потоку ГВС. Стабилизация наблюдается в той области, где ск-ть потока= ск-ти распрост.пламени.
Пусть ГВС движется в трубке в равномерным полем ск-тей. Ск-ть потока при этом= ск-ти распрост.пламени. Возникает поперечный фронт пламени, распроложенный перпендикулярно к оси потока. В рез-те устанавливается стац.процесс горения. Следов-но, усл-е стабилизации горения- это прямая компенсации ск-ти распрост.пламени ск-тью набегающего потока.
Vн=Q2(1+альфа1*Vo)/(пи*R*корень из(h^2+R^2))
Основным допущением при выводе этой ф-лы, что внутр.конус пламени геом правильный конус. А в действительности:
1)у основания факела фронт пламени расходится шире отверстия горелки(=> Ргвс>Ратм);
2)у вершины фронт пламени имеет плавное гакругление;
3)нрмальная ск-ть распространения пламени не одинаково во всех точках внутр.конуса. У вершины она max, у корня пламени она min.
Следов-но этим соотношением в действительности будет определена ср.ск-ть распрост.пламени, эта точность для практики вполне удовлетворительна. Осн.факторы, влияющие на вел-ну пламени: состав смеси, давл-е смеси и t-ра смеси. Из рез-тов опытных исследований различ.ГВС известно, что:
1)имеют место граничные ск-ти распрост.пламени, различные для верхней и нижней границ воспламенения и для различ.ГВС;
2)max-ум ск-тей ГВС приводит к увеличению ск-ти фронта пламени, но протекающие р-ии в пламени не опр-ся t-рой предварит.подогрева, а зависят от условий в зоне воспламенения, в к.и опр-ся, явл-ся явлениями т.проводности и диффузии.
Распределение пламени в турб.потоке
Осн.недостаток горенлок, работающих при ламинарном движ-ии ГВС- малая мощность. Для современных теплогенераторов характерно осуществление сжигания газа в турб.потоке, к.обеспечивает значит.большую мощность, и бОльшие пределы её регул-я. При турб.потоке ГВС фронт пламени имеет различные контуры, значит.толщину пламени, пламя не устойчиво и легко отрывается от горелки. Процесс распрост.пламени опр-ся турб.хар-ми потока, турб-ми т.проводностью и диффузией. Отличие турб.распрост.пламени от нормального распространения пламени в ламинарном потоке, турб.ск-ть Vт зависит от ск-ти потока.
((Далее рисунок пламени))
Толщина турб.факела горения опр-ся хар-ми пламени и св-ми ГВС. Толщина зоны догорания Lд опр-ся кинетическими св-ми ГВС и ск-тью потока.
Обычно турб.факелы имеют большие длины, что явл-ся неудобным при использовании их в топках с ограниченным пространством. Сократить размеры факела можно только путём воздействия на длину хол.ядра факела. Это достигается уменьшением d выходного отверстия горелки, повышением турб.ск-ти распространения пламени Vт, увеличения периметра зажигания.
Стабилизаторы пламени
1) Тунельный стабилизатор. Для стабил.пламени инжекционных и др.горелок применябт туннельные стабилизаторы. Такие туннели изготавливают с внезапным расширением потока, в к.происходит вопламенение и горение ГВС. Стабилизирующее действие такого туннеля основано на периферийной рецеркуляции части раскалённых продуктов сгорания, возникающих за счёт создаваемого струёй разряжения. Это приводит к непрерывному т.м.обмену между раскалёнными газами и втекающей в туннель хол.горючей смеси и её зажиганию на периферии.
2) Конические стабилизаторы. Для стабилизации пламени горелок, выдающих закрученную ГВС применяют конические стабилизаторы. Стабилизир.действие при закрученном потоке вызывает тем, что на периферии возникает бОльшее Р, чем в центральной части, это приводит к приосевой рецеркуляции части раскалённых продуктов сгорания и поджиганию втекающей в туннель хол.ГВС. Недостаток: при слишком больших ск-тях раскаляется горелка. Ск-ть потока и размеры стабилизатора выбираются экспериментально.
3) кольцевые стабилизаторы. В инжекционных одно- и многофакельных горелках широко используют стабилизаторы горения, образующее вспомогат.кольцевое пламя. Такой стабилизатор выполныется в виде спец.огневого насадка горелки, в к.около 10% ГВС ответвляется через боковые отверстия в кольцевую полость, сечение к.значит.больше суммарной пл-ди боковых отверстий. Стабилизирующее действие этого устройства основано на предотвращении разбавления осн.потока в корне факела избыточным воздухом, сужающим пределы его устойчивости, а также на подогреве и поджигании кольцевым пламенем осн.потока на всей его периферии.
4) Пластинчатые стабилизаторы. Это сетка, сделанная из …. Назначение: разбить один большой факел на много маленьких факелов. Достигается предотвращение плоского пламени. Препятствует отрыву и проскоку пламени. Стаблизация пламени от отрыва закл-ся в наличие большого кол-ва рецеркул.зон. Стабилизации проскока способствуют узкие цели между пластинами, меньше критических размеров. Такие стабилизаторы применяют и на инжекционных горелках, работающих на СрД и НД. Такие горелки устанавливают на секционных котлах. Недостаток: термические деформации неработающей горелки при раскалённой топке, к.могут привести к изменению расст-я между пластинами. Поэтому в таких горелках ни в коем случае нельзя выключать воздух.
Классификация ГГУ
Система горелок в сочетании с топочной камерой называется топкой. Котельная категории имеет резервный вид топлива.
Газомазутные горелочные устройства должны обеспечивать оптим.усл-я для правильного смешивания топлива с воздухом, горения смесии передачи теплоты к тепловоспринимающей пов-ти. К ним предъявляются след.требования:
1)длина горящего факела не должна превышать знач-я, определяемого размерами топочной камеры;
2)знач-я к-та избытка воздуха должны выбираться такими, чтобы обеспечивалась min потеря теплоты то хим.неполноты сгорания;
3)соед-е токсичных и коррозийно-активных соед-й в топочных газах не превышало доп.знач-й;
4)t-ные и ск-ные поля в различных сечениях топки должны быть max выравнены с тем, чтобы не было локальных мест перегрева экранных пов-тей нагрева.
ГГУ различаются по способу смещивания сжигаемого газа с воздухом. Сущ-ют след.осн.группы горелок: по способу подачи воздуха и к-ту избытка первичного воздуха альфа1 различают горелки:
1)диффузионные с альфа1=0;
2)инжекционные с альфа1>1 и альфа1<1;
3)принудительной подачей воздуха(дутьевые горелки).
К первой группе относятся горелки, газ и воздух к.предварит.не смешивается и подаётся в топку раздельными потоками. Достоинства: малогабаритностьи простота, удобство и безопастность в эксплуатации, высокачя устойчивость пламени, высокая ст-нь черноты пламени и широкий диапазон регул-я тепл.мощности. Недостатки: повышенный к-т избытка воздуха, плохие усл-я догорания газа и выделение продуктов неполного сгорания.
Ко 2-ой группе относятся горелки, к.обеспечивают посткпление в зону горения потока ГВС, содержащую весь необходимый для горения воздуха, когда альфа1>1, или частично в кач-ве первичного, когда альфа1<1, а подачаего осуществляется за счёт кинет.энергии струи газа, вытекающего из сопла.
В процессе смешивания газа с воздухом объединены, при этом обеспечивается хорошее смешивание, и горелки с альфа1>1 процесс сжигания происходит по кинет.принципу в коротком жестком факеле, в таких горелках автоматически поддерживается соотношение газа и воздуха в раб.диапазоне, т.е.альфа1 постоянно, независимо от давл-я газа. Такие горелки имеют низкую устойчивость пламени по отношению к проскокам и отрывам, поэтому пребуют применения стабилизаторов, как правило такие горелки работают на ср.давл-ии от 10-90кПа. В инжекционных горелках с альфа1<1 выбор знач-я альфа1 зависит от диапазона устойчивости работы(такие горелки работают на НД).
С высоким альфа1 пр-ит переход в область кинет.сжигания и низкой устойчивости пламени; при малых альфа1 пр-ит разложение, диссоциация углеводорода, сажа, что приводит к свечению пламени и хим.неполноте сгорания. Такая работа горелок нежелательна, т.к.из сопла горелки выходит ГВС с избытком гоорючего. Поэтому в топках, где устанавливают такие горелки, должно быть разряжение, чтобы можно было организовать подвод вторичного воздуха.
Горелки с принудительной подачей. Воздух, необх.для горения, подаётся вентилятором; процесс смешивания газа с воздухом зависит от конц-ии смесителя. Газ из сопла подаётся в закрученный поток возудуха и пр-ит смешивание. Горелки данного типа оснащены стабилизатором. В схеме обвязки горелок предусматриваются установка клапана блакировки, отключающего подачу газа при прекращении подачи воздуха.