3.10 Излучение факела пламени и карбюрация

Факелом пламени называют поток горящих газов, несущих продукты разложения: углеводороды, раскаленные частички сажи, угля и летучей золы. Эти вещества вызывают свечение пламени. Светло синий цвет вызван химическими реакциями. Желтый и красноватый цвета появляются в результате излучения очень мелких частиц углерода, образовавшихся в процессе горения углеводородов.

При отоплении нагревательных печей газами, факел которых обладает невысокой степенью черноты, может оказаться полезным применение карбюрации, т.е. насыщение газового факела пламени мельчайшими частицами сажистого углерода. Эти частицы углерода получаются при подаче в газовый поток жидких топлив (мазута, смолы). Нагреваясь перед сгоранием, пары мазута или смолы разлагаются, что сопровождается образованием значительного количества мельчайших сажистых частиц размерами от 0,01 мк до 0,1 мк.

Твердое углеродистое вещество наблюдается в факеле в двух формах:

- в виде тонких цепочек, образованных из легко различимых частиц малого диаметра в среднем 0,03-0,45 мк, доходщих иногда до 0,15 мк и более;

- в виде компактных скоплений значительно больших размеров.

Поглощательная (и излучательная) способность мельчайших частиц сажистого углерода для лучей различной длины оказывается весьма неодинаковой. Эти лучи сильно поглощают световые лучи с длиной волны 0,4-0,8 мк, а тепловые лучи, длина волны которых значительно больше при прохождении через пламя, содержащее громадное количество сажистого углерода, поглощаются гораздо слабее.

Таким образом, поглощение и излучение лучистой энергии светящимся пламенем зависит от многих факторов, количественный учет которых в большинстве случаев крайне затруднителен. Поэтому расчет теплового излучения светящегося пламени, в котором содержатся горящие частицы сажистого углерода, угольные пылинки и частицы летучей золы ненадежен и неточен.

По своей физической природе излучение светящегося пламени ближе к излучению твердого тела, чем к излучению газов. Однако использование закона Стефана-Больцмана для определения количества тепловой энергии, излучаемой факелом, связано с большими трудностями. Трудно учесть большое количество разнообразных факторов на степень черноты факела и правильно определить ее значение. Нелегко определить также эффективную температуру факела пламени, т.к. в объеме печи температурное поле неравномерно и там происходят сложные процессы тепло- и массообмена.

Различные исследователи предложили ряд приближенных эмпирических формул для определения количества тепловой энергии, излучаемой факелом. В качестве первого приближения предлагается рассматривать факел как абсолютно черное тело, а то обстоятельство, что это не совсем соответствует действительности можно учесть введением эмпирического коэффициента β, значение которого колеблется от 0,6 до 1,0. В этом случае количество лучистого тепла, передаваемого факелом стенкам печи, можно определить по формуле /31/:

, Вт, (187)

где ε_w – степень черноты стенок печи;

Т_f – абсолютная температура факела. К;

Т_w – абсолютная температура стенок, К;

F – площадь поверхности стенок, м².

Эта формула дает приближенное значение, т.к. учесть влияние всех факторов практически пока невозможно.