книги из ГПНТБ / Брюханов О.Н. Вопросы теплофизики при беспламенном сжигании газа

Проскоки пламени в данном случае возникают при увели­ чении тепловой нагрузки (расход газа). Эти обстоятельства не учитываются существующими в литературе теориями устойчи­ вости пламени и являются принципиально отличными от усло­ вий возникновения и развития проскока пламени в обычных горелках.

Интересно отметить, что при захождении пламени в каналы возникает шум. Горение становится вибрационным и по мере продвижения вглубь каналов интенсивность шума усиливается, что свидетельствует об увеличении амплитуды и частоты вибра­ ции пламени. Проскок пламени, очевидно, связан также с вибра­ ционным характером горения.

На рис. 3—20 нанесены полученные кривые изменения тем­ пературы в различных слоях плитки при работе горелки, засня­ тые в период времени от зажигания горелки до возникновения проскока. Для лучшего понимания явления проскока исследо­

Температура огневой поверхности плитки увеличивается сна­ чала свыше 1000°С, а затем несколько снижается. На глубине канала в 2,4 мм температура уже через 8 минут становится рав­ ной температуре поверхности насадки, а в дальнейшем превы­ шает ее..

В более глубинных слоях (5,7 мм) с течением времени темпе­ ратура также резко увеличивается. Температура тыльной сто­

Известно, что минимальная измесенная температура воспла­ менения метано-воздушной смеси составляет 560—600°С (приво­ дим наименьшие из известных в литературе значений). Следо­ вательно, воспламенение газовоздушной смеси в смесителе не могло произойти из-за поджигания ее раскаленной тыльной сто­ роной плитки, так как температура последней не превыси­ ла 400°С.

В данном случае имел место проскок пламени через отвер­ стия малого диаметра, возникший в результате интенсивного подогрева газовоздушной смеси при протекании через огневые каналы и соответствующего увеличения скорости распростране­ ния пламени. Следует подчеркнуть, что диаметр отверстия, рав­ ный 1,75 мм, который в обычных условиях считается значительно (меньше критического для природного газа, допускает в перфо­ рированных керамических огневых насадках 'беспламенных га­ зовых излучателей возможность проскока пламени.

92

§ 3—5. Уравнение пределов проскока пламени через перфорированные керамические огневые насадки

На рисунке 3—21 приведена кривая устойчивости ігорения по отношению к проскоку пламени при сжигании Саратовского природного газа в перфорированной керамической насадке с диаметром огневых каналов 1,75 мм.

Из рис. 3—21 видно, что проскок пламени смеси природного газа с воздухом через каналы в керамической плитке диаметром 1,75 мм возникает при увеличении тепловой нагрузки. При коэф­ фициенте избытка воздуха а = 1 , 0 5 проскок наступает при уве­ личении тепловой нагрузки в 1,75 раза по сравнению с номи­ нальной (за номинальную тепловую нагрузку принимаем 400 ккал/ч). Область проскока пламени через каналы плитки увеличивается с увеличением нагрузки.

93

%

Рис. 3—22. Зависимость температуры воспламене­ ния от процентного состава смеси при постоянном давлении

В областях бедных и богатых смесей пламя более устойчиво, чем при смесях, близких к стехиометрическим. Это объясняется тем, что при одном и том же расходе газа температура поверх­ ности насадки при сжигании бедных и богатых смесей имеет меньшее значение, чем при сжигании смеси стехиометрического состава. Соответственно, нагрев горючей смеси от насадки в об­ ласти бедных и богатых газовоздушных смесей будет меньше, чем при а = 1 , 0 5 . Сущность же возникновения явления лроакока пламени в газовых горелках инфракрасного излучения с пер­ форированной керамической насадкой, как показывают наблю­ дения, непосредственно 'сводится к постепенному прогреву плит­ ки, интенсивному прогреву газовоздушной смеси и достижения температуры воспламенения последней на поверхности насадки в устье огневых каналов. Зона горения, находясь в устье огне­

Температура плитки возрастает с увеличением расхода газа. Следовательно, если при а = 1 , 0 5 и определенном расходе газа теплопередача от пламени в плитку достаточна для возникно­ вения проскока пламени, то в области бедных и богатых горю­ чих смесей для установления даже идентичного теплового ба-

94

Коэффициент избытка воздуха а

Рис. 3—23. Пределы проскока пламени смеси сжиженного газа с воздухом через перфорированные керамические огневые насадки с диаметром отвер­ стий 1,5 мм (3,65) и 1,75 мм (3,64).

ланса необходимо соответственно увеличить тепловую нагрузку насадки.

Так как проскок пламени в горелках инфракрасного излу­ чения связан с разогревом насадки и достижением газовоздуш­

проскока пламени в ГИИ должны иметь тот же вид, что и кри­

смеси, заключенной в реакционный сосуд при постоянном давле­ нии, могут 'быть, в случаях аналогичных нашему, описаны урав­ нением для бимолекулярной реакции. Вид кривой показан на рис. 3—22 [49].

Для перфорированной керамической плитки с диаметром огневых каналов 1,55 мм, проскок пламени смеси природного газа с воздухом получить не удалось, даже при тепловой нагруз­ ке в 2,5 раза больше номинальной [20].

95

Данные о проскоке пламени смеси сжиженного газа с возду­ хом через каналы перфорированных керамических насадок с диаметром отверстий 1,75 и 1,55 мм приведены на рис. 3—23. Видно, что изменение пределов проскока через перфорирован­ ные керамические плитки на сжиженном газе аналогично изме­ нению пределов проскока пламени через плитку с отверстиями диаметром 1,75 мм смеси природного газа с воздухом.

Из сравнения опытных данных по пределам проскока через перфорированные керамические плитки с диаметром отверстий

1,75 мм. В последнем случае проскоки пламени смеси сжижен­

вые насадки с отверстиями 1,75 мм для работы на сжиженном газе непригодны.

to 1000

< 900

800

к; 700

600

«о 500

О

400 \

0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3

Коэффициент избытксс воздуха et

Рис. 3—24.« Пределы проскока пропановоздушного пламени ічерез перфорированную керамическую огневую насадку с диамет­ ром отверстий 1,5 мм

96

стия керамической плитки, а не за счет поджога от нагретой тыльной поверхности плитки.

Характер развития проскока пламени при визуальном на­ блюдении за плиткой аналогичен описанному ранее. Горение становится вибрационным. По мере продвижения пламени вглубь каналов интенсивность шума усиливается, что свиде­ тельствует об изменении амплитуды и частоты вибраций. Про­ скок пламени, очевидно, как и в горелках для природного и сжиженного газов, связан с вибрационным характером горе­ ния [71].

Исследования пределов устойчивости работы ГИИ на кок­ совом газе [21] показали, что условия возникновения и разви­ тия проскока пламени газов, содержащих водород, через отвер­ стия керамических плиток и температурные режимы аналогичны условиям возникновения и развития проскоков и температурным режимам для горелок ГИИ на природном и сжиженном газах.

Следует отметить, что при развитии проскока пламени газа с большим содержанием водорода в смеси с воздухом через ке­ рамические перфорированные огнеупорные плитки пламя про­ никает через их каналы значительно скорее, чем при смесях воз­ духа с природным и сжиженным газами.

Обработка опытных данных для кривых пределов проскока пламени позволяет предложить эмпирическое уравнение для

с разными диаметрами отверстий эти константы будут раз­ личны.

98

выіх насадок газовых горелок инфракрасного излучения позво­ ляют определить пределы проскока пламени для наиболее час­ тых случаев применения газовых горелок инфракрасного излу­ чения.

С теоретической точки зрения значительный интерес может

область проскоков снизу, получена при нагрузках незначительно превышающих номинальную, описание ее дано выше. Кривая, ограничивающая область проскоков сверху, напоминает типич­ ную кривую проскоков пламени через единичные огневые кана­ лы. Из рис. 3—27 видно, что максимум верхней кривой проскока пламени достигается при а = 1 , 0 и несколько смещен от а—1,05 в сторону стѳхиаметрической смеси по сравнению с минимумом области проскока.

Коэффициент избытка боздуха d

Рис. 3—26. Область проскока пропановоздушного пламени через перфориро­ ванную керамическую огневую насадку с диаметром отверстий 1,5 мм

Следовательно, можно сделать вывод, что горелки инфра­ красного излучения работают устойчиво и беспламенно лишь в небольшом определенном диапазоне изменения нагрузки и

увеличивается с повышением расхода газа, и проскок пламени может произойти при критических и еще меньших диаметрах отверстий.

,100

§ 3—6. Влияние температуры условий

окружающей среды на устойчивость горения

На устойчивость горения в беспламенных газовых инфра­ красных излучателях с перфорированными керамическими огне­ выми насадками оказывает влияние нагреваемое изделие, поме­

ния .Ест и поглощенного насадкой излучения £П огл, составляю­ щего часть падающего на нее излучения от нагреваемого до тем­

пературы V изделия Епогл—Ат • ЕП'У где Л т — к о э ф ф и ц и е н т , указывающий на долю поглощения энергии насадкой, падающей

от нагреваемого изделия.

дет поглощаться насадкой, тем больше прогревается насадка и устойчивость горения в отношении проскока пламени умень­ шится.

Устойчивость зоны горения можно характеризовать при по­

Впервом случае огневая поверхность горелки находится в холодном окружении и температура поверхности сравнительно низка вследствие большой отдачи тепла излучением. Сравни­ тельно небольшое количество тепла будет поступать вглубь на­ садки. В этом случае температура зажигания газовоздушной смеси будет достигаться над поверхностью насадки.

Вслучае горячего окружения температура огневой поверх­ ности плитки вследствие обратной радиации увеличивается и в

зависимости от величины обратной радиации, газовоздушная смесь может достигнуть температуры зажигания на поверхно­ сти насадки. Зона горения находится в устье каналов и имеет

101