Факельное горение газов

Рассмотрим факел простейшей горелки-трубки, выдающей в готовую к горению смесь в реакционное пространство при ламинарном режиме истечения.

На рисунке покажем длину факела для 5 скоростей от W_min до W_max

Рис. 10. Кинетический факел

Значение W₁=W_min – это минимальная скорость истечения смеси, при которой возможно существование факела. При W< W_min = u_n пламя проскакивает внутрь горелки и распространяется навстречу смеси. Проскок вызывает горение в подводящем трубопроводе и может стать причиной взрыва.

Факел при W_min имеет минимальную длину и является чисто ламинарным. При увеличении скорости истечения размеры факела увеличиваются, при W₃ – длина максимальна. Внешняя граница ламинарного факела определяется углом раскрытия струи. Зона горения имеет очень малые размеры и воспринимается как поверхность конуса горения.

Горение турбулизирует факел. Турбулизация проявляется в первую очередь на кончике факела. Происходит превращение ламинарного конуса в турбулентную зону горения. При W₅=W_max ещё сохраняется остаток ламинарного конуса горения, который играет роль поджигающего пояса, обеспечивающего непрерывное воспламенение вновь поступающей смеси.

При скорости истечения W > W_max поджигающий поясок разрушается турбулентными пульсациями, пламя отрывается от горелки, горение становится неустойчивым или совсем прекращается.

Кинетический турбулентный факел имеет следующую структуру:

Рис. 11. Кинетический факел

1 – горелка, выдающая смесь; 2 – зона холодной смеси; 3 – турбулентная зона горения; 4 – зона догорания; 5 – зона продуктов горения.

Границы между зонами не имеют чётких очертаний, размыты и пульсируют.

Диффузионное горение происходит при раздельном поступлении горючего и окислителя в зону горения и при движении компонентов горючей системы под действием энергии избыточного давления газа. В этом случае процессы смесеобразования определяю характеристики факела.

Структура атмосферного факела, образующегося при утечке газа в неограниченное воздушное пространство, имеет вид

L_Ф

6 7

1 d₀

Рис. 12. Схема диффузионного факела

1 – техногенное устройство с горючим газом, обладающим избыточным давлением; 2 – зона факела, заполненная горючим газом; 3 – зона образования газовоздушной смеси; 4 – зона горения; 5 – зона догорания; 6 – зона продуктов горения; 7 – внешняя граница факела.

При горении углеводородных газов длину дифффузионного факела можно определить по следующему выражению

,

где d₀ – диаметр отверстия, через которое происходит утечка газа; w₀ – скорость истечения газа; g – ускорение свободного падения тел.

Разрушение магистральных трубопроводов природного газа при возникновении горения сопровождается образованием факелов длиной в несколько сотен метров.

Дата добавления: 2014-01-07