ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

БЕСПЛАМЕННОЕ ГОРЕНИЕ ГАЗОВ

В поисках способов интенсификации сжигания газов было также предложено так называемое б ес п л а м е н н о е горение, позволившее сжигать газовую смесь с большими тепловыми напряжениями объема камеры (порядка десятков мегаватт на метр кубический).

Беспламенное горение характеризуется тем, что горение готовой горючей смеси происходит в непосредственной близости с раскаленными керамическими поверхностями. Поэтому этот вид горения получил так­же название поверхностного.

У многих, занимающихся изучением этого вопроса, сложилось мне­ние, что причиной высоких тепловых напряжений при поверхностном горении является каталитическое воздействие керамических стенок го­релки на скорость реакции.

Исследования, проведенные МЭИ по интенсификации сжигания газов, не подтвердили катали^ческого воздействия керамических поверх­ностей на процесс горения и одновременно позволили объяснить сущ­ность беспламенного горения, заключающуюся в организации развитого зажигания газовой смеси в этих горелках.

Рис. 9-12. Пори­стая диафрагма.

Рассмотрим типичные горелки и способы осуществления беспламен­ного горения с указанной точки зрения. Наиболее простой является пористая керамическая диафрагма (рис. 9-12). Газовоздушная смесь, подаваемая по трубе 1 в камеру 2 сгорает в пределах тонкого поверх­ностного слоя огнеупорной керамической диафрагмы 3. Это явление может быть объяснено следующим образом. В пористой керамической диафрагме газовый поток разбивается на множество мелких струек, которые при зажигании дают такое же количество микрофакелов. Оча­гами зажигания являются застойные зоны продуктов сгорания высокой температуры, условия образования которых вследствие пористости ди­афрагмы ©собенно благоприятны.

Из беспламенных наибольшее распространение получила туннель­ная горелка (рис. 9-13). В ней газовоздушная смесь по каналу 1 пода­ется в туннель 2 диаметром ~60—80 мм, где и сгорает с тепловым на­пряжением порядка 30^55 МВт/м3. Туннель горелки обычно выпол - 172

Етяется в виде цилиндра из керамического огнеупорного материала. Газо­подводящий канал 1 у входа в туннель сужается для создания такой скорости газовоздушной смеси, при которой исключается возможность обратного проскока пламени. Этот канал часто выполняется в виде инжектора, причем подаваемый в него под давлением газ инжектирует воздух, создавая газовоздушную смесь.

Сжигание газа в туннельных горелках с большими тепловыми на­пряжениями объясняется следующим образом. Вытекающая из канала

I Газовоздушная смесь увлекает газ из окружающего струю простран­ства abc, в результате чего в этих местах создается зона разрежения, которая вызывает приток продуктов сгорания высокой температуры из зоны горения к устью канала. В про­странстве abc между расширяю­щейся струей и стенками начально­го участка туннеля создаются вих­ревые зоны продуктов сгорания высокой температуры, из них продукты сгорания расходуются, увлекаемые струей, и при одновременном прито­ке горячих газов. Увлеченные в струю продукты сгорания нагревают газовоздушную смесь и тем самым подготавливают ее к воспламенению. Кроме того, на стенках туннеля, на участке cd, благодаря шероховато­стям керамики образуется застойная пленка продуктов сгорания, кото­рая также способствует лучшему зажиганию смеси. Таким образом, эффект беспламенного горения в туннельной горелке объясняется раз­витым зажиганием смеси за счет застойных вихревых зон высокона­гретых продуктов сгорания, которые переносят тепло из зоны горения в свежую смесь, вытекающую из горелки, и за счет застойной пленки продуктов сгорания у стенок туннеля.

Из такого объяснения беспламенного горения в туннельной горелке следует, что если уничтожить вихревые зоны и шероховатость стенок, то этим будет исключена возможность получения беспламенного го­рения.

Для проверки этих теоретических предположений были поставлены опыты по за­жиганию газов в туннельной горелке. Горючая смесь подавалась в кварцевую трубку ^р, ис. 9-14) через подводящий канал и конический раструб, обеспечивающий истечение струи без отрыва от стенок. Такое выполнение горелки дало возможность исклю­чить участки застойных 'вихревых зон, а влияние застойной пленки продуктов сгорания у стенок горелки уменьшить до минимума. В этой горелке не удалось получить бес­пламенного горения: при малых скоростях газовой смеси имело место факельное горе­ние у выходного сечения туннеля. При увеличении скорости свыше 1,25—1,4 м/с факел открывался и погасал. При удалении раструба благодаря восстановлению вихревых зон горячих продуктов сгорания в туннеле в горелке осуществлялось сжигание газа с такими же высокими тепловыми напряжениями, как и в туннельных керамических горелках.

Следовательно, опытами установлено, что уничтожение вихревых зон и сведение к минимуму влияния застойной пленки предуктов сгорания у стенок исключает возмож­ность получения беспламенного горения в туннельной горелке.

Таким образом, объяснение физической сущности беспламенного горения в тун­нельных горелках соответствует действительности.

Получение высоких тепловых напряжений в беспламенных керами­ческих горелках не означает, что в этих горелках газ сжигается с высо­кой интенсивностью. Опыт показывает, что в этих горелках горение возможно при сравнительно малых скоростях.