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气体燃料的预混燃烧

添加时间:2017/7/27 17:10:08 浏览次数:574

       如果燃气与空气预先混合后再送入燃烧室燃烧, 这种燃烧称为气体燃料的预混燃烧, 此时在燃烧前已与燃气混合的空气量与该燃气燃烧的理论空气量之比, 称为一次空气系数, 常用α1,表示,其数值的大小反映了预混气体的混合状况。

       依据一次空气系数a1,的大小,预混气体燃烧又有两种情形。当0<α1<1,即预混气体中的空气量小于燃气燃烧所需的全部空气量时, 称为部分预温燃烧或半预混燃烧; 如果a1≥l. 即预混气体中的空气量大于或等于燃气燃烧所需的全部空气量时, 称为全预混燃烧。 部分预混燃烧火焰通常包括内焰和外焰a两部分。内焰为预混火焰,外焰为扩散火焰。当α1较小时,内焰的下部呈深蓝色,其顶部为黄色,而外焰则为暗红色。随着α1的增大,内焰的黄焰尖逐渐消失,其颜色逐渐变淡,高度缩短,外焰越来越不清晰。当α1大于1时,外焰定全消失,内焰高度有所增加。

       如果燃气与空气预先混合均匀,则预混气体的燃烧速率主要取决于着火和燃烧反应速率, 此时的火焰没有明显的轮廓, 故又称无焰燃烧。 与此对应, 半预混燃烧又称为半尤焰燃烧。

       在预混可燃混合气的燃烧过程中, 火焰在气流中以一定的速度向前传播, 传播速度的大小取决于预混气体的物理化学性质与气体的流动状况。

   1  层流预混火始传播与火焰结构

      将静止的预混可燃混合气用点火源 B (电火花或文n热物体) 点燃后, 火焰会向四周传播开来,形成按同心球面传播的火焰锋面,球体中心 9 就是火焰中心,。球形火焰面A上的微分单元dA=Ao的火焰传播速度方向为沿着球体半径方向, 称为微分单元面上的层流火焰传播速度 .假如球形火焰锋面传播的每一个半径方向均为假想的流管Z的对称轴-方向,流管断重上的平均火焰传播速度则可认为是层流火焰传播速度。在火焰面前面是未燃的預混可燃混合气(I ), 在其后面则是温度很高的燃烧反应产物(ll)。它们的分界面是一层薄薄的火焰面,在其中图5-3  静止可燃混合气中层流火焰的传播量行着强烈的燃烧化学反应, 同时发出光和热。它与部近层之间存在着很大的温度和浓度梯度 。这层火焰面称为火焰前锋 (前沿) 或火焰波, 其厚度 3通常在1mm以下。

    2.火焰的稳定性

       当可燃混合气喷出速度Wga1变化时,火焰面可通过改变φ的大小来维持式(5-4)的成立, 以维持自身的稳定。

当 Wga1增大时, φ 也随之增大(θ減小)。但如果 0直到增大至接近90°而无法满足式(5-4) ,则火焰面无法继续保持稳定,火焰将被吹离喷口 。此时,火焰可能出现二种现象:

l)者火焰脱离喷口,悬举在喷l1上方,但不熄灭,这种现象称为离焰。

2) 发生高焰时, 火f病,虽不立即熄灭, 但此时火焰将吸入更多的二次空气, 使悬举的火焰中燃气浓度降低. 者可燃混合气流速_继续增大, 火焰则会出现吹熄现象 。

3) 若火焰脱离喷口并熄灭, 这种现象称为脱火。显然, 脱火主要是由于喷口出口气流速度过高而引起的, 故又常称为吹脱。

      相反,当ωga1減小时,φ也随之减小(θ增大)。但如果φ直到减小至接近 0也无法满足式(5-4),则火表日面也无法继续保持穂.定。此时,火焰将缩入燃烧器喷口内,在喷口内燃烧, 这种现象称为回火 。

      在燃烧技本中, 如何保证燃气或可燃混合气在引燃后能够持续燃烧而不再熄灭, 是一个十分重要的问题, 即要求喷口上方的火焰能够稳定在某个位置上, 使燃烧过程稳定地继续下去。 如果燃烧条件 (如燃气流量、 一次空气量等) 发生变化或者燃烧过程受到外界因素干扰,则将影响燃烧工况,往往可能造成火焰不稳定,出现高文日、吹熄、脱火、回火等现象。

      燃烧器在工作时,不允许发生离焰、吹熄、脱火或回火同题。吹熄和脱火将造成燃气在燃烧室及其周围环境中的累积, 一旦再遇到明火便会使大量燃气迅速着火, 从而造成大规模爆燃, 同时燃气也会对人员造成毒害作用 。 回火则可能烧毁燃烧器, 甚至引起燃烧器或储气罐发生爆炸, 也可能导致火焰熄灭, 从而造成严重后果。