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本文部分內容來自互聯網,不為其真實性及所產生的后果負責,如有異議請聯系我們及時刪除。本文部分內容來自互聯網,不為其真實性及所產生的后果負責,如有異議請聯系我們及時刪除。燃氣燃燒方法——部分預混式燃燒燃氣燃燒時,一次空氣過剩系數a‘在0?1之間,預先混入了一部分燃燒所需空氣,這種燃燒方法稱為部分預混式燃燒或大氣式燃燒。一、部分預混層流火焰產生部分預混層流火焰的典型裝置就是本生燈。如圖3—4—6,燃氣從本生燈下部小口噴出,井引射入一次空氣,在管內預先混合,預混后的氣體自燈口噴出燃燒,產生圓錐形的火焰,周圍大氣亦供給部分空氣,稱為二次空氣,通過擴散與一次空氣未燃盡的燃氣混合燃燒。這樣,在正常燃燒時形成兩個穩定的火焰面:內火焰面,即由燃氣與一次空氣預混合后燃燒而產生。為圓錐形,呈藍綠色,強而有力,溫度亦商,為部分預混火焰,也稱為藍色錐體;外火焰面,是二次空氣與一次空氣未燃盡的燃氣進行的擴散混合燃燒,其形狀也近似圓錐形,呈黃色,軟弱無力,溫度較低,這是擴散火焰。藍色的預混火焰錐體出現是有條件的。若燃氣/空氣混合物的濃度大于著火濃度上限,火焰就不可能向中心傳播,藍色錐體就不會出第1頁現,而成為擴散式燃燒。若混合物中燃氣的濃度低于著火濃度下限,則該混合氣根本不可能燃燒。氫氣燃燒火焰出現藍色錐體的一次空氣系數范圍相當大,而甲烷和其它碳氫化合物的燃燒火焰出現藍色錐體的一次空氣系數范圍則相當窄。藍色錐體的實際形狀,如圖3—5—5,可用管道中氣流速度的分布和火焰傳播速度的變化來解釋。層流時,沿管道截面上氣體的流速按拋物線分布,噴口中心氣流速度最大,至管壁處降為零。靜止的藍色錐體焰面說明了錐面上各點的正常火焰傳播速度sn(其方向指向錐體內部)與該點氣流的法向分速度vn相平衡,也即對于預混火焰錐面上的每一點都存在以下關系式,通常稱為米赫爾松余弦定律:sn二vn二vcos?(5—5)式中2――預混氣流方向與焰面上該點法線方向之間的夾角。余弦定律表明了層流火焰傳播速度與迎面來的氣流速度在火焰穩定情況下的平衡關系,火焰雖有向內傳播的趨勢,但仍能穩定在該第2頁點。另一方面,藍色錐體焰面上各點,還有一個氣流切向分速度,使該處的質點要向上移動。因此、在焰面上必須不斷進行下面質點對上面質點的點火,也就是說,需要一個底部點火源。為了說明什么是最下部的點火源,需要分析一下根部的情況。在火焰根部,靠近壁面處氣流速度逐漸減小,至管壁處降至零,但火焰并不會傳到燃燒器里去,因為該處的火焰傳報速度因管壁散熱也減小了。在圖3—5—5中的點1處,火焰傳播速度小于氣流速度,即snn>v。這樣,在點1和點2之間,勢必存在一個sn=v的點3,在點3上,焰面的法線方向和預混氣流方向一致;即夾角2=0。這就是說,在燃燒器出口的周邊上,存在一個穩定的水平焰面,它就是燃燒器底部預混氣流的點火源,稱之為“點火環”。藍色錐體的高度,也與火焰傳播速度和可燃混合氣流速度有關。如圖3—5—6,設錐體高度為h,噴管出口半徑為r,在錐休表面取一微元面,它在高度上的投影為dh,在徑向上的投影為dr。第3頁二、部分預混層流火焰的穩定如前所述,火焰穩定的必要條件就是火焰傳播速度sn與新鮮可燃混合氣的流速。的相對平衡。對于預混層流火焰,為了維持火焰穩定,火焰錐面上各點的sn和v必須滿足“余弦定律”,而火焰錐根部必須具備有“點火環”作為一固定點火源。然而,點火環存在是有條件的,只有燃燒器在一定范圍內工作時才能產生。如果燃燒強度不斷加大,由于v=sn的點更加靠近管口,點火環就逐漸變窄。最后點火環消失,火焰脫離燃燒器出口,在一定距離以外燃燒,發生離焰。若氣流速度再度增大,火焰就被吹熄了,稱為脫火。如果進入燃燒器的燃氣流量不斷減少,即氣流速度不斷減小,藍色錐體越來越低,最后由于氣流速度小于火焰傳播速度,火焰將縮進燃燒器,出現回火。脫火和回火現象都是不允許的,因為它們都會引起不完全燃燒,產生一氧化碳等有毒氣體。對爐膛來說,脫火和回火引起熄火后,形成爆炸性氣體,容易發生事故。因此,研究火焰的穩定性,對防止脫火和回火具有十分重要的意義。第4頁對于某一定組成的燃氣/空氣混合物,在燃燒時必定存在一個火焰穩定的速度上限,氣流速度達到此上限值便產生脫火現象,該上限稱為脫火速度極限;另一方面,燃氣/空氣混合物還存在一個火焰穩定的速度下限,氣流速度低于下限值便產生回火現象,該下限稱為同火速度極限。只有當燃氣/空氣混合物的速度在脫火極限和回火極限之間時,火焰才能穩定。在圖3—5—7是按試驗資料繪出的天然氣/空氣混合物燃燒時的穩定范圍。從圖中可以看出混合物的組成對脫火和回火極限影響很大。隨著一次空氣系數的增加,混合物的脫火極限逐漸減小。這是因為燃氣濃度高時,點火環處有較多的燃氣向外擴散,與大氣中擴散而來的二次空氣混合而燃燒,能形成一個較有力的點火環。反之,若混合物中空氣較多,從火孔出來的燃氣較少,二次空氣將進一步稀釋混合物,使點火環的能力削弱,所以脫火速度也下降。燃燒器出口直徑越大,氣流向周圍的相對散熱越少,火焰傳播速度就越大,脫火極限就越高。回火極限隨混合物組成變化的情況與火焰傳播速度曲線相象。在其它條件相同時,火焰傳播速度越大,回火極限速度也越大。燃燒器出口直徑較小時,管壁相對散熱作用增大,回火可能性減小。為了防止回火,最好采用小直徑的火孔。當火孔直徑小于極限孔徑時,便不第5頁會發生回火現象。圖3—5—7還繪出了光焰區。當一次空氣系數較小時,由于碳氫化合物的熱分解,形成碳粒和煤煙,會引起不完全燃燒和污染。所以,部分預混式燃燒的一次空氣系數不宜太小。回火時的周邊速度梯度可由下式確定:(dv/dr)rTR=(ds/dr)
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