ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Смесеобразование в процессах горения газообразного и жидкого топлива из "Парогазовые процессы и их применение в народном хозяйстве " При горении газообразных топлив и паров жидких топлив можно представить два предельных случая. [c.52] К первому предельному случаю относят горение заранее хорошо перемешанных горючих смесей. Поскольку диффузия в атом случае имеет второстепенное значение, скорость сгорания таких смесей определяется только скоростью химической реакции, вследствие чего первый предельный случай относят к кинетическому режиму горения. [c.52] В кинетическом режиме, как указывает В. Н. Кондратьев [70], концентрации активных центров в объеме /г и у поверхности тг практически равны п = щ эффективная константа скорости процесса К и константа скорости реакции К также равны, поэтому суммарная скорость реакции IV описывается зависимостью. [c.52] Ко второму предельному случаю относят горение неперемешанных систем, когда горючий газ и окислитель раздельно вводят в камеру сгорания параллельными или осесимметричными потоками и с одинаковыми линейными скоростями. В этом случае горение протекает одновременно с процессом смешения горючих газообразных компонентов с окислителем. Очевидно, суммарная скорость сгорания газообразного топлива в таких условиях будет определяться прежде всего скоростью встречи кислорода, входящего в окислитель, с горючими элементами, составляющими топливо, т. е. в конечном счете скоростью диффузии или скоростью смесеобразования. Естественно, что такой предельный случай относят к области диффузионного режима горения. [c.52] Однако, несмотря на сложный характер химического взаимодействия даже таких простых элементов, как водород и кислород, Я. Б. Зельдович [71] указывает, что химическая кинетика реакции горения создает неограниченные возможности интенсификации процессов горения. [c.53] например, при горении смесей окиси углерода с воздухом Я. Б. Зельдович [71] нашел, что тепловые напряжения зоны наибольших скоростей реакции достигали (5- 15)-Ю ккал м -ч, а при горении смеси 2СО О2 скорость реакции оказалась еще на порядок выше. [c.53] В связи с этим Я. В. Зельдович отмечает, что, поскольку скорости химических реакций горения очень велики, действительная скорость процессов горения лимитируется другими факторами действующими концентрациями реагентов и скоростью их смесеобразования. Но величины действующих концентраций газовых компонентов в процессах горения изменяются, за исключением особых случаев, в довольно узких пределах. [c.53] Следовательно, наиболее существенная роль в процессах горения газообразных топлив должна принадлежать процессам смешения газообразных топлив с окислителем. Скорость смесеобразования определяется количеством веществ, характером движения, степенью турбулентности, а также молярной и молекулярной диффузией реагирующих потоков и, наконец, формой и размерами устройств, в которых протекает смесеобразование. [c.53] Естественно, что наибольшей скорости и полноты сгорания, а следовательно, и наиболее эффективной работы топочного агрегата можно достигнуть при сжигании хорошо перемешанных заранее газовоздушных смесей. [c.53] Существенным внешним признаком горения хорошо перемешанных смесей, даже при недостатке кислорода, является почти полная бесцветность (прозрачность) пламени. [c.53] С другой стороны, горение неперемешанных или недостаточно перемешанных систем (диффузионных пламен) характеризуется определенным, своеобразным цветом пламени (белым для первого и голубым для второго случая), т. е. его светимостью. Цвет пламени зависит от состава смеси и от условий, в которых она сгорает (например, смесь горючего газа и воздуха горит белым пламенем, а смесь ацетилена и кислорода — голубым). [c.53] Несмотря на некоторое сходство механизмов горения углеводородов и водорода, реакции окисления и горения углеводородов имеют все же свои особенности. Строение молекул углеводородов более сложно, чем молекулы водорода, вследствие чего и число элементарных актов, и количество участвующих веществ, а потому и количество продуктов этих реакций у углеводородов неизмеримо больше, чем у водорода. Кроме того, скорости элементарных актов при горении углеводородов значительно ниже, чем при горении водорода. Помимо этого, при горении углеводородов наряду с процессами их окисления важное значение могут иметь процессы термического распада (крекинга). [c.53] Все это вместе взятое значительно усложняет механизм горения углеводородов. Механизм взаимодействия с кислородом воздуха в процессах горения жидких натуральных топлив, и в том числе природных газов, которые представляют собой смесь углеводородов, будет поэтому весьма сложным, особенно при горении неперемешанных систем. [c.53] Исследования поведения капель и горения паров жидкого топлива в воздушной среде и диффузионной области показали, что углеводороды в паровой фазе не все и не одновременно сгорают до получения продуктов полного окисления (СОз и Н2О) [13]. Осциллограмма изменения температуры при горении углеводородов (рис. 21 и 22) и киносъемка позволяют установить следующее. [c.53] При горении жидкого топлива наиболее интересен тот период, когда, несмотря на наличие пламени, понижается температура. Этому явлению может быть дано такое объяснение. [c.54] При испарении с поверхности капель жидкого топлива сначала выкипают более легкие, а затем более тяжелые углеводороды. Легкие углеводороды (а возможно, и радикалы типа СН, ПО или ОН) более реакционноспособны и поэтому сразу же вступают в реакцию с кислородом воздуха из окружающей среды. Тяжелые углеводороды более насыщены углеродом, менее реакционноспособны, труднее реагируют с кислородом, тем более в условиях диффузионного режима. По-видимому, они не сразу вступают в реакцию с кислородом, а предварительно распадаются на более легкие углеводороды или радикалы и свободный углерод. [c.54] Первые, химически более активные, перехватывают диффундирующий из окружающей среды кислород, а отделившийся в результате разложения тяжелых углеводородов свободный углерод в условиях понижения температур и недостаточно быстрого поступления кислорода из окружающей среды имеет возможность вступить в реакцию с ним лишь в самую последнюю очередь. Поскольку реакция разложения углеводородов эндотермич-на, доля тепла, поглощаемого этими углеводородами, становится не меньше количества тепла, выделяемого при сгорании других углеводородов. [c.54] Это обстоятельство и является причиной торможения и даже некоторого снижения температуры при горении паров углеводородов. [c.55] Если горящие пары жидкого топлива будут хорошо смешаны с кислородом воздуха, т. е. при свободном доступе кислорода ко всем горючим элементам, эффект разложения углеводородов как по времени взаимодействия, так и по уровню температуры, а следовательно, и по полноте реагирования с кислородом может принять иной характер. Типичным примером является слегка голубоватое прозрачное, почти бесцветное пламя паяльной лампы или примуса. [c.55] Поскольку горение жидкого топлива сводится к горению углеводородов в паровой фазе (это, конечно, не означает, что можно пренебрегать другими явлениями, характерными для жидкого топлива, как, например, испарением), есть основания провести определенную аналогию между горением паров жидкого топлива и горением газообразного топлива. [c.55] Вернуться к основной статье