Структура и характеристика факелов

Факелом называют поток раскаленных газов и несгоревшего топлива, образующийся при сжигании газа и мазута. Строение факела характеризуется распределением в его объеме концентраций отдельных газов, температур и динамических напоров.

Особенность метода факельного сжигания — раздельная подача газа и воздуха в камеру горения. При этом процесс перемешивания идет медленно, путем молекулярной диффузии и занимает большую часть камеры горения (рабочего пространства печи).

Рис. 3.1. Схема газового факела.

Простейшая схема горения газа факельным способом при турбулентном характере течения смешивающихся потоков газа и воздуха представлена на рис. 3.1. В начальной части факела располагается ядро чистого газа и зона наиболее интенсивного горения 3, где отмечается наиболее высокое содержание продуктов сгорания. Внутри нее более «холодная» зона 5 с преобладающим содержанием газа, горящая зона 4 с избыточным содержанием воздуха, воздушная зона 2.

За счет турбулентных пуль­саций, возникающих, в частности, от неравномерного увеличения отдельных объемов газа из-за горения очагами, происходит нарушение границ отдельных зон горения. Это сопровождается также непре­рывными колебаниями давле­ния, в результате чего нару­шается форма факела и даже его сплошность. На форму факела и скорость выгорания газа оказывают влияние ограждающие поверхности камеры сгорания. В длинных и узких топочных камерах при установке горелок с торца возможно свободное развитие факела по длине. В короткой топочной камере факел ударяется в стену, искривляется, иногда даже происходит его разделение и перемешивание отдельных зон.

Конфигурация факела зависит и от гидродинамических условий в камере сгорания, а именно при высоких скоростях выхода газа и воздуха загорание происходит на некотором расстоянии от горелки и иногда наблюдается отрыв факела.

В зависимости от расположения, например при встречном размещении горелок, факел может быть сосредоточен в центре камеры с образованием вихрей в нижней ее части или V-образным при сводовых горелках и т. д.

Расстояние между осями горелок, угол их наклона, способ отвода продуктов сгорания из печи (сосредоточенный или рассредоточенный), место отвода (сверху, сбоку, снизу) — все это также сказывается на формирование факела. Значительное охлаждение факела в результате затягивания его в тоннель или корпус горелки, а также удар факела о холодные поверхности нагрева могут привести к затуханию и неполному сгоранию газа даже при достаточном количестве кислорода.

Для правильного выбора необходимых размеров камер сгорания надо знать границы и длину факела. Границей факела считают поверхность, за которой химический недожог составляет 1—2 %.