Какие принципы организации сжигания газового топлива применяют при конструировании горелочных устройств? Что понимают под пределами устойчивости работы горелок?

В зависимости от способа подачи в топочную камеру газов и воздуха (окислителя) и условии их смешения различают следующие варианты организации процесса горения: с внешним (после горелки) смешением газа и воздуха, условно называемым диффузионным принципом горения; с полным предварительным (в горелке) смешением с образованием однородной смеси, условно называемым кинетическим принципом горения; с неполным предварительным смешением без образования однородной смеси и с частичным предварительным смешением с образованием однородной смеси, но с недостатком окислителя в начальной смеси; последние два случая организации процесса горения газа относятся к смешанному диффузионно-кинетическому принципу горения. В зависимости от относительного содержания так называемого первичного воздуха в начальной хорошо перемешанной газовоздушной смеси (отношение количества воздуха в смеси к теоретически необходимому для горения) можно осуществить сжигание по одной из указанных схем. Так, при α = 0 имеет место диффузионное, при α = 1 – кинетическое, а при α < 1 – смешанное диффузионное- кинетическое горение. Смешанное горение происходит и при α > 1, но при недостаточно эффективном перемешивании.

Содержание воздуха в исходной газовоздушной смеси оказывает существенное влияние на пределы устойчивости работы горелки. Нормальная ее работа характеризуется устойчивым факелом, стабилизировавшимся в определенном объеме и не изменяющим своего пространственного расположения. Неустойчивая работа горелки связана с возможными явлениями пульсационного затягивания (проскоком) пламени в горелку или, наоборот, с отрывом пламени.

На рисунке показаны примерные границы устойчивости пламени в зависимости от α и скорости газовоздушной смеси на выходе из горелки. Нижний предел устойчивого горения изменяется по кривой, напоминающей кривую изменения скорости горения в зависимости от концентрации газовоздушной смеси. Верхний предел устойчивого горения с увеличением α круто снижается. Таким образом, горение оказывается устойчивым в широком диапазоне скоростей лишь при малом количестве первичного воздуха в исходной горючей смеси. Устойчивость горения в этом случае связана с хорошим источником воспламенения – диффузионным факелом, возникающим в камере при горении газа за счет вторичного воздуха.