Kỹ thuật cháy - P4

CÁC NỘI DUNG CƠ BẢN Chương 1. Đại cương về buồng lửa Chương 2. Nhiên liệu và quá trình cháy nhiên liệu Chương 3. Kỹ thuật cháy nhiên liệu khí Chương 4. Kỹ thuật cháy dầu Chương 5. Kỹ thuật cháy tha

3.5. Đặc điểm cháy nhiên liệu khí Quá trình tạo thành hỗn hợp giữa khí đốt và không khí phụ thuộc rất nhiều vào kiểu vòi phun và kiểu buồng đốt. Thành phần và cấu trúc của hỗn hợp có ảnh hởng rất lớn đến quá trình cháy hỗn hợp đồng thể đã sinh ra. 3.5.1 Hỗn hợp là dòng chảy tầng Quá trình pha trộn đơn giản nhất đợc tạo ra ở dòng nhiên liệu cháy tầng có dòng không khí bao quanh. Sự pha trộn tơng hỗ giữa dòng nhiên liệu và dòng khí xảy ra chỉ do khuếch tán phân tử. Trong quá trình hòa trộn, nồng độ khí trong dòng bị giảm đi vì không khí khuếch tán vào dòng nhiên liệu khí và đồng thời khói sinh ra trong vùng cháy cũng khuếch tán vào. Trong dòng ổn định, sự phân bố nồng độ nhiên liệu khí và không khí tại mặt cắt ngang và mặt cắt dọc cũng ổn định, do đó mặt ngọn lửa cũng ổn định. Mặt ngọn lửa thực tế đợc ổn định tại tiết diện đạt đợc tỷ lệ nồng độ hợp thức giữa khí và không khí. Bản thân ngọn lửa có chiều dày tơng đối nhỏ, không khí từ xung quanh khuếch tán đến vỏ ngọn lửa và khói từ ngọn lửa khuếch tán theo cả hai hớng : vào ngọn lửa và ra môi trờng. 3.5.2. Hỗn hợp là dòng chảy rối Nếu cả hai dòng không khí và nhiên liệu đều là dòng chảy rối, thì ngoài khuếch tán phân tử còn xảy ra cả quá trình dịch chuyển mol của các chất khí và do đó quá trình cháy đợc thay đổi về căn bản. Quá trình cháy sẽ không tập trung vào một lớp hẹp của ngọn lửa, mà xảy ra đồng thời trong toàn bộ thể tích có đầy các dòng xoáy. 3.5.3. Dòng có pha trộn bởi hai dòng không khí Nguyên lý khác của quá trình tạo thành hỗn hợp và quá trình cháy tơng ứng với nó đợc thực hiện trong dòng khí chảy tầng khi có một phần không khí đợc pha trộn trớc (gọi là không khí cấp 1) và đợc bao quanh bởi dòng không khí cấp 2. ở đây, cấu trúc của ngọn lửa sinh ra khác với hai trờng hợp trên ở chỗ : trong những điều kiện nhất định bên trong ngọn lửa xảy ra quá trình cháy hỗn hợp nhiên liệu khí và không khí cấp 1 (hỗn hợp sơ cấp). Quá trình cháy hỗn hợp cấp 1 đợc quyết định bởi thành phần cấu tạo của hỗn hợp. Trong phạm vi giới hạn tốc độ lan truyền ngọn lửa, khói từ vỏ lửa của quá trình cháy thứ cấp khuếch tán đến hỗn hợp này và đốt nóng hỗn hợp hỗn hợp không khí cấp 1. Vùng cháy sơ cấp có giới hạn nhất định và tạo ra hình côn xanh lam ở giữa hỗn hợp mới tạo thành. Vùng thứ hai là ở chỗ tiếp xúc của vùng cháy sơ cấp với tâm cháy tồn tại một lớp biên không xác định, ở đó sẽ có sự chuyển dịch phần d của khí cha cháy cùng với khói sinh ra từ quá trình cháy sơ cấp. Tùy theo tỷ lệ của không khí cấp 1 và cấp 2 mà tỷ lệ nhiệt sinh ra trong vùng cháy sơ cấp và vùng cháy thứ cấp sẽ thay đổi. Nếu lợng không khí cấp 1 giảm xuống đến giá trị mà hỗn hợp sơ cấp sinh ra nằm dới giới hạn dới của sự lan truyền ngọn lửa thì quá trình cháy sơ cấp sẽ biến mất. Do đó khi thay đổi lợng không khí cấp 1 thì đặc tính ngọn lửa cũng thay đổi theo (ngoài tỷ lệ giữa lợng nhiệt sinh ra trong hai quá trình cháy cấp 1 cấp 2). Nếu phần không khí cấp 1 tăng lên, thì vùng cháy sơ cấp sẽ lớn lên và vùng cháy thứ cấp giảm xuống tức là chiều dài ngọn lửa trong thực tế sẽ giảm đi. Nếu hỗn hợp sơ cấp của khí cháy và không khí đạt đợc tỷ lệ hợp thức, thì cả hai vùng cháy sẽ hoà vào nhau, tâm ngọn lửa sẽ mất đi và quá trình cháy đợc tập trung trong thể tích ở miệng vòi phun. Bề mặt ngọn lửa đợc hình thành ở chỗ hỗn hợp ra khỏi vòi phun, mặt ngọn lửa sinh ra tại nơi cân bằng giữa tốc độ pháp tuyến lan truyền ngọn lửa un và thành phần pháp tuyến của tốc độ dòng, nghĩa là : = cos.udn [m/s] Mặt cháy do đó có dạng hình côn. Kích thớc của hình côn này phụ thuộc vào công suất nhiệt của vòi phun và những tính chất của hỗn hợp cháy. Khi công suất vòi phun lớn thì chiều cao hình côn này có thể khá lớn và do đó cả chiều dài ngọn lửa cũng khá lớn. Chiều cao hình côn và chiều dài ngọn lửa sẽ ngắn đi nhiều khi phân dòng hỗn hợp thành nhiều dòng nhỏ, mỗi dòng nhỏ tạo ra hình côn riêng của mình, khi đó sẽ chuyển thành quá trình cháy các khí kiểu không có ngọn lửa. Khi đốt hỗn hợp sơ cấp đã đợc pha trộn trớc ở những điều kiện không thích hợp thì có thể xảy ra hoặc tắt ngọn lửa hoặc ngọn lửa xâm nhập vào vòi phun. Khi tốc độ ra của hỗn hợp cấp 1 quá lớn thì ngọn lửa sẽ bị tắt. Ngợc lại nếu tốc độ ra của hỗn hợp cấp 1 nhỏ hơn tốc độ lan truyền ngọn lửa có thể có hiện tợng xâm nhập ngọn lửa vào vòi phun với điều kiện nồng độ hỗn hợp cháy nằm trong giới hạn lan truyền ngọn lửa. Nhng nếu hỗn hợp cấp 1 nghèo oxy hơn hỗn hợp tơng ứng với giới hạn dới của quá trình lan truyền ngọn lửa thì không thể xảy ra sự xâm nhập ngọn lửa vào vòi phun. Trên hình (3-7) biểu diễn sự phụ thuộc của tốc độ hỗn hợp cấp 1 vào hàm lợng tơng đối của không khí cấp 1 đối với quá trình cháy ổn định. ở những điều kiện tơng ứng với vùng cháy ổn định, khi việc cung cấp khí cháy và không khí ổn định thì ngọn lửa ổn định đợc hình thành. Ngọn lửa sẽ càng ổn định hơn nữa khi tỷ lệ không khí cấp 1 nhỏ hơn. . vùng cháy sơ cấp với tâm cháy tồn tại một lớp biên không xác định, ở đó sẽ có sự chuyển dịch phần d của khí cha cháy cùng với khói sinh ra từ quá trình cháy. sinh ra trong hai quá trình cháy cấp 1 cấp 2). Nếu phần không khí cấp 1 tăng lên, thì vùng cháy sơ cấp sẽ lớn lên và vùng cháy thứ cấp giảm xuống tức là