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
Trang 13.5 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 hưởng 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 được tạo ra ở dòng nhiên liệu cháy tầng có dòng không khí bao quanh Sự pha trộn tương 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 được ổn định tại tiết diện đạt
được tỷ lệ nồng độ hợp thức giữa khí và không khí Bản thân ngọn lửa có chiều dày tương đối nhỏ, không khí từ xung quanh khuếch tán đến vỏ ngọn lửa và khói từ ngọn lửa khuếch tán theo cả hai hướng : vào ngọn lửa và ra môi trường
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 được 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 tương ứng với nó được thực hiện trong dòng khí chảy tầng khi có một phần không khí
được pha trộn trước (gọi là không khí cấp 1) và được bao quanh bởi dòng không khí cấp 2 ở đây, cấu trúc của ngọn lửa sinh ra khác với hai trường 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
được 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
Trang 2Vùng 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 dư của khí chưa 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 lượng không khí cấp 1 giảm xuống đến giá trị mà hỗn hợp sơ cấp sinh ra nằm dưới giới hạn dưới của sự lan truyền ngọn lửa thì quá trình cháy sơ cấp sẽ biến mất Do đó khi thay đổi lượng không khí cấp 1 thì đặc tính ngọn lửa cũng thay đổi theo (ngoài tỷ lệ giữa lượng 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 được tỷ lệ hợp thức, thì cả hai vùng cháy sẽ hoà vào nhau, tâm ngọn lửa sẽ mất đi và quá trình cháy được tập trung trong thể tích ở miệng vòi phun Bề mặt ngọn lửa được 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 :
un = ωd.cosθ [m/s]
Mặt cháy do đó có dạng hình côn Kích thước 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 được pha trộn trước 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 Ngược lại nếu tốc độ
ra của hỗn hợp cấp 1 nhỏ hơn tốc độ lan truyền ngọn lửa có thể có hiện tượng xâm nhập ngọn lửa vào vòi phun với điều kiện nồng độ hỗn hợp cháy nằm trong giới hạn lan truyền ngọn lửa Nhưng nếu hỗn hợp cấp 1 nghèo oxy hơn hỗn hợp tương ứng với giới hạn dưới 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 lượng tương đối của không khí cấp 1 đối với quá trình cháy ổn định ở những điều kiện tương ứng với vùng cháy ổn định, khi việc cung cấp khí cháy và không khí ổn định thì ngọn lửa ổn định được hình thành Ngọn lửa
sẽ càng ổn định hơn nữa khi tỷ lệ không khí cấp 1 nhỏ hơn