WarmFires.ru

Образующиеся при пиролизе древесины угли и горючие газы сгорают на воздухе по-разному, причём и горючие газы сгорают по-разному в зависимости от того, смешаны ли они с воздухом предварительно в горючую смесь (гомогенные пламена) или не смешаны или частично смешаны (гетерогенные диффузные пламена).

Метан через жиклёр 1 подаётся в модельную горелку 2, где струйно смешивается с подсасываемым через отверстия 3 «первичным» воздухом, а затем сгорает во «вторичном» воздухе над горелкой в виде известного голубого прозрачного пламени 4 (рис. 93). Процесс горения является самоподдерживающимся процессом: в зону пламени 4 поступает метан изнутри, а кислород воздуха снаружи (см. раздел 5.7.11). Метан в смеси с подмешанным воздухом сначала прогревается за счёт теплопроводности от фронта горения, затем начинает термически разлагаться (как при пиролизе). Образующиеся активные радикалы при наличии кислорода тотчас вступают в первичные реакции окисления (с выделением тепла СН4+О2 -» СН2+Н2+О2 -» СО*+ Н2О +Н2 и т. д.), а затем всё это догорает во внешнем («вторичном») воздухе 10.

Рис. 93. Принципиальная схема модельной бунзеновской горелки на природном газе - метане: 1 - труба с жиклёром для подачи метана, 2 - корпус горелки как смесительного устройства, 3 - воздухоподающие отверстия, 4 - голубая полоска прозрачного пламени, 5 - трубка для ввода дополнительного метана, 6 - сажистые частицы, образующиеся в результате пиролиза, 7 - светящееся светло-жёлтое пламя, состоящее из раскалённых сажистых частиц, 8 -стабилизатор пламени (застойная зона), 9 -клубы дыма (копоть), 10 - «вторичный» воздух, подмешивающийся в светящееся пламя и окисляющий сажистые частицы.

Развивающиеся температуры горения метана обычно не превышают 1200-1500°С, а при таких температурах газы ещё не светятся и остаются невидимыми. Поэтому горение метана было бы невидимым, если бы волею природы во всех процессах горения углеводородных топлив не образовывался бы в следовых количествах радикал С2 (молекула их двух атомов углерода), излучающий на длинах волнах 5000-5200 А интенсивный свет синего цвета (так называемые спектральные полосы Свана), а также радикал СН, слабо излучающий на длине волны 4300 А. Однако, если не обращать внимания на лёгкое синее свечение (в самом начале процесса горения), можно сказать, что пламя горелки с предварительным смешением газа с воздухом, является практически не светящимся. Это оказалось удобным, например, для нагрева предметов в пламени без копоти (в частности, кухонных кастрюль). Немецкий химик Бунзен, придумавший такую горелку в середине XIX века и впервые получивший прозрачные пламена, успешно использовал её для спектрального анализа соединений металлов. Так, оказалось, что соли натрия (поваренная пищевая соль, в частности) окрашивают пламя в жёлтый цвет, меди - в зелёный, кальций - в малиновый, кадмий - в красный и т. п.). Издавна окраска пламени свечением атомов металлов широко использовалась для производства сигнальных ракет, салютов, цветных факелов и т. п. Этот эффект можно использовать и в представительских курных банях для декоративной окраски пламени очага, например, путём замачивания дров в рассолах с последующей восстановительной сушкой.

Теперь введём в голубое пламя бунзеновской горелки дополнительный метан по специальной трубке 5 (рис. 93). Поскольку эта струйка метана не смешана предварительно с воздухом, то она будет сначала нагреваться в пламени фактически в отсутствии кислорода внутри себя и будет претерпевать обычный пиролиз (может быть частично окислительный пиролиз, но явно в условиях дефицита кислорода). В таком случае метан разложится (через множество стадий химического превращения) на водород и сажу (чёрный дым) СН4 —» СпНт+2Н2. Сажистые частицы, раскалившись, будут излучать свет, в частности, при температуре 1200°С светло-жёлтого цвета. Такое привычное пламя с раскалёнными сажистыми частицами называется светящимся. Такие пламена использовались раньше в XIX веке в газовых фонарях для освещения улиц крупных городов. Используются они для освещения в свечах, керосиновых осветительных лампах, факелах, лучинах. Именно такие пламена в виде светящихся «языков» пламени возникают и в печах при горении дров.