Niebieski płomień

Rys. 1) Widmo niebieskiego płomienia butanowego (źródło: Wikipedia).

Płomienie można podzielić na żółte i niebieskie. Płomienie żółte zawierają cząsteczki sadzy, która świeci w wysokiej temperaturze w sposób zbliżony do ciała doskonale czarnego. Natomiast płomienie niebieskie nie zawierają cząstek sadzy i ich światło pochodzi od wzbudzonych cząsteczek typu C2 i CH. To światło jest znacznie słabsze i w płomieniach żółtych jest maskowane przez sadzę.

Sadza powstaje z gazowego paliwa w warunkach beztlenowych. Jest to dokładniej opisane w książce „Fundamentals (…)” w rozdz. 6.3.1 „Soot formation”. Dlatego płomienie niebieskie obserwujemy przede wszystkim w płomieniach wstępnie zmieszanych, kiedy paliwo jest wstępnie zmieszane z tlenem. Dodatkowo stosuje się podział dużego płomienia na mniejsze, tak jak w palniku kuchenki gazowej, aby zapewnić dobry dostęp tlenu poprzez dyfuzję z otaczającego powietrza. Płomienie niebieskie są bardzo korzystne z punktu widzenia jakości procesu spalania. Nie występuje wychładzanie płomienia na skutek promieniowania, a brak sadzy jest wizualnym potwierdzeniem dobrego dostępu tlenu. Należy jednak zauważyć, że płomień niebieski sam w sobie nie jest gwarantem całkowitego spalania. Jeżeli płomień będzie np. miał styczność z chłodnym elementem metalowym, to będzie ulegał raptownemu wychłodzeniu, co spowoduje wzrost zawartości tlenku węgla w spalinach. Tlenek węgla jest na tyle specyficzny, że nawet wychładzanie płomienia wskutek zmieszania spalin z otaczającym powietrzem może być zbyt raptowne i często spaliny z palników gazowych zawierają pewne ilości tego gazu. Inne niebezpieczeństwo w płomieniach niebieskich pochodzi od tlenków azotu. W płomieniach żółtych wypromieniowanie energii jest naturalną barierą powstrzymującą przed wzrostem temperatury. W płomieniach niebieskich tego mechanizmu nie ma. Jeżeli konstrukcja palnika jest „za dobra”, to temperatura może przekroczyć granicę 1400-1500°C powyżej której azot atmosferyczny utlenia się do tlenków azotu.


Płomienie niebieskie zazwyczaj są kojarzone ze spalaniem paliwa z natury gazowego. Nie jest to jednak konieczne. Zamieszczony powyżej filmik pokazuje kuchenkę opalaną zrębkami drewna. Wygląda, że zostały one już wstępnie odgazowane i tak naprawdę mamy do czynienia z węglem drzewnym, a spalanym gazem jest tlenek węgla, a nie produkty destylacji drewna. Dolny filmik pokazuje wewnętrzną konstrukcję takiej kuchenki. Ważnym elementem jest wstępne podgrzanie powietrza wtórnego.

W miejscach wlotu powietrza wtórnego widzimy front spalania, który można nazwać odwrotnym. Zewnętrze płomienia jest palnym gazem, a wnętrze jest strumieniem wpuszczanego powietrza. Mamy więc do czynienia z sytuacją taką, jak w miejscu A na zdjęciu świeczki w opisie frontu płomienia. Dlatego płomień może być duży, a mimo to nie powstaje sadza. W tej konfiguracji jednak paliwo ulega zmieszaniu z produktami spalania i jest możliwość zgaśnięcia zewnętrznego frontu i ucieczki niespalonego paliwa (zapewne tlenku węgla) ze spalinami, tak jak jest to pokazane na rys. 10 na stronie frontu płomienia. Widać zresztą, jak zewnętrzny front gaśnie wskutek zawiewania wiatru.

Niebieski płomień łatwiej osiągnąć z paliwa, które już w swoich cząsteczkach zawiera tlen, takiego jak tlenek węgla lub alkohol. Jest on często demonstrowany jako potwierdzenie czystości gazu otrzymanego w procesie gazyfikacji drewna lub biomasy. Natomistast niebieski płomień z paliwa węglowego przedstawiłem we wpisie „radykalny postęp – palnik dymu” na blogu.

Dodaj komentarz

avatar
  Subscribe  
Notify of