Проблема с регулировкой пламени в газовом гриле

Во-первых, настройте горелку так, чтобы она хорошо горела при нагреве, а не при запуске. Не зная особенностей вашей горелки, я могу только предположить, в чём могут быть проблемы.

Две наиболее вероятные причины: уменьшение пламени и натриевая вспышка.

Наиболее вероятная причина, о которой вы и подозревали, — стехиометрия пламени, то есть соотношение воздуха и топлива. Есть несколько возможных причин. Это может быть недостаточно продуманный путь подачи воздуха или клапан(ы)/механизм регулировки, которые больше не удерживают настройки из-за возраста, коррозии или загрязнения жиром/сажей/копотью/солью. Возможно, вам стоит провести чистку, проверить, не засорены ли форсунки, и удалить жир/копоть с движущихся частей механизма регулировки горелки. Смазка в движущихся частях может доставлять неудобства, так как при нагревании она становится более жидкой. Другая распространённая проблема заключается в том, что при длительном использовании горелки на слабом огне иногда могут выгорать жиклёры (в зависимости от конструкции) и нарушаться скорость потока (это больше характерно для горелок с поверхностным смешиванием, чем для горелок с предварительным смешиванием).

У вас восстановительное пламя, в котором недостаточно кислорода для поддержания скорости потока метана, поэтому он сгорает не полностью за отведённое время. Нередко голубое нейтральное пламя превращается в окислительное (голубое, но с избытком кислорода) или в жёлто-оранжевое восстановительное пламя в плохо спроектированной горелке по мере её нагрева. При этом нагревается либо воздушный канал, либо газовый, либо оба сразу.

Горение, как и все реакции, зависит от массы, а не от объёма, а точнее, от молярной массы. Когда газы нагреваются и расширяются, в том же объёме содержится меньше массы, то есть меньше молекул. Если воздухозаборник нагревается, то в том же объёмном потоке содержится меньше молекул. Таким образом, хорошо отрегулированный поток воздуха для подачи природного газа постепенно становится недостаточным, и в итоге пламя становится восстановительным. Когда воздух горячий, вам нужно будет снова отрегулировать соотношение воздуха и топлива. Более вероятно, что и метан, и воздух нагреваются одинаково, но расширяются по-разному, и, что ещё важнее, их объёмные молярные массы неодинаково изменяются с температурой.

Если хотите, я могу привести числовые примеры (дайте мне знать, и я добавлю их позже в качестве правки).

Вы ничего не можете сделать с конструкцией горелки. Вы всё равно можете заставить её работать, увеличив поток воздуха, чтобы добиться нейтрального пламени, когда всё нагреется (вам нужно выбрать, при какой температуре вы хотите получить нейтральное пламя). Если нет возможности отрегулировать это при нагреве, вам придётся делать это на холодную методом проб и ошибок.

Скорее всего, в итоге у вас получится окислительное пламя (длинный синий центральный конус, шипящее пламя). В зависимости от горелки у вас может возникнуть проблема с розжигом, пламя будет нестабильным и даже может погаснуть при низкой температуре, но это приемлемо. После нагрева до выбранной вами температуры пламя станет нейтральным (синим, с более коротким центральным конусом, возможно, даже с жёлтым кончиком этого конуса). А при более высокой температуре пламя снова станет восстановительным и жёлтым.

Я бы всё равно хорошенько его почистил. Возможно, на конфорке скопилась соль, которая при нагревании выделяет натриевые вспышки. Когда конфорка холодная, ничего не происходит, но при нагревании соль не сгорает, а излучает жёлтое свечение, как некоторые уличные фонари, несмотря на идеально сбалансированное нейтральное пламя. На самом деле это тоже очень вероятно.

Числовая часть (по запросу @joshua_engel)

Предположения:

Мощность горелки 30 000 БТЕ/ч, КПД 80 %

Воздух состоит всего на 21 % из кислорода и на 79 % из азота по объёму, а природный газ — это 100 % метан с теплотой полного сгорания 891 кДж/моль

Идеальное стехиометрическое сгорание для нейтрального пламени

В молях: 1CH₄ + {2O₂ + 7,5N₂ } → 1CO₂ + 2H₂O + 7,5N₂

В кг в час для производства 30 000 БТЕ:

0,71CH₄ + {2,84O₂ + 9,36N₂ } → 1,95CO₂ + 1,60H₂O + 9,36N₂

12,2 кг воздуха и 0,7 кг природного газа в час

При температуре окружающей среды, скажем, 20 °C и относительной влажности около 50 % (не учитывается при расчёте соотношения воздуха) вам потребуется около 10 м³ воздуха и чуть больше 1 м³ природного газа в час.

Природный газ подается под давлением (при расширении в горелке он охлаждается), а воздух просто всасывается из окружающей среды. Таким образом, температура газа гораздо меньше зависит от тепла горелки, чем температура воздуха. Настройки подачи воздуха в горелку определяют объемный, а не массовый расход. Если бы воздух на входе в горелку нагревался с 20 °C до 70 °C, что, скорее всего, является заниженной оценкой (относительная влажность снизилась бы примерно до 3 %), то те же 10 м³ воздуха имели бы массу всего 10 кг. В них было бы всего 2,4 кг кислорода вместо 2,8 кг. Полное сгорание было бы невозможно, и в воздухе присутствовали бы угарный газ (горит синим пламенем) и сажа (горит жёлтым или красным пламенем). Чтобы компенсировать это, вам нужно увеличить подачу воздуха с 10 м³ почти до 12 м³.

Если бы это был пропан, температура топлива, скорее всего, была бы намного ниже температуры окружающей среды из-за охлаждения при испарении и адиабатического охлаждения при выходе из баллона. Это означало бы, что требуется гораздо более плотное топливо и гораздо больше воздуха.

Конечно, вы всегда будете настраивать горелку так, чтобы избыток воздуха составлял, скажем, 5–10 %, но даже в этом случае при повышении температуры воздуха на 50 °C его плотность снизится на 15 %, что будет достаточно для перехода пламени из нейтрального в восстановительное.

Это довольно упрощённая иллюстрация. На самом деле влажность, температура пламени и плотность газа взаимосвязаны.