Общие сведения о горении

Процесс горения топлива –это совокупность химических реакций окисления его горючих компонентов, сопровождающих выделением значительного количества теплоты и света. При организации этого процесса стремятся создать условия, при которых происходит наиболее полный переход химически связанной энергии в теплоту образующихся продуктов горения. В горении участвуют окисляемое (горящее) вещество, называемое топливом, и окислитель – вещество, содержащее кислород, способный быстро вступать в реакцию с топливом.

В процессе горения твердое топливо проходит следующие стадии:

подогрев и испарение влаги; возгонка летучих веществ и образование кокса (в результате чего топливо разделяется на летучую часть и коксовый остаток); горение летучих; горение кокса.

При сжигании жидкого топлива стадии образования кокса и шлака отсутствуют. На первой стадии оно нагревается до температуры кипения и испаряется, а на второй стадии происходит сгорание.

При сжигании газа имеются только две стадии – подогрев и горение.

Воспламенение топлива происходит тогда, когда его температура достигает определенной величины. Каждое топливо имеет свою температуру воспламенения. У твердых топлив она зависит от выхода летучих: чем больше выход летучих, тем меньше температура воспламенения топлива.

Температура воспламенения топлива – это температура, при которой топливо начинает гореть (для торфа – 250, для дров – 300, каменного угля – 350, бурого угля – 400, антрацита – 500, жидкого топлива – 500-600, газа – 600 ^оС).

Процессы горения подразделяют на:

1. гомогенный – процесс горения, который происходит в однородной по агрегатному состоянию массе (горение смеси газа с воздухом или горение смеси паров жидкого топлива с воздухом);

2. гетерогенный – процесс горения, при котором горючее вещество и окислитель находятся в различных агрегатных состояниях (горение твердого топлива).

Если при горении топлива, протекающие химические реакции совершаются с выделением теплоты, то их называют экзотермическими. К ним относятся реакции горения водорода, углерода, серы в атмосфере воздуха.

При высоких температурах в ядре факела могут протекать реакции, идущие с поглощением теплоты. Они называются эндотермическими реакциями. К ним относятся реакции образования окислов азота или реакции восстановления двуокиси углерода.

Скорость химических реакций возрастает с увеличением температуры. Поэтому обеспечивается непрерывный равномерный подвод окислителя в достаточном для сжигания топлива количестве и поддерживания высокого уровня температуры.

Для эффективного горения топлива необходимы определенные условия. В зависимости от условий возможно полное или частичное окисления горючих веществ. При полном окислении образующиеся продукты не могут больше соединяться с окислителем и выделять теплоту. Продуктами полного окисления горючих элементов являются оксиды углерода (СО₂), водорода (Н₂О) и серы (SO₂ и в меньшей степени SO₃). Реакциями полного окисления горючих элементов являются следующие:

С + О₂ → СО₂

2Н₂ + О₂→ 2Н₂О

S + O₂ → SO₂

При неполном окислении горючих элементов могут образоваться соединения, например, по реакции:

2С + О₂ → 2СО

Неполное окисление горючих элементов связано с недостаточной подачей окислителя, неравномерным поступлением топлива и воздуха во времени, по сечению горелок или по отдельным горелкам, недостаточно хорошим перемешиванием топлива и воздуха и др. Наибольшее количество теплоты выделяется при полном окислении горючих элементов.