Физический процесс горения топлива

Горение топлива – химическая реакция соединения горючих элементов топлива с

окислителем при высокой температуре, сопровождающийся интенсивным выделением

теплоты. В качестве окислителя используют кислород воздуха.

Процессы горения разделяют на 2 группы:

1). гомогенное горение – горение газообразных горючих (характеризуется системой

"газ+газ");

2). гетерогенное горение – горение твердых и жидких горючих (характеризуется системой

"твердое тело+газ" или "жидкость+газ").

Процесс горения может протекать с разной скоростью – от медленного до мгновенного.

Медленное горение – самовозгорание твердого топлива при его хранении на складах.

Мгновенное горение представляет собой взрыв. В теплоэнергетических установках

практическое значение имеет такая скорость реакции, при которой происходит

устойчивое горение, т.е. при постоянной подаче в зону горения топлива и окислителя. При

этом соотношение концентрации топлива и окислителя должен быть определенным. При

нарушении этого соотношения (богатая смесь, бедная смесь) скорость реакции снижается

и уменьшается тепловыделение на единицу объема.

Горение – это в основном химический процесс, т.к. в результате его протекания

происходит качественные изменения состава реагирующих масс. Но в то же время

химическая реакция горения сопровождается различными физическими явлениями:

перенос теплоты, диффузионный перенос реагирующих масс и др.

Время горения топлива складывается из времени протекания физических (физ) и

химических процессов (хим):

гор = физ + хим.

Время протекания физических процессов состоит из времени, необходимого для

смешивания топлива с окислителем (см) и времени, в течении которого топливо –

воздушная смесь подогревается до температуры воспламенения (tн):

физ = см + н.

Время горения (гор) определяется скоростью наиболее медленнего процесса.

Горение газообразного топлива. Минимальная температура при которой происходит

воспламенение смеси, называется температурой воспламенения. Значение этой

температуры для различных газов неодинаково и зависит от теплофизических свойств

горючих газов, содержания горючего в смеси, условий зажигания, условий отвода

теплоты в каждом конкретном устройстве и т.д.

Горючий газ в смеси с окислителем сгорает в факеле. Различают два метода сжигания газа

в факеле – кинетический и диффузионный. При кинетическом сжигании до начала

горения газ предварительно смешивается с окислителем. Газ и окислитель подаются

сначала в смешивающее устройство горелки. Горение смеси осуществляется вне пределов

смесителя. При этом скорость горения не должна превышать скорости химических

реакций горения гор = хим.

Диффузионное горение происходит в процессе смешивания горючего газа с воздухом. Газ

поступает в рабочий объем отдельно от воздуха. Скорость процесса будет ограничена

скоростью смешивания газа с воздухом гор = физ.

Кроме этого существует смешанное (диффузионно-кинетическое) горение. При этом газ

предварительно смешивается с некоторым количеством воздуха, затем полученная смесь

поступает в рабочий объем, где отдельно подается остальная часть воздуха.

В топках котельных агрегатов в основном используют кинетический и смешанный

способы сжигания топлива.

Горение твердого топлива. Процесс горения состоит из следующих стадий: 1) подсушка

топлива и нагревание до температуры начала выхода летучих веществ; 2) воспламенение

летучих веществ и их выгорание; 3) нагревание кокса до воспламенения; 4) выгорание

горючих веществ из кокса. Эти стадии иногда частично накладываются одна на другую.

Выход летучих веществ у различных топлив начинается при различных температурах: у

торфа при 550-660К, у бурых углей при 690-710К, у тощих углей и антрацита при 1050-

1070К.

Горение жидкого топлива. Основным жидким топливом, используемым в теплоэнергетике

и промышленной теплотехнике является мазут. В установках небольшой мощности также

используют смесь технического керосина со смолами.

Наибольшее применение получило метод сжигания в распыленном состоянии. Этот метод

позволяет значительно ускорить его сгорание и получить высокие тепловые напряжения

объемов топочных камер вследствие увеличения площади поверхности контакта топлива с

окислителем.

Процесс горения жидкого топлива можно разделить на следующие стадии: 1) нагревание

и испарение топлива; 2) образование горючей смеси; 3) воспламенение горючей смеси от

постороннего источника (искры, раскаленной спирали и т.п.); 4) собственно горение

смеси.