1.1.2 Основы теории горения Общие сведения

Горючие элементы топлива при соприкосновении с кислородом окисляются. В качестве окислителя чаще всего используется атмосферный воздух. Окисление может происходить с различной скоростью. Медленное окисление происходит при низких температурах (медленное окисление молодого топлива под действием воздуха при длительном хранении). Быстрое окисление происходит при высокой температуре и сопровождается свечением различной яркости. При сверхбыстром окислении происходит процесс детонации.

Процесс быстрого окисления горючих элементов топлива, при котором развиваются высокие температуры, называется горением. При горении в результате взаимодействия двух молекулярно-устойчивых веществ развивается высокая температура и образуется новое молекулярно-устойчивое вещество – продукты сгорания.

Воспламенение горючей смеси может произойти от постороннего источника (принудительное воспламенение) или самопроизвольно (самовоспламенение). Самовоспламенение происходит при повышении температуры горючей смеси до определенного уровня, при котором возникает окисление горючих веществ топлива. При принудительном воспламенении в горючую смесь вводится источник с высокой температурой (зажженный факел, искра, раскаленное тело).

Горелкой называется устройство, предназначенное для подачи или образования и подачи готовой горючей смеси в топку и стабилизации фронта воспламенения.

Устройство, предназначенное для завершения процесса горения и изоляции его от внешних условий, называется топочной камерой.

Система горелок в сочетании с топочной камерой – топочное устройство (топка). Через топку проходят потоки воздуха, топлива и продуктов сгорания. В топочной камере происходят также процессы теплообмена между горящим топливом и поверхностями нагрева. Наука, изучающая движение газовых потоков и их взаимодействие, называется аэродинамика.

При горении различают две области протекания процесса: кинетическую и диффузионную. В кинетической области продолжительность горения определяется временем завершения химических реакций. В диффузионной области продолжительность горения определяется временем, необходимым для завершения смесеобразовательных процессов.

Особенности сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива

Согласно теории горения процесс горения протекает в следующем порядке:

1. подготовка топлива к вводу в топку (сортировка по фракциям, дробление, при факельном сжигании – размол). Жидкое и газообразное топливо не требует дополнительной подготовки;

2. создание первичной топливно-воздушной смеси путем соединения топлива с первичным воздухом (первичный воздух – это воздух, транспортирующий топливо), газообразное топливо не требует этой стадии;

3. огневая газификация – полное измельчение до молекулярного состояния за счет теплоты пламени, раскаленной обмуровки топки, подогретого воздуха, топлива;

4. образование истинной горючей смеси – смешение продуктов газификации со вторичным воздухом (вторичный воздух – воздух, вдуваемый непосредственно в топочную камеру). В этой зоне развиваются наиболее высокие температуры;

5. окончание горения, образование продуктов сгорания.

Первые две зоны являются подготовительными, а последние две – огневыми, в которых развивается и завершается процесс горения топлива. Причем четко выделить эти зоны в топочном пространстве нельзя, они накладываются друг на друга в пространстве и во времени. В зависимости от вида топлива определенные стадии могут отсутствовать.

Рассмотрим аэродинамические схемы топок (рис.1.3.).

В слоевой топке сжигается на решетке с отверстиями твердое топливо. Под решетку через отверстия подается вторичный воздух.

В факельной топке можно сжигать любое топливо, но уголь необходимо превратить в пыль, а мазут разбить на мелкие капли. Топливо сжигается во взвешенном состоянии.

В вихревых (циклонных) топках сжигание происходит в цилиндрической предтопке, куда радиально подается топливо и первичный воздух, и тангенциально – вторичный воздух. В результате происходит хорошее перемешивание топлива с воздухом и быстрое сгорание.