Более 90% всей получаемой энергии обеспечивается процессами горения (получение электроэнергии, тепла, двигатели, ракетные системы и др.).

Поскольку существует большая потребность в производстве энергии, необходимо сжигать добываемое топливо в оптимальном режиме. А для этого необходимо найти условия этого оптимального режима, а также уметь рассчитать количество тепловой энергии, которое выделится в процессе горения, при этом следует иметь в виду, что при применении одного и того же вещества (или смеси веществ) в различных целях требования к оптимальным условиям процесса горения будут отличаться.

Так, например, если дымный (чёрный) порох используют в качестве ружейного пороха, то компонентный состав этого пороха подбирают таким образом, чтобы имеющийся в составе смеси углерод окислялся бы только до окиси углерода (СО). В этом случае объём газообразных продуктов горения будет максимальным, а тепловой эффект – пониженным.

Когда же дымный порох используют в качестве взрывного вещества, то соотношение компонентов подбирают так, чтобы при взрывном горении дымного пороха имеющийся в составе смеси углерод окислялся бы до диоксида углерода (СО₂). В этом случае будет выделяться максимальное количество тепловой энергии и разрушающее действие взрыва будет более значительным.

Горение – это сложный физико-химический процесс, при котором превращение вещества сопровождается интенсивным выделением тепла, ярким свечением и тепломассообменом с окружающей средой.

В большинстве случаев горение происходит в результате экзотермического окисления вещества, способного к горению (горючего), некоторым окислителем (кислородом воздуха, хлором, закисью азота и т.д.). При этом в процессе участвуют два основных компонента – горючее и окислитель. По этому механизму происходит горение газов, нефти, бензина, керосина, древесины, торфа и других горючих веществ – углеводородов, содержащих в химической формуле углерод и водород.

Однако процесс горения может протекать не только при реакциях соединения горючего вещества с окислителем, но и при других реакциях, связанных с выделением значительного количества теплоты и с быстрым химическим превращением. К ним относятся разложение взрывчатых веществ и озона, взаимодействие оксидов натрия и бария с диоксидом углерода, распад ацетилена и т. д.

Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения (например, бурта зерна или торфяника), либо инициировано зажиганием (свеча автомобильного двигателя, спичка, искра короткого замыкания, раскаленные капли металла при электросварке и т. д.). Переход первоначально медленной химической реакции в режим горения обусловлен нелинейной зависимостью скорости реакции от температуры, определяемой законом Аррениуса.

Горение представляет собой комплекс взаимосвязанных химических и физических процессов. Важнейшие процессы при горении – это теплоперенос и массоперенос (перенос теплоты и вещества). Наиболее общим свойством горения является способность возникшего очага пламени перемещаться по всей горючей смеси путем передачи теплоты или путем диффузионного переноса нагретых частиц из зоны горения в свежую смесь. В первом случае механизм распространения пламени называется тепловым, во втором – диффузионным. Обычно горение протекает по комбинированному механизму, включающему как теплообмен, так и диффузию горючих компонентов и продуктов горения.

Для процессов горения характерно наличие критических условий возникновения и распространения пламени – некоторых фиксированных значений давления, температуры, размеров системы, состава горючей смеси и т.д., при достижении которых происходит воспламенение смеси, распространение пламени или его погасание. Во всех случаях для процесса горения характерны три стадии – возникновение, распространение и погасание пламени.

Химические реакции, протекающие при горении и взрыве, раньше называли окислительными, поскольку они проходили с участием кислорода, а под окислением подразумевали присоединение кислорода к атому какого-нибудь химического элемента.

В настоящее время реакции такого типа называют окислительно-восстановительными. Они могут протекать и без участия кислорода, и окислителями в них могут являться, например, хлор, бром и другие вещества (многие металлы «горят» в хлоре, окиси натрия, в углекислом газе и др.). Однако самым распространенным окислителем является кислород, и мы далее будем рассматривать процессы горения, в которых именно кислород является окислителем.

Процессы горения жидких, твердых и газообразных топлив широко используются практически во всех отраслях современной техники и технологии, однако основной из них является получение энергии.