- •1. Иcтоpичеcкое pазвитие общиx пpедcтавлений о гоpении
- •2. Общие сведения о горении
- •3. Матеpиальный баланc пpоцеccа гоpения
- •3.1. Материальный баланс процесса горения твёрдого и жидкого топлива
- •3.2. Материальный баланс процесса горения газа
- •3.3. Дейcтвительные объёмы воздуxа и пpодуктов cгоpания
- •4. Выбор оптимального значения коэффициента избытка воздуха в топке
- •5. Тепловой баланс процесса горения
- •6. Способы сжигания топлива
- •6.1. Слоевое сжигание
- •6.2. Факельное сжигание
- •6.2.1. Расположение горелок на стенках топочной камеры
- •6.3. Сжигание в кипящем слое
- •6.4. Вихревые топки
- •6.4.1. Высокотемпературное вихревое сжигание
- •6.4.2. Низкотемпературное вихревое сжигание
- •7. Основы кинетики процесса горения
- •7.1. Скорость реакции горения и её зависимость от концентрации реагирующих веществ
- •Энергия активации. Тепловой эффект реакции
- •7.3. Зависимость скорости реакции от температуры. Закон Максвелла - Больцмана. Закон Аррениуса
- •7.4. Завиcимоcть скорости гоpения от физичеcкиx и xимичеcкиx фактоpов. Кинетичеcкое и диффузионное гоpение
- •7.5. Иная интерпретация «диффузионно-кинетического горения»
- •8. Сжигание газообразного топлива
- •8.1. Механизм горения газа
- •8.2. Меxанизм цепного гоpения метана
- •Фоpмальдегид легко pаcпадаетcя на окcид углеpода и водоpод
- •Или окиcляетcя c обpазованием cо2 и н2о
- •Горелки для сжигания газа, их назначение
- •8.4. Устойчивость (стабилизация) фронта воспламенения
- •8.5. Особенности расчёта газовых горелок
- •9. Механизм горения жидкого топлива
- •9.1. Сxемы pаcпыления жидкого топлива. Мазутные фоpcунки
- •10. Механизм горения твёрдого топлива
- •Экология в теплоэнергетике
- •11.1. Механизмы образования оксидов азота
- •11.2. Методы снижения концентрации оксидов азота
- •11.3. Специальные конструкции горелок
- •Послесловие, или Post Scriptum
7.5. Иная интерпретация «диффузионно-кинетического горения»
На практике процесс сжигания топлива осуществляется в устройствах (топках, печах, камерах сгорания и др.), отличающихся весьма сложными аэродинамическими характеристиками. При этом ни одно современное топочное устройство не совершенно с аэродинамической точки зрения, т.е. не может обеспечить идеальное (на молекулярном уровне) смешение топлива и окислителя (воздуха). При высоких температурах и концентрациях исходных компонентов (топливо и окислитель), при достаточной активности составляющих горючей смеси химическая реакция протекает, согласно закону Аррениуса, со столь значительной скоростью (скорость реакции пропорциональна величине ), что процессы смесеобразования отстают по скорости протекания от химической реакции горения и тем самым тормозят процесс сжигания.
В общем случае, полное время горения τгор складывается из трёх составляющих:
- время, необходимое для возникновения физического контакта между горючим и окислителем (при сжигании газа – время смесеобразования) τсм;
- время нагрева горючей смеси до температуры воспламенения τнаг;
- время протекания самой химической реакции τхим:
τгор = τсм + τнаг + τхим.
Рассмотрим случаи, когда тот или иной процесс (смесеобразование, нагрев, химическая реакция) становится определяющим фактором при определении суммарной скорости горения.
Если время смесеобразования несоизмеримо больше времени, необходимого для нагрева и протекания химической реакции, т.е. τсм >> τхим и τсм >> τнаг, то практически τгор = τсм . Поскольку процессы смесеобразования определяются законами молекулярной и турбулентной диффузии, то подобный процесс называется диффузионным горением, т.е. это означает, что процесс горения протекает в диффузионной области.
Примером такого процесса является горение предварительно не подготовленной газовоздушной смеси, т.е. в случае подачи газообразного топлива, не перемешанного с окислителем. При этом смешение происходит уже непосредственно в топочном объёме, а время образования горючей смеси значительно превышает время протекания химической реакции.
Развитый процесс горения, сопровождающийся, как правило, большим удельным тепловыделением, также протекает в диффузионной области, поскольку химическая реакция окисления горючих составляющих газа при высоких температурах протекает практически мгновенно.
Если время смесеобразования и время нагрева, наоборот, несоизмеримо меньше времени, необходимого для протекания химической реакции, т.е. τсм + τнаг << τхим , то практически τгор = τхим. Таким образом, фактором, определяющим скорость горения, является скорость химической реакции, которая, в свою очередь, описывается законами химической кинетики. Это означает, что процесс протекает в кинетической области.
Примером кинетического горения является введение в топку заранее подготовленной гомогенной горючей смеси при температуре, близкой к температуре воспламенения. В начальный период времени, когда температура ещё невысока, горение также протекает в кинетической области.
Таким образом, организация процесса сжигания топлива в воздушном потоке может основываться на двух различных принципах: кинетическом и диффузионном.
Отличительной особенностью кинетического принципа является предварительная подготовка однородной смеси топлива и воздуха. Горение протекает в однородной среде при постоянном избытке воздуха (αг=const) и с постоянной теплопроизводительностью (Q=const).