Горіння палива - хімічна реакція сполуки горючих елементів палива з окислювачем при високій температурі, що супроводжується інтенсивним виділенням теплоти. Як окислювач використовують кисень. Відомо, що при низьких температурах наявність палива і окислювача не забезпечує їх хімічної сполуки, званого горінням. Горіння починається тільки після того, як частки прогрілися до температури, що забезпечує їм енергію активації Е, достатню для вступу в реакцію.
Горіння - це в основному хімічний процес, тому в результаті його протікання відбувається якісні зміни складу реагуючих мас. Але в той же час хімічна реакція горіння супроводжується різними фізичними явищами: перенесення теплоти, дифузний перенесення реагуючих мас та ін. Час горіння палива складається з часу протікання фізичних () і хімічних процесів ():
=.
Час протікання фізичних процесів складається з часу, необхідного для змішування палива з окислювачем () і часу, протягом якого паливо - повітряна суміш підігрівається до температури займання (tн):
tФІЗ=tсм + tн
Час горіння (tГОР) визначається швидкістю найбільш повільного процесу.
Горіння газоподібного палива
Процес горіння газоподібного палива гомогенний, т. е. і паливо, і окислювач перебувають в одному агрегатному стані і межа розділу фаз відсутня. Для того щоб почалося горіння, газ повинен стикатися з окислювачем. При наявності окислювача для початку горіння необхідно створити певні умови. Окислення горючих складових можливо і при відносно низьких температурах. У цих умовах швидкості хімічних реакцій мають незначну величину. З підвищенням температури швидкість реакцій зростає. При досягненні деякої температури газоповітряна суміш запалюється, швидкості реакцій різко зростають і кількість теплоти стає достатнім для самовільного підтримки горіння. Мінімальна температура, при якій відбувається займання суміші, називається температурою займання. Значення цієї температури для різних газів неоднаково і залежить від теплофізичних властивостей горючих газів, змісту пального в суміші, умов запалювання, умов відведення теплоти в кожному конкретному пристрої і т. Д. Наприклад, температура займання водню знаходиться -в межах 820-870 К, а окису вуглецю та метану - відповідно 870-930 і 1020-1070 К.
Горючий газ в суміші з окислювачем згорає в факелі. Факел - деякий певний обсяг рухомих газів, в якому протікають процеси горіння. Відповідно до загальними положеннями теорії горіння розрізняють два принципово різних методи спалювання газу у факелі-кінетичний і дифузійний. Для кінетичного спалювання характерно попереднє (до початку горіння) змішування газу з окислювачем. Газ і окислювач подаються спочатку в змішуючий пристрій пальника. Горіння суміші здійснюється поза межами змішувача. У цьому випадку швидкість процесу буде лимитироваться швидкістю хімічних реакцій горіння.
Дифузійне горіння відбувається в процесі змішування горючого газу з повітрям. Газ надходить у робочий об'єм окремо від повітря. Швидкість процесу в даному випадку буде обмежена швидкістю змішування газу з повітрям.
Різновидом дифузійного горіння є змішане (дифузійно-кінетичне) горіння. Газ попередньо змішується з деякою кількістю повітря. Це повітря називається первинним. Новоутворена суміш подається в робочий об'єм. Туди ж окремо від неї надходить інша частина повітря (вторинний повітря).
У топках котельних агрегатів частіше використовуються кінетичний і змішаний принципи спалювання палива. Дифузійний спосіб найчастіше використовується в технологічних промислових печах.
Горіння газу відбувається у вузькій зоні, званої фронтом горіння. Газ, попередньо перемішаний з окислювачем, згорає у фронті горіння, який називається кінетичним. Цей фронт являє собою поверхню розділу між свіжої газоповітряної сумішшю і продуктами згоряння. Площа поверхні кінетичного фронту горіння визначається швидкістю хімічних реакцій.
У разі дифузійного спалювання газу утворюється дифузійний фронт горіння, який є поверхнею розділу між продуктами згоряння і сумішшю газу з продуктами згоряння, дифундують назустріч потоку газу. Площа поверхні цього фронту визначається швидкістю змішування газу з окислювачем.
Найважливішою характеристикою горіння газоподібного палива є швидкість нормального поширення полум'я - швидкість, з якою переміщається фронт горіння по нормалі до своєї поверхні в напрямку набігає газоповітряної суміші. Основними факторами, від яких (залежить швидкість нормального розповсюдження полум'я, є реакційна здатність газу, його концентрація в суміші, температура попереднього підігріву суміші.
...
