Общая характеристика процессов горения

Горением называется процесс взаимодействия топлива с окисли­телем, сопровождающийся выделением тепла, а иногда и света. Роль окислителя в подавляющем большинстве случаев выполняет кислород воздуха. Всякое горение предполагает прежде всего тесный контакт между молекулами топлива и окислителя. Поэтому, чтобы происходило горение, необходимо обеспечить этот контакт, т. е. необходимо смешать топливо с воздухом. Следовательно, процесс горения складывается из двух стадий: 1) смешение топ­лива с воздухом; 2) горение топлива. Во время протекания вто­рой стадии происходят сначала воспламенение, а затем уже и горе­ние топлива,

В процессе горения образуется пламя, в котором протекают реакции горения составляющих топлива и выделяется тепло, В технике при сжигании газообразного, жидкого и твердого пыле­видного топлив применяют так называемый факельный метод сжигания. Факел - это частный случай пламени, когда топливо и воздух поступают в рабочее пространство печи в виде струй, которые постепенно перемешиваются одна с другой. Поэтому форма и длина факела обычно вполне определенные.

При наиболее распространенном в металлургии и машинострое­нии факельном сжигании топлива аэродинамическую основу процесса составляют струйные течения, исследование которых основано на применении положений теории свободной турбулент­ности к различным случаям. Поскольку при факельном сжигании характер движения струй может быть ламинарным и турбулент­ным, в процессах смешения большая роль принадлежит молеку­лярной и турбулентной диффузии. На практике при создании устройств для сжигания топлива (горелок, форсунок) применяют различные конструктивные приемы (направляют струи под углом друг к другу, создают закручивание струй и др.) с тем, чтобы организовать смешение так, как это необходимо для конкретного случая сжигания топлива.

Различают гомогенное и гетерогенное горение. При гомоген­ном горении тепло-и массообмен протекают между телами, нахо­дящимися в одинаковом агрегатном состоянии. Гомогенное горе­ние происходит в объеме и свойственно газообразному топливу.

При гетерогенном горении тепло-и массообмен происходят между телами, находящимися в разных агрегатных состояниях (в состоянии обмена находятся газ и поверхность частиц топлива). Такое горение свойственно жидкому и твердому топливам. Правда, при горении жидкого и твердого топлив благодаря испарению капель и выделению летучих есть элементы и гомогенного горения. Однако при гетерогенном процессе в основном идет горение с по­верхности.

Гомогенное горение может протекать в кинетической и диффу­зионной областях.

При кинетическом горении полное перемешивание топлива с воздухом осуществляют предварительно, и в зону горения подают заранее подготовленную топливо-воздушную смесь. В этом случае основную роль играют химические процессы, связанные с проте­канием реакций окисления топлива. При диффузионном гомоген­ном горении процессы смешения и горения не разделены и совер­шаются практически одновременно. В этом случае процесс горения определяется перемешиванием, так как время смешения гораздо больше времени, необходимого для протекания химической реак­ции. Таким образом, полное время протекания процесса горения складывается из времени смесеобразования (τ_см) и времени соб­ственно химической реакции (τ_х), т. е.

(2.1)

При кинетическом горении, когда смесь приготовлена предвари­-

тельно:

При диффузионном горении, наоборот, время смешения неиз­меримо больше времени протекания химической реакции

При гетерогенном горении твердого топлива также различают кинетическую и диффузионную области реагирования. Кинети­ческая область возникает в том случае, когда скорость диффузии в порах топлива значительно превосходит скорость химической реакции; диффузионная область возникает при обратном соот­ношении скоростей диффузии и горения.

С точки зрения смесеобразования, осуществляемого при помощи газогорелочных устройств, организация процессов сжигания топ­лива в воздушном потоке может быть осуществлена на основе трех принципов: диффузионного, кинетического и смешанного.

Поиск по сайту: