Горение топлива. Цепные реакции при горении газового топлива. Зоны горения твердого и жидкого топлива.

Сжигание газообразного топлива. В действительности реакции в веществах, находящихся в парогазовом состоянии, протекают чаще не между исходными молекулами горючего и окислителя, а через ряд промежуточных стадий, в которых вместе с молекулами участвуют активные осколки молекул - радикалы и атомы, имеющие свободные связи Н, ОН, О, СН и др. При этом переход от исходных веществ к конечным продуктам происходит через ряд промежуточных реакций, протекающих с большой скоростью, так как они обладают низкой энергией активации. Такие реакции, отличительной особенностью которых является огромная скорость их протекания, получили название цепных.

Рис. Стадии горения: Зарождение цепей – образование активных частиц из исходного продукта; Период индукции – накопление активных центров реакции в виде заряженных частиц; Разветвление цепей – 1 активный центр зарождает 2 и более новых; Прекращение горения – по мере убывания горючих реакция замедляется, наступает обрыв цепей и реакция вырождается.

Сжигание жидкого топлива. На начальном участке и, в особенности в пограничном слое струи интенсивный нагрев вызывает быстрое испарение капель. Пары горючего, смешиваясь с воздухом, создают газо-воздушную горючую смесь, которая, воспламеняясь, образует факел. Таким образом, процесс горения жидкого топлива можно разбить на следующие фазы: распыление жидкого топлива, испарение и образование газо-воздушной смеси, воспламенение горючей смеси и горение последней.

Рис.Схема факела жидкого топлива. 1 - зона испарения;2 - зона разложения (крекинга); 3 - зона воспламенения (горения); 4 – зона догорания (продукты горения).

Воспламенение в мазутном факеле начинается у корня с периферии и затем распространяется вглубь струи на все сечение, достигая ее оси на значительном расстоянии от форсунки. Зона воспламенения принимает форму вытянутого конуса, основание которого находится на малом расстоянии от выходного сечения амбразуры горелки. Положение зоны воспламенения зависит от скорости смеси; зона занимает такое положение, при котором во всех ее точках устанавливается равновесие между скоростью распространения пламени и скоростью движения.

Горение основной части парообразных углеводородов происходит в зоне воспламенения, занимающей наружный слой факела небольшой толщины. Горение высокомолекулярных углеводородов, сажи, свободного углерода и неиспарившихся капель жидкого топлива продолжается за зоной воспламенения и требует определенного пространства, обусловливая общую длину факела.

Зона воспламенения делит пространство, занимаемое факелом, на две области: внутреннюю 1,2 и наружную 4. Во внутренней области протекает процесс испарения и образования горючей смеси.

Во внутренней области парообразные углеводороды подвергаются нагреву, который сопровождается окислением и расщеплением их. Процесс окисления начинается при сравнительно низких температурах — порядка 200—300°С. При температурах 350—400°С и выше наступает процесс термического расщепления.

Зона догорания газообразных продуктов неполного сгорания и твердых частиц, следующая за зоной горения, увеличивает общую длину факела.

Сжигание твёрдого топлива

Стадии горения: 1 - теп­ловую подготовку (в процессе тепловой подготовки частица топлива прогревается, высушивается и при температуре выше 110°С начинается тепловое разложение исходного веще­ства топлива с выделением газообразных летучих веществ).

2 - горение (начинается с воспламенения летучих веществ (зона II) при температуре 400-600°С, а выделяющаяся в процес­се их горения теплота обеспечивает ускоренный прогрев и воспламенение твердого коксового остатка. Далее начинается горение кокса при температу­ре около 1000°С и является наи­более длительным процессом.

 

Рис. Температурный режим при горе­нии отдельной частицы твердого топлива: 1 — температура газовой среды вокруг ча­стицы; 2 — температура частицы; 3 — вос­пламенение коксового остатка; 4 — завер­шение горения коксового остатка; I — зона термической подготовки; II — зона горе­ния летучих веществ; III — зона прогрева коксового остатка; IV — зона горения кок­сового остатка.