Раздел 1.Основы теории горения топлив,топливосжигающие устройства.

Горением называется процесс взаимодействия топли­ва с окислителем, сопровождающийся выделением тепла, а иногда и света. Роль окислителя в большинстве случаев вы­полняет кислород воздуха. Всякое горение предполагает прежде всего тесный контакт между молекулами топлива и окислителя. Чтобы происходило горение, необходимо обес­печить этот контакт, т. е. необходимо смешать топливо с воздухом. Следовательно, процесс горения складывается из двух стадий: смешение топлива с воздухом и воспламене­ние и горение топлива.

В процессе горения образуется пламя, в котором про­текает реакция горения составляющих топлива и выделя­ется тепло. В технике при сжигании газообразного, жидкого и твердого пылевидного топлив применяют факельный метод сжигания. Факел — это частный случай пламени, ко­гда топливо и воздух поступают в рабочее пространство печи в виде струй, которые постепенно перемешиваются друг с другом. Поэтому форма и длина факела обычно определенные.

При факельном, наиболее распространенном в метал­лургии и машиностроении сжигании топлива аэродинами­ческую основу процесса составляют струйные течения.

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 горения. При го­могенном горении тепло- и массообмен происходят между телами, находящимися в одинаковом агрегатном состоя­нии. Гомогенное горение протекает в объеме топлива 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.

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, связанным 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 больше времени, необходимого для 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.

Процесс горения любого топлива разделяется на две стадии: воспламенение и непосредственное горение.

Процесс воспламенения характеризует собой предвари­тельный период, когда в результате медленного окисления в системе происходит накопление тепла с соответствующим постепенным повышением температуры. При достижении определенной температуры, называемой температурой вос­пламенения, реакции окисления резко ускоряются и про­цесс переходит непосредственно в горение.

Температура воспламенения зависит от природы топ­лива и соответствует практически той наинизшей темпера­туре, при которой начинается интенсивное горение.

Ниже приведены температуры воспламенения в возду­хе различных топлив, К:

Чтобы установить пределы воспламенения промышлен­ных газов, являющихся смесью различных горючих компо­нентов, пользуются правилом аддитивности:

(74)

где z — искомый нижний или верхний предел воспламе­нения; z ₁, z ₂, x ₃ — соответствующие пределы воспламене­ния для горючих компонентов топлива; p ₁, p ₂, p ₃ — процент­ное содержание отдельных горючих компонентов в смеси (в реальном топливе).

Воспламенение вне концентрационных пределов отсут­ствует, потому что выделение тепла вне пределов воспла­менения невелико и не может компенсировать возникаю­щие тепловые потери.