teplotekhnika (852911), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Если смесь предварительно подготовлена и химически однородна, то процесс горения представляет собой наиболее простой и изученный вид горения. Скорость гомогенного горения определяется скоростью химических реакций окисления.Неоднородной система является тогда, когда топливо и окислитель подаются в зону воспламенения и горения раздельно. При гомогенном горении неоднородной топливно-воздушной смеси форма пламени и скоростьзависят от скорости диффузионного смешения топлива с воздухом.Ґетерогенным горением называется такой процесс, в котором горючеевещество и окислитель находятся в разных агрегатных состояниях, например, окислитель - в газообразном, а горючее - в жидком или твердом. Подача воздуха и топлива обеспечивается раздельно, и процесс гетерогенного горения характеризуется одновременным развитием процессов образования топливно-воздушной смеси и ее горения.Горение жидкого топлива происходит в парообразном состоянии, т.е.горит не сама капля, находящаяся в жидкой фазе, а ее пары, смешанныес кислородом воздуха и подогретые до температуры воспламенения.Таким образом, горение капли представляет собой комплекс физических процессов подогрева капли, ее испарения, смешения паров топлива с окислителем, подогрева топливно-воздушной смеси и химическихреакций.
Каждая частица топлива последовательно участвует в этих процессах; применительно ко всей капле и факелу в целом эти процессыпротекают одновременно.Полное время сгорания топлива т будет зависеть от продолжительности протекания физических процессови химических реакций тх.тф>> тх (т = тф), то горение протекает в диффузионной области.ЕслитфВ этом случае полное время сгорания практически равно времени, затрачиваемому на смесеобразование, в котором процессы диффузии играютопределяющую роль. Сжигание мазутов и дизельного топлива в топкахсудовых котлов служит примером диффузионного горения.300Если тх >>тф(т = тх), то горение протекает в кинетической области, иполное время сгорания определяется скоростью химических реакций,т.е.
кинетикой процесса.Скорость химических реакций окисления прямо пропорциональнадавлению топливовоздушной смеси в степени, определяемой порядкомреакции. Изменение скорости реакции в зависимости от температурыпроисходит по экспоненциальному закону. Например, практически притех температурах, которые имеют место в топках судовых котлов (не ниже ІООО °С), реакции окисления протекают мгновенно и значение тх ничтожно мало в сравнении с тф.
Так, по данным некоторых исследователей, оно составляет 1-5% по отношению к общему времени сгорания капли (т = 1-10-4 + 0,2 с), зависящему от сорта топлива и диаметра капли.Таким образом, продолжительность сгорания отдельных капель, аследовательно, и интенсивность протекания в целом всех топочных процессов будут определяться физическими процессами смесеобразования,при улучшении которых сжигание топлива будет проходить быстрее иэффективнее.Различают полное и неполное сгорания. Сгорание называется полным, если горючие элементы топлива окисляются полностью.
Горючимиэлементами топлива являются углерод, водород и сера. При полном сгорании образуются углекислый газ СО2, водяные пары Н2О и сернистыйгаз 802. В продуктах полного сгорания будут присутствовать также азот(атмосферный и азот топлива) и избыточный кислород. Это объясняетсятем, что вследствие несовершенства процесса перемешивания топлива своздухом в топку подается избыточный воздух, в результате чего не веськислород расходуется на горение.При неполном сгорании топлива в продуктах сгорания наряду с перечисленными соединениями находятся окись углерода СО, водород Н2,метан СН4 и другие углеводороды.
При сжигании жидких топлив этипродукты неполного сгорания, кроме СО, содержатся в очень незначительных количествах, и их не учитывают. Поэтому за показатель неполноты сгорания топлива принимают содержание в газах только СО.Расчеты химических реакций горения - определение количества необходимого для горения воздуха, состава и количества образующихсяпродуктов сгорания - являются первым этапом теплового расчета котла.Разность между полными внутренними энергиями исходных веществи продуктов реакции называется тепловым эффектом реакции.
Таким образом, убыль внутренней химической энергии реагирующих веществ оп-ределит появление внешней теплоты и работы. Эта направленность реагирования характерна для всех процессов горения топлив.Экспериментально было установлено, что в большинстве случаев течение реакции горения не подчиняется молекулярному характеру и описанным зависимостям от температуры и давления.301Изучение механизма таких реакций показало, что эти реакции протекают не непосредственно между молекулами исходных реагируюших веЩеств, а через последовательные промежуточные стадии, зачинателямикоторых являются активные промежуточные продукты - свободные атомы и радикалы или неустойчивые молекулы, которые легко разрушаются с образованием атомов и радикалов - активных центров.
Последние ивступают во взаимодействие с исходными веществами и образуют конечные продукты. Одновременно с образованием конечных продуктов каждая стадия рождает новый активный центр, являющийся продолжениемреакции. Такие реакции называются цепными.Зарождение первичного активного центра происходит из исходныхвешеств при столкновении их активных молекул либо под воздействиемвнешних факторов (свет, местный нагрев, ионизирующее излучение ит.д.). Цепные реакции, идущие путем последовательных стадий с образованием промежуточных активных продуктов, совершаются легче, чемпри непосредственном молекулярном взаимодействии.Различают разветвленные и неразветвленные цепные реакции.Неразветвленными называются цепные реакции, в которых молекулаактивного продукта при реакции с исходным веществом дает конечныйпродукт и один активный центр, продолжающий реакцию.Разветвленными называются цепные реакции, в которых при взаи модействии активного продукта с исходной молекулой наряду с продуктомреакции появляется две молекулы и более активного продукта.
Это обстоятельство приводит к самоускорению реакции во времени. По разветвленным цепным реакциям происходит горение водорода, окиси углерода, метана и других углеводородных топлив.Самовоспламенение и зажигание. При низких температурах топливновоздушной смеси скорость химической реакции между ними мала и неприводит к повышению температуры смеси, так как скорость отвода теплоты в окружающую среду превышает скорость тепловыделения в резул ьтате реакции.Повышение температуры топливно-воздушной смеси путем увеличения температуры окружающей среды или стенок камеры реагированияувеличивает скорость реакции и, следовательно, скорость избыточноготепловыделения.При определенной температуре окружающей среды го'с температура реагируюшеи смеси и, следовательно, скорость ее реакции достигают значений,при которых скорость тепловыделения превышает скорость отвода теплоты.Избыточная теплота реакции идет на саморазогрев смеси до температуры гс,при которой наступает бурное ее реагирование с появлением пламени.Этот процесс быстрого нарастания скорости реакции, который взамкнутом объеме может иметь взрывной характер, называется самовоспламенением.302Таким образом, под самовоспламенением горючих смесей понимаюттакой процесс воспламенения, при котором реагирующая смесь, нагревается до определенной температуры гс, самостоятельно саморазогревается и затем воспламеняется во всем объеме без участия внешнего источника зажигания.Температуру топливно-воздушной смеси гс, выше которой возможносамоускорение реакции, называют температурои самовоспламенения.Минимальная же температура среды или стенок камеры реагирования(о_с, начиная с которой в реагируюшей смеси данного состава наступаетсамовоспламенение, называют температурои воспламенения.Таким образом, гс выше (о_с.
Их разность составляет в среднем 4080 °С и представляет собой саморазогрев смеси, предшествующий самовоспламенению. В период саморазогрева в системе происходит накопление теплоты и активных центров, приводящее к взрывному развитию реакции при достижении температуры гс. Время предвзрывного саморазогрева системы называется периодом индукции или задержкой воспламенения.Температура самовоспламенения гс не является физической константой, так как зависит от состава топлива, условий развития реакции, объема реагируюшей системы и ряда других факторов. Все эти факторывлияют и на период индукции. Его длительность характеризует воспламеняемость топлив.Самовоспламенение характерно для всех видов топлива, включаятвердое.
Температура самовоспламенения твердых топлив зависит от содержания летучих и их характеристики воспламенения. Наименьшаятемпература самовоспламенения у молодых топлив: древесины, торфа,сланцев и бурых углей (Іс = 225250 °С); самая высокая - у старых топлив (например, у антрацитов гс = 500 °С).
Эта характеристика твердоготоплива имеет чрезвычаино важное практическое значение для предупреждения самовозгорания твердых топлив при их хранении. Самовозгорание возникает при окислении горючих составляющих топлив из-заадсорбции кислорода воздуха поверхностью топлива, при этом чем мельче топливо, тем больше его поверхность и тем сильнее адсорбция.Выделяюшаяся при окислении теплота приводит к саморазогреву топлива, ускоряюшему процесс окисления и обусловливающему дальнейший рост температуры в штабеле. В результате температура топлива может достигнуть температуры самовоспламенения, что приводит к пожарам и взрывам штабелей. Для предупреждения этого применяются спеЦиальные меры.Зажигание (вынужденное воспламенение) топлива отличается от самовоспламенения тем, что реакция горения возникает от нагрева (возбуЖдения) реагируюшей системы в одном месте от внешнего высокотемпературного источника, и образовавшийся фронт пламени распространя303ется на всю систему.
Источниками зажигания могут быть раскаленныетела (калильное зажигание), пламя и электрическая искра.Источник зажигания должен иметь температуру Інст, превышающуютемпературу воспламенения топлива, а также достаточную мощность,которая устанавливается аналитическим и опытным путями.Зажигание раскаленными телами широко применяется при сжиганиигазов в топках котлов и печей. На пути факела низкореакционных газов(коксового, доменного и т.д.) устанавливаются горки и решетки из огнеупорных материалов, которые при нагреве служат источником зажигания свежей газовой смеси.Электроискровое зажигание широко применяется в карбюраторныхДВС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
