Процесс горения топлива

Горением называется взаимодействие горючих веществ с кислородом воздуха. Процесс горения может происходить только при высокой температуре и, как правило, сопровождается выделением определенного количества тепла. Если пламя свечи покрыть стаканом, то она начнет дымить и затем погаснет. Горение прекратится потому, что весь кислород воздуха в стакане израсходовался, а без кислорода горение происходить не может. Если кусок дерева поместить в сосуд с кислородом — он гореть не будет, так как сосуд не нагрет. Горючие части топлива— углерод и водород — могут соединяться с кислородом, только в сильно нагретом состоянии. Следовательно, без высокой температуры топлива горение происходить не может. Для воспламенения дерева, например, нужно, чтобы его температура была не ниже 300°, для каменного угля — 600°.

Как происходит обычная растопка печи? Сложенные в печи дрова окружены кислородом, поступающим в виде потока воздуха через топочную и поддувальную дверцы. Однако даже сухие дрова нельзя зажечь одной спичкой, небольшое пламя которой не в состоянии сильно нагреть полена. Сначала спичкой зажигают растопку (мелкую лучину или бумагу), а от е& пламени нагреваются и загораются дрова. Чтобы горение происходило непрерывно, в печь все время должен поступать кислород (воздух). Если количество воздуха слишком велико, то топливник будет охлаждаться, а горение — ухудшаться, так как для хорошего горения необходима высокая температура. Поэтому нельзя топить печь с широко открытой дверцей.

Если же количество воздуха, а следовательно, и кислорода недостаточно, то происходит так называемое неполное горение— дрова тлеют и горят темно-красным пламенем, выделяя большое количество густого черного дыма, в котором уносятся частички топлива, не сгоревшего из-за недостатка кислорода. В дымооборотах печи и в дымовой трубе эти частички осаждаются в виде сажи. Для того чтобы воздух проникал во всю толщу топливного слоя и обеспечивал кислородом всю поверхность горения, печи оборудуют колосниковыми решетками и поддувалами.

Если поддувала нет и воздух попадает через топливную дверцу, то он омывает только передний ряд дров, поднимается кверху и уходит в дымоход, не соприкоснувшись с задними рядами дров. Поэтому дрова полностью не сгорают. Печи без поддувала и колосниковой решетки гораздо хуже используют сгорающее топливо. Внешними признаками полного сгорания топлива являются: соломенно-желтый цвет пламени в топливнике и белый или прозрачный дым. При полном сгорании сажа почти не откладывается на стенках дымооборотов и дымовой трубы. Нормальный процесс горения протекает при высоких температурах: для дров 800—900° и для каменного угля 900— 1200°. Эти температуры обеспечивают непрерывность горения, если кислород в топливники подается также непрерывно.

При полном сгорании углерода 1 весовая часть его соединяется с 2 весовыми частями кислорода воздуха и дает в результате 1 весовую часть нового газа, называемого углекислым газом или углекислотой. Этот газ, не имеющий цвета и запаха, не горит и не поддерживает горение.

При неполном сгорании углерода образуется окись углерода. Этот газ может гореть при высокой температуре. Окись углерода ядовита. Небольшое содержание ее в воздухе помещения может вызвать серьезное отравление и даже смерть людей; в быту окись углерода называют угаром. Внешним признаком выделения окиси углерода служат синенькие короткие огоньки поверх слоя углей. При сгорании водорода 2 весовые части его соединяются с 1 весовой частью кислорода, образуя водяной пар, который уносится в дымовую трубу. Если температура отходящих газов низка или стенки дымовой трубы сильно охлаждены, то и водяные пары охлаждаются и оседают на стенках в виде капель воды (иногда смешанной с несгоревшими частицами топлива). Это явление называется конденсацией водяных паров. Пии постоянной конденсации ухудшается тяга. Стенки трубы отсыревают и она постепенно разрушается.

Из этого следует, что нельзя допускать чрезмерного остывания дымовых газов; температура их не должна быть ниже 125—150°. Дымовые газы представляют собой смесь продуктов сгорания топлива из углекислоты, окиси углерода, водяных паров, остатков несгоревших частиц топлива (сажи) и иногда паров серы.

« предыдущая   
оглавление  
следующая »

Процесс горения топлива, проблемы и пути их решения.

Процесс горения топлива

Выбрать водогрейные котлы в каталоге завода

Цена от 230 000

Горение — химическое соединение горючих веществ топлива с кислородом воздуха, сопровождающееся резким повышением температуры и выделением значительного количества теплоты. При горении топлива образуются газообразные продукты (дымовые газы) и очаговые остатки в виде золы и шлака. Условно процесс сжигания твердого топлива делят на три стадии:

• воспламенение (зажигание),
• активное горение
• дожигание.

В первой стадии твердое топливо вначале подогревается и подсушивается и при температуре 105 — 110 °С теряет свою влагу. Затем при температуре 300 — 400 °C оно начинает разлагаться на летучие вещества и твердый остаток. При дальнейшем нагреве, когда его температура становится равной температуре воспламенения, топливо загорается. Температура воспламенения (примерная) различных топлив следующая, °С: дров — 300; бурого угля 300 — 400; каменного угля 450 — 500; антрацита 700 — 750; жидкого топлива 500 — 600; газа около 600. Стадия активного горения характеризуется высокой температурой (более 1000 °С) с максимальным выделением тепла и наибольшим потреблением воздуха (кислорода), расходуемого на горение кокса и летучих веществ.

Дожигание твердого топлива характеризуется уменьшающимся тепловыделением и снижающейся потребностью в воздухе.

Горение жидкого топлива происходит в основном в парогазовой среде, когда в результате предварительного подогрева оно переходит из жидкого состояния в парообразное. Так как температура кипения жидкого топлива значительно ниже температуры его воспламенения, то вначале оно испаряется, а затем воспламеняется (сначала легкие фракции, затем тяжелые). Интенсивность испарения топлива зависит от площади испарения и количества подводимой теплоты. Скорость испарения резко увеличивается при распыливании топлива на отдельные капли с помощью специальных устройств — форсунок.

Регулирование количества сжигаемого топлива

Время сжигания и количество сжигаемого топлива в топке регулируется количеством подаваемого в нее воздуха. Для твердого топлива, например, усиливая дутье воздуха под решетку и тягу, можно тем самым ввести больше воздуха в топку. Кислород воздуха, проходя по слою топлива и вступая в реакцию, распределяется на большое количество струек и увеличивает скорость горения. Забрасывая в топку больше топлива, получаем больше теплоты. Однако необходимую толщину слоя топлива следует держать в установленных пределах, чтобы избежать неполноты горения (увеличения механического и химического недожога топлива) или большого избытка воздуха. Тягу регулируют так, чтобы в топке (в верхней части загрузочной дверки) устанавливалось разрежение не более 20-30 Па (2-3 мм вод. ст.).

Горение газообразного топлива включает следующие стадии: смешивание газа с воздухом (образование горючей смеси), нагревание смеси до температуры воспламенения и собственно горение. Сгорание бывает полное и неполное. При полном сгорании топлива углерод, соединяясь с кислородом, образует диоксид углерода (углекислый газ) CO2 водород — водяные пары Н2О, а сера — диоксид серы (сернистый газ) SO2. При этом уходящие из топки газы в своем составе не будут иметь горючих элементов. При неправильном обслуживании топки появляется неполное сгорание топлива, когда химическая энергия топлива не преобразуется полностью в теплоту; а частично остается в уходящих газах и выбрасывается через дымовую трубу в атмосферу.

Оксид углерода, продукт неполного сгорания топлива, является одним из загрязнителей воздуха (потеря от химической неполноты сгорания). Другим загрязнителем атмосферы являются вынесенные вместе с газами мелкие частицы несгоревшего топлива (до 80 %) (потери от механической неполноты сгорания, а также унос золы и сажи). Причиной уноса несгоревшего топлива в отопительных котлах малой мощности является сжигание в них рядовых топлив, имеющих большое количество мелочи.

Пути решения проблем, возникающих при сжигании топлива низкого качества

Низкая теплота сгорания создание пояса зажигания; производится футеровка из огнеупорного кирпича или огнеупорного раствора экранов по периметру топки на высоту до 500 мм. Это позволит увеличить температуру ядра горения, увеличить скорость сушки и зажигания топлива и стабилизировать горение за счет снижения теплопередачи к экранным поверхностям топки котла.

Высокая гигроскопическая влажность — организация закрытого склада для хранения топлива, сушка топлива. В механизированной котельной при условии подачи топлива ленточным транспортером организация закрытой отапливаемой галереи. Создание пояса зажигания.

Фракционный состав При наличии мелочи и отсева (куски менее 30 мм) применение топочного устройства беспровального типа — ОУР.

Для снижения величины провала, при использовании колосниковой решетки, организация топочного процесса производится следующим образом. Так как колосниковые решетки являются топочными устройствами провального типа (ширина просечек колосников 15-20 мм) необходимо снизить интенсивность шурования и производить только выравнивание слоя в период растопки котла и до образования слоя топлива необходимой высоты (образование стабильной шлаковой подушки), при котором будет идти стабильное горение с минимальным провалом.

Интенсивность шурования стоит увеличивать (с целью увеличения провала) только при увеличении высоты слоя выше необходимой (рекомендуемой руководством по эксплуатации) и ухудшении горения по причине недостаточной и неравномерной подачи воздуха на горение (в периоды чистки топки).

При наличии крупной фракции (куски более 100 мм) применение дробильных устройств.

Высокое содержание серы — для исключения сернистой коррозии держать температуру уходящих газов выше точки росы (точки начала конденсации водяных паров).

Летучие конструкция котла. При сжигании топлива с большим выходом летучих газов необходимо иметь большой объем топки, который позволял бы сжигать в ней газообразные горючие летучие вещества.

Наоборот, при сжигании твердого топлива с малым выходом летучих газов (антрацит), возможно иметь топку меньшего объема, но с развитой площадью поверхности колосниковой решетки, так как основное сгорание топлива будет происходить в слое топлива.

Автор: Антон Гор

Дата публикации: 18.02.2022

Горение | Определение, реакция, анализ и факты

сжигание

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Антуан Лавуазье
Отто фон Герике
Иоганн Иоахим Бехер

Похожие темы:

огонь
флогистон
точка возгорания
пламя
случайное возгорание

Просмотреть весь связанный контент →

Понять химический состав того, что заставляет спичку загораться

Посмотреть все видео к этой статье

горение , химическая реакция между веществами, обычно включающая кислород и обычно сопровождающаяся выделением тепла и света в виде пламени. Скорость или скорость соединения реагентов высока отчасти из-за природы самой химической реакции, а отчасти потому, что генерируется больше энергии, чем может уйти в окружающую среду, в результате чего температура реагентов повышается. чтобы еще больше ускорить реакцию.

Известным примером реакции горения является зажженная спичка. Когда зажигается спичка, трение нагревает голову до температуры, при которой химические вещества вступают в реакцию и выделяют больше тепла, чем может выйти в воздух, и горят пламенем. Если ветер сдувает тепло или химические вещества влажные, а трение недостаточно повышает температуру, спичка гаснет. При правильном воспламенении тепло от пламени повышает температуру близлежащего слоя спички и кислорода в воздухе, прилегающем к нему, и древесина и кислород вступают в реакцию горения. Когда достигается равновесие между полными тепловыми энергиями реагентов и полными тепловыми энергиями продуктов (включая реально излучаемое тепло и свет), горение прекращается. Пламя имеет определяемый состав и сложную структуру; о них говорят, что они многообразны и способны существовать как при достаточно низких температурах, так и при чрезвычайно высоких температурах. Испускание света в пламени обусловлено присутствием возбужденных частиц и, как правило, заряженных атомов и молекул, а также электронов.

Горение охватывает большое разнообразие явлений с широким применением в промышленности, науке, профессиях и быту, и применение основано на знаниях физики, химии и механики; их взаимосвязь становится особенно очевидной при рассмотрении распространения пламени.

В общих чертах горение является одной из наиболее важных химических реакций и может считаться кульминационным этапом окисления определенных видов веществ. Хотя когда-то окисление считалось просто сочетанием кислорода с любым соединением или элементом, значение этого слова было расширено и теперь включает любую реакцию, в которой атомы теряют электроны, тем самым окисляясь. Как уже отмечалось, в любом процессе окисления окислитель забирает электроны у окисляемого вещества, тем самым сам восстанавливаясь (приобретая электроны). Любое вещество вообще может быть окислителем. Но эти определения, достаточно ясные применительно к атомному строению для объяснения химических реакций, не так однозначно применимы к горению, которое, вообще говоря, остается типом химической реакции с участием кислорода в качестве окислителя, но осложняется тем, что процесс включает других видов реакций, а также тем, что она протекает в необычайно быстром темпе. Кроме того, большинство пламен имеют в своей структуре участок, в котором вместо окисления протекают восстановительные реакции. Тем не менее, основным явлением при горении часто является соединение горючего материала с кислородом.

Britannica Quiz

Типы химических реакций

Что такое огонь? — Science Learning Hub

Добавить в коллекцию

Огонь — это видимое следствие процесса горения — особого типа химической реакции. Это происходит между кислородом воздуха и каким-то топливом. Продукты химической реакции полностью отличаются от исходного материала.

Топливо должно быть нагрето до температуры воспламенения, чтобы произошло возгорание. Реакция будет продолжаться до тех пор, пока будет достаточно тепла, топлива и кислорода. Это известно как огненный треугольник.

Горение – это реакция топлива с кислородом с выделением тепловой энергии. Горение может быть медленным или быстрым в зависимости от количества доступного кислорода. Горение, в результате которого возникает пламя, происходит очень быстро и называется горением. Горение может происходить только между газами.

Химическая реакция в процессе горения

Топливо может быть твердым, жидким или газообразным. Во время химической реакции, приводящей к возгоранию, топливо нагревается до такой степени, что (если уже не является газом) выделяет газы со своей поверхности.

Только газы могут реагировать при горении. Газы состоят из молекул (групп атомов). Когда эти газы достаточно горячие, молекулы в газах распадаются, и фрагменты молекул воссоединяются с кислородом воздуха, образуя новые молекулы продукта – молекулы воды (H ₂ O) и молекулы углекислого газа (CO ₂ ) – и другие продукты, если горение не полное.

Тепло, выделяемое в результате реакции, поддерживает огонь. Тепло пламени будет поддерживать оставшееся топливо при температуре воспламенения. Пламя поджигает выделяющиеся газы, и огонь распространяется. Пока есть достаточно топлива и кислорода, огонь продолжает гореть.

Топливо + кислород (из воздуха) = продукты сгорания (в основном CO ₂ + H ₂ O) + тепловая энергия.

Полное сгорание

При полном сгорании горящего топлива образуются только вода и углекислый газ (без дыма или других продуктов). Пламя обычно синее. Для этого должно быть достаточно кислорода, чтобы полностью соединиться с горючим газом.

Многие из нас используют газ метан (CH ₄ ), широко известный как природный газ, дома для приготовления пищи. Когда газ нагревается (пламенем или искрой) и если в атмосфере достаточно кислорода, молекулы распадаются на части и полностью преобразуются в воду и углекислый газ.

9 0079 →

Неполное сгорание

Если во время химической реакции недостаточно кислорода, происходит неполное сгорание и образуются такие продукты, как углерод (C) и монооксид углерода (CO), а также вода и диоксид углерода. При неполном сгорании выделяется меньше тепловой энергии, чем при полном сгорании.

При неполном сгорании горящее пламя обычно желтого или оранжевого цвета с дымом.

Связанный контент

Узнайте больше о больших научных идеях и концепциях, связанных с огнем:

• Что такое дым? объясняет неполное сгорание и опасности, которые представляет дым.
• Тепловая энергия рассматривает теплообмен – конвекцию, теплопроводность и излучение.
• Поведение огня исследует переменные, влияющие на огонь.

Лесные пожары – что это такое? Что их вызывает? Как лесные пожары влияют на нас и влияют ли на них климат?

Идеи для занятий

Драма в микромире – использование драмы для моделирования атомов, молекул, переноса тепла и горения.

Зажгите свечу – наблюдайте и исследуйте пламя свечи и процесс горения.

Тушение пожара – исследуйте способы тушения пожара, используя знания о пожарном треугольнике и химии огня.