Горение топлива

При сжигании топлива входящие в его состав горячие элементы соединяются с кислородом воздуха. При этом происходит преобразование химической энергии топлива в тепловую, идущую на нагрев продуктов сгорания.

Химическую реакцию между веществами А и Б, протекающую с образованием продуктов М и Н, можно описать уравнением химической реакции вида:

аА+бБ↔мМ+nН.

Скорость химической реакции определяется по формуле

,

где k – константа скорости химической реакции; С₁, С₂ – концентрация исходных веществ А и Б; а и б – число молекул, участвующих в реакции.

Когда скорость прямой реакции становится равной скорости обратной реакции, наступает химическое равновесие. Отношение концентраций реагирующих веществ в момент равновесия называют константой равновесия К_с, которая для газообразных веществ может быть выражена через парциальное давление реагирующих газов, которая обозначается через К_р.

Величины К_с и К_р связаны между собой уравнением

,

где R – газовая постоянная; Т – температура реакции, К; ∆n – изменение числа молей.

Зависимость константы скорости реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса.

,

где k₀ – множитель; Е – энергия активации.

С ростом температуры согласно закона Аррениуса происходит увеличение скорости химической реакции горения. Однако, закон действующих масс и уравнение Аррениуса недостаточны для объяснения истинного характера протекания реакций горения водорода, углерода и его окиси.

Наиболее вероятен предложенный академиком Н.Н. Семеновым цепной характер протекания реакций горения с наличием промежуточных стадий реакций и соединением с активными центрами. Скорость течения цепных реакций превосходит скорость течения обычных химических реакций в сотни тысяч раз.

Процесс горения любой частицы натурального твердого топлива протекает еще более сложным путем и сопровождается комплексом физико-химических явлений: начинается с подогрева топлива, сопровождается испарением влаги и возгонкой летучих веществ и продолжается до момента воспламенения. Далее происходит горение летучих веществ и кокса.

Гомогенными называются реакции веществ, находящиеся в одинаковом агрегатном состоянии. К ним относятся реакции газов. Реакции горения жидких и твердых топлив протекают при разном агрегатном состоянии веществ. Такие реакции называются гетерогенными.

Гетерогенные реакции сильно зависят от скорости подвода или переноса окислителя к поверхности горящей частицы – от скорости диффузии. С повышением температуры число активных центров растет, что приводит к вспышке топлива. Температура, при которой происходит это явление, называют температурой воспламенения.

Воспламенение продуктов газификации или газообразного топлива приводит к образованию фронта пламени, состоящего из слоя смеси, в котором протекает процесс горения.

Для возможности характеризовать горения газовоздушных смесей в ламинарном потоке используются понятия нормальной скорости распространения пламени: ,

где U_н – нормальная скорость распространения пламени, см/c; а – коэффициент температуропроводности смеси, см²/c.

Дата добавления: 2015-08-09