20.1.6 Горение топлива

Горением называется химическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света. Обычно под горением топлива понимают быстро протекающий окислительный процесс, т. е. реакцию соединения топлива с кислородом, воздухом.

Для возникновения и развития реакции горения необходимо, чтобы взаимодействующие вещества (топливо, кислород воздуха) были нагреты до температуры самовоспламенения топлива. Температурой самовоспламенения называется та минимальная температура, до которой должны быть нагреты частицы топлива и окислителя (кислорода), чтобы произошло воспламенение без постороннего источника огня. Температура воспламенения различных видов топлив колеблется в широких пределах. Так, для торфа она составляет 215–230°, древесины – около 300°, каменного угля – 480°, бензина – 410–430°, дизельных топлив – . 300–360°, бензола – выше 500°, а для метана – более 700°.

При сгорании происходит разрыв углеводородных связей, их перегруппировка, при этом топливо меняет свое агрегатное состояние, выделяются различные парообразные и газообразные продукты, которые, соединяясь с кислородом, образуют пламя. Чем больше выделится газообразных летучих соединений, тем больше будет пламя. Остаток топлива сгорает без пламени. В зависимости от количества кислорода и скорости его подачи к месту горения может образовываться пламя различного вида. Окислительное пламя, содержащее избыток кислорода, который может быть отдан внесенным в пламя металлам, мало или совсем не светится. Если топливо содержит много углерода, наблюдается белое свечение. Чем выше температура пламени, тем ярче его свечение. При недостаточном количестве кислорода образуется светящееся, а иногда и коптящее пламя, способное восстанавливать окислы металла, поэтому его называют восстановительным. Большинство видов топлив: торф, древесина, бурый уголь, продукты переработки нефти горят светящимся пламенем. Пламя, помимо окислительного и восстановительного, может быть нейтральным, в котором нет ни избытка, ни недостатка кислорода; по внешнему виду оно желто-красного цвета.

При установившемся процессе горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т.е. область, где происходит реакция соединения, выделяется тепло и излучается свет. В условиях медленного горения твердых топлив температура продуктов сгорания поднимается до 800–1000^о. При быстро протекающих реакциях (дизельные двигатели) температура поднимается значительно выше 1000°, а иногда доходит до 2000°. Для интенсификации процесса горения хорошо перемешивают топливо с воздухом, предварительно подогревают реагирующие вещества, а иногда применяют кислородное дутье.

Не следует делать вывод, что необходимо увеличивать подачу воздуха, так как при этом вводится значительное количество инертного газа – азота (объем кислорода в воздухе – около 21,0%, а остальное – азот). Избыточный воздух забирает часть тепла на нагревание, что снижает температуру и уменьшает скорость сгорания топлива. Нужно обеспечить полное сгорание топлива при возможно меньшем избытке воздуха.