Горение топлива - химическая реакция горючих элементов топлива с окислителем при высокой температуре, которая сопровождается интенсивным выделением теплоты. В качестве окислителя используют кислород воздуха.
Любое горение предполагает прежде тесный контакт между молекулами топлива и окислителя. Чтобы происходило горение, необходимо обеспечить этот контакт, т.е. необходимо смешать топливо с воздухом. Итак, процесс горения состоит из двух стадий: 1) смешивания топлива с воздухом и 2) воспламенения и горения топлива.
В процессе горения образуется пламени, в котором протекает реакция горения составляющих топлива и выделяется теплота. В технике при сжигании газообразного, жидкого и твердого пылевидного топлива применяют факельный метод сжигания. Факел - это частный случай пламя, когда топливо и воздух поступают в рабочее пространство печи в виде струй, постепенно перемешиваются друг с другом.
При факельных, 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 закручивания струй и др.). Для того, чтобы организовать смешения так, как это необходимо для конкретного случая сжигания топлива.
Процессы горения разделяют на 2 группы:
1) гомогенное горение - горение газообразного топлива (система "газ + газ ");
2) гетерогенное горение - горение твердого и жидкого топлива (система "твердое тело + газ" или "жидкость + газ").
Гомогенное горение может протекать в кинетической и диффузионной областях.
При кинетическом гомогенном 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, связанные с протеканием реакций окисления топлива.
При диффузионном гомогенном горении процессы смешивания и горения не разделены и происходят практически одновременно. В этом случае процесс горения определяется перемешиванием, потому что время смешивания 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.
Кроме этого существует смешанное (диффузионно-кинетическое) горение. При этом газ предварительно смешивается с некоторым количеством воздуха, затем полученная смесь поступает в рабочий объем, куда отдельно подается другая часть воздуха.
В топках котельных агрегатов в основном используют кинетический и смешанный способы сжигания топлива.
Процесс горения любого топлива разделяется на две стадии: воспаление и непосредственное горения.
Процесс воспаления характеризует собой предыдущий период, когда в результате медленного окисления в системе происходит накопление тепла с соответствующим постепенным повышением температуры. При достижении определенной температуры, которая называется температурой воспламенения, реакции окисления резко ускоряются и процесс переходит непосредственно в горения.
Температура воспламенения зависит от природы топлива и отвечает практически той низкой температуре, при которой начинается интенсивное горение.
Горение - это в основном химический процесс, так как в результате его протекания происходят качественные изменения состава реагирующих масс. Но в то же время химическая реакция горения сопровождается различными физическими явлениями: перенос теплоты, диффузионный перенос реагирующих масс и др..