Горение

Горение

ГОРЕНИЕ, в широком смысле - всякая быстро протекающая химическая реакция с выделением теплоты и света; так, говорят, что фосфор горит в хлоре, магний - в углекислоте и т. п. В более узком смысле, горение - реакция соединения вещества с кислородом, причем обычно под горением разумеют соединение топлива с кислородом, протекающее с выделением тепла и света. Для горения необходимы определенное соотношение между количествами горючего вещества и кислорода (или воздуха) и надлежащие физические условия: начальная температура, концентрация реагирующих веществ, физическое строение горючего и пр. Физическими условиями, особенно температурой, обусловливается скорость реакции: чем ниже температура, тем медленнее реакция (см. Вспышка). При горении органических веществ в конечном результате образуются углекислота СО2 и вода Н2О.

Поскольку углекислота и вода образуются при дыхании, тлении и гниении, в свое время была высказана мысль, что эти явления, протекающие при комнатных температурах, представляют собой «медленное горение» (Лавуазье). Поскольку скорость химической реакции убывает непрерывно с понижением температуры, была высказана мысль, что горение как чисто химический процесс (т. е. без участия бактерий и энзимов) идет и при обыкновенной температуре, но только с чрезвычайно малой скоростью: дрова горят не только в печке, но и перед печкой (Оствальд). Этой точке зрения противопоставляется другая (Урбен): дрова перед печкой при наличии воздуха совершенно не горят, а находятся в ложном (кажущемся) равновесии, - для начала процесса (горения) необходимо изменение внешних условий, например, температуры. Горение в технике имеет целью дать или свет, или теплоту, или продукты неполного сгорания. Если вещество газообразно или если жидкие и твердые вещества в процессе сгорания образуют горючие пары и газы, то горение сопровождается пламенем.

Пламя - горящие и накаленные от горения пары и газы. Яркость пламени зависит от твердых накаленных частиц в горящем газе; если их нет (пламя водорода, спирта), пламя бледно; яркое пламя натрия обусловливается присутствием в пламени частиц перекиси натрия; в пламени дерева, свечи находятся частички угля (копоть); бледное пламя можно сделать ярким, внося в него твердые вещества или добавляя к данному горючему другого горючего, способного давать копоть при сгорании, например, водород, пропущенный через бензин, дает яркое пламя.

Теплота, получаемая при горении, наиболее ценна с технической точки зрения. Каждое химическое вещество при сгорании дает определенное количество теплоты. Сгорание вещества не происходит моментально, в виду чего полезные эффекты горения (максимальная температура, количество теплоты, получаемое в единицу времени) зависят от условий горения. Если горение происходит в надлежащих условиях при достаточном доступе воздуха, то конечными продуктами сгорания являются Н2О и СО2; при недостаточном количестве воздуха реакции образования СО и реакции, в которых принимает участие СО, играют видную роль (см. Газ топочный и дымовой. Генераторный газ и Газогенераторы).

Необходимым условием полного сгорания является достаточное количество кислорода.

Пирометрическим эффектом горения или жаропроизводительностью называют наивысший предел температуры, которого можно достигнуть при горении данного горючего, в предположении, что процесс протекает без потерь, с теоретическим количеством воздуха. Если теплопроизводительность горючего обозначить через Q, веса различных продуктов горения - через ∑Р, а теплоемкость их - через с, то для пирометрического эффекта Т° получим формулу:

Формула для пирометрического эффекта

свидетельствующую о том, что пирометрический эффект горения прямо пропорционален теплотворной способности и обратно пропорционален количеству продуктов горения и их теплоемкости. Если начальная температура > 0°,

Gorenie 2

При пользовании этими формулами необходимо принять во внимание изменение удельной теплоты продуктов горения с температурой и диссоциацией СО2 и Н2О при высоких температурных напряжениях. Теплоемкость газов при р = Const приведена в табл. 1, составленной профессором Блахером на основании данных Менделеева, Курнакова, Бласса и Фишера.

Теплоемкость газов

Из табл. 1 видно, что теплоемкость воздуха и газообразных продуктов горения увеличивается с температурой. Для вычисления пирометрического эффекта горения существует ряд формул, учитывающих как влияние диссоциации газов при высоких температурах, так и изменение теплоемкости с повышением температуры, из них формула Курнакова:

Формула Курнакова

где Т° - пирометрический эффект горения; К - коэффициент диссоциации; с, с1 - теплоемкости продуктов горения в соединенном и диссоциированном состоянии [для технических расчетов допускается приравнивание величин коэффициентов диссоциации Н2О (пара) и СО2]; Q - теплотворная способность горючего, с2 - теплоемкость азота и G и G1 - веса продуктов горения и азота. Значения пирометрического эффекта горения приведены в табл. 2.

Значения пирометрического эффекта горения

Для определения теоретической температуры сгорания (Тг.) профессор А. А. Надежин дает следующую формулу:

Для определения теоретической температуры сгорания профессор Надежин дает следующую формулу

где QT - общее количество введенного тепла; Gп.c. - вес продуктов сгорания 1 кг топлива; Сп.с. - средняя теплоемкость их (в Cal). Выражая произведение Gn.c. · Сп.с. равенством:

Gorenie 7

где Gc.г. - вес сухих газов, Gв.п. - вес водяных паров, Сс.г. и Св.п. - соответствующие теплоемкости, профессор Надежин приходит к следующей конечной формуле:

Gorenie 8

практическое пользование которой основано на методе подстановки, при котором предварительно задаются ожидаемой Тг. и, определив по ней Сс.г. и Св.п. подставляют их в формулу. Анализ этой формулы обнаруживает весьма сильную зависимость Тг. от коэффициента избытка воздуха, рода топлива и метода его сжигания. Зависимость эта видна из диаграммы профессора К. В. Кирш (см. фиг.), который построил ее для полного сгорания топлива.

Gorenie 9

Значение кривых диаграммы следующие: 1 - антрацит, 2 - каменный уголь (25% летучих веществ), 3 и 6 - подмосковный курный уголь с влажностью w в 10 и 32%, 4 - нефтяные остатки; 5, 7 и 8 - дрова при влажности в 20, 30, 40%, не считаясь с влажностью воздуха.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.

Еще по теме: