12. Механизм горения углеродной частицы при сухой и мокрой газификации

Механизм реагирования углерода с кисло­родом представляется следующим. Из газового объема кислород адсорбируется на поверх­ности частицы и вступает в химическое соеди­нение с углеродом, образуя сложные углерод­но-кислородные комплексы С_хО_у. Последние распадаются с образованием С0₂ и СО.

Образовавшиеся первичные продукты реак­ции постоянно уходят с поверхности частицы в окружающую среду, причем окись углерода, встречая диффундирующий навстречу кисло­род, реагирует с ним в пределах пограничной газовой пленки частицы и окисляется до С0₂, отчего концентрация кислорода на подходе к поверхности частицы быстро снижается, а СО2 возрастает (рис. 4.6,а). При высокой температуре горения окись углерода может использовать весь поступающий кислород на свое доокисление, и тогда до поверхности он не доходит (рис. 4.6,5). В этих условиях на поверхности частицы протекает восстанови­тельная реакция, идущая с поглощением теп­лоты, — образование СО за счет части С0₂.

Таким образом, процесс гетерогенного го­рения частицы углерода с поверхности за счет более высокого тепловыделения в объ­еме поддерживается высокий уровень темпе­ратуры поверхности даже при наличии на ней эндотермической реакции.

Из рассмотрения реакций следует, что го­рение углерода с поверхности также происхо­дит с частичной газификацией (образованием СО и его догоранием в объеме). Это ускоряет выгорание коксовых частиц.

Горение газовых топлив. Горение газовых топлив происходит по законам цепных раз­ветвленных реакций (ЦРР), раскрытым акад. Н. Н. Семеновым и К. Хиншельвудом. Преобразование исходных веществ в конеч­ные продукты совершаются через систему про­межуточных звеньев реакции, последователь­но связанных друг с другом и развивающих­ся в объеме горючей смеси наподобие ветвей, отходящих от ствола дерева. В итеге такой реакции наряду с конечными ее продуктами вновь образуется еще большее число актив­ных центров, обеспечивающих дальнейшее развитие реакции в объеме. Горение газового топлива в смеси с возду­хом идет с очень большой скоростью (готовая смесь метана с воздухом объемом 10 м³ сго­рает за 0,1 с). Поэтому интенсивность сжи­гания природного газа в топках паровых кот­лов определяется скоростью его смешения с воздухом в горелочном устройстве, т. е. фи­зическими факторами. Трудность обеспечения полного смешения большого расхода газа с воздухом за короткий промежуток времени связан с большим различием объемных рас­ходов газа и воздуха — на сжигание 1 м³ газа требуется 10 м³ воздуха. Для полноты пере­мешивания приходится вводить газ в поток воздуха внутри горелки большим количеством мелких струй малого диаметра и с большой скоростью. Воздушный поток также сильно турбулизируется в специальных завихривающих устройствах.

13. Механизм горения топлив (ламинарное и турбулентное)

Для протекания реакции необходимо перемешивание компонентов на молекулярном уровне, иными словами, необходим процесс массопереноса реагирующих компонентов в зону реакции и продуктов реакции из нее.

Процесс массопереноса осуществляется в турбулентном потоке за счет турбулентной диффузии, а в ламинарном потоке, неподвижной среде и в пограничном слое – за счет молекулярной диффузии, которые при посто-янной температуре и давлении описываются законом Фика. Если реакция горения протекает мгновенно, то это явление называется взрывом.

В зависимости от фазового состояния реагирующих веществ химиче-ские реакции горения делят на: 1) гомогенные – протекающие в объеме ме-жду компонентами, находящимися в одной фазе (газ и воздух); 2) гетерогенные – протекающие на поверхности раздела фаз (уголь или капля мазута и воздух)