Пламя, горение, огонь, факел. Теория. Коптит, дымит, гаснет. Неполное сгорание. Копоть, сажа, дым.

Почему пламя коптит или гаснет? Неполное сгорание - причины. От чего зависит качество горения. (10+)

Как происходит горение? Пламя, огонь, факел. Копоть, сажа, дым. Теория

Оглавление :: Поиск

Этот материал не излагает научную теорию пламени. В нем популярно излагаются некоторые особенности горения, причины появления копоти, сажи и дыма. Почему пламя иногда горит стабильно, а иногда погасает?

Как происходит горение?

Горение - самоподдерживающийся процесс быстрого окисления топлива. То есть для горения необходимо топливо, окислитель и условия, при которых химическая реакция окисления будет протекать интенсивно и устойчиво.

В обычных условиях нашей планеты окислителем бывает кислород воздуха. Однако горение возможно и в других окислительных средах, например, во фторе, хлоре, азотной кислоте, чистом кислороде, озоне и т. д.

Топливом при горении могут быть самые разные вещества, способные окисляться, например, углерод, водород, природный газ, ископаемые углеводороды, угарный газ, спирты, углеводы, металлы и т. д.

Для быстрого протекания реакции окисления необходимы либо высокая температура, либо наличие катализатора, либо и то и другое. К примеру, в катализаторе автомашины угарный газ доокисляется (сгорает) при довольно высокой температуре (выхлопная система машины довольно горячая) и в присутствии катализатора из платиноидов.

Что такое огонь, пламя, факел

Очень часто, хотя далеко не всегда, при горении мы наблюдаем некоторую светящуюся область, которую принято называть огнем или пламенем. На самом деле пламя образуется только при сгорании газообразных веществ или очень мелкой пыли / аэрозоли. Действительно, чтобы горение проходило в некоторой области, необходимо, чтобы вещества смешались с окислителем, проникли в него, заполнили эту область.

Когда мы сжигаем многие твердые и жидкие вещества, горение идет в два этапа. Первый - газообразование. Под действием высоких температур твердые и жидкие топлива испаряются или пиролизуются (распадаются). Второй - горение образовавшихся газообразных веществ. Именно это горение мы наблюдаем в виде пламени.

Так что, когда говорят, что печь или котел - пиролизные, то немного лукавят. Это маркетинговый ход. На самом деле любая печь, кроме работающих на газе, коксе и антраците, пиролизная. Просто бывают печи длительного горения, в которых пиролиз происходит управляемо, в зависимости от потребностей в тепле, а бывают такие, в которых топливо сгорает со своей естественной скоростью.

Пламя при горении некоторых веществ, например, природного газа, водорода, CO, есть, но оно может быть почти невидимым. Именно поэтому при работе с таким пламенем очень важно использовать защитные очки. Иначе можно случайно лишиться глаз, не заметив пламя и попав под него.

Не всякое горение сопровождается пламенем. Некоторые вещества горят без факела, огня. Это, прежде всего, металлы (железная пыль). Практически без пламени также горит антрацит, кокс, качественный древесный уголь. Другие угли горят с пламенем, так как выделяют при нагреве коксовый газ, который раньше даже использовался в освещении и отоплении. Подробнее о горении угля.

Продукты сгорания

В процессе горения выделяется тепло, и обычно образуются газы - продукты горения. Именно эти газы отводят часть тепла от места горения, снижая его температуру. Однако есть вещества, которые горят без выделения газов. Это мелкодисперсные порошки металлов, прежде всего железа и цинка. Результатом их горения являются твердые окислы. Если такой порошок положить на металлическую пластину и поджечь (чтобы он хорошо горел, он должен быть очень мелким, практически пылью), то состав быстро прожжет пластину, так как все выделяемое тепло не отводится, а накапливается и разогревает место горения.

Копоть, дым, сажа, задувание

Теперь поговорим про условия горения. В большинстве случаев катализаторы не используются. Так что горение происходит просто в условиях высоких температур. Чтобы пламя не гасло, и топливо сгорало полностью, необходимо выполнение двух условий. Во-первых, достаточное количество окислителя (например, кислорода из воздуха). Во-вторых, достаточная температура, чтобы все составляющие топлива хорошо реагировали с этим кислородом. Обычно в топливе много всяких фракций, и они горят при разных температурах. Необходимо, чтобы температура была достаточной для сгорания самой устойчивой фракции.

К сожалению, два названных требования конфликтуют друг с другом. Воздух, который поступает в область горения, имеет комнатную температуру. Избыточное поступление воздуха приводит к снижению температуры в области горения, неполному сгоранию, копоти, саже и дыму, а иногда погасанию пламени. При очень большом количестве воздуха пламя задувается и гаснет. Недостаточное количество воздуха служит причиной неполного сгорания уже по другой причине. Не хватает окислителя.

Решений проблемы неполного сгорания есть в целом два. Первое решение - очень четкое регулирование подачи воздуха. Если необходимо регулировать подачу воздуха в широком диапазоне интенсивности пламени, то с этим может справиться только компьютер, так как необходимо учитывать огромное количество параметров. Сейчас в продаже есть котлы и печи с компьютерным управлением. Они реализуют именно этот принцип. Для котлов с дозированной подачей топлива, например, газовых или дизельных, есть другая возможность - рассчитать заранее один, два или несколько режимов горения, и сжигать топливо только в этих режимах. На этом принципе построены простые дизельные и газовые одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые горелки. Принцип горения в предрассчитанных режимах не подходит для твердотопливных котлов, так как в них горение протекает не равномерно, его интенсивность сначала нарастает по мере нагрева, потом падает по мере прогорания топлива. Второе решение - подавать воздух не весь сразу в топку, а порциями по мере следования продуктов горения. Так называемый, первичный, вторичный, третичный (четверичный и т. д.) воздух. Действительно, подадим немного воздуха в область горения. Высокая температура обеспечена. Сгорит некоторое количество топлива, выделится энергия, она нагреет продукты горения. Добавим еще немного воздуха. Сгорит еще кое-что, выделится тепло, нагреет продукты горения. Добавим к полученной смеси еще немного воздуха и т. д. В результате температура газов будет все время поддерживаться высокой, а кислорода будет достаточно для полного сгорания. Такой подход используется в простых твердотопливных печах и котлах.

Кстати о саже. Сажа представляет собой углеродный порошок. Углерод горит при более высоких температурах, чем другие фракции. Наличие сажи однозначно свидетельствует о слишком низкой температуре в области горения. Сажа образуется, если топить печь или котел слишком малым количеством топлива, не нагревая его до оптимальной температуры.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: Поиск

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.