![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Механизм горения углерода
Углерод является важнейшим твердым видом топлива, широко применяемым в котельных, промышленных теплогенерирующих установках и на теплоэлектростанциях. Его горение является гетерогенным процессом и имеет свои особенности. Брутто-процесс очень прост: С + О2 + СО2 (43) Однако механизм горения более сложен. В зависимости от стадии горения различают два механизма. На начальной стадии, когда происходит разгорание вещества и температура невысокая (до 1000°С), механизм следующий: Зарождение цепи. В реакции зарождения цепи, как уже было в механизме горения водорода и СО, участвует вода: М* + Н2О = ОН. + Н. (44)
Продолжение цепи. Н. + О2 = ОН. + О: (45) Эта реакция также нам знакома по механизмам горения водорода и СО. Далее активные частицы реагируют на поверхности с углеродом. Углерод представляет собой природный полимер (обозначим его С х), в котором каждый атом С соединен четырьмя химическими связями с другими атомами С. При взаимодействии с активной частицей две из этих химических связей разрушаются и к атому углерода присоединяется атом кислорода. Образуется т.н. углеродно-кислородный комплекс - частично окисленный полимер углерода: С х + ОН. = С х- 1СО + Н. (46) Этот комплекс может либо разрушаться при температуре горения, либо реагировать с бирадикалом кислорода: С х- 1СО = С х- 1 + СО↑ (47) 2С х- 1СО + О: = 2С х- 1 + СО↑ + СО2↑ (48) Углерод может реагировать и с бирадикалом кислорода: С х + О: = С х- 1СО (49) Образование бирадикала кислорода, как и в реакции горения СО, не является реакцией разветвления цепи, так как он в дальнейшем поглощается и не дает новых радикалов. Одновременно с разобранным механизмом на него накладывается механизм горения СО, который мы изучали выше. Обрыв цепи аналогичен рассмотренному для реакций горения СО и водорода. При повышении температуры в процессе горения углерод может окисляться не только кислородом, но и с помощью СО2: С х + СО2 = С х- 1СО + СО↑ (50) Чем выше температура, тем более эффективным становится этот способ окисления углерода. При температурах около 1500°С и выше углерод практически полностью окисляется с помощью СО2. На этой стадии механизм выглядит следующим образом. Углерод окисляется по реакции (50). Все рассмотренные выше процессы продолжения цепи не играют существенной роли. В газовой фазе у поверхности углерода происходит горение СО по изученному выше механизму. Этот процесс полностью использует диффундирующий в пламя кислород, который не доходит до поверхности углерода. Таким образом, кислород непосредственно вообще не участвует в реакции окисления углерода. Такой механизм носит название двойного горящего слоя, где первый из них – слой горящего а атмосфере СО2 углерода, а второй – горящего в атмосфере кислорода СО. Скорость горения углерода в основном определяется площадью поверхности. Для интенсификации процесса в промышленных установках уголь перед использованием измельчается до пылевидного состояния и спрыскивается в сопло в виде аэрозоля. Процесс горения такого угля хорошо регулируется. В домашних котельных уголь обычно используется в виде достаточно крупных кусков.
|