§ 54. Сжигание топлива

Заключенная в топливах химическая энергия освобождается в виде теплоты в печах фазных конструкций. Познакомимся с устройством и действием их сначала на примере домашней печки. Она состоит из топки, в которой протекает реакция горения, поддувала, через которое притекает к топливу воздух, и из дымохода - трубы, через которую удаляются наружу продукты горения (рис. 40). Воздух поступает из поддувала в топку через колосник - решетку, на которой лежат дрова, а частично через дверку печи, когда она открыта. Как только печь затоплена, начинается сухая перегонка древесины - разложение ее на уголь и горючие газы. Эти горючие газы, сгорая, образуют пламя. Когда дрова "прогорят", т. е. сухая перегонка древесины и сгорание летучих продуктов (и частично угля) закончится, на колосниковой решетке останется слой сильно раскаленного угля. Кислород воздуха, притекающий через отверстия колосниковой решетки, расходуется в нижней части угля на его сгорание с образованием двуокиси углерода:

Рис. 40. Схема простейшей печи для твердого топлива. а - печь затоплена, б - печь протоплена, дымоход открыт, в - дымоход закрыт

Двуокись углерода, просачиваясь (вместе с азотом) через верхний слой угля, сама вступает здесь в химическую реакцию с углем и превращается в окись углерода:

Когда окись углерода (вместе с азотом и двуокисью углерода) выходит на поверхность угля, она встречается со свежим воздухом, притекающим через дверцу печи, и сгорает голубыми огоньками, превращаясь опять в двуокись:

Двуокись углерода вместе с азотом уносится в трубу. Когда уголь несколько остынет, окись углерода перестанет получаться, и голубые огоньки исчезнут. Тогда нужно печь закрыть, чтобы тепло не уносилось зря в трубу. Угли будут медленно тлеть за счет притекающего к ним из поддувала воздуха и превращаться в безвредную двуокись углерода. В конце концов угли истлеют и в печи останется лишь кучка золы, представляющей собой смесь содержавшихся в дереве и получившихся при сухой перегонке солей. Раньше чем исчезнут голубые огоньки, печь нельзя закрывать потому, что окись углерода перестанет сгорать, просочится в комнату и может отравить ее обитателей - они "угорят".

Устройство и действие промышленных печей в принципе такие же, как и домашних печей. Главное отличие промышленных печей для твердого топлива от домашней заключается в непрерывности их действия за счет постоянной подачи топлива на колосниковую решетку.

Рис. 41. Устройство форсунки для сжигания жидкого топлива

Мелкое, пылевидное топливо сжигают во взвешенном состоянии, вдувая его в топку при помощи форсунки. Жидкое топливо вводится в топку также через форсунку (рис. 41) при помощи водяного пара или сжатого воздуха, распыляющих его на мельчайшие капли, которые быстро сгорают. Еще лучше смешивается с воздухом и полнее сгорает газообразное топливо (рис. 42).

Рис. 42. Устройство горелки для сжигания газообразного топлива

Жидкое и особенно газообразное топливо имеет ряд преимуществ перед твердым. Облегчается устройство топок и подача топлива в печь, упрощается управление процессом горения; на рабочем месте возле топки легко поддерживается полная чистота.

Развитие экономики сопровождается все возрастающим потреблением энергии. Природные запасы энергии в каждой стране образуют ее энергетические ресурсы. В состав их входят как химические источники энергии (топливные ресурсы), так и механические: энергия воды, ветра, а также внутриядерная энергия. Природные источники энергии делятся на возобновляемые, как например энергия воды и ветра, и невозобновляемые, как например каменный уголь. Из химических источников энергии к возобновляемым относится древесина и отчасти торф. По запасам энергетических ресурсов СССР является богатейшей страной мира.

1. Опишите устройство и действие печей для твердого топлива на примере домашней печи. Выразите уравнениями все происходящие в печи реакции, если в качестве топлива применяется кокс.
2. Опишите устройство и действие печей для жидкого и газообразного топлива.
3. Сравните устройство печей для твердого топлива с устройством газогенератора: что у них общее и чем они отличаются друг от друга.
4. Рассчитайте, на сколько больше выделится энергии при сжигании 1 кг угля, чем при сжигании полученной из него в газогенераторе окиси углерода. Какой процент энергии, заключенной в угле, теряется при обращении угля в генераторный газ?
5. Что такое энергетические ресурсы и каков их состав?