Развитие теплоты

Развитие теплоты происходит в природе при целом ряде явлений, например, при различного рода химических процессах, при прохождении электрического тока, при трении одного тела о другое, при сжатии тел каждое из этих явлений может быть. применено при получении тепла. При выборе способа получения тепла для технических целей приходится главным образом руководствоваться экономическими соображениями, выбирая наиболее выгодный способ; таковым в настоящее время считается один из химических процессов, называющейся горением.

Процесс горения состоит в соединении составных элементов данного тела с кислородом и, следовательно, горением в общем смысле можно назвать всякого рода окисления, как например гниение, ржавление металлов и проч.; при последних процессах происходит также соединение кислорода с составными элементами тел, но соединение это происходит медленно и сопровождается сравнительно незначительным выделением тепла в единицу времени. В технике горением называется быстро происходящее соединение кислорода с элементами тел, сопровождающееся значительным возвышением температуры и выделением большого количества тепла.

Тела, которыми пользуются на практике для горения с целью получения теплоты, носят общее название топлива; хорошее топливо должно удовлетворять следующим условиям: 1) оно должно давать возможно большее количество тепла при наименьшей стоимости; 2) оно должно легко загораться и не должно заключать в себе много влаги и других негорючих примесей; 3) при перевозке оно не должно крошиться и 4) продукты горения топлива не должны заключать в себе вредных для здоровья элементов и не должны оказывать вредного влияния на прочность стенок приборов, в которых происходит сжигание топлива.

В виде топлива чаще всего применяются: дерево, торф, ископаемые угли (антрацит, каменный уголь и лигнит, нефть и её остатки и, в незначительной мере, некоторые сорта газообразного топлива; все эти сорта топлива представляют собою тела сложные, при чем главными, полезными для горения, элементами их являются углерод и водород. Горение топлива начинается лишь с того момента, когда оно зажжено, т. е. доведено до такой температуры, при которой происходит разложение его на составные элементы, способные в таком состоянии вступать в соединение с кислородом; температура эта называется начальной температурой горения. Развившаяся при горении первых частиц топлива теплота способствует разложению следующих частиц его и таким образом начавшееся горение продолжается безостановочно до тех пор, пока не сгорит все топливо, или же пока не встретятся обстоятельства, способные прекратить горение.

Таким образом для горения необходимо, чтобы оно происходило при температуре не ниже начальной температуры горения и чтобы к топливу доставлялся кислород в необходимом для горения количестве; последний доставляется обыкновенно в виде составной части воздуха.

Образующиеся при горении соединения называются продуктами горения; выделяясь при горении, они обыкновенно сопровождаются элементами, не участвовавшими в горении, образуя вместе так называемый дым. Негорючие части топлива остаются в виде порошкообразного или твердого остатка, называющегося в первом случае золою, а во втором шлаками.

Кислород может соединяться с составными элементами топлива в различных количествах; при соединении его с углеродом и водородом в наибольшем количестве продукты горения получаются в виде углекислоты (С0₂) и воды (Н₂0); горение такого рода, при котором кислород вступает в соединение с элементами топлива в наибольшем количестве, называется полным горением.

С другой стороны, вследствие неблагоприятных условий, может случиться, что при горении углерод будет соединяться только с одной частью кислорода, образуя окись углерода (СО), или же часть углерода совсем не соединится с кислородом, выделяясь в виде сажи, или же, наконец, часть топлива, не разложившись на составные элементы, будет уноситься с продуктами горения в виде продуктов сухой перегонки (смолы и других углеводородов); такое горение, при котором продукты его могут еще вступать в дальнейшее соединение с кислородом, называется неполным горением. Очевидно, что в первом случае произойдет наибольшее переменение элементов, а следовательно и наибольшее развитие тепла, поэтому при устройстве приборов для сжигания топлива необходимо стремиться к тому, чтобы горение в них происходило возможно более полное; при неполном же горении, очевидно, происходит потеря части полезных для выделения тепла элементов.

Неполнота горения может происходить: 1) от недостаточно высокой температуры, при которой должно происходить разложение топлива и соединение элементов его с кислородом и 2) от притока воздуха в недостаточном для горения количестве. Высокая температура требуется прежде всего для разложения топлива на составные элементы; при недостаточно высокой температуре часть топлива не разложится на составные элементы и, следовательно, не будет соединяться с кислородом и не будет выделять тепла. С другой стороны кислород вступает в полное соединение с элементами топлива только при достаточно высокой температуре, в противном же случае получается или не полное соединение, или же элементы совсем не соединяются с кислородом и выделяются в чистом виде, не участвуя таким образом в горении. В виду этого приборы для сжигания топлива должны быть устраиваемые таким образом, чтобы по возможности не происходило охлаждения в том месте, где происходит разложение топлива и чтобы соединение кислорода с элементами топлива происходило возможно ближе к месту разложения топлива, где сохраняется ещё достаточно высокая температура.

При недостаточном количестве притекающего воздуха—кислорода его не хватает для полного соединения со всеми горючими элементами топлива, почему часть этих элементов не участвует в выделении тепла; надо при этом иметь в виду, что и избыток воздуха также вреден, так как, во-первых, излишний воздух, притекающий к топливу, бесполезно охлаждает последнее и понижает температуру горения, а во-вторых, смешавшись с продуктами горения,—отнимает от них часть тепла и уносит его в дымовую трубу. Для полноты горения количество подводимого воздуха должно быть строго согласовано с количеством горящего топлива, при чем воздух должен подводиться таким образом, чтобы он возможно полнее перемешивался с элементами разложившегося топлива, для более полного соединения с ними кислорода воздуха.