燃烧

燃烧是放热的氧化还原反应，其中可燃燃料被氧气氧化。 氧化剂氧气在燃烧过程中被还原，并通过吸收电子和形成氧化物来降低其氧化态。 燃料的一种成分在燃烧过程中形成还原剂，并通过形成氧化物提高其氧化态。 甲烷的完全燃烧根据以下反应式发生：

C H 4 + 2 O 2 → C O 2 + 2 H 2 O Δ H 0 = − 802 .4 k J ⋅ mol − 1

能量在反应步骤中释放，以辐射（火焰形成）和内能（废气中的热量）的形式消散。

与爆炸相反，燃料的受控放热氧化称为燃烧。 爆炸的特征是大量燃料的快速反应。 密闭室内由于温度的短时升高会产生相当大的爆炸压力，具有破坏性作用。

对于人体用作能量来源的物质。 用作燃料，例如 葡萄糖或脂肪，以氧气为氧化剂，在体细胞内发生逐渐缓慢的氧化反应，类似于燃烧。 这些反应发生在适当低的体温下，可称为冷灼伤。 然而，由于它们在生理学上的重要性，这些反应具有分解代谢反应的特殊名称。 从化学的角度来看，这些反应也是氧化还原反应。

火焰从紫外线、可见光和红外辐射范围发出电磁辐射。 必须区分固态辐射和气态分子辐射。 固体燃料或形成的烟灰（例如取暖油燃烧过程中的细粉尘）被视为固体。 固体在整个光谱范围内发出辐射。 该光谱大致对应于黑体的光谱。 通过燃烧的放热反应，能量被添加到气态分子和原子中，并且由于碰撞过程，粒子具有更高的能级。 当电子返回到能量较低的状态时，能量差以辐射形式发射，并发射光子。 这种发光现象形成了火焰。 在分子中，振动带和分子带被占据； 为原子发射线谱。 该气体辐射是选择性的并且取决于燃料气体的成分。 它由大量的自由基组成，其中一些在完全燃烧之前仅作为中间产物存在。 与固态辐射相反，发射的气体辐射在光谱中分布不均匀。 火焰的光谱取决于火焰中的粒子成分。 氢火焰的辐射非常微弱，尤其是在可见光范围内，因为可见波长范围内的自由基（H2、OH、H、H）几乎没有任何电子跃迁。

缓慢的“冷氧化”可以在金属生锈或生物的营养物质氧化中看到，即它们的“燃烧”。

技术燃烧过程用于加热目的、发电、材料分离（熔炼）和冶金。 为了优化燃烧，努力提高燃烧效率并减少污染物的形成。 燃烧过程中二氧化碳排放到大气中是全球变暖的主要原因。 目标是降低燃料中的碳含量。 这可以通过使用含碳较少的燃料（天然气而不是煤）或不含碳（氢）来实现。

在燃烧过程中，燃料和空气供应的调节方式是在限定的燃烧室中发生受控的化学反应。 为了工厂安全，必须确保气态或液态燃料在流入燃烧室后安全点燃并完全燃烧。 否则，可能会形成更大体积的爆炸性气体，如果点燃，会导致压力迅速增加并导致爆炸。

含碳和氢燃料在原装密闭空间内的xxx爆炸压力化学环境压力（体积爆燃）为 10 巴； 火焰速度范围从 0.5 m/s（碳氢化合物）到 2.5 m/s（氢气）。 压力略有增加的爆炸（大气爆燃）称为爆燃。

技术上采用可控燃烧产生热量，逐渐适应用热需求。利用热载体的温度或沸腾液体的蒸气压，使燃料和燃烧空气的质量流量适应热量要求。

工业技术过程中会产生废热，其中使用放热反应来转化物质（热过程系统）。 目的是尽可能经济地利用热量。 这种废热是例如 用于内部运行、发电（通过余热蒸汽发生器和涡轮机）或区域供热耦合。 不能使用的热量必须通过冷却塔释放到环境中。

使用开放式喷射火焰，燃料从喷嘴进入大气并被点燃。 火焰前锋从点火点向出口喷嘴方向移动，火焰在此稳定。 当空气被送入燃烧管时，可以在本生灯中设置热的预混火焰。 通过关闭空气供应，火焰变得更加扩散并且火焰温度更低（扩散火焰）。 燃料通过层流和湍流扩散过程与空气混合。 这种类型的火焰称为扩散火焰。 通常，化学链式反应比扩散过程快得多。 因此，扩散决定了燃烧的动力学。

关于燃烧过程，可以区分开放式燃烧​​和燃烧室中的燃烧。

• 开放性烧伤是例如用于照明目的（蜡烛）或用于加热或保持物质温暖（熔化金属上的通道燃烧器，用于加热焊接​​轨道的液化气手持燃烧器）或用作辐射表面加热（催化燃烧）或开放式壁炉。 助燃空气可通过燃烧热系统或特别是通过助燃空气风扇供应。
• 在气焊工艺中，通常会向燃气中添加纯氧，以达到较高的燃烧温度。
• 当通过热载体（蒸汽、热水、导热油、空气）间接使用热量或废气不应进入周围房间（炉子）时，使用燃烧室。 有针对性地供应燃料和空气。 热量输出可以通过调节助燃空气来调节，在燃气、油和粉尘燃烧的情况下，还可以通过燃料质量流量来调节。 废气通过烟囱排放。

除了爆炸物或自燃物质外，所使用的天然和人造物质和材料在环境温度下是不可燃的，因为热能不足以维持稳定的氧化反应链。 偏离预期用途或技术错误可能会导致点火源点燃可燃材料。 这些是例如电气缺陷（短路、热过载、放电/电弧）、摩擦过程、高水平辐射、化学反应、雷击。

燃料主要由碳 (C)、氢 (H) 和硫 (S) 元素组成。 燃料通常含有不可燃成分，例如氮 (N)、氧 (O)、水 (H2O) 或无机物质，其中一些在燃烧过程后会产生灰烬。 吸湿或化学结合的水含量必须在燃烧过程中蒸发并增加废气质量流量。 如果废气中的水含量未被冷凝，则燃烧效率会因水而降低。

燃料可以固态、液态或气态存在。 原子成分的元素分析通常用于表征固体和液体燃料。 在气体燃料的情况下，气体组分的摩尔分数通常用于计算燃烧过程。

固体燃料包括煤、木材、泥炭、稻草和垃圾。 根据块状，固体燃料可以在炉排上、流化床中或以粉尘形式燃烧。 粒径越小，燃烧反应越快。