Процессу непосредственного горения углерода топлива предшествует термическое его разложение (300...500°С) с выделением летучих веществ. Они
уносятся из слоя не воспламенившись. Поэтому рассматривается только взаимодествие твёрдого углерода с кислородом.

По современным представлениям при окислении частицы топлива на её поверхности идёт адсорбция кислорода и образование комплексов СхОу. Газообразные продукты горения углерода образуются при последующей десорбции и распаде комплексов. При низких температурах (< 700°С) про­дуктом окисления углерода коксика является смесь СО и С02. При более высоких температурах СО является единственным газом в зоне реакции. В присутствии кислорода СО может догорать до С02, однако этому препятствует быстрое охлаждение отходящих газов, в которых присутствует СО.

Скорость горения углерода твердого топлива является гетерогенным процессом и зависит от скорости доставки кислорода к реагирующей поверхности и от химического акта образования СО и С02.

При низких температурах (кинетический режим) результирующая скорость невелика. К реагирующей поверхности кислорода поступает больше, чем расходуется, в этом случае определяющими являются факторы химической кинетики.

При высоких температурах процесс идёт в диффузионном режиме. Роль перечисленных факторов оказывается обратной.

Существенное влияние на скорость горения углерода твёрдого топлива оказывают скорость движения газового потока и концентрация в нём кислорода.

Процесс горения начинается с воспламенения топлива. Температурой воспламенения называется температура, выше которой реагирующая система способна к самоускорению реакции. Решающее влияние на этот процесс оказывают условия отвода теплоты от реагирующей системы на обеспечение физико-химических процессов в спекаемом слое, а именно сушку шихты, реакций в твердых фазах, плавление шихты.

Значительно сложнее оказывается механизм процесса в случае слоевого сжигания топлива, когда идёт горение массы частиц топлива, уложенных на колосниковую решётку, в слой которых засасывается воздух. В этом случае идут вторичные реакции:

С + С02 = 2СО - 162 МДж/кмоль, СО + 0,5О2 = С02 + 285 МДж/кмоль.

Структура зоны горения при слоевом горении топлива представлена на рис. 4.8. Слой горящего топлива состоит из двух основных зон: кислородной /, в которой интенсивно расходуется кислород и образуются примерно в равных количествах СО и С02, и восстановительной II, в которой интенсивное развитие получает реакция (4.11). Экспериментальными исследованиями установлено, что протяженность кислородной зоны практически мало зависит от скорости дутья и составляет 3-5 размеров частиц. Протяженность зоны восстановления в 3-4 раза больше кислородной зоны. На процесс фор­мирования газа в кислородной зоне влияет также реакция догорания СО. Реакция (4.12) идет тем полнее, чем крупнее частицы топлива и меньше скорость газового потока.