燃烧过程的理论基础

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第五章燃烧过程的理论基础,2,化学热力学：研究化学反应平衡态（方向、限度）,化学动力学：研究化学反应机理和反应速度,第一节燃烧化学反应动力学基础,静态,动态,3,定义：,发光发热的高速化学反应,三要素：,燃烧程度：,燃烧分类,可燃质 氧化剂 温度,燃烧效率,100,q,3,q,4,1.,燃烧的基本概念,非均相燃烧：可燃质和氧化剂为不同一相态,均相燃烧：可燃质和氧化剂为同一相态,第一节燃烧化学反应动力学基础,4,2.,化学反应速度,（,1,）定义：,单位时间内反应物浓度的减少和生成物浓度的增加,（,2,）表达式,mol/(m,3,s),第一节燃烧化学反应动力学基础,5,（,3,）影响化学反应速度的因素,浓度对化学反应速度的影响质量作用定律,在一定温度下，化学反应速度与参加反应各反应物浓度幂的乘积成正比，幂指数等于其相应的化学计量系数,均相反应,非均相反应,B:,氧化剂（气相）,k,A,和,k,B,：反应速度常数,a,b,：反应级数,第一节燃烧化学反应动力学基础,6,（,3,）影响化学反应速度的因素,温度对化学反应速度的影响阿累尼乌斯定律,E,活化能（某一反应进行所需要的最低能量）,k,0,频率因子（指前因子,）,有效碰撞比例,第一节燃烧化学反应动力学基础,量纲与反应级数有关,7,（,3,）影响化学反应速度的因素,第一节燃烧化学反应动力学基础,8,温度对化学反应速度的影响阿累尼乌斯定律,木材,:75,84kJ/mol,褐煤,:92,105kJ/mol,烟煤,:117,134kJ/mol,无烟,:140,147kJ/mol,活化能一定，温度,反应速度,温度一定，活化能,反应速度,第一节燃烧化学反应动力学基础,9,3.,多相燃烧过程（气固）,主气流,O,2,炭粒表面,被吸附,（,O,2,燃料）,反应产物,解析,扩散,扩散,反应,第一节燃烧化学反应动力学基础,氧气从外界扩散到炭粒周围,氧气吸附在炭粒表面,炭粒和氧进行化学反应,燃烧产物从炭粒表面上解析,燃烧产物通过灰壳阻力向外扩散,10,4.,多相燃烧的反应速度（气固）,扩散速度系数,主气流、表面,O,2,浓度,化学反应速度,k,反应速度常数,第一节燃烧化学反应动力学基础,O,2,扩散速度：,单位时间通过边界层向炭粒表面输送的氧量,11,平衡状态下的燃烧速度,第一节燃烧化学反应动力学基础,折算速度系数,表观反应速度常数,4.,多相燃烧的反应速度（气固）,12,动力区（化学控制）,5.,多相燃烧的三个区域（气固）,T9001000,k1400,T,zh,Q,2,散热条件,氧浓度,燃料性质,16,（,1,）碳的燃烧反应,1.,碳的燃烧,一次反应,一次反应,一次反应的产物与碳继续反应,二次反应,第二节煤粉的燃烧,水蒸汽与碳的反应,二次反应,17,（,2,）碳粒静止时的燃烧,T1200,表面,边界层,O,2,炭粒,O,2,CO,CO,2,边界层,CO,2,18,2.,碳的燃烧,炭粒,O,2,CO,迎风面,背风面,（,3,）碳粒相对运动时的燃烧,O,2,CO,2,19,CO,2,学说,CO,学说,O,2,低速通过碳层,O,2,高速通过碳层,第二节煤粉的燃烧,（,2,）碳燃烧反应的几个学说,C,3,O,4,学说,T1600,一次产物,一次产物,一次产物,20,第二节煤粉的燃烧,2.,煤粉燃烧与碳燃烧的区别,有利于着火燃烧,挥发分析出增加焦炭的内部空隙,挥发分析出增加焦炭的反应面积,燃烧中生成的灰层包裹碳粒,妨碍氧向碳粒表面的扩散,碳粒反应表面减少,燃烧和燃尽困难,煤中含有水分,煤中含有挥发分,煤中含有杂质,水分吸热,燃烧产生的水蒸汽和挥发分,煤是多孔性物质,煤粒表面和内部空隙反应,21,第二节煤粉的燃烧,3.,煤粉的燃烧,历程,煤,析出水分,析出挥发分,焦炭,挥发分着火燃烧,烟气,固定碳燃烧,灰渣,加热,干燥,热解,释放,着火前的准备阶段 燃烧阶段 燃尽阶段,三个过程,没有明确界限,22,第二节煤粉的燃烧,3.,煤粉的燃烧,特点,煤粉中挥发分的析出曲线,23,第二节煤粉的燃烧,4.,煤粉气流的燃烧,历程,着火前的准备阶段 燃烧阶段 燃尽阶段,特点,颗粒群空气,要求,迅速、完全,条件,供应适量空气,维持足够炉温,保证良好混合,提供足够时间,24,第二节煤粉的燃烧,4.,煤粉气流的燃烧,火炬工况,97,的可燃质在,25,的时间内燃烧,3,的可燃质在,75,的时间内燃烧,25,第二节煤粉的燃烧,5.,煤粉气流的着火,着火热源,高温烟气与煤粉气流混合产生的对流换热,火焰和炉墙对煤粉气流产生的辐射换热,高温一次风带来的热量,反应生成热,着火要求,及时,稳定,过早：燃烧器喷口过热,过晚：燃烧过程推迟 火焰中心上移,26,第二节煤粉的燃烧,5.,煤粉气流的着火,着火热,定义：煤粉气流加热到着火温度所需要的热量,kJ/kg,加热一次风,加热煤粉,加热水蒸汽,加热煤粉水分,煤粉水分蒸发,加热水蒸汽,27,第二节煤粉的燃烧,5.,煤粉气流的着火,影响因素,燃料性质,炉膛温度,一次风温,一次风量,褐煤,烟煤,贫煤,无烟煤,煤粉气流,550,600800,700900,8001000,煤粉,250450,400500,700800,煤粉浓度,kg,（,coal,）,/kg,（,air,）,石圪台,烟煤,神木,烟煤,铜川,贫煤,邹县,烟煤,龙岩,无烟煤,最佳浓度,0.54,0.66,0.66,0.76,1.0,实际浓度,0.4,0.33,0.58,0.5,0.68,煤粉浓度,