電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件

第五章燃燒理論基礎(chǔ)第五章燃燒理論基礎(chǔ)復(fù)習1，幾種熱損失。為了減小熱損失，鍋爐燃燒需要作到：穩(wěn)定著火、快速燃盡。2，為實現(xiàn)該目的，需尋找強化燃燒的方法，這就要認識燃燒過程的本質(zhì)。從而，需要學(xué)習基礎(chǔ)燃燒理論。復(fù)習1，幾種熱損失。為了減小熱損失，鍋爐燃燒需要作到：前言燃燒概述一、燃燒本質(zhì)燃燒是氣體、液體或固體燃料與氧化劑之間發(fā)生的一種強烈的化學(xué)反應(yīng)；流動、傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)同時發(fā)生有相互作用的綜合現(xiàn)象；典型的物理化學(xué)過程；化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)是研究燃燒反應(yīng)過程的基礎(chǔ)知識；前言燃燒概述一、燃燒本質(zhì)二、燃燒學(xué)的發(fā)展歷史直至18世紀中以前，發(fā)展緩慢，對燃燒現(xiàn)象的本質(zhì)幾乎一無所知。之后：燃素的概念出現(xiàn)（物質(zhì)是否燃燒被歸于是否含有燃素）→1765年燃燒是物質(zhì)的氧化（燃燒理論的萌芽）→19世紀出現(xiàn)熱化學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)（將燃燒作為熱力學(xué)系統(tǒng)，考察其初態(tài)和終態(tài)，靜態(tài)特性的研究）二、燃燒學(xué)的發(fā)展歷史→20世紀初燃燒反應(yīng)動力學(xué)（研究燃燒過程的動態(tài)過程的理論）→30~40年代火焰?zhèn)鞑サ母拍睢牧魅紵碚摚ㄕJ識燃燒過程的限制因素往往不是反應(yīng)動力學(xué)，而是傳熱傳質(zhì)，即受限于物理過程）→50~60年代德國人VonKarmen（對宇航也有巨大的貢獻）提出用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)來研究燃燒，稱為化學(xué)流體力學(xué)或反應(yīng)流體力學(xué)。電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件將經(jīng)典流體力學(xué)的方法、邊界層、射流理論等應(yīng)用與研究燃燒→70年代初，大型電子計算機出現(xiàn)，形成計算流體（計算燃燒）學(xué)，建立了燃燒的數(shù)學(xué)模擬方法和數(shù)值計算方法；激光測量技術(shù)的出現(xiàn)，使精密測量成為現(xiàn)實。基本理論+數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算+先進的測量技術(shù)。電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件三、當代對燃燒應(yīng)用的要求要求燃燒不斷強化和趨于更高能量水平；探討高溫、高壓、高速、強湍流條件下的燃燒要求燃燒過程高效率，節(jié)省燃料等；潔凈燃燒，減輕環(huán)境污染火災(zāi)的起因與防治三、當代對燃燒應(yīng)用的要求要求燃燒不斷強化和趨于更高能量水平；第一節(jié)、燃燒反應(yīng)速度及其影響因素燃燒反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)一樣，根據(jù)參加反應(yīng)的物質(zhì)不同分為：均相燃燒—氣體燃料在空氣中燃燒異相燃燒—固體燃料在空氣中燃燒，煤粉燃燒第一節(jié)、燃燒反應(yīng)速度及其影響因素燃燒反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)一樣，根據(jù)一、反應(yīng)速度的定義根據(jù)質(zhì)量作用定律，反應(yīng)速度有不同的定義方式：第一種定義：單位時間內(nèi)和單位體積內(nèi)燃燒掉的燃料量或消耗的氧量一、反應(yīng)速度的定義根據(jù)質(zhì)量作用定律，反應(yīng)速度有不同的定義方式舉例：在鍋爐燃燒技術(shù)采用爐膛容積熱負荷來表示燃燒反應(yīng)速度：單位時間內(nèi)和單位體積內(nèi)燃燒掉的燃料所釋放出的熱量電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件在一定的溫度下，化學(xué)反應(yīng)速度和各反應(yīng)物的濃度成正比1867年由Guldberg和Wage提出對均相反應(yīng)：A+A+A+A++A+B+B+B+B+B++B→ba第二種定義：在一定的溫度下，化學(xué)反應(yīng)速度和各反應(yīng)物的濃度成正比ba第二種

對于異相反應(yīng)－煤粉與空氣混合物

對于異相反應(yīng)－煤粉與空氣混合物二、影響化學(xué)反應(yīng)速度的主要因素1，濃度從前面反應(yīng)速度的定義式，可知：濃度越大，反應(yīng)速度越快。原因：燃燒反應(yīng)屬雙分子反應(yīng)，只有當兩個分子發(fā)生碰撞時，反應(yīng)才能發(fā)生。濃度越大，即分子數(shù)目越多，分子間發(fā)生碰撞的幾率越大。二、影響化學(xué)反應(yīng)速度的主要因素1，濃度2．壓力氣態(tài)物質(zhì)參加的反應(yīng)，壓力升高，體積減少，濃度增加，壓力對化學(xué)反應(yīng)速度的影響與濃度相同。對理想氣體混合物中的每個組分可以寫出其狀態(tài)方程：2．壓力氣態(tài)物質(zhì)參加的反應(yīng)，壓力升高，體積減少，濃度增加，壓3．溫度3.1阿累尼烏斯定律溫度增加，反應(yīng)速度近似成指數(shù)關(guān)系增加，體現(xiàn)在反應(yīng)速度常數(shù)阿累尼烏斯定律(瑞典物理化學(xué)家1889年提出)3．溫度3.2阿累尼烏斯定律的討論-活化分子、活化能氣體分子的運動速度、動能有大有?。粍幽艹^某一數(shù)值（活化能E）足以破壞原有結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)的分子稱為活化分子；分子發(fā)生反應(yīng)，要提高能量，每摩爾氣體分子所吸收的這部分能量---活化能E；化學(xué)動力學(xué)的基礎(chǔ)。3.2阿累尼烏斯定律的討論-活化分子、活化能氣體分子的運動電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件第三節(jié)熱力著火

一．熱力著火理論的實用性煤粉燃燒過程的著火主要是熱力著火

著火過程有兩層意義：一是著火是否可能發(fā)生？二是能否穩(wěn)定著火？

第三節(jié)熱力著火一．熱力著火理論的實用性二、實現(xiàn)穩(wěn)定著火的兩個條件

可燃混合物燃燒過程的發(fā)生與停止，即著火與滅火，燃燒能否穩(wěn)定地進行，取決于燃燒過程中所提供的熱力條件。燃燒中同時存在著放熱和散熱，在不同的階段存在著二者的不同工況。二、實現(xiàn)穩(wěn)定著火的兩個條件A、放熱量和散熱量達到平衡，放熱量等于散熱量。

B、放熱量隨系統(tǒng)溫度的變化率大于散量熱隨系統(tǒng)溫度的變化率。

如果不具備這兩個條件，即使在高溫狀態(tài)下也不能穩(wěn)定著火，燃燒過程將因火焰熄滅而中斷，并不斷向緩慢氧化的過程發(fā)展。A、放熱量和散熱量達到平衡，放熱量等于散熱量。三、熱力著火的條件放熱>散熱，系統(tǒng)升溫，反應(yīng)加速，但同時散熱也在增加，必達到平衡；放熱<散熱，系統(tǒng)降溫，反應(yīng)減速，但同時散熱也在減少，也必達到平衡；系統(tǒng)在不同條件下達到不同的平衡狀態(tài)，可能是有利的，燃燒穩(wěn)定在正常工況，可能是不利的，燃燒處于熄火狀態(tài)。三、熱力著火的條件放熱>散熱，系統(tǒng)升溫，反應(yīng)加速，但同時散熱1、放熱與散熱曲線以強烈摻混的零維系統(tǒng)（煤粉空氣混合物在燃燒室內(nèi)）為例說明：1．放熱與溫度的關(guān)系，燃燒室內(nèi)可燃混合物燃燒放熱量為：1、放熱與散熱曲線以強烈摻混的零維系統(tǒng)（煤粉空氣混合物在燃燒2．散熱與溫度的關(guān)系加熱混合物本身所消耗并帶走的熱量：向周圍介質(zhì)散失的熱量（對流+輻射）2．散熱與溫度的關(guān)系電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件四、可燃混合物著火與滅火分析將兩組曲線綜合在一起，可能存在以下三種情況：1）熄火狀態(tài)；2）可能著火，正常燃燒；也可能熄火；3）正常燃燒四、可燃混合物著火與滅火分析將兩組曲線綜合在一起，可能存在以五、關(guān)于著火溫度的說明著火溫度不是物性參數(shù)，隨所處熱力條件的變化而不同，各種實驗方法所測得的著火溫度值的出入很大，過分強調(diào)著火溫度意義不大，如，褐煤堆，如果通風不良，接近于絕熱狀態(tài)，孕育時間長，著火溫度可低于大氣溫度。五、關(guān)于著火溫度的說明著火溫度不是物性參數(shù)，隨所處熱力條件的著火溫度的概念可以使著火過程的物理模型大大簡化。嚴格上，只說著火的臨界條件或著火條件：使系統(tǒng)在某個瞬時或空間某部分達到高溫的反應(yīng)狀態(tài)。實現(xiàn)這一過渡過程的初始條件或邊界條件為著火條件。著火溫度的概念可以使著火過程的物理模型大大簡化。電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件六、放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)隨反應(yīng)的進行，放出能量，抵償E后，多余的為反應(yīng)熱（發(fā)熱量）——放熱反應(yīng)反之為吸熱反應(yīng)活化能小，化學(xué)反應(yīng)速度較快，當E<4×104kJ/mol，極快；活化能大，化學(xué)反應(yīng)速度較慢，當E>4×104kJ/mol，極慢；六、放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)隨反應(yīng)的進行，放出能量，抵償E后，多余第三節(jié)、鏈式反應(yīng)（連鎖反應(yīng)）一、鏈式反應(yīng)理論的產(chǎn)生許多化學(xué)反應(yīng)，幾乎所有的燃燒反應(yīng)，均不簡單地服從質(zhì)量作用定律和阿累尼烏斯定律。如：氫氣與空氣的反應(yīng)在某些溫度和壓力下爆炸，在另一些溫度和壓力下不爆炸，如：冷焰，低溫時，磷、乙醚的蒸汽氧化。第三節(jié)、鏈式反應(yīng)（連鎖反應(yīng)）一、鏈式反應(yīng)理論的產(chǎn)生二、鏈式反應(yīng)原理活化來源在反應(yīng)過程中產(chǎn)生，中間產(chǎn)物—活化中心，活化中心與反應(yīng)物分子發(fā)生反應(yīng)，本身消失，反應(yīng)的結(jié)果又產(chǎn)生新的活化中心通過活化中心進行反應(yīng)要比原作用物直接反應(yīng)容易得多，只需較少的活化能二、鏈式反應(yīng)原理活化來源在反應(yīng)過程中產(chǎn)生，中間產(chǎn)物—活化中心三、鏈式反應(yīng)的分類新的活化中心的數(shù)目等于或大于原有的活化中心的數(shù)目不分支反應(yīng)分支反應(yīng)鏈式反應(yīng)分為三、鏈式反應(yīng)的分類新的活化中心的數(shù)目等于或大于原有的活化中心四、氫氣與空氣的反應(yīng)——分支鏈式

爆炸反應(yīng)反應(yīng)開始H原子為活化中心，M為任何活化分子中間反應(yīng)一個H參加反應(yīng)，經(jīng)過一個鏈后形成H2O，又同時產(chǎn)生三個H活化中心，再引起三個分支反應(yīng)四、氫氣與空氣的反應(yīng)——分支鏈式

爆炸反應(yīng)五、分支鏈式反應(yīng)的特點1、存在孕育期（誘導(dǎo)期，感應(yīng)期），當活化中心積累到一定程度，才發(fā)生反應(yīng)。2、反應(yīng)自動加速，并可以在等溫下加速到極大的數(shù)值。五、分支鏈式反應(yīng)的特點1、存在孕育期（誘導(dǎo)期，感應(yīng)期），當活第五節(jié)火焰?zhèn)鞑?/p>

一．火焰?zhèn)鞑ダ碚摰膶嵱眯匀剂先紵^程中，火焰的穩(wěn)定性與火焰?zhèn)鞑ニ俣汝P(guān)系極大。電廠燃燒系統(tǒng)的安全運行也與火焰?zhèn)鞑ニ俣汝P(guān)系密切。例如，煤粉管道中某一處著火后，火焰迅速蔓延、擴散，導(dǎo)致制粉系統(tǒng)著火或爆炸。了解火焰?zhèn)鞑サ闹R，有助于掌握燃燒過程的調(diào)整要領(lǐng)，對穩(wěn)定著火和防止爆燃極為重要。第五節(jié)火焰?zhèn)鞑ヒ唬鹧鎮(zhèn)鞑ダ碚摰膶嵱眯远?、火焰?zhèn)鞑サ男问綄恿骰鹧鎮(zhèn)鞑?/p>

緩慢燃燒的火焰?zhèn)鞑ナ且揽繉?dǎo)熱或擴散使未燃氣體混合物溫度升高。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣纫话銥?0～100cm/s。

湍流火焰?zhèn)鞑ヒ话銥?00cm/s以上。

二、火焰?zhèn)鞑サ男问綄恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ト?、爐膛內(nèi)的火焰?zhèn)鞑?．正常的火焰?zhèn)鞑ィň徛紵┦侵缚扇嘉镌谀骋痪植繀^(qū)域著火后，火焰從這個區(qū)域向前移動，逐步傳播和擴散出去

2．反應(yīng)速度失去控制的高速爆炸性燃燒出現(xiàn)爆炸性燃燒時，火焰?zhèn)鞑ニ俣葮O快，達1000～3000m/s，溫度極高，達6000℃；壓力極大，達2.0265ＭPa(20.67大氣壓)。3．正常燃燒向爆炸性燃燒的轉(zhuǎn)變當未燃混合物數(shù)量增多時，絕熱壓縮將逐漸增強，緩慢的火焰?zhèn)鞑ミ^程就可能自動加速，轉(zhuǎn)變?yōu)楸ㄐ匀紵?/p>

三、爐膛內(nèi)的火焰?zhèn)鞑?．正常的火焰?zhèn)鞑ィň徛紵┧?、煤粉氣流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩?/p>

揮發(fā)分含量

灰分、水分

煤粉細度

爐膛溫度

四、煤粉氣流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩?/p>

揮發(fā)分含量電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件

第六節(jié)煤粉的燃燒

一、煤粉的燃燒過程

煤粉受熱，水分析出→繼續(xù)受熱，絕大部分揮發(fā)分析出，揮發(fā)分首先著火→引燃焦碳，并繼續(xù)析出殘余的部分揮發(fā)分，揮發(fā)分與焦碳一道燃盡→形成灰渣。第六節(jié)煤粉的燃燒一、煤粉的燃燒過程

二、煤粉的燃燒時間

著火過程主要取決于煤中可燃基揮發(fā)分的大小，而燃盡過程主要取決于焦碳的燃燒速度。

二、煤粉的燃燒時間

著火過程主要取決于煤中可燃基揮發(fā)分的大三、煤粉燃燒的主要特征

煤粉顆粒必須首先吸熱升溫，通過對流、輻射、熱傳導(dǎo)方式使新鮮燃料受熱升溫。煤粉顆粒中水分首先析出，大約在120-450℃的溫度范圍內(nèi)，煤中的揮發(fā)分析出，揮發(fā)分析出后，剩余的固態(tài)物形成焦碳。

三、煤粉燃燒的主要特征

煤粉顆粒必須首先吸熱升溫，通過對流電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件一、煤燃燒的主要階段揮發(fā)份釋放及大部分燒掉所占時間約為總?cè)紵龝r間的十分之一，絕大部分時間為焦碳的燃燒。一般認為是串聯(lián)，也有交叉過程加熱蒸發(fā)揮發(fā)份釋放焦化蒸發(fā)揮發(fā)份燃燒焦碳燃燒空氣煤煙氣灰渣第七節(jié)碳粒燃燒的動力區(qū)、擴散區(qū)和過渡區(qū)一、煤燃燒的主要階段加熱揮發(fā)份釋放揮發(fā)份燃燒焦碳燃燒空氣煤煙

一、碳燃燒的反應(yīng)環(huán)節(jié)

大致分為幾個串聯(lián)環(huán)節(jié)：1）氧氣擴散到焦碳表面；2）氧氣被碳表面吸附；3）在碳表面化學(xué)反應(yīng)4）燃燒產(chǎn)物由焦碳表面解吸，5）二氧化碳向周圍擴散。碳反應(yīng)速度決定于（1）和（3），總體速度決定于二者較慢的一個。

一、碳燃燒的反應(yīng)環(huán)節(jié)

大致分為幾個串聯(lián)環(huán)節(jié)：二、燃燒反應(yīng)的動力區(qū)和擴散區(qū)

描述異相燃燒過程中混合擴散與化學(xué)反應(yīng)環(huán)節(jié)二、燃燒反應(yīng)的動力區(qū)和擴散區(qū)

描述1．碳粒表面化學(xué)反應(yīng)速度表達式異相化學(xué)反應(yīng)：碳表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所消耗氧量應(yīng)等于擴散到表面氧量二者相等：1．碳粒表面化學(xué)反應(yīng)速度表達式固體表面氧氣濃度Cb隨化學(xué)反應(yīng)速度不同而變化的關(guān)系復(fù)雜，且不必知道不同反應(yīng)區(qū)域分析—動力與擴散燃燒理論固體表面氧氣濃度Cb隨化學(xué)反應(yīng)速度不同而變化的關(guān)系復(fù)雜，且不1）動力區(qū)（化學(xué)動力控制區(qū)）溫度較低：碳表面化學(xué)反應(yīng)速度遠小于氧氣向表面的擴散速度，氧氣供應(yīng)充分，足夠反應(yīng)所需。燃燒速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度，反應(yīng)處于動力區(qū)。K很?。囟群艿停?，1/k很大，所以氧氣從遠處擴散到固體表面，消耗不多k服從阿定律的，與k的規(guī)律一樣1）動力區(qū)（化學(xué)動力控制區(qū)）2）擴散區(qū)（擴散控制區(qū)）溫度增加，k急劇增大，耗氧量急劇增加，消耗掉擴散來的氧氣，還處于“待料”，燃燒速度取決于擴散，反應(yīng)處于擴散區(qū)。k很大（溫度很高），1/k很小，所以，

與溫度T的關(guān)系十分微弱，而且擴散燃燒速度隨的增大而增大2）擴散區(qū)（擴散控制區(qū)）3）過渡區(qū)k與大小相差不多，服從：3）過渡區(qū)電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件動力與擴散燃燒理論應(yīng)用討論不同溫度區(qū)域內(nèi)，為提高反應(yīng)速度，有不同的措施：溫度較低時，提高燃燒速度的關(guān)鍵：提高溫度，氧氣很充足，不必大量鼓風；溫度較高時，提高燃燒速度的關(guān)鍵：提高，缺氧是關(guān)鍵，要提高出力，應(yīng)大量鼓風。動力與擴散燃燒理論應(yīng)用討論

第八節(jié)碳粒的一次反應(yīng)和二次反應(yīng)機理一、碳粒一次反應(yīng)機理將碳和氧氣之間的直接反應(yīng)稱為一次反應(yīng)。一次反應(yīng)產(chǎn)物繼續(xù)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)稱為二次反應(yīng)。

第八節(jié)碳粒的一次反應(yīng)和二次反應(yīng)機理一、碳粒一次1、溫度在1300℃以下時的反應(yīng)第一步是形成碳氧絡(luò)合物。即被碳粒所吸附的氧分子溶入碳粒晶格中，形成碳氧絡(luò)合物：

(5-24)1、溫度在1300℃以下時的反應(yīng)第二步是碳氧絡(luò)合物的離解。即在高能量氧分子撞擊下，碳氧絡(luò)合物發(fā)生離解：

第二步是碳氧絡(luò)合物的離解。即在高能量氧分子撞擊下，碳氧絡(luò)合物以上兩個方程式相加：以上兩個方程式相加：2、溫度在1600℃以上時的反應(yīng)

第一步仍然是形成碳氧絡(luò)合物。第二步同樣是碳氧絡(luò)合物在高溫下受熱分解：以上兩式相加：2、溫度在1600℃以上時的反應(yīng)

第一步仍然是形成碳氧絡(luò)合物3、溫度范圍在1300～1600℃之間時的反應(yīng)

由于同時存在氧分子溶于碳粒晶格和在晶格邊界上化學(xué)吸附。和的比例取決于和的綜合作用。在常壓下，若碳粒表面氧濃度不很大時，化學(xué)吸附環(huán)節(jié)對化學(xué)反應(yīng)起主導(dǎo)作用，也可近似認為是一級反應(yīng)。

3、溫度范圍在1300～1600℃之間時的反應(yīng)

由于同時存在二、二次反應(yīng)對碳粒燃燒影響

在幾乎靜止的空氣中碳粒的反應(yīng)可認為是二次反應(yīng)。

1、溫度為800～1200℃時的反應(yīng)由圖5-8可知，碳粒表面和濃度最高。由于在火焰鋒面內(nèi)已經(jīng)完全燃燒，火焰鋒面外濃度為零。氧氣在向碳粒表面擴散過程中，在火焰鋒面內(nèi)被消耗一部分，氧氣濃度在火焰鋒面處下降很快。由碳粒表面和火焰鋒面向周圍擴散。二、二次反應(yīng)對碳粒燃燒影響

在幾乎靜止的空氣中碳粒的反應(yīng)可認電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件2、溫度為1200～1300℃時的反應(yīng)

在高溫下碳粒表面的反應(yīng)實際上是還原反應(yīng)。如圖5-9所示。

2、溫度為1200～1300℃時的反應(yīng)

在高溫下碳粒表面的反電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件作品欣賞謝謝觀看！作品欣賞第五章燃燒理論基礎(chǔ)第五章燃燒理論基礎(chǔ)復(fù)習1，幾種熱損失。為了減小熱損失，鍋爐燃燒需要作到：穩(wěn)定著火、快速燃盡。2，為實現(xiàn)該目的，需尋找強化燃燒的方法，這就要認識燃燒過程的本質(zhì)。從而，需要學(xué)習基礎(chǔ)燃燒理論。復(fù)習1，幾種熱損失。為了減小熱損失，鍋爐燃燒需要作到：前言燃燒概述一、燃燒本質(zhì)燃燒是氣體、液體或固體燃料與氧化劑之間發(fā)生的一種強烈的化學(xué)反應(yīng)；流動、傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)同時發(fā)生有相互作用的綜合現(xiàn)象；典型的物理化學(xué)過程；化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)是研究燃燒反應(yīng)過程的基礎(chǔ)知識；前言燃燒概述一、燃燒本質(zhì)二、燃燒學(xué)的發(fā)展歷史直至18世紀中以前，發(fā)展緩慢，對燃燒現(xiàn)象的本質(zhì)幾乎一無所知。之后：燃素的概念出現(xiàn)（物質(zhì)是否燃燒被歸于是否含有燃素）→1765年燃燒是物質(zhì)的氧化（燃燒理論的萌芽）→19世紀出現(xiàn)熱化學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)（將燃燒作為熱力學(xué)系統(tǒng)，考察其初態(tài)和終態(tài)，靜態(tài)特性的研究）二、燃燒學(xué)的發(fā)展歷史→20世紀初燃燒反應(yīng)動力學(xué)（研究燃燒過程的動態(tài)過程的理論）→30~40年代火焰?zhèn)鞑サ母拍睢牧魅紵碚摚ㄕJ識燃燒過程的限制因素往往不是反應(yīng)動力學(xué)，而是傳熱傳質(zhì)，即受限于物理過程）→50~60年代德國人VonKarmen（對宇航也有巨大的貢獻）提出用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)來研究燃燒，稱為化學(xué)流體力學(xué)或反應(yīng)流體力學(xué)。電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件將經(jīng)典流體力學(xué)的方法、邊界層、射流理論等應(yīng)用與研究燃燒→70年代初，大型電子計算機出現(xiàn)，形成計算流體（計算燃燒）學(xué)，建立了燃燒的數(shù)學(xué)模擬方法和數(shù)值計算方法；激光測量技術(shù)的出現(xiàn)，使精密測量成為現(xiàn)實?；纠碚?數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算+先進的測量技術(shù)。電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件三、當代對燃燒應(yīng)用的要求要求燃燒不斷強化和趨于更高能量水平；探討高溫、高壓、高速、強湍流條件下的燃燒要求燃燒過程高效率，節(jié)省燃料等；潔凈燃燒，減輕環(huán)境污染火災(zāi)的起因與防治三、當代對燃燒應(yīng)用的要求要求燃燒不斷強化和趨于更高能量水平；第一節(jié)、燃燒反應(yīng)速度及其影響因素燃燒反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)一樣，根據(jù)參加反應(yīng)的物質(zhì)不同分為：均相燃燒—氣體燃料在空氣中燃燒異相燃燒—固體燃料在空氣中燃燒，煤粉燃燒第一節(jié)、燃燒反應(yīng)速度及其影響因素燃燒反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)一樣，根據(jù)一、反應(yīng)速度的定義根據(jù)質(zhì)量作用定律，反應(yīng)速度有不同的定義方式：第一種定義：單位時間內(nèi)和單位體積內(nèi)燃燒掉的燃料量或消耗的氧量一、反應(yīng)速度的定義根據(jù)質(zhì)量作用定律，反應(yīng)速度有不同的定義方式舉例：在鍋爐燃燒技術(shù)采用爐膛容積熱負荷來表示燃燒反應(yīng)速度：單位時間內(nèi)和單位體積內(nèi)燃燒掉的燃料所釋放出的熱量電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件在一定的溫度下，化學(xué)反應(yīng)速度和各反應(yīng)物的濃度成正比1867年由Guldberg和Wage提出對均相反應(yīng)：A+A+A+A++A+B+B+B+B+B++B→ba第二種定義：在一定的溫度下，化學(xué)反應(yīng)速度和各反應(yīng)物的濃度成正比ba第二種

對于異相反應(yīng)－煤粉與空氣混合物

對于異相反應(yīng)－煤粉與空氣混合物二、影響化學(xué)反應(yīng)速度的主要因素1，濃度從前面反應(yīng)速度的定義式，可知：濃度越大，反應(yīng)速度越快。原因：燃燒反應(yīng)屬雙分子反應(yīng)，只有當兩個分子發(fā)生碰撞時，反應(yīng)才能發(fā)生。濃度越大，即分子數(shù)目越多，分子間發(fā)生碰撞的幾率越大。二、影響化學(xué)反應(yīng)速度的主要因素1，濃度2．壓力氣態(tài)物質(zhì)參加的反應(yīng)，壓力升高，體積減少，濃度增加，壓力對化學(xué)反應(yīng)速度的影響與濃度相同。對理想氣體混合物中的每個組分可以寫出其狀態(tài)方程：2．壓力氣態(tài)物質(zhì)參加的反應(yīng)，壓力升高，體積減少，濃度增加，壓3．溫度3.1阿累尼烏斯定律溫度增加，反應(yīng)速度近似成指數(shù)關(guān)系增加，體現(xiàn)在反應(yīng)速度常數(shù)阿累尼烏斯定律(瑞典物理化學(xué)家1889年提出)3．溫度3.2阿累尼烏斯定律的討論-活化分子、活化能氣體分子的運動速度、動能有大有小；動能超過某一數(shù)值（活化能E）足以破壞原有結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)的分子稱為活化分子；分子發(fā)生反應(yīng)，要提高能量，每摩爾氣體分子所吸收的這部分能量---活化能E；化學(xué)動力學(xué)的基礎(chǔ)。3.2阿累尼烏斯定律的討論-活化分子、活化能氣體分子的運動電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件第三節(jié)熱力著火

一．熱力著火理論的實用性煤粉燃燒過程的著火主要是熱力著火

著火過程有兩層意義：一是著火是否可能發(fā)生？二是能否穩(wěn)定著火？

第三節(jié)熱力著火一．熱力著火理論的實用性二、實現(xiàn)穩(wěn)定著火的兩個條件

可燃混合物燃燒過程的發(fā)生與停止，即著火與滅火，燃燒能否穩(wěn)定地進行，取決于燃燒過程中所提供的熱力條件。燃燒中同時存在著放熱和散熱，在不同的階段存在著二者的不同工況。二、實現(xiàn)穩(wěn)定著火的兩個條件A、放熱量和散熱量達到平衡，放熱量等于散熱量。

B、放熱量隨系統(tǒng)溫度的變化率大于散量熱隨系統(tǒng)溫度的變化率。

如果不具備這兩個條件，即使在高溫狀態(tài)下也不能穩(wěn)定著火，燃燒過程將因火焰熄滅而中斷，并不斷向緩慢氧化的過程發(fā)展。A、放熱量和散熱量達到平衡，放熱量等于散熱量。三、熱力著火的條件放熱>散熱，系統(tǒng)升溫，反應(yīng)加速，但同時散熱也在增加，必達到平衡；放熱<散熱，系統(tǒng)降溫，反應(yīng)減速，但同時散熱也在減少，也必達到平衡；系統(tǒng)在不同條件下達到不同的平衡狀態(tài)，可能是有利的，燃燒穩(wěn)定在正常工況，可能是不利的，燃燒處于熄火狀態(tài)。三、熱力著火的條件放熱>散熱，系統(tǒng)升溫，反應(yīng)加速，但同時散熱1、放熱與散熱曲線以強烈摻混的零維系統(tǒng)（煤粉空氣混合物在燃燒室內(nèi)）為例說明：1．放熱與溫度的關(guān)系，燃燒室內(nèi)可燃混合物燃燒放熱量為：1、放熱與散熱曲線以強烈摻混的零維系統(tǒng)（煤粉空氣混合物在燃燒2．散熱與溫度的關(guān)系加熱混合物本身所消耗并帶走的熱量：向周圍介質(zhì)散失的熱量（對流+輻射）2．散熱與溫度的關(guān)系電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件四、可燃混合物著火與滅火分析將兩組曲線綜合在一起，可能存在以下三種情況：1）熄火狀態(tài)；2）可能著火，正常燃燒；也可能熄火；3）正常燃燒四、可燃混合物著火與滅火分析將兩組曲線綜合在一起，可能存在以五、關(guān)于著火溫度的說明著火溫度不是物性參數(shù)，隨所處熱力條件的變化而不同，各種實驗方法所測得的著火溫度值的出入很大，過分強調(diào)著火溫度意義不大，如，褐煤堆，如果通風不良，接近于絕熱狀態(tài)，孕育時間長，著火溫度可低于大氣溫度。五、關(guān)于著火溫度的說明著火溫度不是物性參數(shù)，隨所處熱力條件的著火溫度的概念可以使著火過程的物理模型大大簡化。嚴格上，只說著火的臨界條件或著火條件：使系統(tǒng)在某個瞬時或空間某部分達到高溫的反應(yīng)狀態(tài)。實現(xiàn)這一過渡過程的初始條件或邊界條件為著火條件。著火溫度的概念可以使著火過程的物理模型大大簡化。電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件六、放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)隨反應(yīng)的進行，放出能量，抵償E后，多余的為反應(yīng)熱（發(fā)熱量）——放熱反應(yīng)反之為吸熱反應(yīng)活化能小，化學(xué)反應(yīng)速度較快，當E<4×104kJ/mol，極快；活化能大，化學(xué)反應(yīng)速度較慢，當E>4×104kJ/mol，極慢；六、放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)隨反應(yīng)的進行，放出能量，抵償E后，多余第三節(jié)、鏈式反應(yīng)（連鎖反應(yīng)）一、鏈式反應(yīng)理論的產(chǎn)生許多化學(xué)反應(yīng)，幾乎所有的燃燒反應(yīng)，均不簡單地服從質(zhì)量作用定律和阿累尼烏斯定律。如：氫氣與空氣的反應(yīng)在某些溫度和壓力下爆炸，在另一些溫度和壓力下不爆炸，如：冷焰，低溫時，磷、乙醚的蒸汽氧化。第三節(jié)、鏈式反應(yīng)（連鎖反應(yīng)）一、鏈式反應(yīng)理論的產(chǎn)生二、鏈式反應(yīng)原理活化來源在反應(yīng)過程中產(chǎn)生，中間產(chǎn)物—活化中心，活化中心與反應(yīng)物分子發(fā)生反應(yīng)，本身消失，反應(yīng)的結(jié)果又產(chǎn)生新的活化中心通過活化中心進行反應(yīng)要比原作用物直接反應(yīng)容易得多，只需較少的活化能二、鏈式反應(yīng)原理活化來源在反應(yīng)過程中產(chǎn)生，中間產(chǎn)物—活化中心三、鏈式反應(yīng)的分類新的活化中心的數(shù)目等于或大于原有的活化中心的數(shù)目不分支反應(yīng)分支反應(yīng)鏈式反應(yīng)分為三、鏈式反應(yīng)的分類新的活化中心的數(shù)目等于或大于原有的活化中心四、氫氣與空氣的反應(yīng)——分支鏈式

爆炸反應(yīng)反應(yīng)開始H原子為活化中心，M為任何活化分子中間反應(yīng)一個H參加反應(yīng)，經(jīng)過一個鏈后形成H2O，又同時產(chǎn)生三個H活化中心，再引起三個分支反應(yīng)四、氫氣與空氣的反應(yīng)——分支鏈式

爆炸反應(yīng)五、分支鏈式反應(yīng)的特點1、存在孕育期（誘導(dǎo)期，感應(yīng)期），當活化中心積累到一定程度，才發(fā)生反應(yīng)。2、反應(yīng)自動加速，并可以在等溫下加速到極大的數(shù)值。五、分支鏈式反應(yīng)的特點1、存在孕育期（誘導(dǎo)期，感應(yīng)期），當活第五節(jié)火焰?zhèn)鞑?/p>

一．火焰?zhèn)鞑ダ碚摰膶嵱眯匀剂先紵^程中，火焰的穩(wěn)定性與火焰?zhèn)鞑ニ俣汝P(guān)系極大。電廠燃燒系統(tǒng)的安全運行也與火焰?zhèn)鞑ニ俣汝P(guān)系密切。例如，煤粉管道中某一處著火后，火焰迅速蔓延、擴散，導(dǎo)致制粉系統(tǒng)著火或爆炸。了解火焰?zhèn)鞑サ闹R，有助于掌握燃燒過程的調(diào)整要領(lǐng)，對穩(wěn)定著火和防止爆燃極為重要。第五節(jié)火焰?zhèn)鞑ヒ唬鹧鎮(zhèn)鞑ダ碚摰膶嵱眯远⒒鹧鎮(zhèn)鞑サ男问綄恿骰鹧鎮(zhèn)鞑?/p>

緩慢燃燒的火焰?zhèn)鞑ナ且揽繉?dǎo)熱或擴散使未燃氣體混合物溫度升高。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣纫话銥?0～100cm/s。

湍流火焰?zhèn)鞑ヒ话銥?00cm/s以上。

二、火焰?zhèn)鞑サ男问綄恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ト?、爐膛內(nèi)的火焰?zhèn)鞑?．正常的火焰?zhèn)鞑ィň徛紵┦侵缚扇嘉镌谀骋痪植繀^(qū)域著火后，火焰從這個區(qū)域向前移動，逐步傳播和擴散出去

2．反應(yīng)速度失去控制的高速爆炸性燃燒出現(xiàn)爆炸性燃燒時，火焰?zhèn)鞑ニ俣葮O快，達1000～3000m/s，溫度極高，達6000℃；壓力極大，達2.0265ＭPa(20.67大氣壓)。3．正常燃燒向爆炸性燃燒的轉(zhuǎn)變當未燃混合物數(shù)量增多時，絕熱壓縮將逐漸增強，緩慢的火焰?zhèn)鞑ミ^程就可能自動加速，轉(zhuǎn)變?yōu)楸ㄐ匀紵?/p>

三、爐膛內(nèi)的火焰?zhèn)鞑?．正常的火焰?zhèn)鞑ィň徛紵┧?、煤粉氣流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩?/p>

揮發(fā)分含量

灰分、水分

煤粉細度

爐膛溫度

四、煤粉氣流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩?/p>

揮發(fā)分含量電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件

第六節(jié)煤粉的燃燒

一、煤粉的燃燒過程

煤粉受熱，水分析出→繼續(xù)受熱，絕大部分揮發(fā)分析出，揮發(fā)分首先著火→引燃焦碳，并繼續(xù)析出殘余的部分揮發(fā)分，揮發(fā)分與焦碳一道燃盡→形成灰渣。第六節(jié)煤粉的燃燒一、煤粉的燃燒過程

二、煤粉的燃燒時間

著火過程主要取決于煤中可燃基揮發(fā)分的大小，而燃盡過程主要取決于焦碳的燃燒速度。

二、煤粉的燃燒時間

著火過程主要取決于煤中可燃基揮發(fā)分的大三、煤粉燃燒的主要特征

煤粉顆粒必須首先吸熱升溫，通過對流、輻射、熱傳導(dǎo)方式使新鮮燃料受熱升溫。煤粉顆粒中水分首先析出，大約在120-450℃的溫度范圍內(nèi)，煤中的揮發(fā)分析出，揮發(fā)分析出后，剩余的固態(tài)物形成焦碳。

三、煤粉燃燒的主要特征

煤粉顆粒必須首先吸熱升溫，通過對流電廠鍋爐原理-燃燒理論基礎(chǔ)課件一、煤燃燒的主要階段揮發(fā)份釋放及大部分燒掉所占時間約為總?cè)紵龝r間的十分之一，絕大部分時間為焦碳的燃燒。一般認為是串聯(lián)，也有交叉過程加熱蒸發(fā)揮發(fā)份釋放焦化蒸發(fā)揮發(fā)份燃燒焦碳燃燒空氣煤煙氣灰渣第七節(jié)碳粒燃燒的動力區(qū)、擴散區(qū)和過渡區(qū)一、煤燃燒的主要階段加熱揮發(fā)份釋放揮發(fā)份燃燒焦碳燃燒空氣煤煙

一、碳燃燒的反應(yīng)環(huán)節(jié)

大致分為幾個串聯(lián)環(huán)節(jié)：1）氧氣擴散到焦碳表面；2）氧氣被碳表面吸附；3）在碳表面化學(xué)反應(yīng)4）燃燒產(chǎn)物由焦碳表面解吸，5）二氧化碳向周圍擴散。碳反應(yīng)速度決定于（1）和（3），總體速度決定于二者較慢的一個。

一、碳燃燒的反應(yīng)環(huán)節(jié)

大致分為幾個串聯(lián)環(huán)節(jié)：二、燃燒反應(yīng)的動力區(qū)和擴散區(qū)

描述異相燃燒過程中混合擴散與化學(xué)反應(yīng)環(huán)節(jié)二、燃燒反應(yīng)的動力區(qū)和擴散區(qū)

描述1．碳粒表面化學(xué)反應(yīng)速度表達式異相化學(xué)反應(yīng)：碳表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所消耗氧量應(yīng)等于擴散到表面氧量二者相等：1．碳粒表面化學(xué)反應(yīng)速度表達式固體表面氧氣濃度Cb隨化學(xué)反應(yīng)速度不同而變化的關(guān)系復(fù)雜，且不必知道不同反應(yīng)區(qū)域分析—動力與擴散燃燒理論固體表面氧氣濃度Cb隨化學(xué)反應(yīng)速度不同而變化的關(guān)系復(fù)雜，且不1）動力區(qū)（化學(xué)動力控制區(qū)）溫度較低：碳表面化學(xué)反應(yīng)速度遠小于氧氣向表面的擴散速度，氧氣供應(yīng)充分，足夠反應(yīng)所需。燃燒速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度，反應(yīng)處于動力區(qū)。K很?。?/p>