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文檔簡介
緒論燃燒學在熱能工程學科中的位置——專業(yè)骨干課燃燒理論與技術在國民經(jīng)濟中的地位——小康生活的保證燃燒對人類發(fā)展起的作用課堂提問:談談對熱能工程的認識?燃燒的定義:是通過燃料和氧化劑在一定條件下,所進行的具有發(fā)光和發(fā)熱特點的劇烈的氧化反應。燃燒學的定義:是研究燃燒過程基本規(guī)律及其應用技術的科學。它包括兩方面的內(nèi)容:燃燒理論和燃燒技術。燃燒理論著重研究燃燒過程所包含的各個基本現(xiàn)象,主要運用化學、傳熱傳質(zhì)學和流體力學的有關理論,對基本現(xiàn)象的物理化學本質(zhì)進行闡述。熱能領域主要研究燃料的燃燒速度、燃燒穩(wěn)定性、火焰的流場和結構、燃燒污染物生成機理和燃燒過程的數(shù)學模型的建立等等。燃燒技術主要是把燃燒理論中所闡述的物理概念和基本規(guī)律與世紀工程中的燃燒問題聯(lián)系起來,對現(xiàn)有的燃燒方法進行分析和改進,探討新的研究方法,提高燃料利用率和燃燒設備的水平。燃燒理論的發(fā)展十八世紀中葉以前:中國有五行說。西方有燃素說。1756年俄國科學家羅蒙諾索夫,1777年法國化學家拉瓦錫,他們根據(jù)試驗提出了可燃物質(zhì)氧化的學說,才真正揭開了火之謎。十九世紀由于化學和熱力學的發(fā)展,人們開始把燃燒過程作為熱力學平衡體系來研究,得到燃燒過程的一些重要靜態(tài)特性參數(shù):燃燒反應熱、燃燒溫度、燃燒產(chǎn)物組成等。但形而上學地把某些特性看成孤立不變的參數(shù),把熱力學的特點看成是燃燒現(xiàn)象的唯一特點。二十世紀初美國化學家劉易斯和蘇聯(lián)化學家謝苗諾夫等人研究了燃燒的反應動力學機理,認為燃燒的化學反應動力學是影響燃燒速率的重要因素,并發(fā)現(xiàn)燃燒反應具有鏈鎖反應的特點,這才初步奠定了燃燒理論的基礎。人們逐漸認識到控制燃燒過程不僅僅是化學反應動力學因素,而且還有傳熱、傳質(zhì)和氣體流動等物理因素綜合作用的結果。二十世紀五十年代后期美國力學家馮·卡門和我國科學家錢學森首先倡議用連續(xù)介質(zhì)力學方法來研究燃燒基本現(xiàn)象,建立了“化學流體力學”。許多學者根據(jù)這一方法來研究燃燒問題,如層流燃燒、湍流燃燒、火焰穩(wěn)定等,取得了廣泛的研究成果。二十世紀七十年代,以英國科學家斯波爾丁(spalding)為首的學派比較系統(tǒng)地把計算流體力學的方法用于有燃燒現(xiàn)象的邊界層流動、回流流動和旋轉流動,建立了“計算燃燒學”。能很好地定量預測燃燒過程和燃燒設備性能,使燃燒理論及其應用達到了新的高度。同時燃燒測試技術的發(fā)展改進了試驗方法和測試精度,使人們有可能更深入、更全面和更精確地研究和掌握燃燒機理。課程特點和學習方法特點:古老又年輕,發(fā)展不完善,理論多,綜合性強,難度大,公式多,概念多,應用性強。方法:注意總結歸納,筆記,注重概念的理解。推薦參考書《工程燃燒學》張松壽《燃燒理論》F.A.威廉斯《實用燃燒技術》趙易成《燃料與燃燒》常弘哲《有色冶金爐設計手冊》第一篇燃料燃料的定義:是在空氣中容易燃燒,并能夠比較經(jīng)濟地利用其燃燒熱的物質(zhì)的總稱。燃料的供給應該比較容易,價格低廉,儲存、運輸和使用等即便利又安全。按其狀態(tài)可分為:氣體燃料、液體燃料和固體燃料。課堂提問:列舉家鄉(xiāng)所用燃料?第一章固體燃料天然的固體燃料有各種煤、油頁巖、木材和各種植物的莖葉等。人造固體燃料主要是煤和木材經(jīng)加工后制得的焦碳和木炭。工業(yè)應用中主要是煤和焦碳第一節(jié)煤的種類及其化學組成煤的種類
1、根據(jù)古代植物埋藏于地下的年代和碳化程度劃分為:泥煤,褐煤,煙煤和無煙煤四大類。
2、動力用煤根據(jù)煤的揮發(fā)分高低,并參考其水分與灰分含量,把煤分為石煤,褐煤,煙煤(包括貧煤和劣質(zhì)煙煤)和無煙煤四大類,將無煙煤、煙煤和石煤各再分為三類。
3、冶金工業(yè)根據(jù)煤的結焦性強弱和揮發(fā)分高低進行分類,對煙煤進一步分類為:長焰煤、氣煤、弱還原煤、半煉焦煤、焦煤、肥煤、瘦煤和貧煤等化學組成煤是極其復雜的化合物,主要有C、H、O、N、S五種可燃元素構成煤的可燃基,此外煤中含有不可燃成分——灰分(A)和水分(W)。C
主要的可燃元素H
主要的可燃元素,有益O
有害元素N
惰性元素,有害、污染S
可燃元素,污染,三種形態(tài)有機硫、黃鐵礦硫和硫酸鹽硫A
有害成分,①直接關系到焦碳的灰分從而影響冶煉的技術經(jīng)濟指標。②降低煤的發(fā)熱量。③灰分結渣,容易造成不完全燃燒,給設備的維護和操作帶來困難。W
有害成分,包括外部水分和內(nèi)部水分成分表示方法及其換算應用成分:C、H、O、N、S、A和W在包括全部七種組分在內(nèi)的煤的的應用基中的質(zhì)量百分數(shù)稱為~。即C用%+H用%+O用%+N用%+S用%+A用%+W用%=100%
或Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%+Wy%=100%干燥成分:考慮到燃料中的水分波動而不能反映燃料的固有本質(zhì),常以不含水分的干燥基中的各組成的百分含量來表示燃料的成分稱為干燥成分。即C干%+H干%+O干%+N干%+S干%+A干%=100%
或Cg%+Hg%+Og%+Ng%+Sg%+Ag%=100%可燃成分:對燃燒來說可燃成分更能說明煤的組成特點。只用C、H、O、N、S五種元素在可燃基中的百分含量來表示的燃料成分稱為可燃成分。即C燃%+H燃%+O燃%+N燃%+S燃%=100%或Cr%+Hr%+Or%+Nr%+Sr%=100%例題1試將下列煤的成分換算成應用成分:CrHrOrNrSrAgWy72.05.020.02.01.012.520.0解:將干燥成分轉換為應用成分①Cg%+Hg%+Og%+Ng%+Sg%+Ag%=100%②Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%+Wy%=100%Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%=100%-Wy%(Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%)=100%和①式比較得:Rg=Ry
或Ry=Rg同理得:Rr=Ry
或Ry=Rr下面轉換為應用成分Ay=Ag=12.5(100-20.0)/100=10.0Hy=Hg=5.0(100-20.0-10.0)/100=3.5Oy=14.0Ny=1.4Sy=0.7Cy=50.4Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%+Wy%=100%計算正確。第二節(jié)煤的使用性能煤的工業(yè)分析煤在隔絕空氣的條件下發(fā)生一系列的變化。見p8試驗方法見GB/T212煤樣的采取見GB/T473得到成分的煤的工業(yè)分析成分,即:F%+V%+A%+W%=100%煤的工業(yè)分析成分與元素分析成分的關系可燃成分灰分水分CHONSrSlyAWnWw固定碳揮發(fā)分灰分水分煤的發(fā)熱量calorificvalue——重要指標1kg煤完全燃燒后所放出的燃燒熱叫做煤的發(fā)熱量,單位kJ·kg-1。有兩種表示方法:高發(fā)熱量Q高和低發(fā)熱量Q低。gross/highcalorificvaluenet/lowercalorificvalue高發(fā)熱量Q高:燃料完全燃燒后燃燒產(chǎn)物冷卻到使其中的水蒸氣凝結成0℃的水時所放出的熱量。低發(fā)熱量Q低:燃料完全燃燒后燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣冷卻到20℃時放出的熱量。測定方法見GB/T213,也可通過成分計算得出見p9。其中門捷列夫公式重要。門捷列夫公式Q高=4.187[81C+300H+26(S-O)]kJ·kg-1Q低=4.187[81C+246H+26(S-O)-6W]kJ·kg-1Q低=Q高-25.12(9H+W)1、如何記憶2、何種成分練習1試計算下列成分煤的應用基高、低發(fā)熱量:CrHrOrNrSrAgWy72.05.020.02.01.012.520.0Q高用(QGWy)=20041.4942kJ·kg-1Q低用(QDWy)=18747.7112kJ·kg-1Q高用(QGWy)=20041.5kJ·kg-1Q低用(QDWy)=18747.7kJ·kg-1例題2已知煤的QDWr,Ay,Wy求QDWy解:QDWr=QGWr-25.12×9HrQDWy=QGWy-25.12×9Hy-25.12WyQGWr=4.187[81Cr+300Hr+26(Sr-Or)]QGWy=4.187[81Cy+300Hy+26(Sy-Oy)]令m=得:QGWy=mQGWr故:QDWy=mQGWr-25.12×9Hy-25.12Wy=mQDWr+m×25.12×9Hr
-25.12×9Hy-25.12Wy=mQDWr+25.12×9Hy
-25.12×9Hy-25.12Wy=mQDWr-25.12Wy比熱0.84~1.67kJ·kg-1·K-1導熱系數(shù)0.232~0.348W·m-1·K-1黏結性和結焦性反應性和可燃性耐熱性標準煤equivalentofcoal第二章液體燃料液體燃料包括天然液體燃料和人造液體燃料,天然液體燃料指石油及其加工產(chǎn)品,人造液體燃料指從煤中提煉出的各種燃料油。第一節(jié)石油的加工及其產(chǎn)品原油分餾法常壓分餾石油氣、汽油(航空汽油、汽車汽油)、揮發(fā)油、煤油、柴油減壓分餾粗柴油、輕質(zhì)潤滑油裂解法第二節(jié)重油重油分類20、60、100和200號重油四種牌號重油的化學組成和使用性能元素成分C、H、O、N、S、A、W閃點、燃點、著火點黏度(運動黏度、恩氏黏度)密度0.92~0.98t·m-3比熱1.30~1.70kJ·kg-1·K-1發(fā)熱量39900~42000kJ·kg-1第三章氣體燃料天然的氣體燃料有天然氣和石油氣,人造氣體燃料有發(fā)生爐煤氣、高爐煤氣、焦爐煤氣等。氣體燃料是一種非常理想的燃料,具有許多優(yōu)點:①燃燒簡便,容易完全燃燒;②調(diào)節(jié)控制方便,易于實現(xiàn)自動控制;③燃燒后無固體灰渣,清潔方便;④對設備磨損小,可以長距離管道輸送;⑤容易凈化,以減少環(huán)境污染;⑥可以高溫預熱,提高燃燒溫度,節(jié)約燃料;⑦只要避開爆炸范圍,可任意調(diào)節(jié)熱負荷,控制爐內(nèi)氣氛和壓力。第一節(jié)氣體燃料成分的表示方法與發(fā)熱量計算氣體燃料成分氣體燃料都是單一氣體混合而成,其組成化學分析較方便,一般氣體燃料的化學組成是用所含各種單一氣體的體積百分數(shù)表示。包括水蒸汽在內(nèi),稱為濕成分,即:CO濕+H2濕+CH4濕+……+CO2濕+N2濕+O2濕+H2O濕=100
不包括水蒸汽在內(nèi),稱為干成分,即:CO干+H2干+CH4干+……+CO2干+N2干+O2干=100其中H2O濕的物理意義是100m3濕氣體中水蒸汽的體積數(shù)??芍苯硬楸淼贸?,也可查到1m3干氣體所吸收的水蒸汽的重量gH2O干(克/每立方米干氣體)再換算:氣體燃料的發(fā)熱量根據(jù)化學成分計算p20主要氣體燃料①高爐煤氣②焦爐煤氣③天然氣④轉爐煤氣練習21、已知山西陽泉煤成分:下雨使煤含水量增大至Wy=15.0,計算此時的應用成分。CrHrOrNrSrAgWy91.73.82.21.31.026.05.0CyHyOyNySyAyWy57.72.41.40.80.622.115.02、工廠儲存有Wy=12.4,QDWy=20000kJ/kg煤100t,存放時間長,含水量降低為Wy=7.0,試問煤的質(zhì)量變?yōu)槎嗌伲琎DWy變?yōu)槎嗌伲?/p>
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