燃烧过程的理论基础.ppt

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 q3 q4 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 m3s 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 kA和kB 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 k0 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O2 炭粒表面 被吸附 O2 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O2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 O2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 T 900 1000 k T 第一节燃烧化学反应动力学基础 氧气供应充足 通过提高温度提高反应速度 扩散区 扩散控制 T 1400 k 氧气供应不足 通过增强扰动提高反应速度 过渡区 增强扰动 13 第一节燃烧化学反应动力学基础 5 多相燃烧的三个区域 气固 粒径增加 燃烧易处于扩散燃烧区 提高空气与焦炭颗粒之间的相对速度 加强送风 1000 1100 粒径对燃烧区域的影响 d 传质系数 D 分子扩散系数 d 煤粒直径 Re 14 第一节燃烧化学反应动力学基础 6 着火温度 着火 缓慢氧化 高速燃烧状态 自燃 着火温度 着火时的系统温度 着火方式 点燃 链式着火 热力着火 明火 15 热力着火过程分析 第一节燃烧化学反应动力学基础 着火和熄火的热力条件 Q1 注意 Txh Tzh Q2 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 T 1200 O2 炭粒 O2 CO CO2 边界层 表面 边界层 CO2 第二节煤粉的燃烧 T 1200 表面 边界层 O2 炭粒 O2 CO CO2 边界层 CO2 18 2 碳的燃烧 炭粒 O2 CO 迎风面 背风面 3 碳粒相对运动时的燃烧 O2 CO2 19 CO2学说 CO学说 O2低速通过碳层 O2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 C3O4学说 T 1300 T 1600 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