燃烧基本理论PPT学习教案

1、会计学1燃烧基本理论燃烧基本理论第1页/共44页第2页/共44页第3页/共44页第4页/共44页实验证明实验证明第5页/共44页第6页/共44页一般，对于100m的大颗粒，且挥发分含量较多的煤，在慢速加热的条件下（100/s），煤中的挥发分有可能在颗粒周围达到着火条件而首先发生均相着火。对于较小煤粒及快速加热条件下，则可能是煤表面首先着火，这就是非均相着火。 第7页/共44页第8页/共44页第9页/共44页第10页/共44页第11页/共44页第12页/共44页第13页/共44页第14页/共44页第15页/共44页0, 022tdTddtdT, 0dtdT022tdTd第16页/共44页放热与散

2、热曲线-2-10123456780500100015002000温度热量散热放热ABCn某一容器内煤气与空气的混合物，单位时间内由于氧化反应放出热量（放热速率Q放）、单位时间内散失热量（散热速率Q散）与混合气体温度的关系为： nQ放 = Kexp（-E/RT）nQ散 = K（T-T0）放热曲线与散热曲线相切的点C叫着火点，该时的温度（Tc）叫着火温度 ，即在一定条件下燃料稳定燃烧的最低温度。着火温度并不是一个定值。当氧化反应速率加大（即放热速率很高）或散热速率降低时，均能使着火温度降低。 气体燃料实验气体燃料实验第17页/共44页第18页/共44页第19页/共44页chK,0第20页/共44页

3、coK,coK,)(,sfKKoccho第21页/共44页第22页/共44页 a b c d 第23页/共44页关于着火方式研究的结果关于着火方式研究的结果 1#挥发份失重温度曲线00.0040.0080.01205001000温度（）失重(g/min)1#固定碳失重温度曲线00.0050.010.0150.020.02505001000温度（）失重(g/min)1# 煤样失重温度曲线00.010.020.0305001000温度（）失重(g/min)1#挥发份失重时间曲线00.0040.0080.0120204060时间（m i n ）失重 ( g/min)1#固定碳失重时间曲线00.005

4、0.010.0150.020.025010203040时间（m i n ）失重(g/min)1#煤样失重时间曲线00.010.020.0302040时间( m in)失重(g/min)第24页/共44页表表2.5. 煤的着火方式实验结果煤的着火方式实验结果煤分类 无烟煤 贫 煤 烟 煤煤编号 1# 2# 6# 7# 8# 11# 3# 4# 5# 9# 10#着火方式 非均相 非均相 非均相 联合 联合 联合 均相 均相 均相 联合 联合 从表2.5可见，对不同煤质，着火机理不同，无烟煤均为非均相着火，贫煤及部分烟煤为均相非均相联合着火，还有部分烟煤是均相着火。但受实验条件的限制，本实验中煤的

5、加热速度是100/秒，因此此结果反映的是煤粉在低加热速度下的低温燃烧着火机理。 从图2.8趋势可以推断，提高加热速度，烟煤着火机理将由均相着火向联合着火过渡。这就是说，在实际分解炉生产中，烟煤的着火机理也应是均相非均相联合着火。 第25页/共44页3#煤焦着火-500501001500100200t（s ）dT/dt或d2T/dt2127#煤焦着火-20002004006008000100200300400t（s ）dT/dt或d2T/dt212 在该点之前，温升速率逐渐降低，相当于固体颗粒的纯加热过程；在该点附近，温升速率变化较小，表明着火过程；在该点之后，温升速率又逐渐增加，这是化学反应生

6、成热的作用结果，表明焦炭已被点燃，着火过程完成。 d2T/dt2=0这点的物理意义这点的物理意义曲线1：dT/dt-t关系曲线曲线2：d2T/dt2-t关系曲线第26页/共44页各煤焦的各煤焦的E、 值值 cK, 0煤分类无烟煤贫煤烟煤煤编号1#2#6#7#8#11#3#4#5#9#10#温度715680711691687701623513623636599活化能E kcal/mol57.243.056.547.045.551.228.614.828.731.224.6 (10-3)(kg/sm2atm)1.610.431.540.620.550.930.120.040.120.150.08第

7、27页/共44页煤分类无烟煤贫煤烟煤煤编号1#2#6#7#8#11#3#4#5#9#10#T1（）484420383206333309319190278294266T2（）696629637557590573550546572582577T3 ( )715680711691687701623513623636599第28页/共44页第29页/共44页第30页/共44页第31页/共44页1焦炭未燃核燃烧遵守等密度缩核模型的假设，即t=0 时，rc=r0，t=tf（燃尽）时，rc=0。在燃烧过程中， 不变。燃烧仅发生在焦炭核表面。 2焦炭未燃核之外是灰壳，灰壳内O2的扩散系数为 Dh t=0 时，

8、灰壳厚度 =0， t=tf (燃尽) 时， 3由于分解炉内煤粉燃烧属于低温燃烧，本文假设在焦炭粒表面仅发生C+O2=O2的反应ch0rh裹灰缩核模型假设第32页/共44页 焦炭燃尽特性及燃尽过程焦炭燃尽特性及燃尽过程 煤焦粒的多相燃烧过程主要包括下面的三个过程：1氧气由边界层向焦粒外表面扩散2氧气通过孔隙扩散到颗粒内部3氧分子与碳原子发生氧化燃烧反应因此在本文假设的模型中，上面三个过程可以理解为：1环境中氧气由边界层向灰层表面扩散2扩散至灰层表面的氧气又通过灰层孔隙扩散至未燃炭粒表面3未燃炭粒表面发生C+ =C的氧化燃烧反应 2第33页/共44页drdcDrm24121242ccrrDdcrd

9、rm第34页/共44页122111)(4rrccDm当氧气由环境扩散传质至灰层表面时，上式中， =, = (环境氧浓度) = , = (灰表面氧浓度)则氧气的扩散速率 1r1cc2r0r2chc)(40hccrkm当氧气由灰层表面向未燃炭核表面扩散时，上式中 = , = (t时刻炭核半径) = , =则在灰层内 扩散速率 1r0r2rr1chc2cc2rrccDmhh11)(40Ckrmcob242在炭粒表面，若以氧气的消耗速率KbO2来表示炭粒的燃烧速度，则：第35页/共44页根据稳态时通过产物层各个球面的传质速率为一常数的条件，由式3.4、3.5、3.6，消去不便测量的Ch和m，可得炭粒表

10、面氧气的浓度 )1 (1002rrDrkkkrrCChcc)11(111114)1 (1400200222rrDkrkrCrrDrkkkrrCkrmhChcccob第36页/共44页)11(111114)1 (1400200222rrDkrkrCrrDrkkkrrCkrKhChcccobcb若以炭粒中的碳的消耗速度来表示燃烧速度，则 式中:为碳消耗量与氧消耗量的比例，对仅发生C+ CO2的反应，12/320.375。当、C+ CO2反应共存，则根据文献，在730-1170K温度范围，CO和CO2两种产物的比值随温度的升高而增加，两种产物的比值： 22)/6240(2500/2RTExpCOCO

11、w由式可见，随着的减小，炭粒的燃烧速度降低。 第37页/共44页.炭粒燃尽时间计算炭粒燃尽时间计算根据假设，炭粒为球形颗粒，炭粒的消耗速率为 ，则： cbdtrddtdmccobcb)(3342CkdtdrdtdrrCkrcccc2244Ckrmcob242 为扣除灰分量后的炭粒密度，即球粒单位体积内的可燃物质量 c)1 (1/002rrDrkkkrrCkdtdrhcccc第38页/共44页)231 (6)1 (3)1 (13032020303000rrrrDrrrkrrrkcrthcc3000)(1)1 (1rrAmAmmRff燃尽度 式中: m指t 时刻燃尽度为R时煤粒的重量, m0 指燃

12、烧开始时煤粒的重量, Af为煤中灰分含量（wt%）。 hccDRRrRkrkRcrt62)1 (333)1 (13/2003/10)631(000hccfDrkrkcrt燃尽时，t=tf，根据假设，炭粒半径 r=0， 1R第39页/共44页)1 (1400222rrDrkrrCkrmhcccob3、总反应过程的动力学参数、总反应过程的动力学参数前面以知而用总反应速度常数K表示，煤粒燃烧速度又可表示成：对比3.8式与3.26式，可以确定总反应速度常数K的表达式 KCrob2042) 1(1000220rrDrkrkrrhc第40页/共44页1)1 (1)1 (13/1003/2RDrkrkRhc可见，总反应速度常数与煤粒的燃尽度有直接关系。反应开始， r=r0, R=0 krkc011随着燃尽度的提高，总反应速度常数减小，当炭燃烧趋于结束时，可燃炭粒半径r0，R1，总反应速度常数趋于0。 第41页/共44页Rkcrtc320kcrtcf320即在边界层扩散传质过程控制的情况下，反应时间与