第 1 章燃烧的化学基础

1、1第一章 燃烧的化学基础 3本章主要内容本章主要内容n1.1 燃烧的本质和条件n1.2 燃烧所需空气量的计算n1.3 燃烧产物及其计算n1.4 燃烧热与燃烧（火焰）温度1.1 燃烧的本质和条件燃烧的本质和条件n燃烧的本质 所谓燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光或发烟的现象。n什么是“火焰”？ 由于燃烧区温度较高，使得其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内的电子发生能及跃迁从而发生各种波长的光，发光的气相燃烧区则称之为“火焰”。n什么是“烟”？ 由于燃烧不完全等原因会使得产物中混有一些微小的颗粒，这时即形成“烟”。n燃烧的本质：燃烧的本质：n爆炸爆炸

2、 如果燃烧速度很快，则高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀，使得反应能量直接转变为机械功，在压力释放的同时产生强光、热和声响，即所谓的“爆炸”。爆炸与燃烧没有本质的区别，而是燃烧的常见表现形式。7n 燃烧与爆炸的关系燃烧与爆炸的关系 燃烧与爆炸有着密切的关系，尤其是化学爆炸，其反应实质与燃燃烧与爆炸有着密切的关系，尤其是化学爆炸，其反应实质与燃烧完全相同，都是氧化还原反应。烧完全相同，都是氧化还原反应。燃烧与爆炸也有区别，最主要的差异就是反应速度不同。燃烧与爆炸也有区别，最主要的差异就是反应速度不同。燃烧与爆炸在一定条件下可以转化。燃烧与爆炸在一定条件下可以转化。n燃烧的必要条件燃烧的必要条

3、件p可燃物可燃物还原剂还原剂n 可分为气态、液态、固态可分为气态、液态、固态n可分为无机物和有机物可分为无机物和有机物n无机物有：（无机物有：（绝大多数无机物不可燃）绝大多数无机物不可燃） 单质，单质，如如K、Na、P、S、H2化合物化合物，如，如CO、H2、NH3、H2S、CS2、PH3n有机物有有机物有：（：（绝大多数有机物可燃，卤代烃、硅烷除外绝大多数有机物可燃，卤代烃、硅烷除外） 小分子小分子：如天然气、液化石油气、汽油、柴油、食用油：如天然气、液化石油气、汽油、柴油、食用油 高分子高分子：天然高分子天然高分子，如木材、棉、麻、毛、天然橡胶、煤，如木材、棉、麻、毛、天然橡胶、煤 合成高

4、分子合成高分子：如塑料、合成纤维、合成橡胶：如塑料、合成纤维、合成橡胶 可燃固体可燃固体p助燃物助燃物氧化剂：如氧气，氯气，浓硫酸，过氧化钠特例：炸药（氧平衡）p点火源点火源引燃物质燃烧的点燃能源种类有：火焰：直接点燃，热辐射高温物体：如电熨斗、火星电火花：电气火花，静电火花机械能：撞击、摩擦、气体压缩光能化学能n燃烧的充分条件燃烧的充分条件燃烧条件的应用燃烧条件的应用n防火方法防火方法p防火最根本的原理是防止燃烧条件的形成。p根据着火三角形，可以提出以下防火方法：n1控制可燃物用难燃或不燃材料代替易燃材料；对工厂易产生可燃气体的地方，可采取通风；在森林中采用防火隔离林等n2隔绝空气涉及易燃易

5、爆物质的生产过程，应在密闭设备中进行；对有异常危险的，要充入惰性介质保护；隔绝空气储存某些物质等。n3消除点火源在易产生可燃性气体场所，应采用防爆电器；禁止一切火种等。n灭火方法灭火方法p灭火的根本原理是破坏已形成的燃烧条件p根据着火三角形，可以提出以下灭火方法n1隔离法将尚未燃烧的可燃物移走断绝可燃物来源n2窒息法用不燃或难燃物捂住燃烧物质表面；用水蒸气或惰性气体灌注着火的容器；密闭起火的建筑物的空洞等，n3冷却法用水等降低燃烧区的温度，当其低于可燃物的燃点时，燃烧停止n4. 抑制法使灭火剂参与到燃烧反应中去，它可以销毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或低活性游离基，从而使燃烧反应终止1

6、.2 燃烧空气量的计算燃烧空气量的计算n1.2.1 理论空气量理论空气量p空气含有近21（23.2重量）的氧气 p氧气/空气 = 1/4.76 氧气/氮气 = 1/3.76p 理论空气量定义：n是指单位量的燃料完全燃烧所需要的最少的空气量，通常也称为理论空气需要量。 n1.2.1.1固体和液体可燃物的理论空气需要量固体和液体可燃物的理论空气需要量 p煤、木材、石油等煤、木材、石油等p 工业分析：工业分析：nC、H、O、N、S、A和W分别表示可燃物中碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分的质量百分数 nC%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100%n其中： C、H、S是可燃成分 nN是不可燃成分 n

7、O是助燃成分 p可燃元素燃烧的化学方程p1kg可燃物燃烧所需氧气和空气的体积 （m3/kg）p CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O CH3OH + 1.5O2 = CO2 + 2H2O22COOCOHOH22214122SOOS2, 0104 .22)3232412(2OSHCVO21. 02, 0, 0OairVVp例1-1：求5kg木材完全燃烧所需要的理论空气量。已知木材的质量百分数组分为：C43，H7，O41，N2，W6，A1。 解：依据上述有关公式，燃烧1kg此木材所需理论氧气体积为 （m3） 燃烧5kg此木材所需理论空气体积为 21.67（m3）2, 0104 .22)32

8、32412(2OSHCVO91. 0104 .22)3241471243(2521.02,0,0OairVV521.091.0n1.2.1.2 气体可燃物的理论空气量 p可燃气体成分：nCO、H2、CnHm 、H2S、CO2 、O2 、N2 、H2O p可燃物完全燃烧的反应方程式 p每1m3可燃物完全燃烧时需要的氧气体积 （m3/m3 ）2221COOCOOHOH22221222223SOOHOSHOHmnCOOmnHCmn2222)4(2222,010)4(2321212OHCmnSHHCOVmnO2222,0,010)4(23212176.421.02OHCmnSHHCOVVmnOairp

9、例1-2：求1m3焦炉煤气燃烧所需要的理论空气量。已知焦炉煤气的体积百分数组成为：CO6.8，H257，CH422.5，C2H43.7，CO22.3，N24.7，H2O3。 解：由碳氢化合物通式得 因此，完全燃烧1m3这种煤气所需理论空气体积为 1 .567 .34425 .224414mnHCmn2222,0,010)4(23212176. 421. 02OHCmnSHHCOVVmnOair32188. 4101 .5657218 . 62176. 4mn1.2.2 燃烧实际空气量和过量空气系数p实际空气需要量通常大于与理论空气需要量p过量空气系数n1时，燃料与空气量比称为化学当（计）量比n

10、1时，实际空气量多于理论空气量，才能保证完全燃烧n气态可燃物1.02 1.2；n液态可燃物1.1 1.3；n固态可燃物1.3 1.7，。 n原因：燃料与空气的混合不均匀airairVV, 0,1.3 燃烧产物及其计算燃烧产物及其计算n基本概念基本概念n1.3.1 完全燃烧时烟气量的计算完全燃烧时烟气量的计算p当当1时时一、固体和液体燃料的燃烧烟气量的计算 （m3/kg） OHONSOCOyqVVVVVV22222OHNSOCOyqVVVVV2,02,022,0100124 .222, 0CVCO100324 .222, 0SVSOairNVNV,02,079. 0100284 .2210012

11、4 .221001814 .222, 0HWVOHp湿烟气 和 干烟气p当1时二、气体燃料燃烧烟气量的计算 n可燃气体成分：CO、H2、CnHm 、H2S、CO2 、O2 、N2 、H2On燃烧产物：CO2、SO2、H2O 和 N2 n当1时，则与固体和液体燃料的计算一样OHgyyqVVV2, 0, 0, 0airyqyqVVV,0,0) 1(22, 0102mnCOHnCCOCOV22, 0102SHVso2222, 01022mnOHHCmSHOHHVairNVNV, 022, 079. 0102n1.3.2不完全燃烧时烟气量的计算p若 1, 必然导致不完全燃烧p若1，也会出现不完全燃烧（

12、原因：燃料与空气混合不好）p不完全燃烧烟气成分： CO、H2、CH4、O2、CO2、N2、H2O p1 n式中Vyq为1 时完全燃烧的产物体积n不完全燃烧烟气量比完全燃烧烟气量的体积增加了 222276. 35 . 076. 35 . 05 . 0NCONOCO2222276. 35 . 076. 35 . 05 . 0NOHNOH22222476. 32276. 322NOHCONOCH)5 . 05 . 0(2HCOyqByqVVVVn在 实际燃烧温度p在1且完全燃烧情况下，燃烧温度最高；当1时，供给的空气量过多，燃烧温度也要降低n在实际燃烧中，物质的燃烧温度并非固定不变的，而是随着可燃物

13、的种类、结构、氧气供给情况、散热条件等因素有一定的变化。n为了比较不同物质的燃烧温度，常对燃烧条件作统一规定：p燃烧的初始温度为298K；p可燃物与氧气按化学当量比配比；p燃烧为完全燃烧；p燃烧是在等压下进行的；p燃烧是绝热的，即燃烧反应的放热全部转变为燃烧产物的焓增。n1.5.2 燃烧温度的计算燃烧温度的计算 p理论燃烧温度的计算公式 （常用）p恒压平均热容 取决于温度，只在某一个温度范围内是常数p插值法求理论燃烧温度t n先假定一个理论燃烧温度 t1 ，从“平均恒压热容”表中查出相应的 代入上述公式，求出相应的 Ql1 ；n然后再假定第二个理论燃烧温度 t2 ，求出相应的 和 Ql2 ；n

14、插值法求出理论燃烧温度 t ：TpiildTCnQ298298TCVQpiilpiCpiC112121llllQQQQttttn例 1-5：已知木材的组成为：C43，H7，O41，N2，W6，A1（质量组成数），试求其理论燃烧温度。 p木材的低热值，QL16993 kJ /kgp设 t1 1900 ，查表得p因为 Ql Ql1 ，所以 t t1 ，再设 t2 2000 )(803. 010043124 .223, 02mVCO)(856. 01006184 .22100724 .223, 02mVOH)(433. 3312. 4100791004 .222823, 02mVN4074. 22p

15、COC9423. 12OpHC4758. 12pNC)(16458)4758. 1433. 39423. 1856. 04074. 2803. 0(19001kJQl)(17429)4825. 1433. 39628. 1856. 04221. 2803. 0(20002kJQl）(1949)1645816933(1645817429190020001900t作业作业n一、已知木材的质量百分数组分为：C40，H10，O41，N2，W6，A11.求1kg木材完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积（=1）。2.木材的高、低热值3. =1.5时，完全燃烧所需要的理论空气量，烟气的组成和体积4. =1.5时，燃烧温度n二、某焦炉煤气的体积百分数组成为：