燃烧理论基础ppt课件

1、第五章第五章 熄灭实际根熄灭实际根底底复 习v1，几种热损失。为了减小热损失，锅炉熄灭需求作到： v 稳定着火、快速燃尽。v2，为实现该目的，需寻觅强化熄灭的方法，这就要认 v 识熄灭过程的本质。从而，需求学习根底熄灭实际。前言 熄灭概述一、熄灭本质熄灭是气体、液体或固体燃料与氧化剂之间发生的一种剧烈的化学反响；流动、传热、传质和化学反响同时发生有相互作用的综合景象；典型的物理化学过程；化学反响动力学、流膂力学、传热传质学是研讨熄灭反响过程的根底知识；二、熄灭学的开展历史v直至18世纪中以前，开展缓慢，对熄灭景象的本质几乎一无所知。v之后：燃素的概念呈现物质能否熄灭被归于能否含有燃素v1765

2、年熄灭是物质的氧化熄灭实际的萌芽v19世纪呈现热化学和化学热力学将熄灭作为热力学系统，调查其初态和终态，静态特性的研讨v20世纪初熄灭反响动力学研讨熄灭过程的动态过程的实际v3040年代火焰传播的概念湍流熄灭实际认识熄灭过程的限制要素往往不是反响动力学，而是传热传质，即受限于物理过程v5060年代德国人Von Karmen对宇航也有宏大的奉献提出用延续介质力学来研讨熄灭，称为化学流膂力学或反响流膂力学。v将经典流膂力学的方法、边境层、射流实际等运用与研讨熄灭v70年代初，大型电子计算机呈现，构成计算流体计算熄灭学，建立了熄灭的数学模拟方法和数值计算方法；v激光丈量技术的呈现，使精细丈量成为现实

3、。v根本实际+数学模型和数值计算+先进的丈量技术。三、当代对熄灭运用的要求v要求熄灭不时强化和趋于更高能量程度；v讨论高温、高压、高速、强湍流条件下的熄灭v要求熄灭过程高效率，节省燃料等；v干净熄灭，减轻环境污染v火灾的原因与防治第一节、熄灭反响速度及其影响要素v熄灭反响和化学反响一样，根据参与反响的物质不同分为：均相熄灭气体燃料在空气中熄灭异相熄灭固体燃料在空气中熄灭，煤粉熄灭一、反响速度的定义v根据质量作用定律，反响速度有不同的定义方式：v第一种定义：单位时间内和单位体积内熄灭掉的燃料量或耗费的氧量hHgGbBaAdtdCbadtdCwBAAv举例：v在锅炉熄灭技术采用炉膛容积热负荷来表示

4、熄灭反响速度：v单位时间内和单位体积内熄灭掉的燃料所释放出的热量OHOH22222222OHww33/,/,mkWhmkcalVBQqydwVv在一定的温度下，化学反响速度和各反响物的浓度成正比v1867年由Guldberg和Wage提出v对均相反响：vA+A+A+A+ +A + B+B+B+B+B+ +B.bBaAbabBaACkCw k反应速度常数；bBaACC ,反应物 A（燃料） ，B（氧化剂）的浓度（摩尔浓度或质量浓度） 。第二种定义：对于异相反响煤粉与空气混合物nBACkfw Af 单 位 容 积 可 燃 混 合 物 内 煤 粉 的 表 面 积 ； BC 氧 气 的 浓 度 。 二

5、、影响化学反响速度的主要要素v1，浓度v从前面反响速度的定义式，可知：浓度越大，反响速度越快。v缘由：熄灭反响属双分子反响，只需当两个分子发生碰撞时，反响才干发生。浓度越大，即分子数目越多，分子间发生碰撞的几率越大。2压力v气态物质参与的反响，压力升高，体积减少，浓度添加，压力对化学反响速度的影响与浓度一样。v对理想气体混合物中的每个组分可以写出其形状方程：RTVpAARTpVCAAARTpVCBBBbBaAppwnbappw 3温度v3.1 阿累尼乌斯定律v温度添加，反响速度近似成指数关系添加，表达在反响速度常数v阿累尼乌斯定律瑞典物理化学家1889年提出bBaACkCw RTEekk03.

6、2 阿累尼乌斯定律的讨论-活化分子、活化能v气体分子的运动速度、动能有大有小；v动能超越某一数值活化能E足以破坏原有构造发生反响的分子称为活化分子；v分子发生反响，要提高能量，每摩尔气体分子所吸收的这部分能量-活化能E；v化学动力学的根底。第三节 热力着火v 一热力着火实际的适用性一热力着火实际的适用性v煤粉熄灭过程的着火主要是热力着火煤粉熄灭过程的着火主要是热力着火 v着火过程有两层意义：一是着火能否能够发生？二是能着火过程有两层意义：一是着火能否能够发生？二是能否稳定着火？否稳定着火？ v二、实现稳定着火的两个条件 v可燃混合物熄灭过程的发生与停顿，即着火与灭火，熄灭能否稳定地进展，取决于

7、熄灭过程中所提供的热力条件。v熄灭中同时存在着放热和散热，在不同的阶段存在着二者的不同工况。vA、放热量和散热量到达平衡，放热量等于散热量。v vB、放热量随系统温度的变化率大于散量热随系统温度的变化率。vv假设不具备这两个条件，即使在高温形状下也不能稳定着火，熄灭过程将因火焰熄灭而中断，并不时向缓慢氧化的过程开展。21QQ dTdQdTdQ21三、热力着火的条件放热散热，系统升温，反响加速，但同时散热也在添加，必到达平衡；放热散热，系统降温，反响减速，但同时散热也在减少，也必到达平衡； 系统在不同条件下到达不同的平衡形状，能够是有利的，熄灭稳定在正常工况，能够是不利的，熄灭处于熄火形状。1、

8、放热与散热曲线v以剧烈掺混的零维系统煤粉空气混合物在熄灭室内为例阐明：v1放热与温度的关系，v熄灭室内可燃混合物熄灭放热量为：Tq 1rnORTEoVQCekQ21v2散热与温度的关系v加热混合物本身所耗费并带走的热量：v向周围介质散失的热量对流+辐射Tq 2222qqq)(02TTCVGqp)()()(002bfdTTSTTVSTTVSq四、可燃混合物着火与灭火分析v将两组曲线综合在一同，能够存在以下三种情况：v1熄火形状；v2能够着火，正常熄灭；也能够熄火；v3正常熄灭五、关于着火温度的阐明v着火温度不是物性参数，随所处热力条件的变化而不同，v各种实验方法所测得的着火温度值的出入很大，过分

9、强调着火温度意义不大，v如，褐煤堆，假设通风不良，接近于绝热形状，孕育时间长，着火温度可低于大气温度。v着火温度的概念可以使着火过程的物理模型大大简化。v严厉上，只说着火的临界条件或着火条件：使系统在某个瞬时或空间某部分到达高温的反响形状。v实现这一过渡过程的初始条件或边境条件为着火条件。六、放热反响与吸热反响v随反响的进展，放出能量，抵偿E后，多余的为反响热发热量v放热反响v反之为吸热反响v活化能小，化学反响速度较快，v当E4104kJ/mol，极慢；第三节、链式反响连锁反响一、链式反响实际的产生许多化学反响，几乎一切的熄灭反响，均不简单地服从质量作用定律和阿累尼乌斯定律。如：氢气与空气的反

10、响在某些温度和压力下爆炸，在另一些温度和压力下不爆炸，如：冷焰，低温时，磷、乙醚的蒸汽氧化。022222HOH二、链式反响原理v活化来源在反响过程中产生，中间产物活化中心，v活化中心与反响物分子发生反响，本身消逝，反响的结果又产生新的活化中心v经过活化中心进展反响要比原作用物直接反响容易得多，只需较少的活化能三、链式反响的分类v新的活化中心的数目等于或大于原有的活化中心的数目不分支反响分支反响链式反响分为四、氢气与空气的反响分支链式v爆炸反响v反响开场vH原子为活化中心，M为任何活化分子v中间反响v一个H参与反响，经过一个链后构成H2O，又同时产生三个H活化中心，再引起三个分支反响022222

11、HOHMHMH22OHOH02 （慢）OHHHO2OHHHOH22相加得，HOHOHH3322五、分支链式反响的特点1、存在孕育期诱导期，感应期，当活化中心积累到一定程度，才发生反响。2、反响自动加速，并可以在等温下加速到极大的数值。第五节 火焰传播v 一火焰传播实际的适用性一火焰传播实际的适用性v 燃料熄灭过程中，火焰的稳定性与火焰传播燃料熄灭过程中，火焰的稳定性与火焰传播速度关系极大。电厂熄灭系统的平安运转也速度关系极大。电厂熄灭系统的平安运转也与火焰传播速度关系亲密。例如，煤粉管道与火焰传播速度关系亲密。例如，煤粉管道中某一处着火后，火焰迅速蔓延、分散，导中某一处着火后，火焰迅速蔓延、分

12、散，导致制粉系统着火或爆炸。致制粉系统着火或爆炸。v了解火焰传播的知识，有助于掌握熄灭过程了解火焰传播的知识，有助于掌握熄灭过程的调整要领，对稳定着火和防止爆燃极为重的调整要领，对稳定着火和防止爆燃极为重要。要。二、火焰传播的方式v层流火焰传播层流火焰传播 v缓慢熄灭的火焰传播是依托导热或分散使未燃气体混合物温度升缓慢熄灭的火焰传播是依托导热或分散使未燃气体混合物温度升高。层流火焰传播速度普通为高。层流火焰传播速度普通为2020100cm/s100cm/s。 v湍流火焰传播湍流火焰传播v普通为普通为 200cm/s200cm/s以上。以上。 三、炉膛内的火焰传播v1正常的火焰传播缓慢熄灭v是指

13、可燃物在某一部分区域着火后，火焰从这个区域向前挪动，逐渐传播和分散进来 v2反响速度失去控制的高速爆炸性熄灭v呈现爆炸性熄灭时，火焰传播速度极快，达10003000m/s，温度极高，达 6000；压力极大，达 2.0265Pa 20.67大气压。v3正常熄灭向爆炸性熄灭的转变v当未燃混合物数量增多时，绝热紧缩将逐渐加强，缓慢的火焰传播过程就能够自动加速，转变为爆炸性熄灭。v 四、煤粉气流火焰传播速度的影响要素v挥发分含量 v灰分、水分 v煤粉细度 v炉膛温度 第六节第六节 煤粉的熄灭煤粉的熄灭 v一、煤粉的熄灭过程一、煤粉的熄灭过程 v煤粉受热，水分析出煤粉受热，水分析出继续受热，绝大部分挥发

14、分析出，继续受热，绝大部分挥发分析出，挥发分首先着火挥发分首先着火引燃焦碳，并继续析出剩余的部分挥引燃焦碳，并继续析出剩余的部分挥发分，挥发分与焦碳一道燃尽发分，挥发分与焦碳一道燃尽构成灰渣。构成灰渣。二、煤粉的熄灭时间v着火过程主要取决于煤中可燃基挥发分的大小，而燃尽过程主要取决于焦碳的熄灭速度。 三、煤粉熄灭的主要特征v 煤粉颗粒必需首先吸热升温，经过对流、辐射、热传导方式使新颖燃料受热升温。v煤粉颗粒中水分首先析出，大约在120-450的温度范围内，煤中的挥发分析出，挥发分析出后，剩余的固态物构成焦碳。v 一、煤熄灭的主要阶段一、煤熄灭的主要阶段挥发份释放及大部分烧掉所占时间约为总熄灭时

15、挥发份释放及大部分烧掉所占时间约为总熄灭时间的非常之一，绝大部分时间为焦碳的熄灭。间的非常之一，绝大部分时间为焦碳的熄灭。普通以为是串联，也有交叉过程普通以为是串联，也有交叉过程加热蒸发挥发份释放焦化蒸发挥发份熄灭焦碳熄灭空气煤烟气灰渣第七节第七节 碳粒熄灭的动力区、分散区和过渡区碳粒熄灭的动力区、分散区和过渡区一、碳熄灭的反响环节v大致分为几个串联环节：v1氧气分散到焦碳外表；v2氧气被碳外表吸附；v3在碳外表化学反响v4熄灭产物由焦碳外表解吸，v5二氧化碳向周围分散。v碳反响速度决议于1和3，v总体速度决议于二者较慢的一个。二、熄灭反响的动力区和分散区v描画v异相熄灭过程中混合分散与化学反

16、响环节1碳粒外表化学反响速度表达式异相化学反响：碳外表发生化学反响所耗费氧量应等于分散到外表氧量二者相等：)(0bksbCCkCwv固体外表氧气浓度Cb随化学反响速度不同而变化的关系复杂，且不用知道v不同反响区域分析v动力与分散熄灭实际0000111111CkkCkCCCkCCCwzksksbbbksb（1动力区化学动力控制区（温度较低：碳外表化学反响速度远小于氧气向外表的分散速度，氧气供应充沛，足够反响所需。熄灭速度取决于化学反响速度，反响处于动力区。（K很小温度很低，1/k很大，所以（氧气从远处分散到固体外表，耗费不多（k服从阿定律的， 与k的规律一样ksk110kCw 0CCb0kCw（

17、2分散区分散控制区（温度添加，k急剧增大，耗氧量急剧添加，耗费掉分散来的氧（气，还处于“待料，熄灭速度取决于分散，反响处于分散区。（k很大温度很高，1/k很小，所以，（ （与温度T的关系非常微弱，而且分散熄灭速度随 的增大而增大ksk110Cwksks（3过渡区（k与大小相差不多，服从：kCwks11动力与分散熄灭实际运用讨论v不同温度区域内，为提高反响速度，有不同的措施：v温度较低时，提高熄灭速度的关键：v 提高温度，氧气很充足，不用大量鼓风；v温度较高时，提高熄灭速度的关键：v 提高 ，缺氧是关键，要提高出力，应大量鼓风。ks 第八节碳粒的一次反响和二次反响机理v一、碳粒一次反响机理v将碳

18、和氧气之间的直接反响称为一次反响。一次反响产物继续发生的化学反响称为二次反响。 v1、温度在1300以下时的反响v第一步是构成碳氧络合物。即被碳粒所吸附的氧分子溶入碳粒晶格中，构成碳氧络合物：v v 5-2443223OCOCv第二步是碳氧络合物的离解。即在高能量氧分子撞击下，碳氧络合物发生离解：v COCOOCOC222243以上两个方程式相加：COCOOC2234222、温度在1600以上时的反响v第一步依然是构成碳氧络合物。 v第二步同样是碳氧络合物在高温下受热分解：v以上两式相加：43223OCOCCOCOOC2243COCOOC223223、温度范围在13001600之间时的反响v由于同时存在氧分子溶于碳粒晶格和在晶格边境