燃料与燃烧02.ppt

1、第三篇燃烧基本原理，第三篇学习重点学习第三篇要求重点把握：1.燃烧的主要分类：动力燃烧和扩散燃烧2 .化学反应速率及其影响因素，阿留尼汪定律3 .链锁反应和链锁反应，氢和碳的燃烧反应反应历程4 .自燃发火和强制发火，闭口/开口系统的着火条件分析5 .湍流火焰传播速率，燃料和燃烧， 第三篇燃烧基本原理第八章燃烧反应速度和反应机理、第三篇燃烧基本原理、燃料燃烧过程：煤块/油滴/瓦斯气体燃烧过程燃烧是复杂的物理化学过程三传一逆：动量传递(流动)、热量传递、质量传递(扩散)化学反应=混合第八章燃烧反应速度和反应机理、燃烧的基本分类： (1)动力燃烧(动力学控制，预混燃烧): 逆扩散(扩散混合控制) 其

2、他分类：不同燃料：不同气液固体燃料燃烧瓦斯气体流动方式：不同层流过渡燃烧反应物物质状态：不同均匀异相燃烧固体床层：不同层状燃烧沸腾床燃烧微粉炭燃烧(气流床)、第8章燃烧反应速度和反应机构1化学反应速率1、每化学反应速率单位时间的反应物浓度的变化： w=dc/d(kmol/m3s ) coh2o=co2h2w=DC co2/d=DC h2/d=-dcco/d反应速率常数k阿雷尼乌斯定律： K=K0 exp(E/RT )频率因子(指前因子) K0； 电子激活能； 通用瓦斯气体常数r。 第八章燃烧反应速度和反应机理，二，影响化学反应速率的因素W=K0 exp(E/RT)Cn 1.温度t温度上升，反应

3、速度变快达到一定温度(10000 K )时，缓慢的2 .增加激活能e反应自身固有的性质e高， 难以反应3 .反应物浓度c浓度高、反应速度快(与反应级数n有关)4.反应物分压分压大、即p浓度高、反应速度也快5 .反应级数n由化学反应本身决定，第8章燃烧反应速度和反应机构、2可燃瓦斯气体的燃烧反应机构1、连锁反应机构H2O 活化中心与反应物继续反应，生成生成物的话，在云同步上生成新的活化中心。 活化中心具有很高的能量，反应时所需的激活能相当低，反应变快。 严重时还会发生连锁反应，第八章燃烧反应速度和反应机理，链锁反应：连锁反应完成后，活化中心数不增加链锁反应(分支): 连锁反应完成后，活化中心数增

4、加。 链锁反应的反应速度大大加快了。第8章燃烧反应速度和反应机制、二、氢的燃烧反应机制H2 0.5O2=H2O 1.链的产生(形成活性中心) H2 O2 2OH H2 M 2H M (M为活性分子，m为非活性分子) O2 O2 O3 O 2.链的继续和分支(链锁反应) H O2 OH O E=75.4 kJ/Mol控制反应2 o h2h2o2he=41.9 kj/molo h2o he=25.1 kj/mol h3h2o2h2o3h活化中心增加，反应速度加快，第8章燃烧反应速度和反应机理，3 .器壁断链(活化中心消失) 2H (触器壁) h2o2o (触器壁) o2.空间断链h o2m ho2

5、m o2m o3m o2m h2o m，第八章燃烧反应速度和反应机理。 等温过程绝热过程链锁反应速度链锁反应速度燃烧反应的控制反应： H O2 OH O反应速度： w=10-11 t1/2 exp (7.54104/rt ) ch CO2，第8章燃烧反应速度与反应机理，3碳的燃烧反应机构碳粒燃烧过程：扩散、吸附、反应、内扩散、气相反应， 解吸一级反应： c的氧化反应co2=co 2409 kj/molc 0.5 o2=co 123kj/mol二级反应： co2还原反应cccl Mol CO氧化反应CO 0.5O2=CO2 286 kJ/Mol、第8章燃烧反应速度和反应机理、碳燃烧反应这三个观点

6、：1.初次CO2， 再还原CO2 .初次CO、再氧化CO2.*初次云同步CO2，大多数认为是第三种看法，即，生成于云同步的CO2和CO (1)1200-1300 C O2在黑金属铅晶格内溶解： 4C 2O2=4C 2(O2 )熔敷络合物逐渐分解： 4c 2 熔敷O2=2CO2 2CO (控制反应)的总反应W1=K1 pO2 exp(E1/RT) (2)1600 C以上对O2黑金属铅晶格的吸附： 3C 2O2=3C 2(O2 )吸着裂解反应： 3C 2(O2 )吸着=CO2 2CO总反应： 3c2o2=co22co(1: ) 第8章燃烧反应速度和反应机理，(3) 1300-1600 C (实际情

7、况)兼有上述两个机理，O2溶解在黑金属铅晶格内生成固溶配合物，并吸附在晶格界面上。 CO2 :CO的比例在11到12之间。 第八章燃烧反应速度和反应机理，4燃烧过程中NOX的生成反应历程1，NOX的生成反应历程烟中的NOX来源于空气和燃料中的n，在高温下生成，引起污染。 NOX NO、NO2、NO3、N2O、N2O3、N2O4、N2O5 1. NO的生成反应历程(链锁反应) n2o=nono2=non2o2=2noq，第八章与燃烧反应速度的反应有水蒸气时，N OH H NO 2. NO2的生成反应历程(NO的氧化) o2m=2omnom=no2mnohoo=no2oh，第8章燃烧反应速度和反应

8、机理，二、NOX生成的影响因素(1)火焰中及最高温度区域(燃烧带或其后)生成(2)烟的燃烧室逗留时间(3)火焰中(4)燃料中的n、第八章燃烧反应速度和反应机理局部高温防止；(2)空气消耗系数的控制；(3)高温区域的排烟的停留时间的缩短；(4)低n燃料；(5)低NOX燃烧方法：二段燃烧法排烟循环法沸腾燃烧法、第八章燃烧反应速度和反应机理； 第三篇燃烧基本原理第三篇强制点火：常温下可燃混合物中，用少许热源使其局部点火燃烧，并传播到周围，最终可燃混合物整体达到点火燃烧。 着火热理论：以热平衡为基础。 化学反应产生的热量超过散失的热量就会起火。 点火温度与燃料成分、浓度(压力)、容器壁温等因素有关，点

9、火温度不是物性参数。 第9章点火过程、1点火过程和点火温度简化模型：闭口系统、容积v、壁面温度T0可燃混合物温度t、浓度c，且反应均匀的发热： Q1=qw=qk0cnexp (e/rt )=aexp (e/rt ) (kmol/m3.s )系散热： q2=f(tt0 )。 变更散热条件P97的图9-2 Q1=A exp(E /RT) Q2=B(T T0) Q1发热曲线Q2散热曲线、点火临界状态TB点火温度、第9章点火过程、Q1=A exp(E /RT) Q2=B(T T0)壁温条件T0变更发热Q1 TB点火温度点火条件： q1| t=TB=q2| t=TB q1/t|t=TT rtb ) e/

10、(r TB2)=b两式除法： R TB 2 /E=TB T0 R TB 2 E TB E T0=0解： TB T0=R T0 2/E，第九章点火过程，2点火过程强制点火热源：小强制点火*点火源T2，临界状态： T/n |壁面=0点火温度T2 *点火源T1，不能点火-容器内瓦斯气体可燃烧容器内惰性瓦斯气体，第9章点火过程，3点火浓度界限2 .在一定的温度(压力)条件下，只有在一定的浓度范围内才能实现点火或强制点火。 (空气中着火如上图)工业上常用的点火浓度界限(上限和下限)，也被称为爆炸极限(上限和下限)。 可混合瓦斯气体爆炸极限： L=100% /(y1/L1 y2/L2 y3/L3 )在富氧空气中或瓦斯气体预热时，浓度极限变宽。 第9章点火过程，4燃烧室的点火和灭火假设：开口系、绝热过程、其他次元模型(均