第 1 章 燃烧的化学基础.ppt

1、1,主讲教师：李庆钊,第一章 燃烧的化学基础,3,本章主要内容,1.1 燃烧的本质和条件 1.2 燃烧所需空气量的计算 1.3 燃烧产物及其计算 1.4 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 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。 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”。 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”。,燃烧的本质：,爆炸 如果燃烧速度很快，

2、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。,燃烧的必要条件,可燃物 可燃固体,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） 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,燃烧的充分条件,燃烧条件的应用,防火方法 防火最根本的原理是防止燃烧条件的形成。 根据着火三角形，可以提出以下防火方法： 1控制可燃物 用难燃或不燃材料代

3、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 2隔绝空气 涉及易燃易爆物质的生产过程，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。 3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。,灭火方法 灭火的根本原理是破坏已形成的燃烧条件 根据着火三角形，可以提出以下灭火方法 1隔离法 将尚未燃烧的可燃物移走 断绝可燃物来源 2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， 3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 4.

4、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,1.2 燃烧空气量的计算,1.2.1 理论空气量 空气含有近21（23.2重量）的氧气 氧气/空气 = 1/4.76 氧气/氮气 = 1/3.76 理论空气量定义： 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。 1.2.1.1固体和液体可燃物的理论空气需要量 煤、木材、石油等 工业分析： C、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 C%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100% 其中： C、H、S是可燃成

5、分 N是不可燃成分 O是助燃成分,可燃元素燃烧的化学方程 1kg可燃物燃烧所需氧气和空气的体积 （m3/kg） CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O CH3OH + 1.5O2 = CO2 + 2H2O,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）,1.2.1.2 气体可燃物的理论空气量 可燃气体成分： CO、H2、CnHm 、H2S、CO2 、O2 、N2 、H2O 可燃物完全燃烧的反应方

6、程式 每1m3可燃物完全燃烧时需要的氧气体积 （m3/m3 ）,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,1.2.2 燃烧实际空气量和过量空气系数 实际空气需要量通常大于与理论空气需要量 过量空气系数 1时，燃料与空气量比称为化学当（计）量比 1时，实际空气量多于理论空气量，才能保证完全燃烧 气态可燃物1.02 1.2； 液态可燃物1.1 1.3； 固态可燃物1.3 1.7，。 原因：燃料与空

7、气的混合不均匀,1.3 燃烧产物及其计算,基本概念,1.3.1 完全燃烧时烟气量的计算 当1时 一、固体和液体燃料的燃烧烟气量的计算 （m3/kg）,湿烟气 和 干烟气 当1时 二、气体燃料燃烧烟气量的计算 可燃气体成分：CO、H2、CnHm 、H2S、CO2 、O2 、N2 、H2O 燃烧产物：CO2、SO2、H2O 和 N2 当1时，则与固体和液体燃料的计算一样,1.3.2不完全燃烧时烟气量的计算 若 1, 必然导致不完全燃烧 若1，也会出现不完全燃烧（原因：燃料与空气混合不好） 不完全燃烧烟气成分： CO、H2、CH4、O2、CO2、N2、H2O 1 式中Vyq为1 时完全燃烧的产物体积

8、 不完全燃烧烟气量比完全燃烧烟气量的体积增加了,在1时，分为有两种情形 （O2全部消耗掉 和存在自由氧 ） （1）O2全部消耗掉（燃料与空气的混合均匀） 式中Vyq为=1时完全燃烧的产物体积 烟气生成量有所减少，不完全燃烧程度越严重，烟气量减少越厉害 （2）存在自由氧（氧气供应不足，且燃料与空气混合不好而造成的不完全燃烧） 剩余氧气量大时，烟气量增加；剩余氧气量很小时，烟气量减少,1.3.3 燃烧产物的密度 1. 固体、液体可燃物燃烧产物密度的计算 （1）根据燃烧产物中各组分的组成百分数计算 单位体积燃烧产物中各组分的质量在标准状态下分别为： 因此燃烧产物的密度为：,（2）通过反应物的质量计算

9、 根据质量守恒定律，反应前后的总质量等于反应后的总质量，因此由反应物的总质量除以燃烧后产物的总体积即可得燃烧后产物的密度（注意扣除灰分，灰分不参与燃烧）。,2. 气体可燃物燃烧产物密度的计算 其密度可参照上述两种方法来计算，采用第一种方法时，计算公示与上式（1）一致。 采用第二种方法求解时，其公式为：,1.4 燃烧热的计算,1.4.1 热容 分为恒压热容、恒容热容 对于气体：Cp大于Cv 热容是温度的函数 平均热容,1.4.2燃烧热 标准生成热 ：在0.1013MPa和指定温度下，由稳定单质生成1mol某物质的恒压反应热 标准燃烧热 ：在0.1013MPa和指定温度下，1mol某物质完全燃烧时

10、的恒压反应热 燃烧热的计算 （盖斯定律 ） （ 气态混合物的燃烧热）,例1-3 求乙醇在25下的标准燃烧热,热值：单位质量或者单位体积的可燃物完全燃烧所发出的热量 液体和固体可燃物 ，Qm（kJ/kg） 气态可燃物，Qv（kJ/m3） 高热值QH 低热值QL （火灾计算中常用） 门捷列夫公式 O 氧和氮含量之和,表1-8 某些燃料的燃烧热值,1.5 燃烧温度及其计算,1.5.1 燃烧温度的分类 燃烧温度：可燃物燃烧产生的烟气所达到的温度 主要分为：理论燃烧温度和实际燃烧温度。 理论燃烧温度：如果燃烧是在绝热条件下进行完全燃烧 ，并且不考虑系统与外界的功交换，燃烧热全部用来加热燃烧产物，使之达到

11、的温度。 实际燃烧温度：在实际火灾中测定的温度。10001200 理论燃烧温度 实际燃烧温度 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,在实际燃烧中，物质的燃烧温度并非固定不变的，而是随着可燃物的种类、结构、氧气供给情况、散热条件等因素有一定的变化。 为了比较不同物质的燃烧温度，常对燃烧条件作统一规定： 燃烧的初始温度为298K； 可燃物与氧气按化学当量比配比； 燃烧为完全燃烧； 燃烧是在等压下进行的； 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。,1.5.2 燃烧温度的计算 理论燃烧温度的计算公式 （常用） 恒压平均热容 取决于温度，只在某一

12、个温度范围内是常数 插值法求理论燃烧温度t 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 ； 然后再假定第二个理论燃烧温度 t2 ，求出相应的 和 Ql2 ； 插值法求出理论燃烧温度 t ：,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。 木材的低热值，QL16993 kJ /kg 设 t1 1900 ，查表得 因为 Ql Ql1 ，所以 t t1 ，再设 t2 2000 ,作业,一、已知木材的质量百分数组分为：C40，H10，O41，N2，W6，A1 1.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 二、某焦炉煤气的体积百分数组成为：CO3.8，H258，CH424.5，C2H43.7，CO22.3，N24.7，H2O2 ,O