燃烧学课件_第十一章 固体燃料燃烧
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燃烧理论基础ppt课件
微波燃烧
微波燃烧是一种新型的热工技术，利用微波电磁场与燃料 的相互作用产生热量，实现燃料的快速、高效燃烧。微波 燃烧具有低污染、高效率和节能等优点。
06
未来展望
清洁能源的发展
清洁能源
随着环境保护意识的提高，清洁能源的发展越来越受到重视。未来，化石燃料的使用将逐渐减少，取而代之的是 太阳能、风能、水能等可再生能源。
02
燃烧化学
燃烧反应方程
燃烧反应方程是表示燃烧过程中物质 变化和能量转换的数学表达式。它由 反应物和生成物的化学式及其相应的 反应系数组成，遵循质量守恒和能量 守恒定律。
燃烧反应方程可以用来表示燃料与氧 气或其他氧化剂反应生成二氧化碳、 水蒸气等产物的过程，如C + O2 → CO2 + H2O。
热工仪表
热工仪表用于监测和控制燃烧系统的运行状态，包括温度计、压力计、流量计、氧分析仪 等。这些仪表能够实时监测燃烧过程中的各种参数，如温度、压力、流量和含氧量等。
燃烧控制技术
01
空燃比控制
空燃比是燃料和空气的混合比例，合适的空燃比是保证燃烧效率和经济
性的关键。通过控制燃料和空气的流量，可以调节空燃比，使燃烧过程
燃烧温度
01
燃烧温度是指燃烧过程中火焰或 反应区的温度，它与燃料的种类 、空气的供给、燃烧方式等因素 有关。
02
燃烧温度的高低直接影响到燃烧 产物的组成和燃烧效率，过高或 过低的温度都不利于燃烧过程的 进行。
燃烧产物
燃烧产物是指燃料在燃烧过程中产生 的气体、烟尘和灰渣等物质，它们由 燃料中的可燃元素转化而来。
可持续发展的重要性
资源节约
可持续发展强调资源的合理利用和节约，通过提高能源利用效率和减少浪费，实现经济、 社会和环境的协调发展。
微波燃烧是一种新型的热工技术，利用微波电磁场与燃料 的相互作用产生热量，实现燃料的快速、高效燃烧。微波 燃烧具有低污染、高效率和节能等优点。
06
未来展望
清洁能源的发展
清洁能源
随着环境保护意识的提高，清洁能源的发展越来越受到重视。未来，化石燃料的使用将逐渐减少，取而代之的是 太阳能、风能、水能等可再生能源。
02
燃烧化学
燃烧反应方程
燃烧反应方程是表示燃烧过程中物质 变化和能量转换的数学表达式。它由 反应物和生成物的化学式及其相应的 反应系数组成，遵循质量守恒和能量 守恒定律。
燃烧反应方程可以用来表示燃料与氧 气或其他氧化剂反应生成二氧化碳、 水蒸气等产物的过程，如C + O2 → CO2 + H2O。
热工仪表
热工仪表用于监测和控制燃烧系统的运行状态，包括温度计、压力计、流量计、氧分析仪 等。这些仪表能够实时监测燃烧过程中的各种参数，如温度、压力、流量和含氧量等。
燃烧控制技术
01
空燃比控制
空燃比是燃料和空气的混合比例，合适的空燃比是保证燃烧效率和经济
性的关键。通过控制燃料和空气的流量，可以调节空燃比，使燃烧过程
燃烧温度
01
燃烧温度是指燃烧过程中火焰或 反应区的温度，它与燃料的种类 、空气的供给、燃烧方式等因素 有关。
02
燃烧温度的高低直接影响到燃烧 产物的组成和燃烧效率，过高或 过低的温度都不利于燃烧过程的 进行。
燃烧产物
燃烧产物是指燃料在燃烧过程中产生 的气体、烟尘和灰渣等物质，它们由 燃料中的可燃元素转化而来。
可持续发展的重要性
资源节约
可持续发展强调资源的合理利用和节约，通过提高能源利用效率和减少浪费，实现经济、 社会和环境的协调发展。
《燃烧学讲义》课件
未来燃烧技术的发展趋势与挑战
发展趋势
未来燃烧技术的发展趋势包括进一步提高燃烧效率、 降低污染物排放、实现可再生能源的利用和智能化控 制等。
挑战
未来燃烧技术的发展面临诸多挑战，如技术瓶颈、经 济成本、政策法规和环保要求等。需要加强科技创新 和政策引导，推动燃烧技术的可持续发展。
感谢您的观看
THANKS
03
燃料电池可应用于汽车、船舶、航空航天、电力系统和备用电
源等领域。
生物质能燃烧技术及应用
生物质燃烧技术
生物质燃烧技术是将生物质转化为热能和电能的一种方式，具有高 效、环保、可再生的特点。
生物质燃烧设备
生物质燃烧设备包括生物质锅炉、生物质焚烧炉和生物质热电机组 等。
生物质燃烧应用
生物质燃烧可用于供热、发电和工业生产等领域，是实现可再生能源 利用的重要途径之一。
02
燃烧的基本原理
燃烧化学反应机理
01
燃烧化学反应机理是研究燃烧过 程中化学反应如何进行的机制。 它涉及到反应物分子间的相互作 用以及反应过程中的能量变化。
02
燃烧化学反应机理对于理解燃烧 过程、优化燃烧效率和减少污染 物排放具有重要意义。
燃烧反应动力学
燃烧反应动力学是研究燃烧过程中化 学反应速率以及影响反应速率的各种 因素的科学。
通过燃烧反应动力学的研究，可以了 解燃烧反应的快慢程度，进而优化燃 烧条件，提高燃烧效率。
燃烧热力学
燃烧热力学主要研究燃烧过程中能量的转化和物质的变化。 它涉及到燃烧过程中能量的释放、转移和利用。
燃烧热力学对于能源利用、环境保护和可持续发展具有重要 意义。
燃烧过程中的物质传递与热力学
燃烧过程中的物质传递与热力学涉及 到燃烧过程中物质和能量的传递与转 化过程。
《消防燃烧学》PPT课件
的性质分类、按燃烧方式分类
按燃烧物的性质分类
根据燃烧物的性质，可以将燃烧分为固体燃烧、液体燃烧和气体燃烧。固体燃烧又可以分 为表面燃烧、熏烟燃烧和炽热燃烧；液体燃烧可以分为闪燃和沸溢；气体燃烧可以分为扩 散燃烧和预混燃烧。
按燃烧方式分类
根据燃烧方式的不同，可以将燃烧分为扩散燃烧、预混燃烧和动力燃烧。扩散燃烧是指可 燃物与助燃物在混合过程中进行燃烧；预混燃烧是指可燃物与助燃物预先混合，然后进行 燃烧；动力燃烧是指可燃物在高速气流中进行的燃烧。
火灾扑救的基本原则与方法
冷却灭火法
窒息灭火法
隔离灭火法
抑制灭火法
通过降低可燃物的温度 来达到灭火的目的。
通过隔绝空气或稀释可 燃物来达到灭火的目的。
通过将可燃物与火源隔 离来达到灭火的目的。
通过抑制可燃物的化学 反应来达到灭火的目的。
应急救援的组织与实施
应急救援的组织 成立应急救援指挥部，负责统一指挥和协调应急救援工作。
火灾的起因与分类
火灾的起因
可燃物、助燃物（如氧气）和点火源 （如火柴、打火机）是火灾发生的必 要条件。
火灾的分类
根据燃烧物的不同，火灾可分为A、B 、C、D、E五类，分别为固体物质火 灾、液体或可熔化固体物质火灾、气 体火灾、金属火灾和带电火灾。
火灾预防的基本原则与方法
01
02
03
消除可燃物
减少室内可燃物的存放， 避免将可燃易燃物品置于 靠近火源的位置。
燃烧是一种放热、发光 的化学反应，通常伴随 着火焰的产生。
燃烧反应需要可燃物、 助燃物（通常是氧气） 和足够的高温，三者缺 一不可。
燃烧反应通常涉及一系 列复杂的化学反应，这 些反应会产生大量的热 量和光。
按燃烧物的性质分类
根据燃烧物的性质，可以将燃烧分为固体燃烧、液体燃烧和气体燃烧。固体燃烧又可以分 为表面燃烧、熏烟燃烧和炽热燃烧；液体燃烧可以分为闪燃和沸溢；气体燃烧可以分为扩 散燃烧和预混燃烧。
按燃烧方式分类
根据燃烧方式的不同，可以将燃烧分为扩散燃烧、预混燃烧和动力燃烧。扩散燃烧是指可 燃物与助燃物在混合过程中进行燃烧；预混燃烧是指可燃物与助燃物预先混合，然后进行 燃烧；动力燃烧是指可燃物在高速气流中进行的燃烧。
火灾扑救的基本原则与方法
冷却灭火法
窒息灭火法
隔离灭火法
抑制灭火法
通过降低可燃物的温度 来达到灭火的目的。
通过隔绝空气或稀释可 燃物来达到灭火的目的。
通过将可燃物与火源隔 离来达到灭火的目的。
通过抑制可燃物的化学 反应来达到灭火的目的。
应急救援的组织与实施
应急救援的组织 成立应急救援指挥部，负责统一指挥和协调应急救援工作。
火灾的起因与分类
火灾的起因
可燃物、助燃物（如氧气）和点火源 （如火柴、打火机）是火灾发生的必 要条件。
火灾的分类
根据燃烧物的不同，火灾可分为A、B 、C、D、E五类，分别为固体物质火 灾、液体或可熔化固体物质火灾、气 体火灾、金属火灾和带电火灾。
火灾预防的基本原则与方法
01
02
03
消除可燃物
减少室内可燃物的存放， 避免将可燃易燃物品置于 靠近火源的位置。
燃烧是一种放热、发光 的化学反应，通常伴随 着火焰的产生。
燃烧反应需要可燃物、 助燃物（通常是氧气） 和足够的高温，三者缺 一不可。
燃烧反应通常涉及一系 列复杂的化学反应，这 些反应会产生大量的热 量和光。
《固体燃料燃烧过程》课件
基
旋转，增强一二次风的混合及相对运动，有利于燃烧。火焰
础
粗短，易烧窑皮。
及 （e）多风道喷嘴
设
备
多
媒
体
课
件
材 料 工 多风道煤粉燃烧器的原理：如图。 程 基 础 及 设 备
多 媒 体 课 件
材
料 三风道燃烧器的特点：
工
（1）内外净风出口速较大（70~150m/s），有利于提高煤粉的燃
程 烧速度和燃烬程度；
机械通风时更大。
材
料 工
3.4.3 喷燃燃烧
程
喷燃：把块煤磨成煤粉喷入窑炉内进行悬浮燃烧。
基
础
及
设
备
多
媒
回转窑内的
体
喷燃
课
优点：
件
燃烧速度快、燃烧效率高、燃烧温度高、煤耗低、调节方便。
材
料
3.4.3.1 煤粉的制备
工
程
煤粉制备设备
球磨机
基
立式磨
础
及
设
备
多
媒
球磨机
HRM立式磨
体
比较：
课
（1）球磨的结构简单、操作可靠、对煤种的适应性好；
多
在燃料层中，发生氧化放热反应：
媒
体
C + O2 ─→ CO2 + 热量
课 件
2C + O2 ─→ 2CO +热量
2CO + O2 ─→ 2CO2 + 热量
材
料
工
直火式层燃的特点 ：
程 基
（1）燃料层薄 烟煤——100～200mm 燃料层温度高 无烟煤——60～150mm >1300℃
《燃烧学讲义》课件
能量转化
燃烧反应中的能量转化过程，包 括焓变、内能变化等，解释能量 转化的关键概念。
平衡态与非平衡态
燃烧反应中的平衡态和非平衡态 的概念以及相互转化的条件和特 点。
爆炸理论
深入研究爆炸反应的机理和特性，包括爆轰波的传播、爆炸温度和压力等关键概念的介绍。
1
爆炸理论概述
简要介绍爆炸反应的基本原理和定义，
《燃烧学讲义》PPT课件
燃烧学是研究燃烧及相关现象的学科，涉及热力学、化学动力学、流体力学 等多个领域。本课件将带你深入了解燃烧学的基础知识和应用。
燃烧学介绍
详细介绍燃烧学的概念、研究对象以及与其他学科的关系，帮助大家理解燃烧学的重要性和应用 价值。
研究领域广泛
燃烧学涵盖化学、物理、力学等多个学科领域，与许多实际问题密切相关。
预混火焰
探讨预混火焰的形成和特性， 分析混合气浓度对火焰传播速 度的影响。
燃烧极限
介绍燃烧极限概念和测定方法， 以及燃料和氧气浓度对燃烧的 影响。
火焰传递和统计理论
研究火焰的传递规律和统计性质，探讨火焰在不同条件下的行为和特点。
1 火焰传播机制
解释火焰传播的基本机制和影响因素，从微观和宏观层面进行讨论。
燃烧反应机理
了解不同物质的燃烧反应机理，对于安全控制、能源利用等方面都有重要意义。
燃烧产品分析
通过燃烧产物分析，可以得到有关燃料的详细信息，对环境保护和排放控制有重要作用。
热力学基础知识
介绍燃烧反应过程中涉及的热力学基本概念和定律，为后续的研究和理解提供必要的理论基础。
熵的概念
深入探讨熵的含义和作用，解释 燃烧过程中熵变的重要性。
爆轰波的形成
2
为后续的内容打下基础。
燃烧理论——固体燃烧教学PPT讲义
Thomas H. Fletcher
Chemical Engineering Department Brigham Young University
Chris Shaddix Sandia Lab Oxy-fuel coal combustion
Steve F. Son Purdue Combustion of energetic materials, microscale combustion, nanoscale energetic composites, combustion synthesis, and coal combustion
1.2 国内、外相关研究的近况(过去10年)
Brian S Haynes
Department of Chemical Engineering The University of Sydney Presisent of Intl Combustion Institute Fuel N; Submicro-particle; Complex combustion chemistry
Richard Yetter Penn State
M. Quinn Brewster UIUC
A turnover model for carbon reactivity I. development, Combustion and Flame, 126, 2001,1421
Adel F. Sarofim
Philip Smith Eric Eddings JoAnn Lighty
Presidential Professor University of Utah Coal combustion; soot, submicro-particle Ohio State University
《燃烧基础知识 》课件
燃烧原理
燃料和氧气在一定的温度下发生 化学反应，生成新的化合物并产 生能量。
燃料的种类
化石燃料
煤、石油和天然气是主要的化石燃料，它们广泛用于工业、交通和生活中。
生物质燃料
纤维素、木材和废弃物等属于生物质燃料，是可再生的燃料资源。
可再生能源
太阳能、水力能、风力能、地热能、生物质能等都是可再生能源，不会造成环境和资源的破 坏。
《燃烧基础知识 》PPT课件
燃烧是人类最重要的能源来源之一。本课程通过介绍燃烧的基本原理、过程、 应用及环保、安全等方面，使烧定义
燃烧是一种化学反应，通常是指 物质在氧气存在下放出能量，释 放出热和光的过程。
燃料
燃烧的物质称为燃料，可分为化 石燃料、生物质燃料及可再生能 源燃料。
燃气轮机
燃气轮机是一种以燃气为燃料 的发电机，具有高效率、低排 放的优点。
发电机组
燃料通过发电机组转化为电能， 成为人们生产生活不可缺少的 能源。
环保问题
1 燃烧的灰渣
燃烧产生的灰渣是固体废 弃物，可通过处理变成新 的可利用资源。
2 烟雾和废气处理
烟雾和废气中含有大量的 有害物质，需要经过处理 后才能排放。
燃烧的过程
1
燃烧三要素
燃料、氧气和引火源是燃烧必备的三个
燃烧反应的类型
2
要素。
燃烧反应可分为燃烧、氧化和还原反应
三种类型。
3
燃烧的热力学参数
温度、压力、焓、熵和自由能等都是燃 烧反应中重要的热力学参数。
燃烧的应用
火焰和燃气
火焰是燃烧反应的结果之一， 燃气是人们生活中最重要的燃 料之一。
内燃机
内燃机是现代交通工具的基本 动力装置，是燃烧技术的代表。
可燃固体的燃烧63页PPT
谢谢！
63
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
可燃固体的燃烧
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
▪
可燃固体的燃烧63页PPT
可燃固体的燃烧
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 — 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 — 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
燃料、燃烧PPT课件 人教版
反应的各物质的 原子 重新组合成其他物质的过 程，因此反应前后原子的 种类 没有改变，原子 的 数目 没有增减，原子的 质量 也没有改变。
2、质量守恒定律的实验探究：
用下图所示装置探究质量守恒定律，
a、实验中的现象：①试管中有
；②澄清
的石灰水
；③反应结束后天平
。
b、装置中的澄
清石灰水的作用
是
。
c、能否将装置
配料表：氯化钠、食用碘酸钾 含量：500g 成分表： 氯化钠≥95% 钙（0.3%~1.3%)
❖ ⑴反应过程中产生
gCO2
❖ ⑵30.00 g该食盐中含碳酸钙的质量是多少？
❖ ⑶此加钙食盐中钙含量是否符合标签要求？（通过计 算回答）
展示提升
❖1.氢气与氧气的混合气体20克,点燃 至充分反应,生成水18克,问:原混合 气体中,氢气`氧气各有多少克?
（1）产生二氧化碳气体
g。
（2）计算该鸡蛋壳中碳酸钙的质量分数。
2．（08福建三明）三明市民新水泥厂化验室，为了测 定某矿山石灰石中碳酸钙的质量分数，取石灰石 样品与足量稀盐酸在烧杯中反应（假设石灰石样 品中杂质不与稀盐酸反应也不溶于水。）有关实 验数据如下表：源自反应前反应后实
烧杯和
验 稀盐酸的质量
②隔绝 氧气 或 空气 ； ③使温度降到 着火点 以下。
5、化石燃料 ⑴煤：主要由
碳 元素组成；
⑵石油：主要含 碳、氢 两种元素；
⑶天然气：主要成分是 甲烷（CH4） 。 6、化石燃料燃烧对环境影响
化石燃料燃烧对环境造成的污染主要表现在： ⑴导致 温室效应 ； ⑵ 大气污染 ； ⑶ 热污染 。
7、化石燃料综合利用
4、下列是利用“降温到着火点以下”的原理熄灭蜡
2、质量守恒定律的实验探究：
用下图所示装置探究质量守恒定律，
a、实验中的现象：①试管中有
；②澄清
的石灰水
；③反应结束后天平
。
b、装置中的澄
清石灰水的作用
是
。
c、能否将装置
配料表：氯化钠、食用碘酸钾 含量：500g 成分表： 氯化钠≥95% 钙（0.3%~1.3%)
❖ ⑴反应过程中产生
gCO2
❖ ⑵30.00 g该食盐中含碳酸钙的质量是多少？
❖ ⑶此加钙食盐中钙含量是否符合标签要求？（通过计 算回答）
展示提升
❖1.氢气与氧气的混合气体20克,点燃 至充分反应,生成水18克,问:原混合 气体中,氢气`氧气各有多少克?
（1）产生二氧化碳气体
g。
（2）计算该鸡蛋壳中碳酸钙的质量分数。
2．（08福建三明）三明市民新水泥厂化验室，为了测 定某矿山石灰石中碳酸钙的质量分数，取石灰石 样品与足量稀盐酸在烧杯中反应（假设石灰石样 品中杂质不与稀盐酸反应也不溶于水。）有关实 验数据如下表：源自反应前反应后实
烧杯和
验 稀盐酸的质量
②隔绝 氧气 或 空气 ； ③使温度降到 着火点 以下。
5、化石燃料 ⑴煤：主要由
碳 元素组成；
⑵石油：主要含 碳、氢 两种元素；
⑶天然气：主要成分是 甲烷（CH4） 。 6、化石燃料燃烧对环境影响
化石燃料燃烧对环境造成的污染主要表现在： ⑴导致 温室效应 ； ⑵ 大气污染 ； ⑶ 热污染 。
7、化石燃料综合利用
4、下列是利用“降温到着火点以下”的原理熄灭蜡
《固体燃烧》PPT课件
2020/11/29
河北工业大学能源与环境学院
20
第三节碳粒的着火与熄火
Q f Qs dQ f dQs dT dT
3、T0=T02时，二者切于F，熄火临 界点，位于低温动力区。
简化模型：碳粒为球状，反应仅在
表面进行，且为一级反应，则碳粒
着火的必要条件就是反应放热量Qf 必须大于系统散热Qs。
Qf
碳的燃烧包括：1、氧扩散到碳表面；2、 氧吸附于碳表面；3、氧与碳进行表面反应； 4、反应产物的脱附；5、解析后的生成物从 反应表面扩散到周围环境。
2020/11/29
河北工业大学能源与环境学院
碳在纯氧中燃烧
8
1、碳的燃烧过程
1、初次反应：碳与氧反应，生成 中间状态的碳氧络合物，然后离解 为二氧化碳与一氧化碳。
燃烧反应为一级反应。
2020/11/29
河北工业大学能源与环境学院
11
碳与二氧化碳的反应
CO2 C 2CO
2CO O2 CO2
是一个吸热还原反应。首先CO2吸附在碳粒表面，形成络合物， 再分解生成CO，然后由碳粒表面解析、脱附。
由于该反应的活化能很高，因此，只有当温度超过800d度以后， 反应速率才会有显著的提高，此时，制约碳粒燃烧反应的主要因素 是氧的吸附过程。
2020/11/29
河北工业大学能源与环境学院
16
对于球状碳粒的稳定燃烧，设其半径为rs，外表面积 S0，单位体积上内部孔隙总表面积Si，则总表面积为：
S
S0
4 3
r02
Si
S0
1
r0 3
Si
碳的燃烧速率可以写为：
WO
k 1
r0 3
Si
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§9.2 固体碳粒的燃烧
气固两相反应理论
1 1 1 * 多相燃烧反应阻力： K D K O2
燃烧反应的 化学阻力
氧气扩散过程中的物理阻力 根据多相燃烧反应的化学阻力与物理阻力的对比， 可将多相燃烧反应分为三类： 动力燃烧、扩散燃烧、过渡燃烧
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.2 固体碳粒的燃烧
§9.3 碳粒燃烧的化学反应
碳与氧的反应
碳粒燃烧的三种模型： 二氧化碳是初次反应产物的模型；
一氧化碳是初次反应产物的模型；
二氧化碳、一氧化碳同时是初次反应产物 的模型 一般认为碳的氧反应首先生成碳氧络合物，碳氧络 合物进一步反应同时产生一氧化碳和二氧化碳。写成 化学式即为 y
xC
C x Oy mCO2 nCO
氧分子溶入碳 的晶体内构成 固溶络合物
C3O4 C O2 2CO2 2CO
总的简化反应式
3C 2O2 2CO2 2CO
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.3 碳粒燃烧的化学反应
碳与氧的反应
在1600℃以上：
络合
离解
3C 2O2 C3O4
C3O4 2CO CO2
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.1 煤的燃烧过程
煤的热解过程
加热速率对挥发份析出的速率及其成分有很大的影响； 慢速加热时大部分转化成碳，而快速加热时则得 到很小，甚至无碳。 煤粒终温对挥发分析出的最终产量影响很大： 随着热解温度的提高，挥发分产量可高达70%以上， 即挥发分并不是一个确定不变的常数。
§9.2 固体碳粒的燃烧
气固两相反应理论
碳燃烧状态的判别准则
谢米诺夫准则：
氧的浓度比：
Sm
2
D
K
2
O ,0 / O ,
动力燃烧 过渡燃烧 扩散燃烧 <0.11 <0.1 ＞9.0 >0.9 0.11~9.0 0.1~0.9
Sm
O ,0 / O ,
2 2
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.3 碳粒燃烧的化学反应
一氧化碳的分解反应
2CO CO2 C 162kJ
一氧化碳的分解反应是碳的气化反应的逆反应。这个 反应会导致碳的析出，因而也是一个重要问题。
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.4 多孔性碳粒的燃烧
实际上碳是一种多孔性物质，因此反应不仅在外 表面进行，而且在碳的内部也进行。
§9.2 固体碳粒的燃烧
气固两相反应理论
假设碳与氧燃烧的生成物只有二氧化碳，并仿照传热学中对流 * 换热系数α 的概念引入对流扩散系数 D ，则氧从周围向单位碳 粒表面的扩散量可以写为
* gO2 D ( O2 , O2 ,0 )
氧在碳表面处的反应的速度（单位碳粒表面、单位时间燃烧掉的 氧量）可表示为
CO2 C 2CO
1 CO O2 CO2 2 CO2 C 2CO
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.5 二次反应对碳粒燃烧的影响
碳粒燃烧随温度变化
1、氧化反应动力区 2、氧化反应扩散区 3、还原反应动力区 4、还原反应扩散区
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.5 二次反应对碳粒燃烧的影响
1 空间反应 二次反应 (d ) CO O2 CO2 2
4C 3O2 2CO2 2CO
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.5 二次反应对碳粒燃烧的影响
二次反应对碳粒燃烧的影响
温度低于800℃时碳粒周围的 燃烧情况
4C 3O2 2CO2 2CO
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
* GO2 SKO CO2 ,0 SKO2 CO2 ,0 2
K
* O2
K O2
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§9.4 多孔性碳粒的燃烧
多孔性碳粒燃烧速率
低温时 高温时
K
* O2
K O2
r Si K O2 3
* KO KO2 0 2
令：
K
* O2
KO2 (1 Si )
r 0 3
ε 称为反应的有效渗透深度
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§9.4 多孔性碳粒的燃烧
多孔性碳粒燃烧速率
* KO KO2 (1 Si ) 2
总反应速度常数： 总反应速度：
gO2 K CO2 ,0 KO2 (1 Si )CO2 ,0
* O2
考虑碳粒内外扩散作用，同时又考虑了内外表面 上化学反应影响的化学反应速度
附活化能比氧的溶解活化能大得多，因此只有在温 度很高时，这一反应才显著起来。
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§9.3 碳粒燃烧的化学反应
碳与水蒸气的反应
C H 2O CO H 2 12310 kJ
2
与碳的气化反应十分类似，同样为吸热反应。反应 级数为一级，活化能比气化反应的活化能大，约为 37.6 104 kJ / m ol 。反应进行过程中水蒸气也是经过吸附、络合与分 解一系列环节才完成水煤气的生成的。
GO2
r * S (1 Si ) K O2 CO2 ,0 SK O CO2 ,0 2 3
式中 K * 为包括了对应内表面的碳球的总反应速度常数
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§9.4 多孔性碳粒的燃烧
多孔性碳粒燃烧速率
当碳球温度很高时，内表面上氧浓度接近于零， 亦就是碳球内表面停止了碳和氧的一次反应。只有碳 球外表面能和氧发生反应。于是氧在碳表面上的总反 应速度就变成
气固两相燃烧反应过程
两相反应的特点：物质在相的分界表面上发生反应。 反应的一般步骤：
1. 反应分子扩散到表面
2. 分子在表面发生吸附作用
3. 被吸附的分子在表面上进行化学反应 4. 生成物从表面解吸 5. 生成物扩散离开表面
以上步骤依次发生。整个反应过程的快慢取决于各步 中最慢的一步。
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燃 料 与 燃 烧
第九章
固体燃料燃烧
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.1 煤的燃烧过程
引言
煤的结构特点 煤是由很多不同结构的含C、H、O、N、S的有 机聚合物粒子和矿物杂质混合而成，各种有机聚合 物粒子之间常由不同的碳氢支链连结成更大的粒子。 煤的燃烧过程：
干燥
热解及挥发分析出 挥发分燃烧
2 3 木炭内部的反应表面积为57～114 cm / cm
电极碳为70～500
cm2 / cm3
2 3 cm / cm 无烟煤为100
这些数据表明，内部表面对反应的影响是不可忽视的。
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.4 多孔性碳粒的燃烧
多孔性碳粒燃烧速率
若每单位体积碳粒所含内部孔隙的表面积为 S，则 i 对半径为r的碳粒球体，其内外表面积之和为： Si r 4 3 S r S i S (1 ) 3 3 当温度较低时内表面上各处的氧浓度都相同，且等于碳粒 外表面的氧浓度 CO ,0 2 碳球的总反应速率为：
§9.5 二次反应对碳粒燃烧的影响
二次反应对碳粒燃烧的影响
温度在800~1200℃时静止碳粒燃 烧情况
4C 3O2 2CO2 2CO
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.5 二次反应对碳粒燃烧的影响
二次反应对碳粒燃烧的影响
温度大于1200~1300℃时碳粒 周围的燃烧情况
3C 2O2 CO2 2CO
2
2
0 O2 ,0 O2 ,
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.2 固体碳粒的燃烧
气固两相反应理论
温度对碳燃烧速率及碳表面氧浓度的影响
碳燃烧速率随温度的变化
1、动力燃烧区 2、过渡燃烧区 3、扩散燃烧区
碳燃烧时其表面氧浓度分布
1—动力区；2，3—过渡区；3—扩散区
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
§9.2 固体碳粒的燃烧
气固两相反应理论
过渡燃烧： 当化学阻力与物理阻力在同一数量级时，两者均 不可忽略，燃烧工况处于扩散控制与动力控制之间， 故称为过渡燃烧
KO
* D
K
1
2
1
* D
1 K O2
* D
O ,0
2
KO
* D
O ,
800K 1390K 1720K 2170K 38.3% 48% 60% 71%
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§9.1 煤的燃烧过程
煤的燃烧过程
挥发份的燃烧 焦炭的燃烧
焦炭含量占55~97%，燃 烧时间占90%，发热量占 60~95%
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§9.2 固体碳粒的燃烧
气固两相反应理论
动力燃烧： 当化学阻力比物理阻力大得多时，燃烧速度取决 于化学反应速度，故称为动力燃烧。
* D KO
2
K KO2
O , 0 O ,
2 2
碳表面上氧气浓度接近于周围气流中氧的浓度。这种情 况相当于较低温度下的燃烧情况。此时由于化学反应速 度很低，从远处扩散到碳表面的氧消耗得很少，从而使 得碳表面氧的浓度等于远处环境中氧的浓度 。
1-迎风面；2-背风面；3-回流区；4-火焰锋面
焦炭燃烧
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