燃烧理论7煤燃烧原理与技术资料
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燃烧学 第3版 第7章 煤的燃烧
❸反应产物从碳球的表面解吸，向外扩散
❷在碳表面上进行反应，生成反应产物
整个反应的速度取决定于这3步中最慢的一步。
7.2.2
碳燃烧过程中的吸附和解吸
碳球
O2
碳球表面上吸附了氧的面积份额为θA，表面覆盖分数 ，即：
解吸的速率常数
吸附速率常数
吸附和解吸平衡时，θA将不再变化：
■煤粒的着火
■煤粒的着火现象与影响因素
挥发分燃烧时，煤粒直径几乎不变，煤粒表面局部有时有挥发物喷流，膨胀特性差别很大 。焦炭烧完，变成极小的粒子。
在T＝1200K，CO2＝0.23 kg/m3环境里，d0＝750um褐煤粒的四个燃烧段时间为： 预热及挥发分着火：1.146s ； 挥发分的燃烧：0.3s ； 焦炭预热着火：0.35s； 焦炭燃烧燃尽 ：4.6s。
扩散
外扩散
内扩散
表面反应过程
传质过程
7.3
碳的动力燃烧与扩 散燃烧
每秒每平方米固体表面上烧掉的氧量
化学反应常数,阿累尼乌斯定律
扩散
消耗
得到
假设化学反应速度与CO2的某个分数幂成正比
(1) 动力区
T较低时，k很小
很大
燃烧速度决定于化学反应
(化学动力控制或简称化学控制)
第七章 煤的燃烧
7.1
煤的燃烧过程特点及其热解
7.1.1 煤的燃烧过程 7.1.2 水分的蒸发过程及对燃烧的影响 7.1.3 煤的热解与挥发分的燃烧 7.1.4 煤粒的着火 7.1.5 煤粒燃烧的一些实验研究结果 7.1.6 影响煤粒着火的因素 7.1.7 焦炭的燃烧特性
煤：复杂的固体碳氢燃料 水分 + 矿物质+ 有机可燃混合物（由C、H、O、N和S等元素组成）。
煤炭的燃烧与能量转化
影响因素分析
燃料性质
煤炭的种类、成分、粒度 、水分等都会影响其燃 烧时间等条件对燃烧效率 有重要影响。
锅炉设计
锅炉的结构、受热面积、 热传导方式等也会影响煤 炭的燃烧效率。
提高燃烧效率的措施
01
02
03
04
选用优质煤炭
选择热值高、灰分低、硫分低 的优质煤炭，以提高燃烧效率
03
燃烧效率与影响因素
燃烧效率评估方法
01
02
03
热效率法
通过测量燃烧产生的热量 与燃料完全燃烧时释放的 理论热量之比来评估燃烧 效率。
排放物分析法
通过分析燃烧产生的废气 成分，如二氧化碳、一氧 化碳、氮氧化物等，来间 接评估燃烧效率。
燃料消耗率法
通过测量单位时间内消耗 的燃料量与产生的能量之 比来评估燃烧效率。
煤炭的燃烧与能量转化
汇报人：XX 2024-01-15
目录
• 煤炭燃烧基本原理 • 能量转化过程分析 • 燃烧效率与影响因素 • 污染物排放与控制技术 • 清洁能源替代与前景展望
01
煤炭燃烧基本原理
煤炭成分及性质
煤炭的组成
煤炭主要由碳、氢、氧、氮和硫 等元素组成，其中碳元素含量最 高。
煤炭的性质
。
优化燃烧条件
通过调整燃烧温度、氧气浓度 和燃烧时间等条件，使煤炭充
分燃烧。
改进锅炉设计
采用先进的锅炉结构和受热面 设计，提高热传导效率，减少
热损失。
采用先进技术
如采用富氧燃烧、流化床燃烧 等先进技术，可进一步提高煤
炭的燃烧效率。
04
污染物排放与控制技术
污染物种类及危害
硫氧化物（SOx）
煤炭中含硫，燃烧时会产生硫 氧化物，是酸雨的主要成因， 对人体呼吸系统和环境均有严
煤的燃烧(第三组)
❖ 2.挥发分： 挥发分是判明煤炭着火特性的首要指标。挥发分含 量越高，着火越容易。根据锅炉设计要求，供煤挥 发分的值变化不宜太大，否则会影响锅炉的正常运 行。如原设计用低挥发分的煤而改烧高挥发分的煤 后，因火焰中心逼近喷燃器出口，可能因烧坏喷燃 器而停炉；若原设计用高挥发分的煤种而改烧低挥 发分的煤，则会因着火过迟使燃烧不完全，甚至造 成熄火事故。因此供煤时要尽量按原设计的挥发分 煤种或相近的煤种供应。
❖ 煤燃烧时煤中可燃物质与空气中的氧化合而 产生热能。煤中主要成分为碳、氢元素以及 两者的化合物，另有少量硫元素也参与燃烧。 其主要反应为
❖ C＋O2 = CO2 ——32750kJ/kg 放热 ❖ H2＋1/2O2 = H2O ——141694Kj/kg 放热 ❖ S＋O2 = SO2 ——9292kJ/kg 放热
二、火力发电用煤对媒质的要求
❖ 1.发热量 ❖ 2.挥发分 ❖ 3.水分 ❖ 4.灰分 ❖ 5.煤灰熔融性 ❖ 6.硫分 ❖ 7.粒度
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❖ 1.发热量： 发热量是锅炉设计的一个重要依据。由
于电厂煤粉对煤种适应性较强，因此只要煤 的发热量与锅炉设计要求大体相符即可。
❖ 3、水分： 水分是燃烧过程中的有害物质之一，它在燃烧过程 中吸收大量的热，对燃烧的影响比灰分大得多。煤 及煤粉中适量含水也有其有利的一面。煤粉过于干 燥，磨煤机出口气粉混合物温度过高，煤粉有爆炸 的危险。一般说来，在制粉系统尾部（即排粉机前） 的气粉混合物中，水蒸气的饱和度保持在70%左右 比较适宜
❖ 6、煤的硫分： 硫是煤中有害杂质，虽对燃烧本身没有影响， 但它的含量太高，对设备的腐蚀和环境的污 染都相当严重。因此，电厂燃用煤的硫分不 能太高，一般要求最高不能超过2.5%。
燃烧学参考书
一．本科生参考书1.《燃烧理论》作者:[美]F·A·威廉斯页数:436 出版日期:1976年12月第1版2.《燃烧与传质》作者:[英]D.B.斯柏尔丁页数:225出版日期:1984年02月第1版主题词:燃烧学传质简介:书名原文:Combustion and Mass Transfer.-Pergamon Press 19793.《燃烧理论基础》作者:万俊华页数:443出版日期:1992年12月第1版主题词:燃烧理论简介:本书介绍各种燃烧问题的分析和处理方法,注重讲解各种基本燃烧现象的物理和化学本质。
4.《煤的燃烧与应用》作者:[美]N.A.CHIGIER主编页数:252出版日期:1986年10月第1版主题词:煤-燃烧理论文集燃烧理论-煤文集5.《煤粉燃烧动力学》作者:[苏]维列斯基等著页数:273出版日期:1986年10月第1版6.《粉煤燃烧与气化》作者:L.D.Smoot;D.T.Pratt页数:438出版日期:1983年06月第1版主题词:粉煤燃烧煤气化7.《燃烧理论基础》作者:D.B.斯帕尔丁页数:258出版日期:1964年06月第1版主题词:燃烧理论简介:译自:Some fundamentals of combustion8.《燃料燃烧及气化的物理化学基础》作者:H.B.拉夫罗夫页数:273 出版日期:1964年05月第1版主题词:燃料-物理化学基础理论物理化学-燃料基础理论简介:译自:Физико-химические основы горения и газификации топлива9.《煤粉燃烧物理化学基础》作者:孙学信等页数:199 出版日期:1991年07月第1版主题词:粉煤燃烧-燃烧理论燃烧理论-粉煤燃烧10.《燃烧学》作者:傅维镳页数:532 出版日期:1989年04月第1版主题词:燃烧理论高等学校教材简介:高等学校试用教材:本书介绍了各种燃烧物理现象及其物理模型的建立,介绍了各种燃烧现象的数学分析方法。
燃烧学 第七章 固体燃料的燃烧
二、碳的晶格结构
– 常温下，碳晶格表面和周界上能吸附气体分子，称为物理 吸附。物理吸附不能发生化学变化。
– 温度较高时，气体分子具有较高的相对速度，能侵入石墨 晶格表面层基面间的空间内，把基面的空间距离撑大，和 碳原子形成新的键。碳和氧会形成固溶络合物，该络合物 可能会由于其他具有一定能量的氧分子碰撞而结合成CO 和CO2。
因此q 越大，碳和氧的反应速率也越大，反应速率v和q 成
正比：
vk'qk' Cs
BCs
二、碳燃烧的异相反应理论
• 上式可能存在三种情况：
– B>>Cs 此时，v=Cs k’/B=kCs 说明：
k=k’/B
一级反应，化学反应速度和碳表面氧浓度一次方成正比
碳表面处氧浓度很低，吸附了氧的碳表面积很小，吸附能力很弱
• 先不考虑扩散的因素，假定碳表面上吸附了氧的面积份额
为q，即：
q
吸附了气体分子的表面积
固体的总表面积
在吸附了氧的碳表面积上，已不能再吸附新的氧分子了，
而只能解析氧和碳的反应产物。解析速度和q 成正比：
vj = k-1q
解析速度常数
由于剩余部分没有吸附氧，因而表面附近的氧分子就会吸
附上去，其吸附速度和(1-q )及表面上的氧的浓度成正比
作用形成的二次反应产物。
– 一氧化碳学说 • 碳与氧反应的初次产物是CO，CO再与氧化合生成CO2。
– 目前普遍接受的第三种观点 • 碳与氧首先生成碳氧络合物，络合物再生成CO和CO2。
四、碳和氧反应的络合物理论
• 温度在1300℃以下时，碳和氧的反应机理
– 物理吸附为主，反应过程为一级反应； – 氧分子落入碳晶格内生成络合物。
燃烧基本原理
• 可燃固体：
①可燃固体 受热 熔融状态 蒸发
可燃蒸气 氧化 燃烧
如：S固 受热 S熔融 蒸发
S蒸气
S蒸气 +O2
• ② 可燃固体
氧化
受热
如：萘 萘蒸气 +O2
SO2+Q 受热 直接析出可燃蒸汽
燃烧
挥发
萘蒸气
CO2+ H2O+ Q
• ③ 可燃固体 受热 分解析出可燃气体
氧化
燃烧
如：木材 受热 析出 T＜295℃:水蒸汽
• 在燃烧反应中，氧分子（O=O）在热能作用下被活化， 双键之一断开，形成过氧基-O-O-，这种过氧基能结 合与可燃物分子上形成过氧化物： • A+O2=A02
• 过氧化物不稳定，是强氧化剂，再次氧化新的可燃物 形成最终的氧化产物： • AO2+A=2AO
6
六、链式反应理论
• 认为物质的燃烧经历以下过程：可燃物或助燃物先吸 收能量而离解为游离基，与其他分子相互作用发生一 系列连锁反应，将燃烧热释放出来。
• ⑴可燃气体：（乙炔）
2C2H2+5O2点燃 4CO2+2H2O+Q
• ⑵ 可燃液体：受热 蒸发 蒸气氧化分解
• 燃烧乙醇
受热蒸发
• （C2H5OH）液
（C2H5OH）蒸气
+3O2=2CO2+3H2O+Q
可燃气体的燃烧形式
• 当可燃气体流入大气中时，在可燃性气 体与助燃性气体的接触面上所发生的燃烧 叫扩散燃烧。 •当可燃性气体和助燃性气体预先混合成一 定浓度范围内的混合气体，然后遇到点火 源而产生的燃烧叫预混燃烧(动力燃烧)。
• 硫、磷、钾、钠等都属于简单的可燃固体，由单质组成。 它们燃烧时，先受热熔化，然后蒸发变成蒸气而燃烧，所以 也属于蒸发燃烧。这类物质只需要较少热量就可变成蒸气， 而且没有分解过程，所以容易着火。
燃烧基础知识
5
燃烧的本质与条件
可燃物：凡是能与空气中的氧或其他氧化剂 起燃烧反应的物质，均称为可燃物 可燃物种类：固体、液体、气体
6
燃烧的本质与条件
助燃物：凡与可燃物质相结合能导致燃烧的物质称 为助燃物(也称氧化剂) 包括：空气中氧、氯、氟、氯酸钾等。硝酸纤维等 爆炸品自含氧。 燃烧过程中的氧化剂一般主要为氧。其在空气中的 含量约为21%,可燃物在空气中的燃烧以游离的氧 作为氧化剂。但是有的可燃物在其他氧化剂中也能 发生，甚至燃烧更加剧烈。
7
燃烧的本质与条件
引火源：凡使物质开始燃烧的外部热源，统 称为引火源(也称着火源) 根据引起物质着火的能量来源不同，在生产 生活实践中引火源种类：明火、高温物体、 化学热能、电热能、机械热能、生物能、光 能和核能等
8
具备了燃烧三要素，燃烧也不一定会发生。
乙汽 醚油 的的 最最 小小 点点 火火 能能 力量 为为
煤的自燃
煤是一种固体燃料，主要成分是碳，约占65%，另外还有 氢、氧、氮、硫、水和矿物质，根据炭化程度，可将煤分 为褐煤、烟煤、泥煤和无烟煤。煤的自燃是生产和储运中 最常见的起火原因。
如何防止煤的自燃呢？ 1、煤堆插管散热
2、煤堆不要过大、过高、过密、时间不能过长
3、随时检查内部温度
20
燃烧类型
爆炸通常分为核爆炸、物理爆炸和化学爆炸。
粉尘
可燃气体
装在容器内的液体或者气体， 由于物理变化（温度、体积 和压力等因素）引起体积迅 速膨胀，导致容器压力急剧 增加，由于超压力或者应力 变化使容器发生爆炸，且爆 炸前后物质的性质及化学成 分均不改变的现象。 由于物质本身发生化 学反应，产生大量气 体并使温度、压力增 加或者两者同时增加 而形成的爆炸现象
燃烧理论思考题
《燃烧工程》思考题第一章煤的基本性质第一节煤的成分与表示方法1.煤中的主要成分是什么？其中的有机可燃质主要包括什么？2.收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基成分的表示方法？3.不同基煤的成分换算关系如何？第二节煤的分析1.煤的元素分析和工业分析分别分析什么？2.为什么要对煤进行工业分析？3.如何进行挥发分测定？煤中的挥发分是定值还是变值？4.煤灰在变形温度、软化温度和流动温度下有什么特征？5.何为煤的高位发热量和低位发热量？工业应用中一般利用哪一种发热量？6.不同基之间的发热量如何进行转换第三节煤的分类1.根据煤的碳化程度可将其分为几类？他们分别是什么？2.烟煤、无烟煤的最大特点是什么？3.V AWST代表什么？其高、中、低值如何区分？4.工业锅炉行业煤主要以什么指标进行分类？第四节煤的理论燃烧温度1.何为煤的理论燃烧温度？2.煤的理论燃烧温度主要有那些量决定？3.煤的低位发热量、过量空气系数、空气中的氧浓度、以及煤和空气的温度对煤的理论燃烧温度有什么影响？第二章煤燃烧化学反应动力学基础第一节化学反应的分类1.什么是简单反应、复杂反应、可逆反应、平行反应、串联反应、链锁反应？第二节化学反应速率及其方程式1.什么是质量作用定律？它的使用范围？第三节反应级数1.什么是反应级数？什么是零级反应、一级反应、二级反应、三级反应？2.一级反应、二级反应的速率方程？一级、二级反应的特点？3.反应级数与反应分子数有什么不同？第四节阿累尼乌斯定律及活化能1.常见的反应速率与温度关系的五种类型？2.什么是阿类尼乌斯定律？它的使用范围？3.什么是活化分子？活化能？活化能的大小说明了什么？第五节反应速率的理论1.什么是碰撞频率、有效碰撞频率、有效碰撞份额？2.什么是活化络合物？第六节影响化学反应速率的因素1.活化能的大小对化学反应速率有何影响？2.温度对化学反应速率有何影响？3.反应物浓度对化学反应速率有何影响？4.压力对化学反应速率有何影响？第七节链锁反应1.简述链锁反应过程的三个阶段。
燃烧基本理论
总旳燃烧速度常数K
K=1/（1/Ks+1/Kd）
焦旳化学反应速度常数Ks一般以为满足Arrhenius公 式：
Ks=Aexp(-E/RTs) 气流旳扩散速度可由下式拟定[55]
Kd=2.3ФD/（d RTa）
其中，Ф为化学当量系数，与反应机理有关，在
C+O2→2CO时，Ф=2，在C+O2→CO2时Ф=1
。
一般，对于>100μm旳大 颗粒，且挥发分含量较多 旳煤，在慢速加热旳条件 下（<100℃/s），煤中旳 挥发分有可能在颗粒周围 到达着火条件而首先发生 均相着火。对于较小煤粒 及迅速加热条件下，则可 能是煤表面首先着火，这 就是非均相着火。
1）非均相着火
经典理论是热爆炸理论（Thermal Explosion Theory）即TET理论。
其他影响原因
燃烧速度不但与边界层扩散有关，而且与氧在孔 内旳扩散有关。
孔内扩散系数与焦旳孔隙构造亲密有关。 煤中矿物构成及含量对煤焦燃烧反应也具有影响。
灰分对燃尽影响比较复杂，灰分旳增大，一方面 会阻碍氧在煤焦内部旳扩散，另一方面，增长旳 灰分中旳空隙又会提升氧在煤焦内部旳扩散截面 积。
4．煤旳结渣性研究
纯碳与氧反应旳表观频率因子 Ko,c仅是碳粒温度与直径旳函数，而煤焦反 应旳频率因子 Ko,ch K ocf (s) , 表达煤焦比表面积f（s）影响 煤焦反应速率旳某一函数，显然f（s）是 个物理原因，它旳大小与煤质有关，所以煤焦反应旳频率因子与煤质有 关。
4．试验室研究情况
试验措施
直接观察 失重分析 分别统计煤粉、挥发分及煤焦旳失重曲线，对比三条失
1989年，Ｗ.Print[18]等人对煤粒在二维流化床中旳着火及 热解作了系统性旳试验研究。成果表白，在较高旳温度 下（>８００℃）确实是挥发分先析出并着火，在低温 下（<４５０℃）则是整个煤粒或煤粒表面某处着火。
煤的燃烧
煤的着火温度
燃料种类 着火温度 /℃ ℃ 250～350 ～ 225～ 225～280 200～350 ～ 200～400 ～ 燃料种类 着火温度 /℃ ℃ 300～500 ～ 600～ 600～700 700 560～600 ～
木柴 泥炭 褐煤 高挥发分烟煤
低挥发烟煤 无烟煤 焦炭 炭黑
火焰点燃理论
火焰点燃主要用于着火比较困难的燃料(如低发热量的煤气、重池、煤粉 等)。通常采用多级点火方式。即首先内引燃器(通常指电火花点燃设备)发火， 远级点燃比较容易着火的气体燃料或轻质液体燃料，形成点火能量较大的引 燃火焰，再由引燃火焰点燃重油、煤粉等。 如图所示火焰点燃的物理模型。 设由直径为do的圆管中射出一股高温燃烧产 物，其温度为Tm，速度为um 而周围的环境 为可燃混合物，它的温度、速度分别为To和 <1。可知，外 边界0—1线上温度是来流温度To ，浓度为 来流燃料之浓度CO。。而内边界0—2线上 温度是热气流温度Tm，燃料浓度则为零。因 此，在外边界上浓度很高，但温度很低，所 以化学反应不能进行。在内边界上温度很高， 但浓度却为零，所以化学反应也不能进行。 化学反应只能发生在温度和浓度最有利的区 域，这个区域只能在边界层中某个特定地区 (阴影部分）
炽热物体点燃理论
对炽热物体点燃可燃混合物的机理可采用零值边界梯度物理模型进 行说明。假设将一温度恒定的炽热物体放入可燃混合物中．混合物 的温度为T0．当炽热物体的温度分别为TI、T2、T3时，则经过热传导 后．在可燃混合物与炽热物体接触的边界层内将出现如下所示的温 度分布。
电火花点燃理论
电火花点燃是工程上最常用的点燃方法之一。电火花能量可以用电容放电(即快 速释放电容器中贮藏的能量) 而产生。 如果C1是电容器的电容、V1和V2分别表示产生火花前后电容器 的电压。则放电的能量为
煤燃烧
1．1 提高初参数，采用超超临界
初参数的提高主要受金属材料在高温下性能是否 稳定的限制，目前，超临界机组初温可达538℃～ 576℃。随着冶金技术的发展，耐高温性能材料的 不断出现，初温可提高到600℃～700℃。如日本 东芝公司1980年着手开发两台0型两段再热的 700MW超超临界汽轮机，并相继于1989年和 1990年投产，运行稳定，达到提高发电端热效率 5％的预期目标，即发电端效率为41％，同时实现 了在140分钟内启动的设计要求，且可在带10％ 额定负荷运行。在此基础上，该公司正推进1型 （30．99MPa、593／593／593℃）、2型 （34．52MPa、650／593／593℃）机组的实用 化研究。据推算，超超临界机组的供电煤耗可降 低到279g／kWh。
谢谢！！
央企分行业2010“成绩单”公布 火 电业务亏损118亿元
国资委称，由于煤炭价格高位运行，电 力企业中的火电行业处于严重亏损状态， 2010 年火电业务亏损118亿元。
人类已进入21世纪，“能源、环境、发展” 是新世纪人类所面临的三大主题。这三者 之中，能源的合理开发与利用将直接影响 到环境的保护和人类社会的可持续发展。 作为能源开发与利用的电力工业正处在大 发展的阶段，火力发电是电力工业的重要 领域，环境保护和社会发展要求火力发电 技术不断发展、提高。在已经开始的21世 纪，火力发电技术发展趋势是我们十分关 注的问题 。
从煤的燃烧到火力发电
煤的燃烧是指煤中的可燃的有机质， 在一定温度下与空气中的氧发生剧烈 的化学反应，放出光和热，并转化为 不可燃烧的烟气和灰渣的过程。 火力发电厂是利用化石燃料燃烧 释放的热能发电的动力设施，包括燃 料燃烧释热和热能电能转换以及电能 输出的所有设备、装置、仪表器件， 以及为此目的设置在特定场所的建筑 物、构筑物和所有有关生产和生活的 附属设施。主要有 蒸汽动力发电厂、 燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几种 类型.
《燃烧技术》第七章.煤的燃烧
泥煤
最年青的煤，由植物刚刚变来的煤。
在结构上，它尚保留着植物遗体的痕迹，质地疏松，吸水性
强，含天然水份高达40％以上，需进行露天干燥。
在化学成分上，含氧量最多，高达28％～38％ ，含碳较少。 在使用性能上，泥煤的挥发分高，可燃性好，反应性强，含 硫量低，机械性能很差，灰分熔点很低。
煤的发热量(与炭化程度有关，含碳量87％时发热 量到最大值)
定义：1kg煤完全燃烧后所放出的燃烧热称为发热量， 单位千卡/千克。
用途：评价燃料质量好坏的重要指标，计算燃烧温度 和燃料消耗量时不可缺少的依据。 表示方法：
高位发热量Q高：燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其 中的水蒸气凝结成0℃的水时所放出的热量。
碳化 密度 程度 泥煤 褐煤 烟煤 无烟煤 高 大
吸水 挥发 机械 性 分 性能 强 高
运输 储存 难
氢氧 含量 高
可燃 性
发热 量 低
粘结 性
低
小
差
好
弱
最好
弱 低 好 易 低 差 高
不同种类煤的特点
常见固体燃料可燃质情况
燃料种类 木柴 可燃质中焦炭的质量份额% 焦炭热值占总热值的份额%
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温度很高时，单纯物理吸附不存在，晶体周界对氧分子 的化学吸附能力增加，吸附后形成的碳氧络合物会受热 分解成为CO和CO2气体，或被其他分子碰撞而离解，离开
晶体而形成自由分子。
在煤粒的燃烧过程中，起决定作用的是碳的燃烧过程，即碳 和氧在煤粒表面进行的化学反应过程。碳的燃烧速度不仅和 化学反应本身有关，而且还和氧扩散到碳表面的速度有关。 扩散速度和反应速度之间差别可能很大，当其中一个速度远 小于另一个速度时，燃烧速度取决于较小的一个。 提高煤层温度 提高通风速度 加强反应能力 加强扩散能力
燃烧基本原理
•4、闪点的测定 •开口式测定器和闭口式测定器。
31
32
33
全自动开口闪点测定仪
34
全自动闭口闪点测定仪
35
• 开杯闪点：适用于闪点较高的可燃液体
• 闭杯闪点：适用于闪点较低，常温下能
闪燃的液体
• 同一种液体的开杯闪点要高于闭杯闪点。
• 闪点随水溶液浓度的下降而升高——用
水灭火的原理之一。
• ⑴可燃气体：（乙炔）
2C2H2+5O2点燃 4CO2+2H2O+Q
• ⑵ 可燃液体：受热 蒸发 蒸气氧化分解
• 燃烧乙醇
受热蒸发
• （C2H5OH）液
（C2H5OH）蒸气
+3O2=2CO2+3H2O+Q
可燃气体的燃烧形式
• 当可燃气体流入大气中时，在可燃性气 体与助燃性气体的接触面上所发生的燃烧 叫扩散燃烧。 •当可燃性气体和助燃性气体预先混合成一 定浓度范围内的混合气体，然后遇到点火 源而产生的燃烧叫预混燃烧(动力燃烧)。
– 1．燃烧性气体的理化特性
• 1）化学活泼性 • 2）比重
– 2．燃烧性液体的理化特性
• 1）液体的燃烧速度 • 2）燃烧性液体的分类
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3.4 燃烧特性
燃烧速度
1、 气体燃烧速度：火焰的传播速度。
影响因素： (1) 气体的组成和结构，单一组分大于复杂气体 (2) 可燃气体含量， (3) 初温， (4) 燃烧形式，动力燃烧大于扩散燃烧 (5) 管道直径，管径增大，速度提高，达到一极限值 (6) 压力和流动状态。
•特点：不需要外来热量，因而火灾危险性更大。
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• 油脂自燃：
• 原理：不饱和脂肪酸自由能较高，室温下能在
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全自动开口闪点测定仪
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全自动闭口闪点测定仪
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• 开杯闪点：适用于闪点较高的可燃液体
• 闭杯闪点：适用于闪点较低，常温下能
闪燃的液体
• 同一种液体的开杯闪点要高于闭杯闪点。
• 闪点随水溶液浓度的下降而升高——用
水灭火的原理之一。
• ⑴可燃气体：（乙炔）
2C2H2+5O2点燃 4CO2+2H2O+Q
• ⑵ 可燃液体：受热 蒸发 蒸气氧化分解
• 燃烧乙醇
受热蒸发
• （C2H5OH）液
（C2H5OH）蒸气
+3O2=2CO2+3H2O+Q
可燃气体的燃烧形式
• 当可燃气体流入大气中时，在可燃性气 体与助燃性气体的接触面上所发生的燃烧 叫扩散燃烧。 •当可燃性气体和助燃性气体预先混合成一 定浓度范围内的混合气体，然后遇到点火 源而产生的燃烧叫预混燃烧(动力燃烧)。
– 1．燃烧性气体的理化特性
• 1）化学活泼性 • 2）比重
– 2．燃烧性液体的理化特性
• 1）液体的燃烧速度 • 2）燃烧性液体的分类
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3.4 燃烧特性
燃烧速度
1、 气体燃烧速度：火焰的传播速度。
影响因素： (1) 气体的组成和结构，单一组分大于复杂气体 (2) 可燃气体含量， (3) 初温， (4) 燃烧形式，动力燃烧大于扩散燃烧 (5) 管道直径，管径增大，速度提高，达到一极限值 (6) 压力和流动状态。
•特点：不需要外来热量，因而火灾危险性更大。
40
• 油脂自燃：
• 原理：不饱和脂肪酸自由能较高，室温下能在
第二章 燃气燃烧的基本原理
第四节
火焰传播浓度极限
火焰传播浓度极限
在燃气-空气(或氧气)混合物中，只有当燃气与空气的比例在一定 极限范围之内时，火焰才有可能传播。
1、若混合比例超过极限范围，即当混合物中燃气浓度过高或过低 时，由于可燃混合物的发热能力降低，氧化反应的生成热不足以 把未燃混合物加热到着火温度，火焰就会失去传播能力而造成燃 烧过程的中断。
湍流火焰传播
层流火焰和湍流火焰的不同
层流火焰
湍流火焰
外观清晰，火焰层薄
外观模糊，火焰层厚
长度较长
长度较短
火焰稳定，表面光滑
火焰抖动，呈毛刷状
燃烧时较安静
燃烧时有噪声
流动面积小，粘度系数大 流动面积大，粘度系数小
湍流火焰传播
特点：
• 湍流使火焰面变弯曲，
层 流
湍 流
增大反应面积
火
火
• 湍流加剧了热和活性
化中心浓度增加的数量大于其销毁的数量，这个过程就称为 不稳定的氧化反应过程。
5、着火： 由稳定的氧化反应转变为不稳定的氧化反应而引起燃烧的
一瞬间，称为着火。
着火
支链着火：
在一定条件下，由于活化中心浓度迅速增加而引起反应加速从而 使反应由稳定的氧化反应转变为不稳定的氧化反应的过程，称为
支链着火。
图2-29 火焰传播浓度极限测定装置
1-发火花间隙；2-底板；3-水银槽；4-压力计
影响火焰传播浓度极限的因素
各种因素对火焰传播浓度极限的影响如下： 1．燃气在纯氧中着火燃烧时，火焰传播浓度极限范围将扩大。 2．提高燃气-空气混合物温度，会使反应速度加快，火焰温度
上升，从而使火焰传播浓度极限范围扩大。 3．提高燃气-空气混合物的压力，其分子间距缩小，火焰传播
煤的燃烧基本理论
低位发热量(Qnet)：指燃烧产物中的水以20℃蒸气存在时
的发热量。 (net—实得的) 实际上，Qnet更接近于实际，因此，燃烧计算中用Qnet 。不特指时
发热量一般均指Qnet 。
二、发热量的测定和计算 1. 发热量的测定 对于固、液体燃料，用氧弹量热计测定。
2. 发热量的计算
根据煤的组成，可用经验公式计算发热量。 (1)当已知燃料的元素分析值时，经验公式为： Qnet,ar = 339Car + 1030 Har-109 (Oar-Sar)-25 Mar
注：在煤的燃烧计算中必须用此基准的组成 。
(2)空气干燥基（又称为分析基）:
air dried
指分析实验室里所用的空气干燥煤样的组成，用下角标“ad”表示 。
即 Cad％+Had％+Sad％+ Oad％+Nad％+Aad％+Mad％=100％ 注：将煤样在20℃和相对湿度为70%的空气中连续干燥1h后质量变化
第一部分
煤的燃烧基本理论
河北联合大学
2013.8
裴秀娟
主要内容
§1-1
§1-2
煤的种类和组成
煤的发热量
§1-3
§1-4
燃烧计算
煤燃烧的基本理论
§1-1 煤的种类和组成
一、煤的种类和特点
按其挥发分含量，煤可分为褐煤、烟煤和无烟煤三类。
煤 种
Vdaf /％
褐 煤
＞37
烟 煤
10～45
若煤的挥发分过低(＜18%)，着火缓慢，形成的黑火头过长，使高温部 分火焰变短，影响熟料质量； 若挥发分过高(＞30%)，火焰变长，同时在对煤进行烘干时，会有一部 分挥发分溢出，造成浪费。 注意：当采取有效措施（如提高二次风温度、调整煤粉细度等）改善燃 烧条件时，对煤质的要求也可适当放宽。
煤的燃烧理论ppt课件
强迫对流条件下碳粒燃烧速率 的分析方法
• 在实际的燃烧过程中，煤焦（碳粒）往往是
处于对流的环境之中，此时，碳粒燃烧速率
的计算就无法在球对称条件下进行分析，在
自然对流条件下，球形颗粒燃煤的情形，采
用边界层近似假设及边界层厚设比颗粒半径
小得多的假设，建立方程后采用的是数值的
求解方法，在强迫对流条件下球形颗粒燃烧
2-58
Sn 19-4250 10-825
.
40
.
41
有CO空间反应时碳球燃烧速率 的计算
• 存在有二次反应时碳燃烧速率的计算是 十分复杂的，考虑到二次反应结果是CO2 被C还原成CO，而一次反应本身也会产生 CO，如果我们已能确定所产生CO的总数 量，则对燃烧产生的影响主要是这些CO 在碳球附近空间燃烧形成一个包复火焰 的影响。
.
42
- 0.11
0.2-4 0.132
- 3.016
P2O3 (%)
-
-
褐煤 6-40 4-26 1-34 0.0- 12.4- 2.8- 0.2-28 0.1- 8.3- -
0.8 52 14
1.3 32
.
63
B煤灰中痕量元素的范围（PPm
，以灰分为基础）
元素 无烟煤 Ag 1
高挥发份烟 低挥发份烟煤
• 由于挥发物能够在较低的温度下析出和燃烧，使煤粒周
围温度迅速提高，为煤焦的着火与燃烧创造了极为有利
的条件。在挥发物析出过程。使煤焦膨胀。增大了内部
孔隙及外都反应表面积。有如上述，也有利于提高煤焦
的燃烧速度。挥发物是煤中可燃物的一部分，挥发物的
燃烧也是煤的一部份的燃烧，而这一切都有利于整个燃
料燃烧速度的提高。但是，另一方面，因为挥发物在煤
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燃料层时裂解或热O、C2H6、CH4、 H2O、液体+二次焦油
三次挥发物
饱和和不饱和H2和 气态碳氢化合物
焦炭
9
煤热解产物的产量
煤在热分解时其析出产物产量决定因素：对煤的加热速率、加 热时的温度范围、加热的持续时间、煤颗粒尺寸、气氛压力、 成分等因素。
（1）对于每一具体的加热速率，挥发分的总析出量以及挥发 物中气态和液态碳氢化合物的比例随加热温度的升高而增加。
k2
挥发a分1 av1+剩余焦1-a炭1 ah1
挥发分av2+剩余焦炭ah2
a2
1-a2
dac
d
k1 k2 ac
dav
d
a1k1 a2k2 ac
k1
k01
exp
E1 RT
k2
k02
exp
E2 RT
aS1t、ickal2e—r给—出挥：发分在两个反应中所占当量百分数 aacv— 1、Ek由—01a1=于=v原723—E4.煤712—×>0中6E两11J干0，/个5ms燥k-o1反0；2l无；>应kk灰E00所212=，基=析12所挥.45出62以发×4的6在分14挥0低含J1发/3ms温量-分1o；时l；的，质第量一个 ah1、a方h2程—将—起两主个要反作应用所；析在出高的温焦时炭，的第质二量个方
第七章 煤燃烧原理与技术
煤粒的燃烧
煤粒的燃烧过程 煤粒的热分解 碳粒燃烧的异相化学反应速度 碳粒的动力扩散燃烧区 碳粒的燃烧反应机理与燃尽时间 碳的气化反应及其对燃烧的影响 焦炭的燃烧
煤的燃烧方式与技术
煤的层状燃烧技术
煤的沸腾燃烧技术 煤的旋风燃烧技术 煤的悬浮燃烧技术
煤粉燃烧稳燃技术
煤粉射流稳燃机理 新型稳燃技术
0.1s内完成热分解。
7
热解过程：分解反应和缩合缔合反应。 1. 煤在热解过程中随着温度的上升，在105℃以前主要析出吸
附气体和水分，但水分要到约300℃时才能完全析出。 2. 在200～300℃时析出热解水，并开始析出气态产物（如CO
和CO2等），同时有微量的焦油析出，而且随着温度的上升，煤 粒会变软并成为塑性状态。 3. 在300～500℃时，开始大量析出焦油和气体（主要为CH4及 其同系物，以及不饱和烃及CO、CO2等），即初次挥发物。 4. 在初次挥发物扩散出来通过煤粒孔隙或燃料层时，它们有可 能再次分解或热解形成二次挥发物。 5. 在500～750℃时，半焦开始热解，此时开始大量析出含氢 较多的气体。 6.在760～1000℃时，半焦继续热解，析出少量以含氢为主的 气体，半焦变成高温焦炭。
1
7.1煤粒的燃烧
2
7.1.1煤粒的燃烧过程
煤的燃烧过程大致可分为5步：
◦ 干燥 100℃左右，析出水分； ◦ 热解 约300℃以后，燃料热分解析出挥发分，为
气态的碳氢化合物，同时生成焦和半焦； ◦ 着火 约500℃，挥发分首先着火，然后焦炭开始
着火； ◦ 燃烧 挥发分燃烧，焦炭燃烧。挥发分燃烧速度快
6
一、煤的热解过程
煤被加热到一定温度后，进入热分解阶段。 热分解阶段释放出焦油和气体，并形成剩余焦炭，这些焦
油和气体称为挥发分。 挥发分由可燃气体混合物、二氧化碳和水组成。其中可燃
气体包括一氧化碳、氢、气态烃类和少量酚醛。 煤加热时释放出的挥发分的重量和成分取决于：加热升温
速度、加热最终温度和在此温度下的持续时间等。根据升 温速度不同，将热解过程分为慢速热解和快速热解： ◦ 慢速热解：加热煤粒的升温速度小于2℃/s; ◦ 快速热解：加热煤粒的升温速度大于104℃/s； ◦ 居于慢速热解和快速热解之间的热解过程为中速热解。 ◦ 直径小于100μm的煤粉在煤粉炉属于快速热分解，不到
➢ 挥发份释放后留下的是一多孔的炭。热解过程中不同的煤有 着不同程度的膨胀。
➢ 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。
，从析出到基本燃尽所用时间约占煤全部燃烧时 间的10%；挥发分的燃烧过程为气-气同相化学反 应，焦炭的燃烧为气-固异相化学反应； ◦ 燃尽 焦炭继续燃烧，直到燃尽。这一过程燃烧速 度慢，燃尽时间长。
3
褐煤燃烧时温度和质量随时间的变化
4
常见固体燃料可燃质情况
燃料种类
无烟煤 烟煤 褐煤 泥煤 木柴
可燃质中焦炭的质量份额%
96.5 57~88
55 30 15
焦炭热值占总热值的份额%
95 59.6~83.5
66 40.5 20
5
7.1.2煤的热分解
一、煤的热解过程
800K 1390K 1720K 2170K
38.3% 48% 60% 71%
当煤加热到足够高的温度时，煤先变成塑性状态，失去棱角
而使其形状变得更接近于球形，同时开始释放挥发份。
8
一、煤的热解过程
煤的热解过程
此时孔隙中充满
快速
液态热解产物
玻璃化
孔隙中液态热解产物 沸腾，释放出气泡
慢速热解，温度水平为400~600℃
初次挥发物 焦油、CO2、CO、C2、 C6H6、CH4、H2O
半焦 孔隙加大
快速热解，温度水平为2000 ℃
初次挥发物
中速
初次挥发物扩散通过煤粒内部孔隙或
10
二、煤的热解反应动力学模型
1、一步 反应模型
煤的热解过程及其复杂，因而建立热解反应动力学模型来描 述煤粒热解的动力学过程，并进而计算挥发物的析出速率也 是一个十分复杂的问题。
dav
d
k0 av
av
exp
E RT
上式可描述中等温度时的热解过程，称为一步反应模型， 由Badzioch提出。
k0 —表观频率因子； E —视在活化能； R —通用气体 常数；T—热解温度；av—在时间t内析出的挥发分的质 量；av∞—从煤粒中析出的挥发分的最大质量。
11
二、煤的热解反应动力学模型
2、平行反应模型 Stickler提出了两个平行反应方程模型，假定煤粉颗粒在快
速热解下由两个平行反应控制
k1 Coal
（2）如果热解的最终加热温度保持在低水平（例如500℃）不 变，则随着加热速率的增加挥发分的总析出量将增加但挥发物 中气体和液体碳氢化合物的比例将减小。
（3）当热解的最终加热温度很高（例如高于1000℃）时，在 高的加热速率下，挥发分的总析出量及其气液碳氢化合物的比 例均增加。
（4）加热温度越高，停留时间越长，同样的煤热解时析出的 挥发分越多。