固体燃料的燃烧
固体燃料燃烧解析
章
➢ 挥发份的燃烧
焦炭含量占55~97%，燃
➢ 焦炭的燃烧
固
烧时间占90%，发热量占 60~95%
体
燃
料
燃
烧
§9.2 固体碳粒的燃烧
第
九 气固两相燃烧反应过程
章
✓ 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：
固
1. 反应分子扩散到表面
体
2. 分子在表面发生吸附作用
燃
3. 被吸附的分子在表面上进行化学反应
章
固 体
O2 ,0
* D
* D
K O2
O2 ,
gO2
* D
(
O2
,
O2,0 )
gO2
O2 ,
1 1
K O2 ,
* D
K O2
燃 料
K 1 1 1
表观速度常数
燃
* D
K O2
烧
11 1
多相燃烧反应
K
* D
K O2
阻力
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章 固
11 1
➢多相燃烧反应阻力：
固 体
gO2
* D
(
O2
,
O2,0 )
燃
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
料 燃
氧量）可表示为
K O2 O2 ,0
烧
在稳定燃烧状态时，向碳粒扩散的氧量应等于碳粒燃烧所消耗的
氧量。因此Βιβλιοθήκη * D(O2
,
) O2 ,0
KO2
O2 ,0
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
固体材料的引燃可以分为三个阶段
1\固体着火固体材料的引燃可以分为三个阶段固体受热时，温度升高产生包括气体燃料在内的热解产物第二个阶段，由于浓度梯度的存在，生成的燃料蒸气会穿过流体边界层向外扩散，并在边界层与周围的空气混合只要可燃混合物扩散到点火源处，将立即进入另一阶段，即发生化学反应出现“热失控”或有焰燃烧。
这就是引燃过程中的第三个阶段，即燃料蒸气发生化学反应的阶段。
tpy 为固体升温到Tpy 所需的热传导加热时间。
tmix 为扩散或输运时间，即一定浓度的燃料和氧输送到点火源所需时间tchem 为点火源处可燃混合物发生燃烧所需时间。
所以与前面分析的两个着火阶段相比，材料由于热传导而达到热分解温度的时间是着火时间最重要的组成部分，它控制了着火过程。
因此，可以认为材料的引燃时间近似等于其表面温度到达热解温度所需要的时间热薄与热厚可以将固体看作是没有体积和内部温差的，这类材料为热薄型固体材料。
材料的厚度要远小于材料的热穿透深度,典型情况是厚度小于1mm 的物体可以按热薄型处理。
对于d 足够小的热薄型固体，内部温差应远小于界面层处的温差热薄型 热厚型热薄型材料的引燃时间与材料的厚度和外界的热通量有关，厚度越大、热通量越小，引燃时间就越长，而对于热厚型材料而言，厚度对材料的引燃时间没有影响，仅与热通量的大小有关，热通量越大，引燃时间越小2\燃烧速率燃烧速率的严格定义是化学反应时燃料的质量消耗速率，通常发生在气相，但并不局限于气相。
起初炭层薄，两类材料无差别。
但炭层有一定厚度时，质量损失速率开始减小，燃烧速率的下降，且呈t-1/2的关系 。
对于不炭化的“液体蒸发型”材料则能产生稳态的最大燃烧速率，材料热解、蒸发的过程相对复杂，但我们可以将其看做液体的准稳态燃烧e ig ig )(qT T d ρc t p ''-≈∞2e ig ig ) (4q T T c k t ''-≈∞ ρπB 代表释放的化学能与（单位质量）燃料蒸发所需能量的比值，很明显，为维持燃烧它必须大于1，且B 同时包括了环境和燃料的性质因素。
固体未完全燃烧热损失计算公式
固体未完全燃烧热损失计算公式固体未完全燃烧热损失是指在燃烧过程中未能完全将固体燃料转化为热能的损失。
在工业生产和能源利用中，准确计算固体未完全燃烧热损失对于提高能源利用效率和减少环境污染具有重要意义。
下面将介绍固体未完全燃烧热损失的计算公式及其应用。
固体未完全燃烧热损失计算公式:固体未完全燃烧热损失 = 固体燃料总热值 - 实际释放热能固体燃料总热值是指单位质量固体燃料所含热量的总和，通常以单位质量或单位体积燃料的能量来表示。
燃料的总热值取决于其化学成分和物理性质。
在实际应用中，可以通过实验测定或查阅相关文献获取。
实际释放热能是指在固体燃料燃烧过程中真正转化为热能的部分。
燃烧过程中，固体燃料与氧气发生化学反应，产生热能。
然而，由于一些原因，如不完全氧化、燃料粉碎不均匀等，燃料未能完全转化为热能，而是以其他形式（如烟气、灰渣等）损失。
实际释放热能需要通过测量或计算获得。
固体未完全燃烧热损失的计算公式直观清晰地反映了固体燃料燃烧过程中能量的转化和损失情况。
通过计算固体未完全燃烧热损失，可以评估燃料的利用效率和燃烧设备的性能，并寻找改进措施。
在实际应用中，计算固体未完全燃烧热损失需要准确测量或估算固体燃料的总热值和实际释放热能。
对于常见的固体燃料，可以通过实验或使用标准值进行测定。
而对于特殊的固体燃料，可能需要进行专门的实验或依靠专业机构提供的数据。
除了计算固体未完全燃烧热损失，还可以通过优化燃烧工艺、改进燃烧设备和提高燃料质量等方式来降低固体燃料的未完全燃烧热损失。
通过减少燃料的不完全氧化和优化燃烧条件，可以提高燃料的利用效率，减少烟气中的有害物质排放，降低环境污染。
固体未完全燃烧热损失是固体燃料燃烧过程中未能完全将燃料转化为热能的损失。
通过计算固体未完全燃烧热损失，可以评估燃料的利用效率和燃烧设备的性能，并寻找改进措施。
在实际应用中，准确测量或估算固体燃料的总热值和实际释放热能是计算固体未完全燃烧热损失的关键。
固体燃料的燃烧
RT
➢ O2的扩散速度：
kakC 0C b
ak—扩散速度系数，C0—碳粒周围介质中的O2浓度；
折算化学反应速度常数kzs
k zs
1
1
1
k ak
ak∝T0.5
碳的燃烧速度与化学反应速度相关，也与O2扩散至碳粒表面的速度有关。
.
7.3.1 煤粉特性及燃烧
碳的燃烧具体可分为三种情况：
➢ 1）动力控制区燃烧 ➢ T< 1000 ℃，化学反应速度《 扩散反应速度，影响燃烧速度的决定
.
7.3.1 煤粉特性及燃烧
可以采取三个方面的技术措施使煤粉气流在着火之后能够进行剧 烈燃烧： ➢ ①保持足够高的炉膛温度，但不能引起结焦； ➢ ②二次风的喷入应保证使其适时地与煤粉气流混合； ➢ ③在燃烧区域中组织良好的空气动力场，促使煤粉与空气强烈、 均匀地混合。
（三）煤粉的燃尽
煤粉的燃尽区域在炉膛的上部，要使煤粉在该区域中燃尽，应满 足下列条件： ➢ （1）保持适当大小的过量空气系数，使炉膛出口仍有一定量的O2。 ➢ （2）应按不同煤种选取经济的煤粉细度，煤粉粒度应尽可能均匀。 ➢ （3）合理选取炉膛容积热负荷，保证足够大的炉膛容积。
.
7.2.2 层燃炉的特性参数
（2）炉膛容积可见热负荷
➢ 炉膛容积可见热负荷是指在单位时间内单位炉膛容积中燃料燃烧所
放出的全部热量，即
qV
BQnet,ar V
➢ 炉膛容积可见热负荷也是一个经验指标，其高低与燃烧设备类型、 煤种和操作方法有关。
➢ 炉膛的高度：
H V A
H qA q.V
7.2.2 层燃炉的特性参数
➢ 具体测定方法是：取一定量的煤粉试样，并用筛孔内边长为 x
固体燃烧分为几种
固体燃烧分为几种
固体燃烧分为两类。
一类为蒸发/升华的气体燃烧，燃烧速度取决于挥发速度，如萘的燃烧；
第二类为固体直接燃烧，燃烧速度取决于空气入侵固体的速度，如焦碳的燃烧、粉尘燃烧或爆炸。
1、表面燃烧: 燃烧反应在然料表面进行，通常发生在几乎不含挥发分的燃料中，如木炭表面的燃烧。
2、分解燃烧: 当燃料的热解温度较低时，热解产生的挥发分析出后，与氧进行气相燃烧反应。
生物质的燃烧过程属于分解燃烧。
3、蒸发燃烧: 主要发生在熔点较低的固体燃料。
燃料在燃烧前首先熔融为液态，然后再进行蒸发和燃烧。
固体是物质的一种聚集状态。
与液体和气体相比固体有比较固定的体积和形状、质地比较坚硬。
固体是由数量级为10^23的粒子所结合成的宏观体系，是一个复杂的多体系统。
固体的基态(即T=0K时的状态)不仅是最低的状态，而且还是某种有序状态。
从微观角度分析，实验上所测得的宏观属性是固体在外扰动作用下从基态跃迁到激发态时所产生的响应。
一般来说固体是宏观物体，除一些特殊的低温物理学的现
象如超导现象、超液现象外固体作为一个整体不显示量子力学的现象。
（完）。
燃烧学第九章固体燃料的燃烧
挥发分燃烧
焦炭燃烧
§9.1 煤的燃烧过程
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
煤的热解过程
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。
H 2O、CO2、C2 H 6、C2 H 4、CH 4、焦油、 CO、H2
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。
§9.0 煤的热分解过程
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
一般说来，煤在被加热时，其中水分首先被蒸发逸出， 然后有机质开始热分解的过程，在此过程中析出一部分被 称为挥发物的可燃气态物质，最后剩下的基本上是碳和灰 分组成的固体残物，称为焦碳。析出的挥发物如遇有一定 量的具有足够高温度的热空气，就会着火燃烧起来，并形 成明亮的火焰。如果初期析出的挥发物较多，则氧气消耗 于挥发物的燃烧而不能达到焦碳的表面。但另一方面，挥 发物的燃烧又加热了焦碳，于是在其基本燃尽后，焦碳就 开始剧烈的燃烧起来。 煤的碳化程度愈浅，挥发物含量就愈多，开始析出的 温度也愈低，因而就容易着火。挥发物着火后，焦碳的温 度也逐渐上升，在焦碳燃烧阶段，仍有少量挥发物在继续 析出，但这时它对燃烧过程已不起决定作用。
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
理论和试验结果表明，挥发物和焦碳同时燃烬的论点 比较合理。当然，煤粒的热分解过程也是一个复杂的物理 化学过程，分解速度还与煤中和加热温度有关，不能一概 而论。而对于颗粒直径很小的煤粉燃烧来说，假设大部分 挥发物在燃烧过程初期很快析出和燃烬，在估算煤粒燃烧 时间时有一定的实用意义。 努塞尔（Husselt）收缩热解模型 假设图7-3是一个正处于热解状态的球型煤粒。初始 温度是 T0 ，在某一时刻t0，煤粒表面突然升温到T ，并且 颗粒表面一直保持在 T 的温度，那么由于向球形煤粒内 部导热，因而其内部各点也要升温，升温规律由下式给出：
固体燃料燃烧(一)
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟固体燃料燃烧（一）（一）燃烧反应及其热力学分析烧结用的燃料固定碳含量一般为68～80%当温度上升到700℃以上即可燃烧。
烧结点火时，因为要使表面有一定的供热强度并形成一定低熔点的液相，所以点火温度应在1100～1200℃之间。
由于抽风烧结不断供氧，空气中的氧与燃料中的碳发生如下反应：C+O2=CO2+33411kJ/kgC ΔZ=-94200-0.2T(1) 2C+O2=2CO+9797kJ/kgC ΔZ=- 53400-41.9T (2) CO2+C=2CO+13816kJ/kgC ΔZ=-13500+41.5T(2CO=CO2+C)(3) 2CO+O2=2CO2+23616kJ/kgC ΔZ=-40800+41.7T(4) 烧结过程中以上四种反应如何发展，取决于反应的等压位ΔZ的变化。
当ΔZ＜0 时，反应可以进行；当ΔZ=0时，反应达到平衡；当ΔZ＞0 时，反应不能进行，或有利于逆反应。
将上述方程绘于图1 中，可以看到：反应(1)式基本上不随温度的变化而变化，由于ΔZ负值大，因此有利于反应的进行。
反应(2)式，当温度越高, ΔZ负值就越大，因此反应易于进行。
反应(3)式当T＞954K 时, ΔZ正值增加，因此反应不易进行，但有利于逆反应，此式又称为贝-波反应，也称碳素损失反应。
反应(4)式当温度升高, ΔZ正值增加，不利于反应的进行，而有利于逆反应进行。
从以上反应看出，除反应(1)外，高温有利于CO 生成，低温有利于CO2生成。
在实际烧结过程中易发生反应(1),在高温区有利于反应(2)进行。
由于燃烧带窄，废气经过预热干燥带，温度很快下降，所以反应(2)受到限制。
反应(3)的逆反应在烧结过程中能进行，但其反应是受限制的。
反应(4)在烧结过程低温区易于进行。
所以烧结废气中以CO2 为主，只有少量CO,还有一些自由氧。
[next] 图2 是烧结迁安精矿自熔性烧结矿的废气成分的变化。
固体燃料理论燃烧温度计算
固体燃料理论燃烧温度计算固体燃料理论燃烧温度计算程序⾕胜军 123911007⼀、固体燃料理论燃烧温度计算的数学⽅法理论燃烧温度计算公式：空产分燃空低理）（c c 0n 0L L V Q Q Q Q t -+-++=其中，低Q 为燃料的低位发热量；空Q 为空⽓带⼊的物理热；燃Q 为燃料带⼊的物理热；分Q 为燃烧产物中某些⽓体在⾼温下热分解反应消耗的热量；0V 为理论燃烧产物⽣成量；产c 为产物的平均⽐热； n L 为实际空⽓消耗量；0L 为理论空⽓需要量；空c 为空⽓的⽐热。
燃料低位发热量计算公式：]6262624681[187.4W S O H C Q -+-+=低空⽓带⼊物理热计算公式：空空空t n ??=c L Q实际空⽓消耗量计算公式：0n n g 00124.01L L ?+=）（其中，g 为1⽴⽅⽶⼲⽓体中⽔分含量。
2010)33.333.367.2689.8(-?-++=O S H C L燃料带⼊的物理热计算公式：燃燃燃t c ?=Q理论燃烧产物⽣成量计算公式：0079.0)281823212(224.0L NW H S C V +++++=分解热：未未分)(f 10800)(f 126002222O H O H CO CO V V Q ?+?=其中，2f CO 、O H 2f 分别为⼆氧化碳和⽔的分解度，未)(2CO V 、未)(2O H V 分别为燃烧产物中未分解的⼆氧化碳和⽔的体积。
由于分解的⼆氧化碳和⽔很少，故未)(2CO V 、未)(2O H V 按完全燃烧产物计算：12224.0)(22CV V CO CO ==未 n gL 00124.0)182(224.0)(22++==WH V V O H O H 未⼆、固体理论燃烧温度计算程序图1 程序界⾯Option ExplicitPrivate Sub cmdExit_Click() End End SubPrivate Sub cmdJisuan_Click() Dim sQd As SingleDim sC As SingleDim sH As SingleDim sO As SingleDim sS As SingleDim sN As SingleDim sW As SinglesC = txtC.TextsH = txtH.TextsO = txtO.TextsS = txtS.TextsN = txtN.TextsW = txtW.TextsQd = 4.187 * (81 * sC + 246 * sH - 26 * sO + 26 * sS - 5 * sW) Dim sQk As SingleDim sLn As SingleDim sTk As SingleDim sCk As SingleDim sG As SingleDim sL0 As SingleDim sNn As SinglesN = txtAirxs.TextsG = txtAirwater.TextsL0 = 0.01 * (8.89 * sC + 26.67 * sH + 3.33 * sS + 3.33 * sO) sLn = sNn * sL0 * (1 + 0.00124 * sG) If txtZrairtem.Text >= 0 And txtZrairtem.Text <= 400 Then sCk = 1.3ElseIf txtZrairtem.Text > 400 And txtZrairtem.Text <= 700 Then sCk = 1.34ElseIf txtZrairtem.Text > 700 And txtZrairtem.Text <= 1000 Then sCk = 1.38ElseIf txtZrairtem.Text > 1000 And txtZrairtem.Text <= 1200 Then sCk = 1.42ElseIf txtZrairtem.Text > 1200 And txtZrairtem.Text <= 1800 ThensCk = 1.47ElseIf txtZrairtem.Text > 1800 And txtZrairtem.Text <= 2100 Then sCk = 1.51End IfsQk = sLn * sCk * sTkDim sCr As SingleDim sTr As SingleDim sQr As SinglesCr = txtRlbr.TextsTr = txtRltem.TextsQr = sCr * sTrDim sQf As SingleDim sVco2 As SingleDim sVh2o As SingleDim sFco2 As SingleDim sFh2o As SinglesFco2 = txtCo2f.TextsFh2o = txtH2of.TextsVco2 = 0.224 * sC / 12sVh2o = 0.224 * (0.5 * sH + sW / 18) + 0.00124 * sG * sLnsQf = 12600 * sFco2 * sVco2 + 10500 * sFh2o * sVh2oDim sV0 As SinglesV0 = 0.244 * (sC / 12 + sS / 32 + sH / 2 + sW / 18 + sN / 28) + 0.79 * sL0 Dim sCc As Single Dim sCkc As SingleIf cmbRlzl.ListIndex = 0 Or cmbRlzl.ListIndex = 1 ThenIf cmbLlrstem.ListIndex = 0 ThensCc = 1.38sCkc = 1.3ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 1 ThensCc = 1.42ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 2 ThensCc = 1.47sCkc = 1.34ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 3 ThensCc = 1.51sCkc = 1.38ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 4 ThensCc = 1.55sCkc = 1.42ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 5 ThensCc = 1.59sCkc = 1.47ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 6 ThensCc = 1.63sCkc = 1.47ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 7 ThensCc = 1.67sCkc = 1.51End IfElseIf cmbRlzl.ListIndex = 2 Or cmbRlzl.ListIndex = 3 Then If cmbLlrstem.ListIndex = 0 Then sCc = 1.42sCkc = 1.3ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 1 ThensCc = 1.47sCkc = 1.3ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 2 ThensCc = 1.51sCkc = 1.34ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 3 ThensCc = 1.55sCkc = 1.38ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 4 ThensCkc = 1.42ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 5 ThensCc = 1.63sCkc = 1.47ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 6 ThensCc = 1.67sCkc = 1.47ElseIf cmbLlrstem.ListIndex = 7 ThensCc = 1.72sCkc = 1.51End IfEnd IftxtJsllrstem.Text = (sQd + sQk + sQr - sQf) / (sV0 * sCc + (sLn - sL0) * sCkc) End Sub Private Sub cmdReset_Click()cmbRlzl.Text = "请选泽燃料种类…"txtC.Text = ""txtH.Text = ""txtO.Text = ""txtS.Text = ""txtN.Text = ""txtW.Text = ""txtRlbr.Text = ""txtRltem.Text = ""txtZrairtem.Text = ""txtAirwater.Text = ""txtAirxs.Text = ""cmbLlrstem.Text = "估计理论燃烧温度…"txtCo2f.Text = ""txtH2of.Text = ""txtJsllrstem.Text = ""End Sub。
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。
第十部分固体燃料的燃烧
3、焦炭在大部分挥发分燃烧后 才着火，温度达到1200度，出现 蓝火焰，是CO燃烧。仍有少量挥 发分析出，二至几乎同时燃尽。 由于焦炭发热量很高，故在煤燃 烧中起决定性作用。
特点：1、由于具有连续点火源，燃烧稳定；2、空气一般分两次 送入，煤层下送入80％以上，称一次风；炉膛送入20％左右，二次 风；3、煤层运动缓慢，燃烧强度低，燃烧效率不高。
2020/3/20
河北工业大学能源与环境学院
20
下饲加煤层燃
2020/3/20
河北工业大学能源与环境学院
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前饲给煤层燃
2020/3/20
B
燃尽时间与碳粒直径的平方成正比，服从颗粒直径燃烧平方规律
2020/3/20
河北工业大学能源与环境学院
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对于直径d0的碳粒和油滴，从试验结果可以看出，碳 粒的燃尽时间比油滴长。
2020/3/20
河北工业大学能源与环境学院
11
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。
特点：1、煤粉在炉膛内随气流快速运动，逗留时间很短，因此要求细粉； 2、多次送风，一次风输送煤粉，二次风助燃；3、可燃用劣质煤，燃烧效率高， 多用于大型锅炉；4、飞灰严重，结渣严重，磨损严重。
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河北工业大学能源与环境学院
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煤粉锅炉
数值模拟
2020/3/20
河北工业大学能源与环境学院
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四、碳燃烧的二次反应
固体火箭发动机原理
固体火箭发动机原理
固体火箭发动机是一种利用固体燃料产生推力的发动机，它具有结构简单、可
靠性高、储存方便等优点，因此在航天领域得到广泛应用。
固体火箭发动机的工作原理主要包括燃烧原理、推力调控原理和结构原理。
首先，固体火箭发动机的燃烧原理是指固体燃料在燃烧过程中释放出大量热能，将燃烧产物高速喷出以产生推力。
固体火箭发动机的燃料通常由氧化剂和还原剂组成，当点火后，两者发生剧烈的化学反应，产生大量高温气体，气体在高压下被喷射出来，形成推力。
其次，固体火箭发动机的推力调控原理是指通过控制燃烧速率和喷口的结构来
实现推力的调控。
固体火箭发动机的燃烧速率可以通过改变燃烧室内的燃烧面积和燃料的成分来实现，而喷口的结构则可以通过设计喷口形状和大小来实现。
通过这些方式，可以实现对固体火箭发动机推力的精确调控，满足不同飞行阶段的需求。
最后，固体火箭发动机的结构原理是指固体火箭发动机的内部结构设计。
固体
火箭发动机通常由燃烧室、喷嘴、燃料和氧化剂等部分组成。
燃烧室是燃料和氧化剂进行燃烧的地方，喷嘴则是将燃烧产物高速喷出的部分。
燃烧室和喷嘴的设计对固体火箭发动机的性能有着重要的影响，需要考虑燃烧效率、推力效率和结构强度等因素。
总的来说，固体火箭发动机通过燃烧原理、推力调控原理和结构原理的相互作用，实现了可靠的推力输出。
在航天领域，固体火箭发动机在一次性使用、快速反应等方面具有独特的优势，因此在航天器的发射、变轨和返回等任务中得到了广泛的应用。
随着航天技术的不断发展，固体火箭发动机的性能和可靠性将会得到进一步提升，为人类探索宇宙提供更加可靠的动力支持。
固体可燃物的四种燃烧方式
固体可燃物的四种燃烧方式
固体燃烧方式分：蒸发燃烧、分解燃烧、表面燃烧和阴燃四种。
固体燃烧特点：固体可燃物必须经过受热、蒸发、热分解，固体上方可燃气体浓度达到燃烧极限，才能持续不断地发生燃烧。
固体燃料干燥后，温度继续上升，到一定程度，便开始分解，放出挥发物，最后剩下固定碳，这一过程称为干馏，固体燃烧与液体燃料或气体燃料相比，一般固体燃料燃烧较难控制，效率较低，灰分较多，可直接用作燃料，也可用作制造液体燃料和气体燃料的原料或化工产品的原料。
初中化学固体燃料教案
初中化学固体燃料教案
目标：学习固体燃料的基本特性，了解固体燃料的种类及用途。
一、引入（5分钟）
固体燃料是我们日常生活中常见的一种燃料，比如木柴、煤炭等。
你知道固体燃料是如何燃烧的吗？有什么种类的固体燃料呢？
二、概念介绍（10分钟）
1. 什么是固体燃料？
固体燃料是一种在常温下是固态的燃料，通常需要被加热才能燃烧。
2. 固体燃料的种类有哪些？
主要的固体燃料包括木柴、煤炭、炭、生物质燃料等。
三、固体燃料的特性（15分钟）
1. 燃烧性能：固体燃料燃烧时会释放出热能，并伴随着火焰、灰烬等现象。
2. 热值：不同种类的固体燃料具有不同的热值，热值越高则燃烧能力越强。
3. 燃烧产物：固体燃料燃烧产物主要是二氧化碳和水蒸气，还会产生一些灰分。
四、实验（20分钟）
1. 观察不同种类固体燃料的燃烧性能，比较它们的热值。
2. 讨论固体燃料在生活中的应用，比如取暖、烹饪等。
五、总结（5分钟）
通过这堂课的学习，你了解了什么是固体燃料，它的种类及特性。
固体燃料在我们的生活中起到了哪些作用呢？
六、作业
1. 思考在我们的生活中还有哪些固体燃料？
2. 了解一种固体燃料的具体应用和燃烧特性。
七、扩展
1. 固体燃料在环境保护方面有哪些问题？
2. 实用生活中如何正确使用固体燃料，避免产生污染？
希望通过这堂课的学习，同学们能更深入地了解固体燃料，学会在日常生活中正确使用固体燃料，保护环境。
3.4固体燃料燃烧过程
（3）自然通风，自由空间的高度≥0.3～ 1.0m，
机械通风时更大。
3.4.3 喷燃燃烧
喷燃：把块煤磨成煤粉喷入窑炉内进行悬浮燃烧。
回转窑内的 喷燃
优点：
燃烧速度快、燃烧效率高、燃烧温度高、煤耗低、调节方便。
3.4.3.1 煤粉的制备
煤粉制备设备
球磨机 立式磨
球磨机
HRM立式磨
比较：
（1）球磨的结构简单、操作可靠、对煤种的适应性好； （2）立式磨设备体型小，系统简单、噪音低、单位电 耗低、但不宜磨硬质煤。
沸腾燃烧室的组成及构造：
(1) 供煤系统：由锤链式破碎机、斗式提升机 喂煤仓、喂煤机和喂煤管等组成 。 (2) 鼓风系统：由离心式风机、一次和二次风 管、风室、布风板及风帽等组成 。 (3) 燃烧室:由炉膛和混合室构成，设加煤口、 下煤管、炉门、冷风门、清灰门、密封装置 。
板状活动炉条：安装在框架上作往复运动 固定梁状炉条
水平炉栅：供灰渣燃烬之用
工作过程：借助炉栅的推动作用
进行加煤、拨火及除渣的操作。
活动炉条的往复运动使 煤沿炉栅而缓缓地向炉栅 下端移动中依次进行干燥、 预热、燃烧和燃烬过程。
1
倾斜推动炉栅示意图 1—活动炉条；2—固定炉条
3.4.2.4 层燃燃烧室的计算
留时间以保证其能充分燃烬。
3.4.3.3
1.
煤粉的燃烧设备
煤粉烧嘴
（1）旋流式煤粉烧嘴:装有使气体产生旋转运动的导流叶片
固定式：旋流程度不能调节
类型
可调式：旋流程度可以调节
工作原理：如图。
(烟煤）
一次风速：20～26m/s 二次风速：20～30m/s
这种烧嘴形成的火焰在炉 膛中充满程度好，射程短。 适用于燃烧室 。
固体未完全燃烧热损失计算公式
固体未完全燃烧热损失计算公式在燃烧过程中，固体燃料往往不能完全燃烧，产生的热量无法充分利用，这部分热量损失被称为固体未完全燃烧热损失。
固体未完全燃烧热损失的计算公式为：Q = m × (Hc - h) × η其中，Q表示固体未完全燃烧热损失（单位为焦耳J或千焦kJ）；m表示燃料的质量（单位为千克kg）；Hc表示燃料的高位发热量（单位为焦耳/千克J/kg或千焦/千克kJ/kg）；h表示燃料的低位发热量（单位为焦耳/千克J/kg或千焦/千克kJ/kg）；η表示燃料的热效率（无单位）。
固体未完全燃烧热损失的计算公式可以通过对燃料的质量、高位发热量、低位发热量以及热效率的综合考虑，来计算固体燃料在燃烧过程中未能完全释放的热量。
对于固体燃料来说，燃烧过程是指固体燃料与氧气发生化学反应，生成二氧化碳和水等产物，并释放出热量。
然而，在实际燃烧过程中，由于燃料的结构复杂性、燃烧条件的限制以及反应速率等因素的影响，燃料往往不能完全燃烧，部分碳元素无法与氧气充分反应，产生的热量无法完全利用，导致固体未完全燃烧热损失的发生。
固体未完全燃烧热损失的计算公式中，m表示燃料的质量，质量越大，固体未完全燃烧热损失也越大。
Hc表示燃料的高位发热量，高位发热量是指完全燃烧1千克燃料释放的热量，高位发热量越高，固体未完全燃烧热损失也越大。
h表示燃料的低位发热量，低位发热量是指完全燃烧1千克燃料释放的热量减去水蒸气凝结热，低位发热量一般小于高位发热量，固体未完全燃烧热损失也会相应减小。
η表示燃料的热效率，热效率是指燃料中释放出的有效热量与燃料总热量的比值，热效率越高，固体未完全燃烧热损失越小。
固体未完全燃烧热损失的计算公式的应用可以帮助工程师和科研人员对固体燃料的燃烧过程进行分析和优化。
通过计算固体未完全燃烧热损失，可以评估燃料燃烧效果的好坏，为改进燃料的燃烧性能提供参考。
此外，公式中的各个参数也可以用于设计和选择燃料燃烧设备，以提高能源利用效率和减少固体未完全燃烧热损失。
固体燃料 温度
固体燃料温度
温度是固体燃料燃烧过程中一个重要的参数。
固体燃料的燃烧过程是指将固体燃料中的化学能转化为热能和光能的过程。
而温度则是衡量热能的一种指标。
在固体燃料的燃烧过程中，温度的变化对燃烧速率、燃烧效率以及产生的热能等都有重要影响。
固体燃料的燃烧过程需要一定的起始温度。
当固体燃料受到燃烧源的点燃时，温度开始升高。
在燃烧初期，温度逐渐上升，固体燃料开始释放出热能。
这是因为随着温度的升高，燃烧反应速率加快，燃烧释放的热能也增加，从而进一步提高温度。
接下来，固体燃料的燃烧过程中，温度的变化还与燃料的特性有关。
不同的固体燃料在燃烧时会有不同的温度变化趋势。
一般来说，易燃的固体燃料在燃烧过程中温度升高较快。
而密度较高的固体燃料则可能需要更高的温度才能开始燃烧。
温度的变化还与燃烧环境有关。
燃烧环境中的氧气含量、空气流通情况等因素都会影响温度的变化。
当燃烧环境中氧气供应充足时，固体燃料的燃烧速率加快，温度也会相应增加。
而如果燃烧环境中氧气供应不足，温度可能会下降，甚至出现不完全燃烧的情况。
总的来说，温度是固体燃料燃烧过程中一个重要的参数，它影响着燃烧速率、燃烧效率以及产生的热能等。
研究固体燃料的温度变化规律，有助于优化燃烧过程，提高能源利用效率。
同时，合理控制
温度的升降，可以减少燃烧过程中产生的有害气体和污染物，对环境保护也具有重要意义。
室燃炉的工作原理
室燃炉的工作原理
室燃炉是一种使用固体燃料（如木柴、煤炭）进行燃烧的取暖设备，其工作原理主要涉及以下几个步骤：
1. 供氧：室燃炉通常具有一些通风孔和进气口，用于供给进入燃烧过程所需的氧气。
在燃烧开始前，用户可以通过调节通风孔和进气口的大小来控制燃烧过程中的氧气供应量。
2. 燃烧：当供给足够的氧气后，点燃固体燃料，例如木柴。
燃烧时，固体燃料有机物发生氧化反应，释放出大量的热量。
3. 热转移：炉内的热量经过散热板或金属外壳传导到炉体周围的空气中。
热空气通过对流传输热量到房间内的其它区域，从而达到室内取暖的目的。
4. 温度控制：为了控制室内温度，室燃炉通常配备了温度控制装置。
这些装置可以通过关闭或打开燃烧室进气口、通风孔等来调整炉内氧气供给，并通过监测室内温度来自动调节固体燃料的燃烧速度。
需要注意的是，室燃炉燃烧时会产生烟雾和废气，这些废气中包含一些有害物质，如一氧化碳和颗粒物。
因此，在使用室燃炉时应确保适当的通风和燃烧条件，以减少对室内空气质量的影响，并定期对炉体进行清洁和维护，以确保其正常工作
和安全使用。
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焦炭的性质；
扩散能力 ——主要取决于煤粒的大小以 及空气、煤粒之间的相对速度
7.1.1 煤的燃烧过程
当化学反应能力》》扩散能力时，燃烧类型？
燃烧速度取决于扩散能力，而与化学反应能力无关。 这种燃烧状态称为扩散燃烧。
当扩散能力》》化学反应能力时，燃烧类型？
燃烧速度则取决于化学反应能力本身，而与扩散能 力无关。这种燃烧状态称为动力燃烧。
7.2.2 层燃炉的特性参数
（2）炉膛容积可见热负荷
炉膛容积可见热负荷是指在单位时间内单位炉膛容积中燃料燃烧所
放出的全部热量，即
qV
BQn与燃烧设备类型、 煤种和操作方法有关。
炉膛的高度：
H V A
H qA qV
7.2.2 层燃炉的特性参数
还原区—a《1的区域,氧减少， CO2被还原成CO，温度降低；
干馏层—新鲜煤被加热、干 燥、挥发分析出等过程，并 燃烧；
层状燃烧分为两种燃烧方法： 薄煤层燃烧法和厚煤层燃烧 法（完全燃烧需二次风）；
煤层厚度与煤的种类有关。
7.2.2 层燃炉的特性参数
层燃炉的特性参数主要有燃烧热强度参数（包括炉排面积可见热 负荷和炉膛容积可见热负荷）和炉排通风、冷却特性参数（炉排 通风面积比、炉排片冷却度）等。
炉门
灰门
锅炉管束 炉膛 煤层
炉排
7.2.3 层燃炉的主要类型及设备
对炉排的要求主要是在整个燃烧层的截面上能将空气分布均匀， 通风阻力和漏煤损失小，同时具有足够高的机械强度和良好的耐 热和散热性能。此外，炉排应钢耗小、造价低。
7.2.1 层状燃烧过程及工作特性
在燃烧过程中，煤层在炉排上静止不动，或者依靠机械外力（非 气流作用）而随炉排移动，大部分煤在该煤层中进行燃烧。
常用的有人工加煤层燃炉（手烧炉）、链条炉、往复炉排炉、振 动炉排炉和抛煤机炉等形式。
炉门 灰门
锅炉管束 炉膛 煤层
炉排
7.2.1 层状燃烧过程及工作特性
7.1.1 煤的燃烧过程
煤的挥发分主要由矿物结晶水、挥发性成分和热分解 产物等组成，其中的主要可燃物质是碳氢化合物。
煤粒析出挥发分后的剩余部分称为焦炭，其主要成分 为固定碳和矿物杂质（即灰分）。
焦炭燃烧是煤粒燃烧的主要阶段，起着决定性的作用。
化学反应能力 ——主要取决于温度和
碳的燃烧速度
（3）炉排通风面积比 炉排通风面积比是指炉排面上通风孔总面积与整个炉排面积的比
值，即
f fw 100 % ft
选用炉排通风面积比较小的炉排有利于改善其工作条件。 （4）炉排片冷却度 通常采用空气冲刷炉排侧面积（炉排片冷却面积）与同煤层接触
的炉排片表面积（炉排片受热面积）的比值来表征其冷却特性， 即
7.1 固体燃料的燃烧过程及特点
7.1.1 煤的燃烧过程
挥发分析出温度与煤着火温度直接相关，表7-1 1—煤的加热和干燥； 2~3—挥发分（碳氢化合物）析出、着火燃烧；形成碳黑，强光； 3~5—焦炭（固定碳和灰分）形成和加热； 6~8—焦炭燃烧，是煤燃烧的主要阶段； 6~10—灰渣（不可燃成分）形成。
固定炉排上的燃烧过程是沿煤层的高度，自下而上逐 层进行的。
7.2.1 层状燃烧过程及工作特性
下 灰氧 还 渣化 原 层区 区
上 炉膛
干 馏 层
灰渣层—受空气冷却，形成 固态灰渣，有利排出；
氧化区—焦炭层a>1的区域， 高温焦炭和过量氧反应，主 要生成CO2，少量CO，温度 达到最高；厚度为煤块尺寸 的3~4倍；
7.1 固体燃料的燃烧过程及特点
7.1.1 煤的燃烧过程
主要包括以各种煤炭为代表的矿物质燃料以及木柴、 植物秸秆等木质燃料。
按照燃烧方式的不同，煤分别以块状、粒状或粉状进 入炉膛，进行相应的层状（火床）燃烧、沸腾（流化 床）燃烧和悬浮（火室）燃烧。
煤粒的燃烧经历的主要阶段： 1）煤的加热和干燥； 2）析出挥发分和形成焦炭； 3）挥发分和焦炭的着火燃烧； 4）灰渣的生成。
（1）炉排面积可见热负荷 炉排面积可见热负荷是指在单位时间内单位面积炉排上燃料燃烧
所放出的全部热量，即
qA
BQnet,ar A
B—单位时间进入炉内 的燃料量；
炉排面积可见热负荷是有一定限度的； 炉排面积可见热负荷越大，炉排面积越小，燃烧设备越紧凑，成
本越低；过小，导致空气流速过高，更多煤粒吹起进入炉膛，燃 烧不完全； 炉排面积可见热负荷的高低取决于燃烧设备的结构形式和燃用煤 种，是一个经验指标。参见表7-4.
层状（火床）燃烧
煤的燃烧方式 沸腾（流化床）燃烧
悬浮（火室）燃烧
7.1.2 煤的燃烧方式
各种燃煤方式的技术特征
7.1.2 煤的燃烧方式
层状（火床）燃烧的特点，是将几十毫米大小的煤块置 于炉排上而形成具有一定厚度的煤层，大部分煤在该煤 层中进行燃烧。
沸腾燃烧时，加热炉膛的煤粉（0.2~5mm）受到气流的作 用迅速与灼热料层中的颗粒混合，并在上下翻滚运动中着 火和燃烧。
2h 100% h—炉排片高度；b—宽度；
b
炉排片高度越高，侧面积越大，冷却性能越好。
7.2.3 层燃炉的主要类型及设备
常用的有人工加煤层燃炉（手烧 炉）、链条炉、往复炉排炉、振 动炉排炉和抛煤机炉等形式。
一、人工加煤层燃炉（手烧炉） 其基本特点是煤由人工定期从炉
门加入炉内，并使其铺洒在燃烧 着的煤层上进行加热、干燥和燃 烧。
悬浮（火室）燃烧时，燃料呈悬浮状态在炉膛（燃烧室） 空间中进行。煤破碎成细小的煤粉（粒径<0.1mm），利 用煤粉燃烧器组织煤粉气流，连续不断的喷入炉膛中。
7.2 煤的层状燃烧技术及装置
7.2.1 层状燃烧过程及工作特性 7.2.2 层燃炉的特性参数 7.2.3 层燃炉的主要类型及设备
当燃烧过程处于扩散燃烧和动力燃烧两种极限情况 之间时，扩散能力和化学反应能力相差不大，碳的 燃烧速度与扩散能力和化学反应能力都有关，这种 燃烧状态称为过渡燃烧。
7.1.2 煤的燃烧方式
煤的燃烧过程主要取决于输送至煤粒表面处的氧浓度以 及煤粒所处的温度水平高低。氧浓度取决于气体的流动 状况，温度高低主要取决于燃烧设备的形式。 根据煤在燃烧设备气流中的运动状况不同，其燃烧分为