燃烧理论之燃烧与热化学补煤
燃烧理论 第二章燃烧与热化学
伴有化学反应的热交换。 放热反应Exothermic: Heat flows out of the system (to the surroundings). 吸热反应Endothermic: Heat flows into the system (from the surroundings).
解 已知: =0.286, MWair=28.85,
mair=15.9 kg/s, MWfuel=1.16(12.01)+4.32(1.008)=18.286 求: mfuel and (A/F)
先求 (A/F) 然后求 mfuel .按定义：
其中 a=x+y/4=1.16+4.32/4=2.24. 有,
V=mv;U=mu;H=mh 状态函数
只与系统当时的状态有关，与如何达到这个状态无关Depends only on the present state of the system - not how it arrived there.
与路径无关It is independent of pathway. 状态方程
定压比热Constant-pressure specific heats 对于理想气体状态下：
温度与热
• 温度 表示颗粒的随机运动，与系统的动能有关
• 热 包括两个有温度差的物体之间的能量传递
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组分 i的摩尔分数,xi
理想气体混合物
组分 i的质量分数, Yi
对于理想气体:
根据定义有 xi 和 Yi的关系 混合物分子量 MWmix 第 i组分的分压Pi
MWair=28.85. 求 : (A/F)和 . 先假定完全燃烧条件下，建立完全燃烧方程来获得空燃比，所谓的完全燃烧是指所有的碳全部
燃烧理论第4章
第4章着火（自燃与引燃）本章内容：着火的概念谢苗诺夫的热着火理论（热）自燃的着火延迟链着火理论强制着火着火范围4.1 着火的概念燃烧过程一般可分为两个阶段，第一阶段为着火阶段，第二阶段为着火后的燃烧阶段。
在第一阶段中，燃料和氧化剂进行缓慢的氧化作用，氧化反应所释放的热量只是提高可燃混合物的温度和累积活化分子，并没有形成火焰。
在第二阶段中，反应进行得很快，并发出强烈的光和热，形成火焰。
与连续、稳定的燃烧阶段不同，着火是一个从不燃烧到燃烧的自身演变或外界引发的过渡过程，是可燃混合物的氧化反应逐渐加速、形成火焰或爆炸的过程。
在这个过渡过程中，反应物的消耗及产物的生成尚不明显，它们之间的相互扩散的量级不大，扩散速度对此过渡过程的化学反应影响极微。
因此，着火是一个化学动力学控制的过程。
火焰的熄火过程也是一个化学反应速度控制的过程。
但与着火过程相反，它是一个从极快的燃烧化学反应到反应速度极慢，以至不能维持火焰或几乎停止化学反应的过程。
4.1.1 两种着火类型有两种使可燃混合物着火的方式：自发着火及强制着火。
自发着火有时又叫自动着火或自燃(以后统称为自燃)。
它是依靠可燃混合物自身的缓慢氧化反应逐渐累积热量和活化分子，从而自行加速反应，最后导致燃烧。
自燃有两个条件：1）可燃混合物应有一定的能量储蓄过程。
2）在可燃混合物的温度不断升高，以及活化分子的数量不断积累后，从不显著的反应自动转变到剧烈的反应。
有许多燃料与氧化剂在高温下迅速混合并导致自燃的例子。
例如，柴油喷到高温的压缩空气中在极短的时间内，部分地蒸发并与空气混合，在经历一定的延迟后反应便进行得非常快而着火燃烧；在冲压式喷气发动机及涡轮喷气发动机中燃料喷雾在加力燃烧器中的着火；汽油机中的爆震等。
强制着火是靠外加的热源（外部点火源）向混合物中的局部地方加入能量，使之提高温度和增加活化分子的数量，迫使局部地方的可燃混合物完成着火过程而达到燃烧阶段，然后火焰向可燃混合物的其他部分传播，导致全部可燃混合物燃烧。
燃烧理论基础-化学动力学
pN AV
2 AB
[
8kBT
]1/ 2
exp[ EA
/
RuT ]
4.17
• 不幸的是,碰撞理论没有给出确定活化能和空间因子的方 法.
• 更先进的理论， 具有破碎和形成键的分子结构的假设， 活样化的络讨合论物不理在论本，讲的就范可围以，从有基兴本趣原可理参来考计算Rekfbsim.[o2le]ca。nd这[3]. （第141页)
12
1. 总包反应与基元反应
反应机制可以只包括几步 (基元反应）或可以达到几百个。 如何选择最少的基元小步骤来描述一个特定的反应是一个活跃的研究领域
（寻找主要反应途径）。
13
1. 总包反应与基元反应
包含194种反应物和1459个 基元反应的 H2/CO/C1-C12 动力学模型。
JetSurF网站首页 （/JetSurF/）
反应的速度与以下的参数有关:
– 反应物浓度 – 温度 – 催化剂的存在与浓度 – 固体、液体或催化剂的表面积
反应速度随浓度变化一般用实验速度规律来表示。
为什么不用理论推导？
20
2.反应速率和反应级数
aA总包+ 反bB应 C 速度 = -[A]/t = k[A]m[B]n
• [A] & [B] = 反应物浓度 (M) • m, n =指数 [与化学反应中的系数(a和b）无关，一般是实验测量值]
A2(g) + B2(g)
2AB(g)
反应将会如何发生?
39
3. 基元反应速度
40
3. 基元反应速度 一个有效的碰撞
活化复合体-假设
分离
41
3. 基元反应速度
• 例 直如观,感在觉O，H希和望HH反要应撞形在成羟H基2O的的O反一应侧中要， 比在H一侧更容易反应,因为产物是形成 H-O-H这样的键。一般地，空间因子要远 小于1；但也有例外。
燃烧学理论
一、燃烧素学物质燃烧现象是古代和近代化学的重要研究对象。
古代哲学家把火看作是宇宙的“本原”；炼金家和医药化学家则视火为构成万物的“要素”；化学一度被称为“火术”。
当时已知的化学反应大都周燃烧现象有关。
特别是到了十七世纪中叶以后，随着资本主义生产的发展，金属冶炼、燃烧及其它高温反应都迫切需要对燃烧现象作出理论上的解释，所以建立燃烧理论已成为整个化学发展的中心课题。
在这种形势下，首先出现了错误的燃素学说，并统治化学达百年之久。
随后由于气体化学的成就而被推翻，建立了科学的氧化学说，使化学第一次有了关于化学反应的理论。
至此化学不仅在元素概念和物质组成上，而且在化学反应上确立了科学体系，奠定了近代化学的最后基石。
(一)燃素学说的统治处于十七世纪中叶的化学，虽然波义耳已从理论上阐明了元素的概念，然而在实际上，人们还难以辨别究竟什么是元素；医药化学家的“三要素”说仍在起着作用，并为燃素学说的产生提供了思想基础。
1669年曾经随同波义耳研究过燃烧现象的德国化学家贝歇尔(J．J．Becher，1635—1682)提出了燃素学说的基本思想。
他在《土质物理学》一书中提到，气、水、土虽然都是元素，作用并不相同：气不能参加化学反应，水仅仅表现为一种确定的性质，而土才是造成化合物千差万别的根源。
他认为土有三类：油状土、流质土、石状土，分别相当于硫、汞、盐“三要素”。
他还认为一切可燃物均含有“硫”的“油状土”，并在燃烧过程中放出。
他依此来解释燃烧现象。
1703年，贝歇尔的学生(Scheele)斯塔尔对他的老师的思想加以补充和发展，提出了一个比较完整的燃烧理论，称之为燃素学说。
他认为，“油状土”并非是“硫要素”所代表的可燃性，而是一种实在的物质元素，即“油质元素”或“硫质元素”，他把这种元素命名为“燃素”。
据此他提出：一切可燃物均含有燃素，可燃物是由燃素和灰渣构成的化合物，燃烧时分解，放出燃素，留下灰渣。
燃素和灰渣结合又可复原为可燃物。
燃烧理论
aA bB gG hH
(燃料)(氧化剂) (燃烧产物) 化学反应速度可用正向反应速度表示，也可用逆 向反应速度来表示。即
dC A WA = — dt
dCG WG = dt
dC B WB = — dt
dC H WH = dt
CA 、CB 、CG、、CH为摩尔组分浓度，kg/m3 或mol/m3。
过程所占的时间很长，约为90％，燃尽时间为1～2.8
秒。从燃烧放热量来看，焦碳占煤粉总放热量的 60～ 95％。 三、煤粉燃烧的主要特征 煤粉着火燃烧过程的细节十分复杂，只能说明几个 阶段的主要特征。
煤粉颗粒必须首先吸热升温，热源来自炉内1300～ 1600℃的高温烟气，燃煤得到干燥，随着水分的蒸发， 燃煤温度不断升高。挥发分析出后，剩余的固态物形成 焦碳。 可燃挥发分气体的着火温度比较低，450～550℃以 上就可着火、燃烧，同时释放热量，加热焦碳。焦碳温 度升高到着火温度时，即着火燃烧，并放出大量热量。 当焦碳大半烧掉之后，内部灰分将对燃尽过程产生 影响。其原因是：外层的灰分裹在内层焦碳上，形
3．正常燃烧向爆炸性燃烧的转变 当火焰正常燃烧时，有时会发生响声。此时，如 果绝热压缩很弱，不会引起爆炸性燃烧。但当未燃混 合物数量增多时，绝热压缩将逐渐增强，缓慢的火焰 传播过程就可能自动加速，转变为爆炸性燃烧。 四、煤粉气流火焰传播速度的影响因素 一般情况下，挥发分大的煤，火焰传播速度快；灰 分大的煤火焰传播速度小；水分增大时，火焰传播速度 降低。
k ko e
E RT
k0：频率因子； E：活化能； R：通用气体常数； T：热力学温度； 活化能E、频率因子k0都与温度无关；
什么是燃料的“活性”呢？
燃料的“活性”表示燃料着火与燃尽的难易程度。 例如，气体燃料比固体燃料容易着火，也容易燃尽。 而不同的固体燃料，“活性”也不同，燃料的“活 性”也表现为燃料燃烧时的反应能力。各种燃料所 具有的“活性”程度可用“活化能”的概念来描述。
含能材料的燃烧工作原理与热力学分析
含能材料的燃烧工作原理与热力学分析含能材料（Explosive）是指在适当的条件下能够快速分解、放出大量能量的物质。
其燃烧过程涉及热力学和动力学两个方面，本文将分析含能材料的工作原理以及与之相关的热力学性质。
一、含能材料的燃烧工作原理含能材料的燃烧是指其分解反应过程中释放出大量的热能，通常伴随着火焰、爆炸、气体体积急剧增大等现象。
燃烧的工作原理可以通过以下几个关键步骤来描述：1. 起始能量：含能材料在燃烧前需要具备一定的起始能量，可以是焰火、电火花、冲击等外界条件给予的能量。
这一能量的输入将激发材料内部的分子或离子，使其跃迁到高能级态。
2. 过渡态形成：在高能级态下，原子、分子、离子之间开始进行化学反应。
通常，含能材料中的氧化剂和还原剂分子之间会发生碰撞，使反应进行到过渡态。
3. 势能释放：含能材料分子在高能级态时，经历了化学键的断裂和新键的形成，随之释放出大量的化学势能。
这些化学势能以热能的形式散布给周围环境。
4. 其他反应过程：燃烧反应可能伴随其他反应过程，如生成气体、挥发物的释放等。
这些过程进一步增加了燃烧反应的复杂性。
二、热力学分析热力学是研究能量转化和能量流动规律的学科。
对含能材料燃烧过程进行热力学分析可以揭示其能量转化和反应性能。
1. 热力学基础：以爆炸反应为例，爆炸冲击波的产生源于含能材料中的化学能转化为热能，使介质气化扩张形成高温高压气体。
热力学第一定律描述了能量守恒原则，即系统得到的热释放等于材料内部的热能增加以及周围介质的热态增加。
而热力学第二定律则描述了能量转化的方向性，包括熵的变化和能量的流动。
2. 爆炸反应的特征：爆炸反应包含了内能变化、生成物的物质组成变化、体积急剧增大以及压力增加等特征。
通过热力学分析，可以计算爆炸反应的热效应（焓变）、熵变、生成物的热力学性质等。
3. 爆炸热力学参数的计算：爆炸热力学参数包括反应热（ΔH）、熵变（ΔS）和自由能变（ΔG）。
这些参数可以通过实验测定或者理论计算得到。
【清华大学 燃烧学】燃烧理论_2燃烧与热化学补煤
3. 燃料组成对燃烧的影响
• 碳：可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出32860 kJ的热量。当不 完全燃烧生成CO时，放出9268kJ的热量。纯碳起燃温度很高，燃 烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、 硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含 量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约90%~98%， 一般煤的含碳量约50%~95%。
• 氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为2%~10%， 以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出120500 kJ的热 量。
7
3. 燃料组成对燃烧的影响
• 氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量 • 氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%~1.5% • 硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种
12
4.煤的分类和组成
• 煤的工业分析（续）
• 固定碳 •失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在
800 20 C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。 焦炭所失去的重量为固定碳
• 灰分： • 从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定
碳
13
4.煤的分类和组成
• 煤中灰分的组成：
• 我国煤炭的平均灰分含量为25％ • 灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量
11
4.煤的分类和组成
• 煤的工业分析
• 水分：
• 一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内318～323K
温度下干燥8h，取出冷却，称重
外部水分
• 将失去外部水分的煤样保持在375～380K下，约2h后， 称重 内部水分
• 挥发分： • 失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中
燃烧理论基础简介
燃烧理论基础简介一、碳粒燃烧的动力区、扩散区、过渡区1．动力区：温度低于900～1000℃时，化学反应速度小于氧气向碳粒表面的扩散速度，氧气的供应十分充足，提高扩散速度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于温度。
2．扩散区：温度高于1200℃时，化学反应速度大于氧气向碳粒表面的扩散速度，以至于扩散到碳粒表面的氧气立刻被消耗掉，碳粒表面处的氧浓度接近于0，提高温度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。
3．过渡区：介于动力区和扩散区之间，提高温度和提高扩散速度都可以提高燃烧速度。
若扩散速度不变，只提高温度，燃烧过程向扩散区转化；若温度不变，只提高扩散速度，燃烧过程向动力区转化。
二、直流煤粉燃烧器1、煤粉燃烧器的作用煤粉燃烧器是燃煤锅炉燃烧设备的主要部件。
其作用是：(1) 向炉内输送燃料和空气；(2) 组织燃料和空气及时、充分的混合；(3) 保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火，迅速、完全的燃尽。
在煤粉燃烧时，为了减少着火所需的热量，迅速加热煤粉，使煤粉尽快达到着火温度，以实现尽快着火。
故将煤粉燃烧所需的空气量分为一次风和二次风。
一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉初始着火阶段中挥发分燃烧所需的氧量。
二次风在煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧。
直流燃烧器通常由一列矩形喷口组成。
煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。
（二）、直流煤粉燃烧器的类型直流煤粉燃烧器的一、二次风喷口的布置方式大致上有两种类型。
一类适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、挥发分较高的贫煤以及褐煤。
这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小。
我们称为均等配风方式，这种方式适合烟煤的燃烧。
因一次风携带的煤粉比较容易着火，故希望在一次风中煤粉着火后及时、迅速地和相邻二次风喷口射出的热空气混合。
这样，在火焰根部不会因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。
燃烧理论第六讲燃烧方法知识讲解
在中间区，τph≈τch。情况较为复杂。
为此，将燃烧分为扩散燃烧和预混（部分预混和全预混） 燃烧。
本生燃烧器示意图
层流时，沿管道横截面上气体的速 度按抛物线分布。截面上任一点的 气流法向分速度均等于法向火焰传 播速度，故火焰能稳定在该点。另 一方面，该点还有一个切向分速度， 在焰面上不断进行着下面质点对上 面质点的点火。
在火焰根部，靠近壁面处气流速度 逐渐减小，火焰传播速度因管壁散 热也减小了。可以肯定，必定存在
为了增加燃气火焰的辐射能力，曾有人试验过在气体燃料 中加入一些液体燃料的燃烧方法。图示为国际火焰基金会 的研究结果。
加入重油对辐射率的影响
A—重油100% B—重油40% C—重油20% D—重油10% E—重油0%
三、部分预混层流火焰
1855年本生创造出一种燃烧器，燃烧 前预先混入一部分燃烧所需空气，火 焰变得清洁，燃烧得以强化。习惯上 又称大气式燃烧。
层流扩散火焰结构
1—外侧混合区；2—内侧混合区；Cg—燃气 浓度；Ccp—燃烧产物浓度；CO2—氧气浓度
层流扩散火焰的相似
利用相似关系来讨论层流扩散火焰的基本规律
管l和管2两个相似的扩散燃烧装置 ，燃气和空气之间的扩 散率(即单位时间从空气中扩散到燃气中去的氧气量)应当 与浓度梯度成正比：
碳粒燃烧经历吸附——反应——解析的过程xC ຫໍສະໝຸດ 1 2yO2
CxOy
CxOy mCO+nCO2
燃烧热的化学理论教案解析
燃烧热的化学理论教案解析一、教学目标1.掌握燃烧热的概念和计算方法；2.理解燃烧热的重要性及其在化学反应中的应用；3.能够利用热力学定律和燃烧热计算反应的热效应；4.培养学生分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容1.燃烧热的定义及计算方法；2.燃烧热与化学反应热效应的关系；3.燃烧热在实际生产和生活中的应用。
三、教学重点与难点1.燃烧热的概念和计算方法；2.燃烧热与化学反应热效应的关系；3.燃烧热的应用。
四、教学方法1.讲解法：通过讲解，使学生掌握燃烧热的定义、计算方法、化学反应热效应和实际应用；2.示范法：透过案例分析，展示燃烧热在实际生产和生活中的应用；3.实验法：通过实验，让学生亲身体验燃烧热的变化。
五、教学过程1.燃烧热的定义及计算方法（1）燃烧热的定义：燃烧热是指在标准条件下，1mol燃料完全燃烧时所放出的热量。
（2）燃烧热的计算方法：以燃烧乙醇为例，计算其燃烧热的方法如下：C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔH=-1366.8kJ/mol其中，ΔH表示反应的热效应，其单位为kJ/mol。
2.燃烧热与化学反应热效应的关系（1）化学反应热效应的定义：化学反应热效应指在恒压下，单位物质参与化学反应所放出或吸收的热量。
（2）化学反应热效应与燃烧热的关系：化学反应热效应可以使用燃烧热计算得出，若以化学反应物质为单位计算燃烧热，则需要做出如下修改：C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔH=-1366.8 kJ/mol就可以将燃烧热计算出来。
而对于其他反应，可以采用燃烧热计算法来求出其反应热效应。
3.燃烧热在实际生产和生活中的应用（1）应用于工业化生产：由于燃烧热是指在标准条件下，1mol燃料完全燃烧时所放出的热量，因此可以通过燃烧热计算能源的转化效率，选择经济效益最大的能源类型。
（2）应用于生活领域：对于任何物质的燃烧，都存在着燃烧热的释放，例如燃烧木材所产生的热量用于取暖或炊事；六、教学反思通过本次教学，学生们对于燃烧热、化学反应热效应以及燃烧热在实际生产和生活中的应用有了更加深入的理解和认识。
燃烧理论资料整理
绪论1、燃烧的定义：燃烧是一种激烈的氧化还原反应过程，放出大量的热和气体，同时伴有发热、发光的或者火焰。
本质：氧化还原反应做功物质：热和气体现象：发热、发光的或者火焰2、燃烧三要素：可燃物、氧、达到一定的发火温度（着火点）3、燃烧形式、区别与联系：三种化学反应形式：热分解、燃烧、爆轰主要不同点：(1) 过程传播机理不同(2) 过程传播速度不同(3) 受外界影响不同(4)产物质点运动方向不同本质特征：化学键断裂的程度不同联系：在一定条件下，三种形式可发生相互转化4、燃烧与国民经济、国防建设的关系①燃料燃烧是主要能源大多数国家90％以上的能源来自于燃料的燃烧。
②国防热兵器的发射能源主要来自于火药的燃烧（发射药）。
③其他日常生活燃烧与安全（火灾防止等）燃烧与环境（温室效应、保护臭氧层）5、研究燃烧理论的意义①从理论上讲，研究理论用于指导实践。
揭示燃烧现象的本质和规律。
用于研究燃烧过程。
（工业，武器中）②提高能量利用率。
（柴油添加剂）③安全生产④环境保护（作为理论基础）⑤特殊燃烧规律的应用6、燃烧学的研究方法①实验研究研究燃烧的现象和规律，获得经验公式反复观察—总结规律—经验公式②理论研究（模型化）推导—结论—验证—修正—（反复多次）—理论③综合研究实验研究和理论研究结论历史资料，经验和亲自实践的经验不同学科，专业的知识，理论的综合第一章1、热力学第一定律:体系吸收的热量dQ分别用于增加体系的内能dU和对外界做功dW本质：能量守恒2|、热力学第二定律本质：不可能从单一热源吸热而不引起其他变化。
（高温到低温）在化学反应中的本质：表明化学反应的方向。
（表征：熵S）3、化学反应类型简单反应：经过一步反应完成的复杂反应：经过许多中间阶段完成的典型复杂反应：连续反应：由许多基元反应组成，前一反应生成物是后一反应的反应物反应连续进行。
平行反应：一个反应进行的同时还进行着其它反应。
共轭反应：一个反应仅当另一个反应存在时才能发生，而两个反应的反应物又是不同的，其中一个反应是另一个反应发生的条件。
燃烧理论及应用PPT课件
一、闪燃与闪点
闪燃意义 ➢ 闪燃是可燃液体发生着火的前奏，从防火的观点来说，
闪燃就是危险的警告，闪点是衡量可燃液体火灾危险性的 重要依据。因此，研究可燃液体火灾危险性时，闪燃现象 是必须掌握的一种燃烧类型。
2024/7/29
一、闪燃与闪点
闪点分级 ➢ 甲类液体：闪点小于28℃的液体。（如原油、汽油等） ➢ 乙类液体：闪点大于或等于28℃但小于60℃的液体。（
➢ 燃烧素学说认为，某种物体之所以能燃烧是因为其 中含有一种燃烧素，燃烧时，燃烧素就从物体内逸出。
➢ 例如，蜡烛的燃烧。 ➢ 燃烧素学说在解释什么是燃烧素时，认为火是由无
数细小活跃的微粒构成的物质实体，由这种火微粒构成 的火的元素就是燃烧素，物质如果不含有燃烧素则不能 燃烧。
2024/7/29
二、燃烧的氧学说
【学习目标】
1、了解着火理论 2、掌握闪燃与闪点、自燃与自燃点、着火与着火点 3、熟悉最小点火能量和消焰距离、物质的燃烧历程、燃烧
产物
2024/7/29
目录
一 着火理论 二 燃烧的类型
2024/7/29
第一节 着火理论
2024/7/29
一、燃烧素学说
基本内容
➢ 18世纪以前，欧洲盛行燃烧素学说(亦称燃素学说)， 对当时化学界的影响很大。
基本内容
➢ 有一体积为V(m3)的容器，其中充满有化学均匀可燃 气体混合物，其浓度为C(kg/m3)，容器的壁温为T0(K)，
容器内的可燃气体混合物正以速度u(kg/m3﹒s)在进行反
应，
➢ 化学反应后所放出的热量，一部份加热了气体混合物 ，使反应系统的温度提高，另一部份则通过容器壁而传给 周围环境
可燃物质或助燃物质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，直至全部物质燃烧完或由于 中途受到抑制而停止燃烧。
燃烧理论与基础 04第四章 着火理论
Q1 k 0 e
E RT
n COVQr
Q2 S (T Tb )
着火温度和熄火温度不是物性参数，随热力 条件变化而变化。各种实验方法所测得的着 火温度值的出入很大，过分强调着火温度意 义不大，着火温度只表示了着火的临界条件。 如，褐煤堆，如果通风不良，接近于绝热状 态，孕育时间长，着火温度可为大气环境温 度。当然，着火温度的概念使着火过程的物 理模型大大简化，对于燃烧理论研究有重要 意义。
2、链着火机理
如果进行的反应是链式反应，且链式反应中 自由基的生成速率大于自由基的消耗速率 （即分支链式反应），则其反应速度不断加 快，此时反应在定温条件下也会导致着火 （或爆炸）。例如H2和O2的化合反应，它满 足了分支链式反应的条件，只要反应一旦开 始它就会着火，如果满足一定的浓度条件， 还会发生爆炸。属于这样类型的反应还有甲 烷、乙烯、乙炔等在空气中的氧化反应。
第三节 强迫着火理论
一、强迫着火条件
在燃烧技术中，为了加速和稳定着火，往往 由外界对局部的可燃混合物进行加热，并使 之着火。之后，火焰便自发传播到整个可燃 混合物中，这种使燃料着火的方法称为强迫 着火。
通常，实现强迫着火的方法有：组织良好的 炉内空气动力结构，使高温烟气向火炬根部 回流来加热由喷嘴喷出的燃料；采用炉拱、 卫燃带或其他炽热物体，保证炉内有高温水 平，向火炬根部辐射热量；采用附加的重油 或其他的点火火炬，或应用电火花点火等。
2、强迫着火（点燃）
强迫着火是可燃混合物从外界获得能量（如 电火花、灼热质点、烟火药剂的火焰等）而 产生着火的现象，也称为点燃。这时的燃烧 是首先由靠近点火源引发并传播到可燃混合 物的其他部分。因此可以认为强迫着火是外 界能源加热下火焰的局部点燃，然后再进行 火焰传播的过程。
燃烧理论与火焰动力学研究
燃烧理论与火焰动力学研究燃烧，作为一个普遍的自然现象，一直以来都是人类关注的焦点之一。
对于燃烧的理解和认识，直接关系到人类工业生产、能源利用甚至自然灾害的预测与防控。
而燃烧理论与火焰动力学研究则是为了更好地解析和应用燃烧现象而产生的一门学科。
燃烧理论是以化学动力学为基础，探索燃烧过程中各种反应及其动力学行为的学科。
火焰动力学则更注重于揭示火焰的结构与其运动的内在联系。
这两个学科相辅相成，共同推动着燃烧科学的发展与进步。
燃烧的本质是一种氧化反应，即燃料与氧气在一定条件下发生快速且自持续的反应过程。
这个过程是在燃烧剂（通常是氧气）的同化作用下，被燃料自身的反应释放出来的热量和可燃物质为推动力，通过正反馈效应不断加强并维持下去的。
燃料在燃烧过程中被不断转化为其他物质，同时释放出大量的能量和废气。
燃烧理论的核心是化学动力学反应。
化学反应速率决定燃烧的快慢，而化学反应速率则由温度、压力、反应物浓度和催化剂等因素来调控。
燃烧剂中的温度和压力越高，就越能提供更多的活化能，从而使燃料分子更容易发生反应。
除此之外，化学反应速率还和反应物浓度相关，浓度越高，碰撞频率就越高，从而加速反应的进行。
催化剂则是通过提供表面活性位点，降低反应活化能，从而加速反应速率的。
从宏观的角度看，燃烧是通过火焰传热来完成的。
火焰是燃烧后所产生的可见光的发射，也是燃烧过程中释放出来的热能以及未燃尽物质释放出来的活跃成分在氧气中的共同作用结果。
火焰在燃烧过程中可以分为预混合燃烧和非预混合燃烧两种形式。
预混合燃烧是指燃料和氧化剂事先相互混合形成混合物，其燃烧火焰沿着混合物的扩散方向前进；非预混合燃烧则是燃料和氧化剂分别进入燃烧区域，然后经过反应发生燃烧，此时产生的火焰呈现出自由火焰形态。
火焰动力学是对火焰结构与运动进行研究的领域。
火焰具有自持续传播和发热等特性，其内部结构可以分为预混合区、反应区和燃烧区。
预混合区是指燃料和氧化剂在混合物中最早接触并发生反应的区域；反应区是指燃烧反应最活跃的区域；燃烧区是指燃烧反应逐渐减弱的区域，同时也是火焰的边界。
燃烧的三大理论
燃烧的三大理论一、活化能理论activation energy theory 物质分子间发生化学反应首先的条件是相互碰撞。
在标准状态下，单位时间、单位体积内气体分子相互碰撞约1023次。
但相互碰撞的分子不一定发生反应，只有少数具有一定能量的分子相互碰撞才会发生反应，这种分子称为活化分子。
活化分子所具有的能量比普通分子高，使普通分子变为活化分子所必须的能量称为活化能，如图3—2所示。
图中系统由状态Ⅰ变为状态Ⅱ，即由高能状态变为低能状态的能级差，该过程是放热过程。
状态K的能级大小相当于使反应发生所必需的能量，故状态K的能级与状态Ⅰ的能级之差等于正向反应的活化能△E1，状态K与状态Ⅱ的能级之差等于逆向反应的活化能△E2，△E2与△E1之差等于反应热效应。
图3—2 活化能示意图二、链式反应理论有焰燃烧都存在链式反应。
当某种可燃物受热，它不仅会汽化，而且该可燃物的分子会发生热解作用从而产生自由基。
自由基是一种高度活泼的化学形态，能与其他的自由基和分三、过氧化物理论peroxide theory 气体分子在热能、辐射能、电能、化学反应能等各种能量作用下可被活化。
在燃烧反应中，首先是氧分子在热能作用下活化，被活化的氧分子形成过氧键—O—O —，这种基团加在被氧化分子上而成为过氧化物。
此种过氧化物是强氧化剂，不仅能氧化形成过氧化物的物质，而且也能氧化其他较难氧化的物质。
例如在氢和氧的反应中，先生成过氧化氢，而后是过氧化氢再与氢反应生成H2O，其反应式如下：H2+O2+H2O2→H2O2+H2→2H2O有机过氧化物通常可看作是过氧化氢H—O—O—H的衍生物被烷基取代而生成R—O—O—H 或R—O—O—。
烃类氧化时是以破坏氧的一个键而不是破坏氧的两个键而进行的。
由于自由基的产生使反应具有链反应性质，因而可以自动延续，并且由于出现分支而自动加速。
整个燃烧前的氧化过程是一连串有自由基参加的链反应。
燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础-V1
燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础-V1燃气燃烧理论基础在现代社会中，燃气燃烧是极为普遍的现象，涉及的应用领域也十分广泛。
在此背景下，燃气燃烧理论成为了热力学、化学等学科中的一部分，其基础理论涉及到气体的热力学性质和化学反应动力学等方面。
本文将介绍燃气燃烧的基础理论。
第一部分：燃气的热力学性质1.1 燃气的物理性质燃气的物理性质包括密度、粘度、导热性等。
其中，密度与燃气的压力和温度密切相关。
随着温度的升高，燃气分子的平均动能增加，分子的有效半径增大，从而使密度降低。
同时，压力的升高会使得燃气分子之间的相互作用增强，引起分子的回旋运动增加，这也会导致燃气密度的增加。
粘度是指流体内部分子之间相互作用的抵抗。
在燃气中，粘度与温度密切相关，随着温度的升高，燃气分子的运动增快，分子间碰撞的三维弹性碰撞增加，分子间距离的均方根速度添加增加，从而导致粘度的下降。
导热性是指流体内部传递热量的物理性质。
在燃气中，热传递的速度与燃气的温度、密度和压力有关，燃气的导热性与热传导方式、燃气分子内部运动等因素也有关。
1.2 燃气的热力学性质燃气的热力学性质包括热容、热传导系数、等焓热容、等压热容等。
其中，热容是指物质在受到一定热量输入后产生的温度变化。
燃气的热容与气体的组成、温度密切相关。
温度升高，燃气分子的运动速度增加，热容度跟着增加；而在低温、高压下，燃气分子之间的相互作用增大，产生相互作用引起的热能变化趋势加强，燃气的热容度也相应提高。
热传导系数是指单位长度内热量传递的量。
燃气中的热传导系数主要受到温度和燃气分子间碰撞的影响。
在低温、高压下，燃气分子间的相互作用越强，热传导系数也会越小。
第二部分：燃气燃烧的基础理论2.1 燃烧反应的定义燃烧反应是指物质与氧气在一定温度和压力条件下进行的氧化性反应。
在燃烧反应中，氧气会与燃料反应，放出热能，同时产生焦炭、一氧化碳、二氧化碳、三氧化硫等化合物。
燃烧反应是现代工业生产和生活中不可缺少的反应类型之一。
燃烧理论第1章补充
第1章绪论1.1 引言火灾是国内外安全工作者特别关心的问题之一。
目前世界上每年都要发生各种情况的火灾，给社会经济、人民生命财产造成无法估量的损失。
燃烧学是研究火灾防治方法及技术的基础。
同时，燃烧在工业部门有着广泛的应用背景。
在世界总体能源结构中，以燃烧方式提供的能源所占比例高达80-85%。
燃烧技术不仅在冶金、电力、机械、化工、轻工、交通、农机等各生产领域得到了广泛的应用，而且还渗透到日常生活的各个方面（如抽烟、烧饭、汽车等等）。
对于航空、航天、兵器这些特殊的技术领域，更是完全建筑在以燃烧技术为核心的综合技术基础之上。
可以说没有燃烧就没有我们的现代文明。
强化燃烧、节约能源、防火灭火、防止污染这四大问题是当今燃烧技术发展最迫切、最热门的课题。
因此，燃烧学是安全工程专业及其它与燃烧过程有关专业的一门重要技术基础课。
学好本课程对知识面的拓宽及综合能力的培养有着极其重要的意义。
从化学观点看，在燃烧过程中，原来物质的分子结构遭到破坏，原子中的外层电子重新组合，经过一系列中间产物的变迁，最后产生了新的物质，即燃烧产物。
在化学反应中，总的位能降低了，即所谓化学能降低了。
这部分能量大都以热能和光能的形式释放出来，表观上形成了火焰。
从物理观点看，燃烧过程总是发生在物质流动系统中，这种流动可能是均相流也可能是多相流，流态可能是层流也可能是湍流；其次，燃烧现象总是在不均匀物质场条件下进行，多种物质组分间的混合、扩散在不断地进行着，甚至外界环境（如电磁场、重力场）对燃烧还会产生显著地影响。
因此燃烧是一种物理和化学的综合变化过程，是一个复杂的不断变化着的动态过程。
它是一门交叉学科。
学习燃烧理论既要求有化学热力学及化学反应动力学的一些基本知识，又需要对流体力学、传热与传质等学科的知识有一定的了解。
由于燃烧的复杂性，人们通常只按照自己的专业需要去研究燃烧中的某一方面的问题，例如：化学家-- 研究燃烧的反应机理、反应速度、反应程度、燃烧产物的生成机理等问题;热能工程师-- 研究锅炉等燃烧设备的设计，煤等燃料的燃烧技术及燃烧中的流体力学、传热、传质等热物理现象，燃烧设备的管理使用，燃烧能量的合理使用等；汽车发动机专家-- 研究内燃机的设计，汽油、柴油等燃料的间隙式燃烧技术及作功效率等；飞机发动机专家-- 研究航空发动机，航空燃料的稳态及非稳态燃烧技术及推进效率等；火箭发动机专家-- 研究火箭发动机，推进剂的稳态及非稳态燃烧技术及推进效率等；安全专家-- 研究火灾的防治，关心的是各种可燃物的着火、燃烧、爆炸及火焰熄灭等。
第八讲 煤的燃烧理论(碳及煤焦的燃烧)
在引入内扩 散详细动力 学之前，我 们首先来研 究一下在两 平行平面间 厚度为的物 体的内部反 应过程
积分之 得料层 中反应 气体浓 度的分 布规律
内扩散动力学
计算 结果 示例
各种因素对煤焦燃烧的影响
• 煤中挥发物析出对燃烧的影响
– 在炽热的天然固体燃料表面附近的燃烧过程 的物理化学现象
表8-2 碳与氧气反应速率参数 ，反应方程为
A kgm-2sPa-nK-n) 1.32× -1 10 .6× 2 10 — — — .18× -1 10 2.013 5.428 2.902 E/R (K) 16400 18000 20100 3000-6000 15000-32700 6500-25000 8200 9600 20100 10300 N (n) 0 0 0 0 1.75-3.5 0 0 0 0 反 级 煤 种 应 的 类 颗 尺 粒 寸 数 是 分 否 组 0 1 0.1a 0,1b 0 1 0.5 1 1 1 褐煤炭 各种煤 碳 烟煤炭 各种煤 褐煤炭 半 烟 无 煤 半 烟 无 煤 烟煤炭 是 变 的 化 是 否 是 是 是 是 是 尺 寸 （ m） μ 22,49,89 变 的 化 2.54× 4 10 0-200 420-1000 22,49,89 6,22,49,78 6,22,49,78 18,35,70 温 范 度 围 （ K） 630-1812 s950-1650 — — 1100-1500 630-2200 1400-2200 1400-2200 800-1700s
2
• 温度较低或颗粒很小可略去空间气相反 应的情况。 • 碳球在高温下的扩散燃烧情况
考虑二次反应的碳球燃烧
• 考虑二次反应作用的碳球燃烧模型 • 在静止或相对流动速度很低的介质中（ Re<100），不同温度条件下碳粒表面附 近的燃烧。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
褐煤
• 最低品味的煤，形成年代最短，热值较低
烟煤
• 形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性较强，适 宜工业一般应用
无烟煤
• 煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性差,发 热量大
4.煤的分类和组成
• 煤的成分分析
✓ 工业分析（ proximate analysis ）
第一节 燃料的性质
1. 燃料的分类
按获得方法分 按物态分
天然燃料
人工燃料
固体燃料
木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等
液体燃料 气体燃料
石油 天然气
汽油、煤油、柴油、 重油
高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
2. 燃料的化学组成
典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分
2. 燃料的化学组成
典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）
测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热 值，是评价工业用煤的主要指标。
✓ 元素分析（ ultimate analysis ）
用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、 氮、硫和氧的含量。
4.煤的分类和组成
• 煤的工业分析 ✓ 水分：
• 一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内318～323K温 度下干燥8h，取出冷却，称重 外部水分
煤的计算
1. 试求1kg如下成分燃料燃烧时理论所必需的空气量： Car=37.2%, Har=2.6%, Sar=0.6%, Nar=0.4%, Oar=12%,Mar=40%,Aar=7.2%。还求过量空气系数 为1.2时燃烧产物的容积。
2. 试求40kg煤和60m3发生炉煤气的燃料混合物的燃 烧产物。煤的成分为Car=47.4%, Har=3.2%, Sar=2.5%, Nar=1.3%, Oar=9.7%, Mar=11.0%, Aar=24.9和煤气的成分为H2S=1.2%, CO2=6.5%, CO=25%, H2=14.0%, CH4=2.2%, CmHn=0.3%, O2=0.2%, N2=50.5%
• 将失去外部水分的煤样保持在375～380K下，约2h后，称 重 内部水分
✓ 挥发分：
• 失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中加 热7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重
4.煤的分类和组成
• 煤的工业分析（续）
✓ 固定碳
• 失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的 环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的 重量为固定碳
• 氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为 2%~10%，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出 120500 kJ的热量。
3. 燃料组成对燃烧的影响
• 氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量 • 氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%~1.5%
• 硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两 种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3， 其中SO2占95%以上。
3. 燃料组成对燃烧的影响
• 水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水 分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。 外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥 箱中加热到102~105C，保持2h后才能除掉。
• 灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。
4.煤的分类和组成
3. 燃料组成对燃烧的影响
• 碳：可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出32860 kJ的热量。当 不完全燃烧生成CO时，放出9268kJ的热量。纯碳起燃温度很高， 燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、 氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成 分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约 90%~98%，一般煤的含碳量约50%~95%。
3. 试求燃料的收到基成分。若已给出燃料成分为 Cdaf=85%,Hdaf=6%,Sdaf=4%,Odaf=5%,并已知收 到基水分Mar=18.6%,干燥基灰分Ad=30%。还要求 这种燃料的发热量，再求燃烧空气温度为300°C和 过量空气系数为1.25时的理论燃烧温度。
燃料与燃烧（补充）
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 发分后剩余的部分为固定碳
4.煤的分类和组成
• 煤中灰分的组成：
• 我国煤炭的平均灰分含量为25％ • 灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量
4.煤的分类和组成
• 煤的元素分析
✓ 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定 ✓ 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，
毛主席影响中国最为深远的十句话
1、一条千古不变的真理：“枪杆子里面出政权！” 在蒋介石背信弃义，背叛革命，毛泽东痛定思痛的在血的教训前得出的经验！ 2、最鼓舞人心的一句话：星星之火，可以燎原。 在当时复杂艰苦的环境下，经过科学的分析，这句话对革命来说，无疑是一针兴奋剂！ 3、最豪迈，最傲气的一句话：—切反动派都是纸老虎！ 不管是国民党的百万大军，还是美国的原子弹！或是后来的苏联百万大兵压境。又算得了什 么呢？ 4、最谦虚的一句话：这只是万里长征的第一步！ 领导中国人民推翻三座大山，开创中华民族的新纪元。原来还只是万里长征的第一步！ 5、最震憾人心，最震憾世界的一句话：中国人民从此站起来了！ 不管在建国后所犯的错误或多或少，这个由带领无数仁人志士苦苦探索，追求，奋斗，实现 的梦想，已足可奠定其在中国历史上的位置！ 6、最正气凛然的一句话：人不犯我，我不犯人。 我们渴望和平，但我们从不害怕战争！我们不对任何无核国家威胁使用核武器，也不会首先 使用核武器。能够并敢于说出这句话的世界上只有中国。 7、最无奈又最具神秘性的一句话：天要下雨，娘要嫁人，由他去吧！ 8、最充满希望的一句话：你办事，我放心。 9、最有志气的一句话：自己动手，丰衣足食！ 10、令贪官们最为警醒的一句话：为人民服务。（面对大海）