燃烧理论基础
燃烧理论基础-燃烧热力学
u=u(T,v)
h=h(T,P)
微分方程
du=
( u T
)v dT
(u v
)T
dv
dh=
h
h
( T
)P dT
( P
)T
dP
9
定容比热Constant-volume specific heats
du
( u T
)v
dT
热力学定义：du/dT=cv
(
u v
)T
d
v
cv
(
u T
)v
dh
(
h T
)P
dT
(
h P
燃烧学导论：概念与应用
主要围绕燃烧物理及相关的概 念，燃烧化学内容偏少。
CK Law，Combustion Physics Irvin Glassman，Combustion James House, Principle of Chemical Kinetics
第2讲 燃烧热力学
问题1：燃烧第一直接目的是获得什么？ 锅炉、发动机、煤气灶、热气球。。。
(A
/
F
) stoic
4.76(2.24) 28.85 1 8 .2 8 6
1 6 .8 2 ,
则从上述方程有
(A /F ) ( A / F ) sto ic 1 6 .8 2 5 8 .8
0 .2 8 6
46
由于 (A/F) 是空气流率与燃料流率之比，
m ma ir 1 5 .9 k g / s 0 .2 7 0 k g / s
温度升高有更多的转动和 振动模式变得活跃：温度 越高，分子平动速度越快， 分子碰撞频率越高，有更 多的动能转变为分子转动 能和振动能。
燃烧理论基础试题及答案
燃烧理论基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 燃烧过程中，可燃物与氧气之间发生的化学反应是（）。
A. 物理反应B. 氧化反应C. 还原反应D. 置换反应答案：B2. 燃烧的必要条件之一是（）。
A. 可燃物B. 氧气C. 点火源D. 以上都是答案：D3. 燃烧过程中，火焰的颜色通常是由（）决定的。
A. 可燃物的种类B. 氧气的浓度C. 燃烧的温度D. 环境的湿度答案：A4. 燃烧产物中，通常不包含（）。
A. 二氧化碳B. 水蒸气C. 一氧化碳D. 氧气答案：D5. 燃烧过程中，热量传递的主要方式是（）。
A. 热传导B. 热对流C. 热辐射D. 以上都是答案：D6. 燃烧速率与下列哪个因素无关（）。
A. 可燃物的浓度B. 氧气的浓度C. 环境的湿度D. 可燃物的密度答案：D7. 燃烧过程中，火焰的最高温度通常出现在（）。
A. 火焰的底部B. 火焰的中部C. 火焰的顶部D. 火焰的边缘答案：C8. 燃烧过程中，可燃物的分解温度通常低于（）。
A. 着火点B. 闪点C. 自燃点D. 爆炸极限答案：A9. 燃烧过程中，火焰的稳定性与下列哪个因素有关（）。
A. 可燃物的类型B. 氧气的供应C. 环境的风速D. 以上都是答案：D10. 燃烧过程中，火焰的传播速度与下列哪个因素无关（）。
A. 可燃物的浓度B. 氧气的浓度C. 环境的湿度D. 可燃物的密度答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 燃烧过程中，可燃物的燃烧特性包括（）。
A. 着火点B. 闪点C. 自燃点D. 爆炸极限答案：ABCD2. 燃烧过程中，影响火焰稳定性的因素有（）。
A. 可燃物的类型B. 氧气的供应C. 环境的风速D. 环境的湿度答案：ABC3. 燃烧过程中，影响火焰传播速度的因素有（）。
A. 可燃物的浓度B. 氧气的浓度C. 环境的风速D. 环境的湿度答案：ABC4. 燃烧产物中，常见的有害气体包括（）。
A. 二氧化碳B. 一氧化碳C. 氮氧化物D. 硫化物答案：BCD5. 燃烧过程中，火焰的颜色变化可能与下列哪些因素有关（）。
燃料与燃烧原理
dC dC A dCG dC H B W WA — WH W — G B dt dt dt dt
第一章 燃烧理论基础
质量作用定律的意义 质量作用定律说明了参加反应物质的浓度对化学反应速度的影响。其意义是：对于均相反应，在一 定温度下，化学反应速度与 参加反应的各反应物的浓度乘积成正比，而各反应物浓度的方次等于 化学反应式中相应的反应系数。因此，反应速度又可以表示为：
第一章 燃烧理论基础
二．
阿累尼乌斯定律 在实际燃烧过程中,由于燃料与氧化物 (空气)是按一定比例连续供给的,当混 合十分均匀时,可以认为燃烧反应是在反应物质浓度不变的条件下进行的.这 时,化学反应速度与燃料性质及温度的关系为: k＝k0ｅ(－E/RT) 式中, k0 --相当于单位浓度中，反应物质分子间的碰撞频率及有效碰撞次数的 系 数 E—反应活化能； R—通用气体常数； T—反应温度： k—反应速度常数（浓度不变）。 阿累尼乌斯定律说明了燃料本身的“活性”与反应温度对化学反应速度的 影响的关系。 什么是燃料的“活性”呢？可以简单地理解为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，烟煤比无烟煤容易着火，也容易燃尽。因此，燃料的 “活性”也表现为燃料燃烧时的反应能力。燃料的“活性”程度可用“活 化能”来表示。
WA —
式中
dC A a b k AC A C B dt
WB —
dC B a b k BC A CB dt
ＣA, ＣB---反应物A,B的浓度 a , b---化学反应式中，反应物A,B的反应系数； kA, kB---反应速度常数。 多相燃烧的化学反应速度 对于多相反应，如煤粉燃烧，燃烧反应是在固体表面上进行的，固体燃料的浓度不变，即CA=1。 反应速度只取决于燃料表面附近氧化剂的浓度。用下式表示：
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。
燃烧过程的理论基础
烟煤Vdaf=40%
650
烟煤Vdaf=30%
750
烟煤Vdaf=20%
840
贫煤Vdaf=14%
900
无烟煤Vdaf=4%
1000
挥发分越高的煤，着火温度越低，即越容易着火； 挥发分越低的煤，着火温度越高，越不容易着火。
着火热
一次风：现代大中容量锅炉广泛燃用煤粉，为了使煤粉气流被更快加热到煤粉颗粒的着火温度，总是不把煤粉燃烧所需的全部空气都与煤粉混合来输送煤粉，而只是用其中一部分来输送煤粉，这部分空气称为一次风。
只有粗煤粉在炉膛高温区才可能处于扩散。
其他区域为动力或过渡区，故提高炉膛温度可强化煤粉燃烧。
一次反应：式3-26；一次产物
燃烧机理：在碳粒的吸附表面进行的多相燃烧反应。
二次反应：式3-27；二次产物
碳粒的燃烧
02
不同温度下的碳粒燃烧过程：
图3-6 低于1200℃； 高于1200℃；
气流速度影响：
影响煤粉气流着火的因素
煤粉空气混合物经燃烧器喷入炉膛后，通过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时又受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，被迅速加热，热量达到一定温度后就开始着火。
1．燃料的性质 挥发分：含量低，煤粉气流的着火温度高，着火热增大，着火所需时间长，着火点离燃烧器喷口的距离也增大。 水分：水分大，着火热也随之增大，炉内温度水平降低，从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉汽流的辐射热也相应降低，对着火不利。 灰分：灰分在燃烧过程中不能放热还要吸热，灰分在着火和燃烧过程中使得炉内烟气温度降低，同样使煤粉气流的着火推迟，并进一步影响了着火的稳定性。 煤粉细度： 煤粉愈细，着火愈容易。（这是因为在同样的煤粉浓度下，煤粉愈细，进行燃烧反应的表面积就会越大，而煤粉本身的热阻却减小，在加热时，细煤粉的温升速度就比粗煤粉要快，这样就可以加快化学反应速度，更快地着火。）
燃烧过程的基本理论
煤粉着火的主要加热源
• 要使煤粉着火。必须要有热源将煤粉加热到足够 高的温度。这个热源主要包括：煤粉气流卷吸回 流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉的辐射；燃 料进行化学反应释放的热量 • 建模，研究结果表明：煤粉气流中，只有表面一 层煤粉可以接受辐射加热，考虑到这一影响，说 明煤粉气流的着火主要靠高温烟气回流 • 为了使煤粉气流更快加热到煤粉颗粒着火温度， 不能把燃烧所需要的空气全部用来输送煤粉，而 是用一部分输送煤粉，这部分为一次风，其余的 为二次风和三次风
活化能 E 破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能 的分子为活化分子。活化能 E与反应物种类有关，挥发分含量小的煤，E大 在一定的温度下，活化能 E越大，则反应速度常数 k值越小，反应速率越小； 而在一定的活化能 E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越 大 不同反应活化能不同，而且正反应和逆反应的活化能也不同。（见书119页）
§6-2煤、焦炭和煤粉的燃烧
一、煤粉燃烧燃烧的四个阶段 预热、干燥(吸热) 挥发分析出(热解),并着火 燃烧(挥发分、焦炭)(保证O2、足够温度 ) 燃尽（残余焦炭→灰渣）影响q4 着火是前提、燃尽是目的 如何强化着火→第四节 如何强化燃烧、燃尽→第五节 煤粉的燃烧，四个阶段往往交错进行，挥发分析出几乎延续 到煤粉燃烧的最后阶段，甚至是更小的粒子先着火
M M ar M mf 2510 cq T0 100 (6 45) Br ar 2510 cq Tzh 100 100 M 100 mf
第一项为加热煤粉和一次风所需热量 第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量 请问第二项中两个水分的意思？为什么要减？ 着火热大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离大，着火困难
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。
燃烧理论基础-燃烧热力学
• 3.76=79（N2）/21( O2)
37
反应物和产物混合物
重要概念：
• 化学当量空燃比（理论空燃比）：化学当 量燃烧时空气与燃料的质量比。
温度升高有更多的转动和 振动模式变得活跃：温度 越高，分子平动速度越快， 分子碰撞频率越高，有更 多的动能转变为分子转动 能和振动能。
比热的温度特性
15
比热（热容）
比热随温度变化使状态参数计算更复杂
T
u(T ) uref cv (T )dT
Tref T
h(T ) href cp (T )dT
问题2
• 如果你将1kg的甲烷与20kg的空气混合燃 烧，最终的产物是怎样的？
• 如果将空气量减少到10kg，产物会不一 样吗？
产物的分子结构由化学过程决定；产物中各 种组分的比例由热力学过程决定。
3
问题3
• 如果你将1kg的甲烷与20kg的空气混合燃 烧，最终的温度如何？
• 如果将空气量减少到10kg,最终的温度如 何？
40
过量空气百分比
% excess (1- ) 100%
41
例 2.1
一个小型的低污染排放的固定燃气轮机， 在满负荷下运行(3950kW)，此时的当量 比为0.286（贫燃），空气流量为 15.9kg/s。 当量的燃料（天然气）成分是 C1.16H4.32. 请求出燃料的流率及这台燃气 轮机的运行空燃比。
温度是重要燃烧参数，通过温度知道后续热力 过程、传热过程的品质。
4
主要内容
• 状态参数 • 热力学第一定律 • 反应物与产物的组成 • 绝对（标准）焓与形成焓 • 燃烧焓与热值 • 绝热燃烧温度 • 化学平衡 • 燃烧的平衡产物
燃烧与爆炸理论复习提纲及知识点
燃烧与爆炸理论复习提纲及知识点一、燃烧理论基础1.燃烧概念及特征：燃烧是指可燃物质与氧气（或含氧体）在一定条件下放出热、光以及大量的有害气体等物质，产生火焰、产生明亮或红外线的光亮、产生热、产生烟雾和气体等。
2.燃烧产物及其特点：燃烧产物主要有热、光、火焰、烟雾和气体等，其中烟雾和气体是有害的，会对人体以及环境造成危害。
3.燃烧过程及要素：燃烧过程由以下三个要素组成：燃料、助燃剂和氧气。
燃料是产生热的物质，助燃剂是加速燃烧的物质，氧气是燃烧的供给气体。
4.燃烧反应方程式：燃烧反应方程式描述了燃料和氧气在一定条件下发生燃烧的化学反应过程，可以通过方程式来推算燃烧的产物以及释放的能量。
5.燃烧的传热方式：燃烧的传热方式包括辐射、传导和对流。
辐射是指燃烧产生的热通过空气中的电磁波辐射传递；传导是指热通过物体固体材料内部的分子传递；对流是指热通过流体内部的对流传递。
二、燃烧过程和制止燃烧方法1.燃烧过程：燃烧过程包括燃烧启动、燃烧加速和燃烧自维持三个阶段。
燃烧启动是指燃料和氧气开始发生化学反应；燃烧加速是指燃料和氧气的化学反应速率逐渐加快；燃烧自维持是指燃料和氧气的化学反应维持在一定的速率，不再需要外界能量提供。
2.燃烧过程中的火焰结构：火焰由三个区域组成：燃料区、氧化区和冷却区。
燃料区是燃料、助燃剂和部分未反应的氧气混合的区域，发生燃烧反应；氧化区是氧气与燃料在火焰中反应的区域；冷却区是接近火焰外围的空气。
3.制止燃烧的方法：制止燃烧的方法主要有断燃剂、隔离、升温、窒息和抑制等。
断燃剂是指切断燃料与氧气接触的方法；隔离是指将燃料与氧气分开的方法；升温是指提高燃烧温度，使燃料燃烧困难；窒息是指排除氧气的方法；抑制是指使用抑制剂抑制火焰的方法。
三、爆炸理论基础1.爆炸概念及特征：爆炸是指可燃物质在一定条件下短时间内快速氧化或分解，产生大量高温、高压气体释放的现象。
爆炸特征包括爆炸压力、爆炸温度和爆炸速度等。
燃气燃烧理论基础-燃气燃烧理论基础(1)
燃气燃烧理论基础-燃气燃烧理论基础(1)燃气燃烧理论基础——燃气燃烧的基本原理一、燃气燃烧的基本定义燃气是指天然气、液化石油气、煤气等可燃气体，燃烧是指物质与氧气发生化学反应时放出热和光的过程。
因此，燃气燃烧指燃气与氧气发生化学反应时发生放热和光的过程。
二、燃气燃烧的基本条件1. 氧气供应充足。
燃烧所需的氧气是燃气与空气中氧气的混合物，空气中氧气含量为21%，如燃烧过程中氧气不足，则燃料无法充分燃烧，会产生一些危险性物质，如一氧化碳等。
2. 燃气和氧气的比例正确。
燃气和氧气的比例称为混合比，不同混合比会对燃烧效果产生影响。
当混合比过高或过低时，燃烧效果不理想，会产生大量有毒有害的气体。
3. 点火器可靠。
燃气燃烧需要点火器将燃气点燃，如果点火器不可靠，则无法点燃燃料，无法进行燃烧过程。
4. 燃气温度适宜。
燃气燃烧需要一定的温度才能够发生，如果燃气温度过低，则无法燃烧；如果燃气温度过高，则会发生过热现象，影响燃烧效果。
三、燃气燃烧的基本过程1. 燃料挥发阶段。
在燃烧开始前，燃料需要先从液态或固态转化为气态，这个过程就称为燃料挥发阶段。
2. 气态燃料和气态氧气混合阶段。
燃料挥发后，气态燃料将与气态氧气充分混合形成燃气混合物。
3. 点火阶段。
点火器将燃气混合物点燃，引起燃烧过程。
4. 燃烧阶段。
燃烧过程分为初燃和稳燃两个阶段，初燃是指点火后燃气混合物在最初阶段的燃烧，稳燃是指燃烧达到稳定状态的阶段。
5. 燃烧完毕阶段。
当燃料和氧气供应中断或燃料燃烧完毕后，燃烧过程将结束。
总之，燃气燃烧是一个复杂的过程，需要充分考虑各种因素，保证燃气燃烧的效果和安全性。
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。
燃烧理论基础
焦碳燃烧
灰渣
挥发份释放及大部分烧掉所占时间约为总燃烧时间的十分之一， 绝大部分时间为焦碳的燃烧。 一般认为是串联，也有交叉过程
一、碳燃烧的反应环节
大致分为几个串联环节： （1）氧气扩散到焦碳表面； （2）氧气被碳表面吸附； （3）在碳表面化学反应 （4）燃烧产物由焦碳表面解吸， （5）二氧化碳向周围扩散。 碳反应速度决定于（1）和（3）， 总体速度决定于二者较慢的一个。
二、火焰传播的形式
层流火焰传播 缓慢燃烧的火焰传播是依靠导热或扩散使未燃气体混合物 温度升高。层流火焰传播速度一般为20～100cm/s。 湍流火焰传播 一般为 200cm/s以上。
三、炉膛内的火焰传播
1．正常的火焰传播（缓慢燃烧） 是指可燃物在某一局部区域着火后，火焰从这个区域向前 移动，逐步传播和扩散出去 2．反应速度失去控制的高速爆炸性燃烧 出现爆炸性燃烧时，火焰传播速度极快，达1000～3000m/s， 温度极高，达 6000℃；压力极大，达 2.0265ＭPa (20.67大 气压)。 3．正常燃烧向爆炸性燃烧的转变 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。
二、影响化学反应速度的主要因素
1，浓度 从前面反应速度的定义式，可知：浓度越大，反应速度越 快。 原因：燃烧反应属双分子反应，只有当两个分子发生碰撞 时，反应才能发生。浓度越大，即分子数目越多，分子间 发生碰撞的几率越大。
2．压力
气态物质参加的反应，压力升高，体积减少，浓度增 加，压力对化学反应速度的影响与浓度相同。 对理想气体混合物中的每个组分可以写出其状态方程：
燃烧基础理论知识课件PDF
燃烧基础理论知识目录§1.燃烧基础知识§2.火灾的定义和分类§3.建筑火灾的发生和发展过程§4.防火和灭火的基本原理§1.燃烧基础知识三、燃烧的类型四、燃烧的产物§1.燃烧基础知识三、燃烧的类型四、燃烧的产物燃烧是一种十分复杂的氧化还原化学反应，能燃烧的物质一定能够被氧化，而能被氧化的物质不一定都能够燃烧。
比如：铁生锈的过程就是被氧化，但是铁不能燃烧。
因此，物质是否发生了燃烧反应，可根据“化学反应、放出热量、发出光亮”这三个特征来判断。
§1.燃烧基础知识三、燃烧的类型四、燃烧的产物（一）燃烧的必要条件：可燃物、助燃物和 引火源可燃物：可以燃烧的物品。
如纸张、木材、煤炭、汽油、氢气等。
自然界中的 可燃物种类繁多，若按化学组成不同，可分为有机可燃物和无机可燃物两大类；按物理状态不同，可分为固体可燃物、液体可燃物和气体可燃物三大类助燃物：凡与可燃物相结合能导致和支持燃烧的物质。
最常见的助燃物是氧，包括游离的氧（空气中的氧）或化合物中的氧；此外，某些物质也可作为燃烧反应的助燃物，如氟、氯、氯酸钾等物质也可作为助燃物。
引火源(也称点火源)：凡使物质开始燃烧的外部热源(能源)。
引火源温度越高，越容易点燃可燃物质。
根据引起物质着火的能量来源不同，在生产生活实践中引 火源通常有明火、高温物体、化学热能、电热能、机械热能、生物能、光能和核能等。
§1.燃烧基础知识三、燃烧的类型四、燃烧的产物链式反应：有焰燃烧都存在着链式反应。
当某种可燃物受热，它不仅会汽化，而且其分子会发生热裂解作用，从而产生自由基。
自由基是一种高度活泼的化学基团，能与其他自由基和分子起反应，使燃烧持续进行 。
有焰燃烧需要有可燃物、助燃物、引火源和链式反应四个要素。
燃烧四面体§1.燃烧基础知识三、燃烧的类型四、燃烧的产物（二）燃烧的充分条件：具备了燃烧的必要条件，并不意味着燃烧必然发生。
燃烧学燃烧理论基础重点知识
4燃烧理论基础4.1燃烧反应的热力学基础1、单相反应：在一个系统内反应物与生成物属同一物态。
2、多向反应（异相反应）：在一个系统内反应物与生成物不属与同一物态。
3、浓度：单位体积中所含某物质的量。
摩尔浓度： 质量浓度： 摩尔相对浓度： 质量相对浓度： 4、标准生成焓、反应焓、燃烧焓、显焓、绝对焓（P98-100）5、化学反应速率：单位时间内，反应物（或生成物）浓度的变化量。
其单位为：kg/(m3s)、 kmol/(m3s)、 分子数/(m3s)①例： a 、b 、c 、d 为对应于反应物A 、B 和产物C 、D 的化学反应计量系数②反应速率可以表示为：③化学反应速率与计量系数之间有如下关系： /i i mi i i i i i i i i n N VM VN n C X N n C M Y M nρρ=====∑∑∑∑∑＝＝aA bB cC dD+→+,,C A B D A B C D dC dC dC dC r r r r d d d d ττττ=-=-==或1111::::::C A B D A B C D dC dC dC dC a d b d c d d d r r r r a b c dττττ-=-==⇒=④化学反应速率的三种表示方法：反应物的消耗速度、生成物的生成速度、r 为反应速度⑤影响化学反应的因素：（温度、活化能、压力、浓度、可燃混合气的配比、混合气中的惰性成分）1. 浓度：浓度越大，反应速度越快。
2. 压力：对于气体燃料，压力升高，体积减少，浓度增加，反应速度加快。
（压力对化学反应速度的影响与浓度相同。
）3. 温度：温度增加，反应速度近似成指数关系增加，体现在反应速度常数。
①阿累尼乌斯定律： A —常数，频率因子，由实验确定；R —通用气体常数，8.28kJ/molK ，1.98kcal/molK ； E —活化能，J/mol ，由实验确定⏹ 气体分子的运动速度、动能有大有小；⏹ 在相同温度下，分子的能量不完全相同，有些分子的能量高于分子的平均能量，这样的分子称为活1111G A B H A B G H dC dC dC dC r a d b d g d h d r ar r br r grr hrττττ-=-====-=-==b B a A C kC =rRT E Ae k -=化分子（自由基、活化中心、活化络合物、中间不稳物）⏹ 化学反应中，由普通分子到达活化分子所需最小能量---活化能E ；（讨论活化能对反应速率影响，通过阿累尼乌斯定律） ⏹ 阿累尼乌斯定律反应了温度对反应速率的影响； 阿累尼乌斯定律是实验得出的结果；并不是所有的化学反应都符合阿累尼乌斯定律。
自燃理论燃烧学基础PPT课件
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四、热自燃理论中的着火感应期
（一）T-t曲线图
q
ql T
b
Tc
c a
T0 Tc
T
t
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第二节 弗兰克-卡门涅茨基自燃理论 Frank-Kamenetski
第一节 谢苗诺夫自燃理论
一、热自燃理论的基本出发点
体系能否着火取决于化学反应放热因素与体系向 环境散热因素的相对大小。如果反应放热占优势， 体系就会出现热量积累，温度升高，反应加速，出 现自燃。反之，不能自燃。 二、谢苗诺夫自燃理论
谢苗诺夫自燃理论的基本出发点：自然体系的着 火成功与否取决于放热因素和散热因素的相互关系。
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三、热自燃理论的着火条件 （二）放热速率的影响因素
1、发热量 2、温度 3、催化物质 4、比表面积 5、新旧程度 6、压力
压力越大，反应物密度越大，单位体积产 生的热量越多，易发生自燃。
32
三、热自燃理论的着火条件 （三）散热速率的影响因素
1、导热作用 导热系数越小，越易蓄热，易自燃；
2、对流换热作用 对流换热作用差的，容易自燃。如：通风
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
Q2
a点：
b
b点：
c点：
a
c
T0
T
相交： 相切： 相离：
21
放热速率：
散热速率：
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
b
Q2 自燃重要的准则：
燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础4064
H =ΣHi ri = H1 r1+ H2 r2+… … +Hn rn 4. 理想气体状态方程
PV = RT
P/ρ = RT
V — 比容（Nm3/kg ） ρ — 密度
R — 通用气体常数，8.31J/（Mol﹒K）
燃气基础知识
燃气基础知识
二、城市燃气的分类
1. 燃烧特性参数
华白数W：与燃烧热负荷有关的参数
第五章 大气式燃烧器
2. 混合管
使得燃气与空气充分混合，速度场、温度场、浓度场均匀分布。 渐缩管有利于速度场均匀分布，不利于温度场、浓度场均匀分布； 渐扩管反之。 混合管取圆柱形，长度 =（1-3）dt
3. 扩压管
截面扩大，混合气速度降低，使气体的部分动压变为静压，提高压 力，混合均匀。扩压管张角6 ～8°。
在燃气-空气混合气中 1. 浓度确定时，仅在一定的温度、压力条件下，才能着火； 2. 在一定的温度（压力）条件下，燃气与空气的比例在一定
的范围内火焰才能传播； 3. 能使火焰持续不断传播所必须的最低（高）燃气浓度，称
为火焰传播浓度下（上）限。
第三章 燃气燃烧的火焰传播
单一燃气的爆炸极限
燃气名称 氢
口琴式燃烧器
平板式多孔红外燃烧器
第五章 大气式燃烧器
第五章 大气式燃烧器
二、大气式燃烧器的特点和应用范围 优点：
1. 火焰短，火力强，燃烧温度高； 2. 可用于不同燃气，燃烧较安全、环保，热效率高，CO含量低； 3. 可用低压燃气，空气靠燃气引射，具有自调性，煤气空气按比例
调节； 4. 适用性强，可满足各种工艺需要。
2— 脱火曲线 (气流速度上限) 4— 回火曲线 (气流速度下限) 1— 光焰曲线，α过小时,由于
燃烧与污染及污染控制技术燃烧理论基础教学课件
颗粒物排放
颗粒物排放
可吸入颗粒物
燃烧过程中会产生各种颗粒物，如烟尘、 灰烬等，这些颗粒物对环境和人体健康造 成危害。
可吸入颗粒物对人体健康危害极大，尤其 是对呼吸系统的影响，可引起咳嗽、呼吸 困难等症状。
细颗粒物
灰烬
细颗粒物又称PM2.5，是一种直径小于2.5 微米的颗粒物，其危害性更大，可进入肺 部深处，甚至进入血液循环系统。
燃烧污染控制的政策法规与标准
制定严格的排放标准
01
政府应制定更加严格的排放标准，限制燃烧过程产生的污染物
排放。
推行环保政策
02
通过实施环保税收、绿色金融等政策，鼓励企业采用清洁能源
和环保技术。
加强监管力度
03
加强对燃烧污染源的监管力度，对违规排放行为进行严厉处罚
。
THANKS
谢谢
氮氧化物
燃烧过程中会产生多种氮氧化物，如一氧化氮、二氧化氮 等，这些气体对人体健康和环境造成危害，如形成光化学 烟雾和酸雨等。
硫氧化物
燃烧煤、石油等化石燃料会产生大量硫氧化物，如二氧化 硫和三氧化硫，这些气体在大气中会形成酸雨，对生态环 境和人类健康造成危害。
一氧化碳
燃烧过程中会产生大量一氧化碳气体，这是一种有毒气体 ，对人体健康造成严重危害，尤其在密闭环境中更为危险 。
燃烧与污染及污染控制技术燃 烧理论基础教学课件
目录
CONTENTS
• 燃烧理论基础 • 燃烧产生的污染 • 燃烧污染控制技术 • 燃烧效率与污染物排放的关系 • 未来燃烧技术的发展趋势与挑战
01
CHAPTER
燃烧理论基础
燃烧的定义与特性
总结词
燃烧是一种化学反应过程，涉及 可燃物与氧气发生反应，释放出 光和热。
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烟气流速
空气下的对流换热系数 O2/CO2的对流换热系数
图1
2. 进出口烟温一定、流速变化，横向冲刷错列管束
对流换热系数
140 120 100
80 60 40 20
BEA Confidential. | 8
气体辐射模型
光谱法 逐线计算法 谱带模型法
窄谱带模型法 宽谱带模型法——指数宽谱带模型 灰气体加权和模型 工程中二氧化碳、水蒸气辐射特性的计算 霍太尔线算图 三原子气体辐射减弱系数计算公式 莱克纳（Leckner）公式
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表3-2为算例的换热器结构参数及运行工况
管子直径，
管子横向 节距，
mm
mm
管子纵向 节距， mm
管子纵向 排数
烟气入口 温度， ℃
烟气出口 温度， ℃
51
600
65
28
1200
1100
BEA Confidential. | 19
计算结果及讨论
对流换热系数
1. 进出口烟温一定、流速变化，横向冲刷顺列管束
n
xi i
n
i1
x j Aij
j 1
2.烟气的动力粘度μ
在0.1bar<p<10bar的压力范围内，气体混合物的粘度可据“平方根 法则”，从其混合组分粘度值中求得：
1x1 M1 2 x2 M 2 x1 M1 x2 M 2
BEA Confidential. | 17
3. 烟气的定压比热cp （这里是定压质量比热）
0
WSGGM Leckner EWBM
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 CO2的体积分数
图2-1（S=1m T=1000K） 图2-2（S=1m T=1500K） 图2-3（S=1m T=2000K）
CO2的 Confidential. | 10
粘度μ、定压比热cp 、密度ρ和普朗特数Pr有直接关系。 烟气为混合气体，混合气体的物性数据可由各组成单
一气体的物性数据计算得到。下面就来计算相关参数：
BEA Confidential. | 16
1. 烟气的导热系数λ
气体的导热性主要是指分子运动时的能量传递，与粘度、热容有关。 迄今为止提出了许多关于低压下混合气体导热率的计算式，但其中多数 均可化成Wassiljewa方程的基本形式。1904年A. Wassiljewa提出如下形 式的混合气体导热率方程
n i1
Pri
cp c pi
M i M
0.81 xi
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O2/CO2气氛下对流放热系数计算算例
表3-1 计算燃料成分
Car， Har， Oar， Nar， Sar， M， A， V， Qar,
%
%%
%
%
% % % kJ/kg
58.68 2.90 3.64 1.18 1.08 6.81 25.71 11.20 22434
本论文做了以下几个方面的工作：
1. 高CO2浓度烟气的辐射特性研究 2. 高CO2浓度烟气的对流换热特性研究 3. O2/CO2燃烧锅炉的整体布置 4. O2/CO2燃烧锅炉的热力计算
通过热力计算，以期可以设计出合理的、满足要求的300 MW电 站煤粉锅炉。
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BEA Confidential. | 4
图1-1 O2/CO2燃烧电厂原理图
BEA Confidential. | 5
国内外研究者对该气氛下煤的燃烧特性特性、火焰辐射特性、 现有锅炉改造技术等等作了大量的研究工作。诸多研究表明 O2/CO2技术是可行的，并且很多国家都建立了O2/CO2燃烧示范 电站，也有筹建中的商业化电站。但目前还没有具体锅炉改造数 据出现。
主要内容
1 选题背景及论文的主要工作 2 高CO2浓度烟气的辐射换热特性 3 高CO2浓度烟气的对流换热特性 4 O2/CO2燃烧锅炉的整体布置 5 O2/CO2燃烧煤粉锅炉的热力计算 6 结论与展望
BEA Confidential. | 7
2 高CO2浓度烟气的辐射换热特性
在O2/CO2燃烧气氛下，烟气中CO2的 体积份额达到百分之九十左右，辐射换热 的比例大大增加。国内外很多研究者对此 作了大量的工作，但还没有出现针对锅炉 进行具体计算分析的文献。考虑到三原子 气体对烟气辐射的重要影响以及试验、锅 炉设计等的需要，因此有必要对烟气的辐 射特性进行研究。
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 CO2的体积分数
0.15 0.1 0.05
WSGGM Leckner EWBM
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 CO2的体积分数
0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02
BEA Confidential. | 23
4 O2/CO2燃烧锅炉的整体布置
O2/CO2燃烧煤粉锅炉系统由四部分组成：空 气分离装置，O2/CO2燃烧锅炉本体，烟气再循 环系统和CO2回收/处理系统。与常规燃烧锅炉 最大的区别就在于增加了空气分离装置、烟气 再循环系统及CO2的捕集和存储装置；并且由于 烟气组分发生很大改变，因此燃烧特性、传热 特性等将随之发生改变，锅炉效率和能量消耗 随再循环烟气的抽取位置及组件配置的不同而 有所不同。
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烟气流速
空气下的对流换热系数
图2
O2/CO2的对流换热系数
BEA Confidential. | 20
3.烟气流速一定（8m/s）、进出口烟温变化，横向冲刷
顺列管束
60
对流换热系数
50
40
30
20
图2-6（S=10m T=2000K）
BEA Confidential. | 11
3.单个模型比较
eCO2 eCO2
eCO2
0.3 0.25
0.2 0.15
0.1 0.05
0 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9
rCO2
1000K(1m) 1500K(1m) 2000K(1m) 1000K(10m) 1500K(10m) 2000K(10m)
1. 在一定压力和辐射层厚度下，温度升高，CO2的发射率 降低；
2. 在一定压力和温度下，辐射层厚度增加，CO2的发射率 增加；
3. 在一定压力、温度和辐射层厚度下，浓度增加，CO2的 发射率增加。
BEA Confidential. | 13
主要内容
1 选题背景及论文的主要工作 2 高CO2浓度烟气的辐射换热特性 3 高CO2浓度烟气的对流换热特性 4 O2/CO2燃烧锅炉的整体布置 5 O2/CO2燃烧煤粉锅炉的热力计算 6 结论与展望
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 CO2的体积分数
图2-4（S=10m T=1000K）
0.25
图2-5（S=10m T=1500K）
0.2
CO2的黑度
0.15
0.1 0.05
0
WSGGM Leckner EWBM
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 CO2的体积分数
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在O2/CO2燃烧气氛下，仅从烟气平均 温度和辐射传热的角度看，干烟气循环和 湿烟气循环对燃烧都是合适的，但综合锅 炉结渣、腐蚀和磨损等因素的影响，以干 烟气循环为佳。故在此选择干烟气循环， 烟气经过脱硫、除湿后进行再循环。
烟气平均温度
空气下的对流换热系数 O2/CO2的对流换热系数
图4
BEA Confidential. | 21
可以得出结论：在相同条件下， O2/CO2气氛下的对流换热系数要明显高于 空气下的，增加的幅度在17%~30%之间。
BEA Confidential. | 22
主要内容
1 选题背景及论文的主要工作 2 高CO2浓度烟气的辐射换热特性 3 高CO2浓度烟气的对流换热特性 4 O2/CO2燃烧锅炉的整体布置 5 O2/CO2燃烧煤粉锅炉的热力计算 6 结论与展望
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
rCO2
1000K(1m) 1500K(1m) 2000K(1m) 1000K(10m) 1500K(10m) 2000K(10m)
图2-9 指数宽带模型计算结果
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结论
利用灰气体加权和、Leckner数学式以及指数宽带模型， 通过对二氧化碳气体不同情况下的计算结果比较，可以得到 以下结论：
图2-7 WSGGM计算结果
0.2 0.15
0.1 0.05
0 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 rCO2
1000K(1m) 1500K(1m) 2000K(1m) 1000K(10m) 1500K(10m) 2000K(10m)
图2-8 Leckner数学式计算结果
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05
硕士学位论文答辩
O2/CO2燃烧方式下 300MW煤粉锅炉设计
主要内容
1 选题背景及论文的主要工作 2 高CO2浓度烟气的辐射换热特性 3 高CO2浓度烟气的对流换热特性 4 O2/CO2燃烧锅炉的整体布置 5 O2/CO2燃烧煤粉锅炉的热力计算 6 结论与展望