固体燃料燃烧过程1
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。）
煤气气化炉工作原理
煤气气化炉工作原理
煤气气化炉是一种能够将固体燃料转化为可燃气体的设备。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 煤气气化：煤炭等固体燃料首先被送入炉腔内，通过加热使其发生热解和气化反应。
在高温下，固体燃料中的可燃物质被分解出来，生成一种混合气体，其中主要成分是一氧化碳（CO）和氢气（H2）。
2. 燃料供给：通过控制进料机构，固体燃料以适量的速度持续供给到气化炉中，以维持气化反应的持续进行。
3. 燃烧过程：气化炉内的混合气体进一步与空气进行混合，并在燃烧室中点火燃烧。
在燃烧过程中，一氧化碳和氢气与氧气反应，释放出大量的热能，并产生二氧化碳和水蒸气等气体产物。
4. 热量回收：通过烟气热交换器等设备，从燃烧产生的高温烟气中回收热能。
这些热能可以用于加热气化炉的进料，提高能源利用效率。
5. 气体清洁：经过燃烧后的烟气会进入净化系统进行除尘和脱硫等处理，以达到排放标准。
煤气气化炉的工作原理基于固体燃料的热解和气化反应以及烟气的燃烧过程，最终实现了将固体燃料转化为可燃气体的目的。
这种可燃气体可以作为燃料用于工业加热、发电或炼油等过程中。
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。
固体火箭发动机工作过程
固体火箭发动机工作过程固体火箭发动机是一种利用固体燃料进行推进的发动机，它在航天领域起着重要的作用。
固体火箭发动机的工作过程涉及到燃烧、推进、排气等多个步骤，下面将详细介绍固体火箭发动机的工作过程。
一、点火阶段固体火箭发动机的点火阶段是整个工作过程的起点。
点火前，需要进行一系列的准备工作，比如检查发动机的状态和性能，确保发动机处于正常工作状态。
当点火信号传递到发动机时，点火系统将引燃发动机燃料，点火者点火系统的同时，还会启动发动机的点火控制系统，以确保点火过程的准确性和可靠性。
二、燃烧阶段固体火箭发动机的燃烧阶段是指燃料在发动机内部燃烧释放能量的过程。
固体火箭发动机使用的是固体燃料，一般由燃料和氧化剂组成。
当点火后，燃料和氧化剂会在发动机内燃烧，产生大量的高温高压气体。
这些气体通过喷嘴喷出，产生的反作用力推动火箭向前运动。
三、推进阶段固体火箭发动机的推进阶段是指火箭在燃料燃烧产生的高温高压气体的作用下产生的推力。
推力是通过喷嘴喷出的高速气体产生的，喷嘴的设计和形状对推力的大小和方向有着重要的影响。
固体火箭发动机的推进力通常很大，可以达到数百吨或数千吨，这使得火箭能够克服地球的重力，进入太空。
四、排气阶段在固体火箭发动机的工作过程中，燃料燃烧后产生的高温高压气体需要及时排出，以保证发动机的正常工作。
排气阶段是指将燃烧后的废气排出发动机的过程。
排气通常通过喷嘴喷出，产生的高速气流将火箭推向前方。
排气过程中，需要注意排气的方向和速度，以避免对火箭和周围环境造成损害。
总结起来，固体火箭发动机的工作过程包括点火、燃烧、推进和排气等多个阶段。
在点火阶段，点火系统会引燃发动机的燃料。
在燃烧阶段，燃料和氧化剂会在发动机内燃烧产生高温高压气体。
在推进阶段，喷嘴会喷出高速气体产生推力。
在排气阶段，燃烧后的废气会排出发动机。
这些阶段相互衔接，共同完成固体火箭发动机的工作。
固体火箭发动机以其简单可靠的特点，在航天领域中得到广泛应用。
固体燃料
固体燃料固体酒精燃料的一大类。
能产生热能或动力的固态可燃物质。
大都含有碳或碳氢化合物。
天然的有木材、泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、油页岩等。
经过加工而成的有木炭、焦炭、煤砖、煤球等。
此外，还有一些特殊品种，如固体酒精、固体火箭燃料。
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。
中文名固体燃料外文名 Solid fuel 定义能产生热能或动力的固态可燃物质代码 100 优点携带方便案例固体燃料运载火箭基本介绍编辑燃料的一大类,代码为100。
能产生热能或动力的固态可燃物质。
大都含有碳或碳氢化合物。
固体燃料是一种新型燃料，它用一根火柴便可点燃，能加热食品，引燃蜂窝煤，携带方便，很受人们欢迎。
随着旅游业的日益发展，人们生活水平的不断提高，固体燃料无疑会有很大的市场。
固体烯料，国内主要以煤为主。
原料配方编辑原料配方：固体燃料的生产原料为无烟柴炭粉（或无烟煤粉），锯木粉、石蜡和酒精，其重量配比为：炭粉（粒度80目，含水量<10%）60, 锯木粉（粒度40目）12石蜡（熔点54-60℃）20 酒精（浓度95%）8生产设备编辑主要生产设备有夹层锅一个、研磨机一部（用旧冲床改装），搅拌釜二个，电炉（或煤炉）一个及喷雾器一个。
土法生产可用研体、钳凳代替研磨机、冲压机。
生产工艺编辑1、取石蜡1千克置于夹层锅内加热溶化，待全部溶化后加入6千克炭粉、1.2千克锯末粉，边搅拌边加入，保持60℃温度搅拌5-8分钟，石蜡即与煤粉、锯末粉混合均匀，然后冷却备用。
2、以上燃料冷却到250℃以下时，将800克酒精灌入喷雾器内，边搅拌边将酒精喷入原料中，迅速搅拌均匀后，倒入一小盆中，使混合料刚好装满，覆上塑料布，以防酒精挥发。
3、将混合料装入模具，放在冲压机或钳凳上压制成型。
[1]4、将夹层锅放在火上，放进10千克（只消耗1千克左右），溶融后，将成型的原料块放入溶蜡中包裹一层薄薄的蜡层，取出冷却即为固体燃料成品，包装后即可出售。
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。
炭在氧气中燃烧的实验现象
炭在氧气中燃烧的实验现象
炭是一种常见的固体燃料，它可以在氧气的存在下燃烧。
这种燃烧过程是一种化学反应，也是一种能量转化的过程。
在这个过程中，炭和氧气发生化学反应，产生了二氧化碳和水蒸气，同时释放出大量的热能。
为了观察炭在氧气中燃烧的实验现象，我们可以进行以下实验：实验材料：炭、氧气气瓶、点火器、试管、水
实验步骤：
1. 将一小块炭放在试管中。
2. 将试管倒立放在水中，使炭完全浸没在水中。
3. 将氧气气瓶连接到试管上，将氧气缓慢地通入试管中，直到试管中的空气被完全排出。
4. 用点火器点燃炭。
5. 观察炭在氧气中燃烧的实验现象。
在实验过程中，我们可以看到炭在氧气的存在下燃烧，同时放出大量的热能。
炭的颜色逐渐变成灰色，同时产生了大量的二氧化碳和水蒸气。
在试管中，我们可以看到水的水位上升，这是由于燃烧产
生的水蒸气冷却后凝结成水的结果。
炭在氧气中燃烧的实验现象说明了燃烧是一种化学反应，也是一种能量转化的过程。
在这个过程中，炭和氧气发生化学反应，产生了二氧化碳和水蒸气，同时释放出大量的热能。
这种燃烧过程在我们的日常生活中非常常见，例如燃烧木材、煤炭、天然气等都是这种过程的体现。
炭在氧气中燃烧的实验现象是一种非常有趣的化学实验，它让我们更加深入地了解了燃烧这种化学反应的本质，也让我们更加珍惜我们的能源资源。
固体燃料燃烧过程1解析
固体燃料燃烧过程1解析
首先是引燃阶段。
燃料的引燃是指应用一定的热源使燃料发生点燃的过程。
在燃料表面形成的点燃区域发生燃烧，然后由点火区向燃料内部传导。
其次是燃烧阶段。
在燃烧过程中，燃料表面所形成的点燃区域不断向内部传导，燃烧区域随之扩大。
燃料在这个过程中会释放出热能，将燃料的化学能转化为热能。
同时，燃料中的可燃物质与氧气发生氧化反应，生成二氧化碳、水蒸气和其他气体。
这些气体形成了火焰。
最后是燃尽阶段。
燃烧过程一般分为爆发燃烧和闲置燃烧两个阶段。
在燃烧初始阶段，燃烧反应较慢，只有少量的可燃气体被释放出来。
随着燃料表面的可燃物质逐渐燃烧完毕，火焰会逐渐减小，直至熄灭。
在这个过程中，燃烧的产物会与燃烧过程中产生的其他物质一起排放到大气中。
固体燃料燃烧过程中，燃烧的速度受到多种因素的影响。
温度是影响燃烧速度的重要因素之一，较高的温度有助于增加燃烧速度。
空气中的氧气浓度也是影响燃烧速度的因素之一，较高的氧气浓度有助于加快燃烧速度。
此外，燃料的物理结构也会影响燃烧速度，燃料越细、越分散，燃烧速度越快。
固体燃料燃烧过程中会产生大量的烟雾和有害气体，如一氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等。
这些有害物质会对环境和人体健康造成严重影响。
为了减少有害物质的排放，需要采取相应的排放控制措施，如使用高效燃烧设备、加强排烟处理等。
总之，固体燃料燃烧过程是一个复杂的化学反应过程，涉及多个阶段和因素。
通过深入研究和掌握燃烧过程的规律，可以有效地提高固体燃料的燃烧效率，减少有害物质的排放，实现清洁能源的利用。
木炭的燃烧化学方程式
木炭的燃烧化学方程式木炭的燃烧化学方程式为：C(s) + O2(g) → CO2(g)木炭是一种由木材或植物纤维经过高温炭化得到的固体燃料。
木炭主要由碳、氢和氧组成，其中碳是主要成分，占木炭质量的大部分。
燃烧是指物质与氧气发生化学反应产生火焰、光热和气体的过程。
木炭的燃烧是一种燃烧反应，通过与氧气发生反应产生二氧化碳和水蒸气。
木炭的燃烧化学方程式可以表示为C(s) + O2(g) → CO2(g)。
在这个方程式中，C代表木炭，O2代表氧气，CO2代表二氧化碳。
方程式中的(s)表示木炭是固体态，(g)表示氧气和二氧化碳是气体态。
木炭的燃烧是一种氧化反应。
在燃烧过程中，木炭中的碳与氧气结合，形成二氧化碳。
这个过程是放热反应，释放出大量的热能和光能。
木炭的燃烧是一种剧烈的反应，火焰通常很明亮，温度也很高。
燃烧过程中，木炭逐渐燃烧完毕，最终只剩下灰烬。
木炭的燃烧是一种氧化还原反应。
氧气是氧化剂，木炭是还原剂。
在燃烧过程中，氧气接受了木炭中的电子，氧原子被还原为氧离子，而木炭中的碳原子失去了电子，被氧化为二氧化碳。
燃烧过程中，碳与氧气的化学键断裂，形成氧化碳化合物。
木炭的燃烧是一种可持续的能源转化过程。
木炭是一种可再生资源，其生产过程中不会产生大量的排放物。
燃烧木炭可以提供热能，用于取暖、烹饪和工业生产等领域。
木炭的燃烧产生的二氧化碳可以被植物吸收，参与光合作用，形成新的生物质，实现碳的循环利用。
总结起来，木炭的燃烧化学方程式为C(s) + O2(g) → CO2(g)，燃烧过程中木炭中的碳与氧气结合，形成二氧化碳。
木炭的燃烧是一种氧化还原反应，氧气是氧化剂，木炭是还原剂。
燃烧过程中释放出大量的热能和光能，产生明亮的火焰。
木炭的燃烧是一种可持续的能源转化过程，既可以提供热能，又可以实现碳的循环利用。
固体燃烧分
固体燃烧分固体燃烧是指固体物质在与氧气或其他氧化剂接触时发生的化学反应，产生热能和化学产物的过程。
固体燃烧是一种常见的现象，广泛应用于能源生产、工业生产、日常生活等各个领域。
本文将从固体燃烧的基本概念、反应过程、应用领域等方面进行阐述。
一、固体燃烧的基本概念固体燃烧是指固体物质与氧气或其他氧化剂发生氧化反应产生热能和化学产物的过程。
在固体燃烧过程中，固体物质的化学键断裂，发生氧化反应，释放出大量的热能。
同时，燃烧产物中会生成新的化学物质，如二氧化碳、水和氮氧化物等。
二、固体燃烧的反应过程固体燃烧的反应过程可以分为三个阶段：引燃阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。
1. 引燃阶段：固体物质与外界的热源接触，发生初次燃烧，形成燃烧前体。
此阶段需要一定的活化能，一旦达到活化能，燃烧反应就会开始。
2. 燃烧阶段：在燃烧阶段，燃烧前体与氧气或其他氧化剂发生反应，产生大量的热能和燃烧产物。
固体物质的化学键断裂，生成新的化学键，释放出的热能使燃烧反应持续进行。
燃烧反应的速率受到多种因素的影响，如温度、氧气浓度、燃料的物理性质等。
3. 燃尽阶段：在燃烧反应进行一段时间后，固体物质逐渐燃尽，燃烧反应逐渐减弱，最终停止。
此时，燃烧产物中的化学物质达到平衡浓度，燃烧反应结束。
三、固体燃烧的应用领域固体燃烧广泛应用于能源生产、工业生产和日常生活等各个领域。
1. 能源生产：固体燃烧是常见的能源生产方式之一。
例如，煤炭、石油等固体燃料被用于火力发电厂，通过燃烧产生蒸汽驱动涡轮发电机发电。
此外，核能也是一种利用固体燃烧原理进行能源生产的方式。
2. 工业生产：固体燃烧在工业生产中有着广泛的应用。
例如，冶金行业中的高炉燃烧过程，通过燃烧固体燃料使矿石得到高温加热，以达到冶炼的目的。
此外，化工行业中的燃烧过程也是固体燃烧的应用之一。
3. 日常生活：固体燃烧也在日常生活中扮演着重要角色。
例如，炉灶、壁炉等用于取暖、烹饪的设备都是通过固体燃烧产生热能。
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 。
培训_第四章 燃料与燃烧
具体测定水分、灰分、挥发分的方法见国家标准GB/T 212-2008及GB/T 211-2007
水分M O+N H
C
分A
干燥无灰基（下标daf）
干燥基（下标d） 空气干燥基（下标ad）
收到基（下标ar）
图4-1 煤的组成表示方 法
S灰
例4-1
返回第二节
煤中的氢：
化合氢（与氧结合，不能进行燃烧反应）
CO2 =—————— ×100（%） V0
其他类推。
(2)实际烟气量和烟气组成 ①固体、液体燃料
当α>1时，实际烟气量V(Nm3/kg)为： V=V0+(α-1)V0a
烟气各组成量： VCO2=Car/12×22.4/100 (Nm3/kg)
（NVmH32/O=kg(H) ar/2+Mar/18)×22.4/100 VSO2=Sar/32×22.4/100 （Nm3/kg)
得，如： CO2=V0CO2=V0CO2/V0×100（％）
② 气体燃料 基准：1Nm3气体燃料 理论烟气量为： V0=V0CO2+V0H2O+V0SO2+V0N2
=+[2CHO2S2++CNO2]+/H120+0H+2VO0+O23×C7H94/+2(1m+n/2)CmHn
理论烟气组成： V0CO2
第四章 燃料与燃烧
硅酸盐工业中，能源（热能和电能）费用在成本 中所占比例较大。
第一节 燃料的种类和组成
一、燃料的种类 固体燃料 液体燃料 气体燃料
二、燃料的组成及其换算
（一）固体、液体燃料 元素分析法：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫
木炭在氧气中燃烧的结论
木炭在氧气中燃烧的结论
木炭是一种由木材热解或干馏而制成的固体燃料，是一种常见的
燃料来源。
当木炭与氧气相遇时，会发生燃烧反应，产生二氧化碳、
水和热能。
燃烧是一种氧化反应，需要燃料、氧气和点火源。
在燃烧过程中，燃料分子与氧气分子发生反应，生成新的化合物，并放出能量，这个
过程称为燃烧。
木炭中的主要化学成分是碳，其分子式为C。
当木炭与氧气相遇时，会发生如下化学反应：
C＋O2→CO2
这是一个氧化反应，其中碳原子从碳的价态0氧化为+4，氧气分
子中的氧原子从价态0氧化为-2，生成的二氧化碳分子中的碳原子的
价态为+4，氧原子的价态为-2。
这个反应过程中，碳和氧气的原子重
新组合成二氧化碳分子。
在燃烧过程中，木炭的化学能被释放出来，并转化为热能。
这是因为在燃烧反应中，碳和氧气的原子重新排列形成较为稳定的二氧化碳分子，释放出能量。
这种释放的能量以光和热的形式表现出来，我们可以看到火焰闪烁，并感受到燃烧的热量。
燃烧过程还会产生水，反应式如下：
C＋O2→CO2
2H2＋O2→2H2O
在木炭燃烧的同时，由于燃烧过程中温度的升高，木炭中的水分也会被蒸发，从而产生水蒸气。
水蒸气与氧气相遇后会发生氧化还原反应，并生成水分子。
总结来说，木炭在氧气中燃烧时，会发生氧化反应，产生二氧化碳、水和热能。
木炭燃烧的反应式为C＋O2→CO2＋H2O，其中的化学能被转化为热能。
这个过程是一个连续的化学反应，直到木炭完全燃烧或氧气耗尽为止。
燃烧过程中的温度升高和释放的能量，使木炭能够作为燃料被广泛使用。
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燃 Stefan流不是很大时：
烧
0.35 Re
Nu
2 1 exp(0.35
Re )
Re 很小时，Nu 2 Re 100时，Nu 0.7 Re
§9.6 扩散与动力控制的碳粒表面燃烧 第 九 碳粒燃烧速率 章 当Stefan流的影响不可忽略时：
固 体 燃 料
扩散方程： 能量方程：
G dfO2 dr
章
扩散燃烧：
当化学阻力比物理阻力小得多时，燃烧速度取决
固
于氧分子扩散速度，故称为扩散燃烧
体 燃
D* KO2
料
K
* D
O2 ,0 0
燃 碳表面上氧气浓度接近于零。这相当于在高温下的燃烧情 烧 况。此时由于温度很高，化学反应能力已大大超过扩散能
力，使所有扩散到碳表面的氧立即全部反应掉，从而导致
碳表面的氧浓度为零 。
K
* D
K O2
燃烧反应的 化学阻力
体
燃
氧气扩散过程中的物理阻力
料
根据多相燃烧反应的化学阻力与物理阻力的对比，
燃
可将多相燃烧反应分为三类：
烧
动力燃烧、扩散燃烧、过渡燃烧
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章
动力燃烧：
当化学阻力比物理阻力大得多时，燃烧速度取决
固
于化学反应速度，故称为动力燃烧。
fO2 ,0G
4r 2 D
fO2 G
GO2
体 燃
GCp (T0
T)
4r 2
dT dr
4r020
dT dr
0
料 燃
C O2 CO2
44 gCO2 ,0 32 gO2 ,0
烧
12 32 44
12 gC 32 gO2 ,0
G
GC
12 32
周围的燃烧情况
固
体
3C 2O2 CO2 2CO
燃 料
CO2 C 2CO
燃 烧
CO
1 2 O2
CO2
CO2 C 2CO
§9.5 二次反应对碳粒燃烧的影响 第 九 碳粒燃烧随温度变化 章
1、氧化反应动力区
固
2、氧化反应扩散区
体 燃
3、还原反应动力区
料
4、还原反应扩散区
燃
烧
§9.5 二次反应对碳粒燃烧的影响 第 九 流动条件下的碳粒燃烧 章
章
2CO CO2 C 162 kJ
固 体
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。
燃
料
燃
烧
§9.4 多孔性碳粒的燃烧
第
九
实际上碳是一种多孔性物质，因此反应不仅在外
章
表面进行，而且在碳的内部也进行。
固
木炭内部的反应表面积为57～114 cm2 / cm3
第 九 碳与氧的反应
章
在1600℃以上：
固 体
络合 3C 2O2 C3O4
碳氧反应机理逐步转为 由化学吸附引起，络合 物不待氧分子撞击就自
燃 料
离解 C3O4 2CO CO2
行热分解
燃
烧
总的简化反应式 3C 2O2 2CO CO2
§9.3 碳粒燃烧的化学反应
第
九 碳与二氧化碳的反应
✓慢速加热时大部分转化成碳，而快速加热时则得
固
到很小，甚至无碳。
体
➢ 煤粒终温对挥发分析出的最终产量影响很大：
燃 料
✓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。
燃
800K
烧
1390K
38.3% 48%
1720K
60%
2170K
71%
§9.1 煤的燃烧过程
第 九 煤的燃烧过程
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章
过渡燃烧：
当化学阻力与物理阻力在同一数量级时，两者均
固
不可忽略，燃烧工况处于扩散控制与动力控制之间，
体
故称为过渡燃烧
燃
* D
KO2
K 1 1 1
料
* D
K O2
燃 烧
O2 ,0
* D
* D
K O2
O2 ,
0 O2 ,0 O2 ,
§9.2 固体碳粒的燃烧
r
3
Si
S (1
Sir ) 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
燃料 外表面的氧浓度 CO2 ,0
燃 碳球的总反应速率为：
烧
GO2
S (1
r 3 Si )KO2 CO2 ,0
SKO*2 CO2 ,0
式中 K * 为包括了对应内表面的碳球的总反应速度常数
§9.4 多孔性碳粒的燃烧
第 九 煤的热解过程
章
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
固
放挥发份。
体 燃
H 2O、CO2、C2 H 6、C2 H 4、CH 4、焦油、CO 、H 2
料
燃 烧
➢ 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。
§9.1 煤的燃烧过程 第 九 煤的热解过程 章 ➢ 加热速率对挥发份析出的速率及其成分有很大的影响；
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
C CO2 2CO 16.2 10 4 kJ
固
CO2 吸附到碳的晶体上形成络合物，然后络合物分
体 燃
解成 CO ，并解吸离开碳表面。由于CO2 的化学吸 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。
料
燃
烧
§9.3 碳粒燃烧的化学反应
第 九 碳与水蒸气的反应
章
体 燃
D* KO2
K K O2
料
O2 ,0
O2 ,
燃
碳表面上氧气浓度接近于周围气流中氧的浓度。这种情
烧
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 。
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
C H 2O CO H 2 123 10 2 kJ
固
与碳的气化反应十分类似，同样为吸热反应。反应
体
级数为一级，活化能比气化反应的活化能大，约为
燃
。37反.6应1进04 k行J过/ m程ol中水蒸气也是经过吸附、络合与分
料
解一系列环节才完成水煤气的生成的。
燃
烧
§9.3 碳粒燃烧的化学反应
第 九 一氧化碳的分解反应
d dr
4r2D
dfO2 dr
GCp
dT dr
d 4r2
dr
dT dr
燃
假设没有空间气相反应，则在任何半径 4r020V0 4r 2V const.
§9.6 扩散与动力控制的碳粒表面燃烧
第
九 碳粒燃烧速率
章
r0 r积分：
固
4r02
D0
0
dfO2 dr
0
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
* 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
燃烧情况
固
体
燃
4C 3O2 2CO2 2CO
料
燃
烧
§9.5 二次反应对碳粒燃烧的影响 第 九 二次反应对碳粒燃烧的影响 章
温度在800~1200℃时静止碳粒燃
固
烧情况
体
燃
4C 3O2 2CO2 2CO
料
燃
烧
§9.5 二次反应对碳粒燃烧的影响
第 九 二次反应对碳粒燃烧的影响
章
温度大于1200~1300℃时碳粒
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：
料
4. 生成物从表面解吸
燃
5. 生成物扩散离开表面
烧
✓ 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。
§9.2 固体碳粒的燃烧