燃烧过程的基本理论
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《燃烧基本理论》课件
燃烧的化学特性
放热反应
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1பைடு நூலகம்
燃烧是一种放热反应，释放出大量的热量，可以用于加热物体或驱动机械。
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2
化学键断裂
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3
燃烧过程中，可燃物质中的化学键发生断裂，释放出能量。
添加标题
4
新物质生成
添加标题
5
燃烧过程中，可燃物质与氧化剂反应生成新的物质，这些物质通常是稳定的化合物。
添加标题
6
燃烧的物理特性
含硫燃料燃烧时会产生二氧化硫等硫氧化物。
二氧化碳
氮氧化物
颗粒物
燃烧过程中，碳与氧结合生成二氧化碳。
高温下氮气与氧气反应生成氮氧化物。
燃烧过程中产生的固体颗粒物，如灰尘等。
温室效应
二氧化硫、氮氧化物等气体与水蒸气反应形成酸雨。
酸雨
空气污染
生态破坏
01
02
04
03
燃烧产生的污染物对生态系统造成破坏，影响生物多样性。
01
燃烧效率优化
通过调整燃料与空气的混合比例、燃烧温度和时间等参数，提高燃烧效率，减少不完全燃烧损失。
02
污染物排放控制
采用尾气处理、除尘、脱硫脱硝等技术，降低燃烧过程中产生的污染物排放。
燃烧的控制技术与方法
THANKS
感谢观看
长期接触污染物可能导致免疫系统功能下降，增加感染和疾病的风险。
燃烧产物对人体的影响
CATALOGUE
燃烧的应用与控制
05
燃烧化石燃料（如煤、石油、天然气）产生高温高压蒸汽，驱动发电机发电。
火力发电
利用燃气燃烧产生高速气流，驱动涡轮旋转，从而发电或提供动力。
燃气轮机
第7章 燃气燃烧的基本理论
tth 是燃气燃烧过程控制的一个重要指标，它表明某种 燃气在一定条件下燃烧，其烟气所能达到的最高温度。
4、实际燃烧温度tact：
实际燃烧温度与理论燃烧温度的差值随工艺过程 和炉窑结构的不同而不同，很难精确计算出来。经验 公式为：
tact tth
μ—高温系数。对一般工业炉窑可取0.65～0.85，无 焰燃烧器的火道可取0.9。
§7-1 燃气的燃烧计算
3、燃烧反应计量方程式： 是进行燃烧计算的依据。它可以表示出燃烧前后， 燃气中的各可燃物质与其燃烧产物间的量值比例关系。 如： CH 2O CO 2H O H 4 2 2 2 任何一种形式的碳氢化合物 Cm H n 的燃烧反应方程 式都可用以下通式表示：
n n Cm H n (m )O2 mCO 2 H 2O H 4 2
2、燃烧热量温度tther：
Q2=0，Q3=0，Q4=0；不计由燃气和空气带入的物 理热（Ig=Ia=0）；且假设α =1。
tther
Hl
0 VRO2 cRO2 V H0 O cH O VN c 2 N2
2 2
tther 只与燃气组成有关，即只取决于燃气性质，是燃 气的热工特性之一，是从燃烧温度的角度评价燃气性 质的一个指标。
1、三原子气体体积：
VRO2 VCO2 VSO2 CO2 CO mCm Hn H2 S
2、水蒸气体积：
V
0 H 2O
n H 2 H 2 S Cm H n 1.20(d g V0 d a ) 2
3、氮气体积：
V 0.79V0 N2
0 N2
4、理论烟气量总体积：
干空气中N 2与O2 的容积比为：
燃烧过程的理论基础
550
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。）
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。）
燃烧基本理论
内容：燃烧基本理论一、燃烧的本质和条件（一）燃烧的本质燃烧是一种放热发光的化学反应。
燃烧同时具备三个特征，即化学反应、放热和发光，具备一个或两个特征不能称为燃烧。
（二）燃烧的条件1.必要条件：任何物质发生燃烧必须具备三个条件，即可燃物、助燃物（氧化剂）和着火源。
2.充分条件：一定的可燃物浓度，一定的氧气含量，一定的着火能量，三者相互作用。
二、燃烧类型燃烧类型主要有闪燃、自燃、着火、爆炸。
（一）闪燃在一定温度下，易燃、可燃液体表面上产生足够的可燃蒸汽，与空气混合遇着火源产生一闪即灭的燃烧现象叫作闪燃。
（二）自燃可燃物质在没有外部明火等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自行燃烧现象称为自燃。
自燃包括受热自燃和本身自燃。
1、受热自燃。
可燃物质在空气中，连续均匀地加热到一定温度，在没有外部火源的作用下，发生自行燃烧的现象叫作受热自燃。
2、本身自燃。
可燃物质在空气中，自然发热经一定时间的积蓄使物质达到自燃点而燃烧的现象，叫作本身自燃。
（三）着火可燃物质与空气（氧化剂）共存，达到某一温度时与火源接触即发生燃烧，当火源移去后，仍能继续燃烧，直到可燃物燃尽为止，这种持续燃烧的现象叫作着火。
（四）爆炸物质从一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生声响的现象叫爆炸。
爆炸浓度极限：可燃气体、蒸气或粉尘与空气的混合物，遇火源能够发生爆炸的浓度。
遇火源能够发生爆炸的最低浓度叫作爆炸浓度下限（也称为爆炸下限）；遇火源能发生爆炸的最高浓度叫作爆炸浓度上限（也称为爆炸上限）。
在火场上，常见的爆炸主要有以下三种：1. 气体爆炸：可燃气体与空气混合后遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
气体爆炸必须具备三个条件：气体本身具有可燃性；气体必须与空气混合达到一定的浓度；有点火源的存在。
2、粉尘爆炸：悬浮于空气中的可燃粉尘遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
粉尘爆炸必须具备三个条件：粉尘本身具有可燃性；粉尘必须悬浮在空气中并与气混合达到爆炸浓度；有足以引起粉尘爆炸的点火能量。
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
02燃烧基本理论及火灾基础知识
燃烧基本理论
可燃物质状态不同， 燃烧过程也不同。
任何可燃物质的燃 烧都经历氧化分解、着火、 燃烧等阶段。
应急救援和消防技能提升工程
燃烧基本理论
应急救援和消防技能提升工程
三、燃烧的特征参数
1、燃烧温度 可燃物质燃烧所产生的热量在火焰燃烧区域释放出来，火焰温度即燃烧温度。
表2 一些常见物质的燃烧温度
燃烧基本理论
应急救援和消防技能提升工程
2、燃烧速率 (1)气体燃烧速率 气体燃烧速率很快。
单质气体如氢气的燃烧只需受热、氧化等过程； 化合物气体如天然气、乙炔等的燃烧则需要经过受热、分解、氧化等过程。 单质气体的燃烧速率要比化合物气体的快。 在通常情况下，混合燃烧速率高于扩散燃烧速率。 管道中气体的燃烧速率与管径有关。当管径小于某个小的量值时，火焰在管 中不传播。若管径大于这个小的量值，火焰传播速率随管径的增加而增加，但当 管径增加到某个量值时，火焰传播速率便不再增加，此时即为最大燃烧速率。
燃烧基本理论
应急救援和消防技能提升工程
二、燃烧过程
气体最易燃烧，燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解，并使其达到着火点。 气体在极短的时间内就能全部燃尽。
液体在火源作用下，先蒸发成蒸气，而后氧化分解进行燃烧。与气体燃烧相比， 液体燃烧多消耗液体变为蒸气的蒸发热。
固体燃烧有两种情况：对于硫，磷等简单物质，受热时首先熔化，而后蒸发为蒸 气进行燃烧，无分解过程；对于复合物质，受热时首先分解成其组成部分，生成气态 和液态产物，而后气态产物和液态产物蒸气着火燃烧。
应急救援和消防技能提升工程
燃 烧 基 本 理 论 及 火 天灾燃基气础管知道识连接图
应急救援和消防技能提升工程
燃 烧 基 本 理 论 及 火 灾选基择础金知属识软管
燃气供应工程 第9章 燃气燃烧基本理论
tth 是燃气燃烧过程控制的一个重要指标，它表明某种 燃气在一定条件下燃烧，其烟气所能达到的最高温度。
4、实际燃烧温度tact：
实际燃烧温度与理论燃烧温度的差值随工艺过程 和炉窑结构的不同而不同，很难精确计算出来。经验 公式为：
tact tth
μ—高温系数。对一般工业炉窑可取0.65～0.85，无焰 燃烧器的火道可取0.9。
干空气中N 2与O2 的容积比为：
yN2 : yO2 79: 21 3.76
燃气燃烧所需的理论空气量为： 1 n V0 0.5H 2 0.5CO (m )Cm H n 1.5H 2 S O2 0.21 4
一般情况下，燃气的热值越高，燃烧所需的理论 空气量越多，还可用以下近似公式进行估算： 对于天然气和LPG：
三、燃气燃烧的火焰传播
（一）火焰的传播方式：
正常的火焰传播 爆炸 爆燃
燃气在工业与民用燃烧设备中的燃烧过程都属于 正常的火焰传播过程,在工业中常见的是紊流状态下 的火焰传播。
（二）火焰传播速度Sn：
当管径大到一定程度时，管壁散热对火焰传播速 度的影响消失，这时火焰传播速度走近于一最大值， 该最大值称为法向火焰传播速度Sn。
二、燃气热值的确定：
1、定义：1 m 3燃气完全燃烧后所放出的全部热量。 2、燃气热值的计算： ①直接用实验方法测定；
②用各单一气体的热值根据混合法则计算。
H H1 y1 H 2 y2 H n yn
三、燃烧所需空气量：
（一）理论空气需要量：
3 按燃烧反应计量方程式，1 m（或 1kg）燃气完全 燃烧所需的空气量，是实现燃气完全燃烧所需要的最 小空气量。单位为： m3 / m3干燃气或 m3 / kg
燃烧学基本理论_PPT课件
➢计算步骤：
C pi
➢先假定一个理论燃烧温度t1，从“平均恒压热容”表
中查出相应的 C pi代入上述公式，求出相应的Ql1 ；
➢然后再假定第二个理论燃烧温度t2，求出相应的
和Ql2；
t
t1
t2 Ql 2
t1 Ql1
Ql
Ql1
➢然后用插值法求出理论燃烧温度t
• 燃烧温度计算举例
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
1 C 2 O2 CO
1 2
H2
1 2
I2
HI
√ h f 298,CO
110.59KJ
/
mol
√ h f 298,HI
25.12KJ
/ mol
CO
1 2
O2
CO2
× h f 298,CO2
283.10KJ
/ mol
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢n mol物质在恒压（恒容）下，由T1升高到T2所需的 热量用Qp（Qv）来表示。
T2
Qp n T1 CpdT
T2
QV n T1 CV dT
➢Cp大于Cv，对于理想气体： Cp－Cv＝R；
➢对于液体和固体： Cp＝Cv。
➢热容比：气体的恒压热容和恒容热容之比，用K表示，
第一节 化学热力学基础
• 一、化合物的生成焓
➢燃烧温度的计算
➢计算方法
Ql
T
ni 298 C pi dT
Ql Vi Cpi T 298
恒压平均热容 C取pi 决于温度，只在某一个温度 范围内是常数
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。
燃烧的基本原理
燃烧的基本原理
燃烧是一种化学反应，是指物质与氧气发生剧烈的氧化过程，产生火焰、热、光等现象。
燃烧基本原理是基于氧气和燃料之间的化学反应。
燃料通常是有机物，如木材、煤炭、石油等，它们由碳和氢等元素组成。
当燃料与氧气接触并达到一定温度时，燃料中的碳和氢会与氧气结合，形成二氧化碳和水蒸气。
燃烧反应的基本方程式如下：
燃料 + 氧气→ 二氧化碳 + 水蒸气 + 热 energy
例如，当木材燃烧时，木材中的碳和氢与空气中的氧气反应，生成二氧化碳和水蒸气。
释放出的热能使周围物质温度升高，最终形成火焰。
燃烧所需的三个要素是氧气、可燃物和足够的热量。
缺少其中任何一个要素都无法发生燃烧。
当燃料接触到氧气后，通过加入足够的热量（点火源），燃料开始燃烧，此过程称为点火。
一旦燃烧点燃，可以自行进行，燃料会持续地与氧气反应，产生火焰和热量。
总之，燃烧是一种化学反应，通过燃料和氧气的氧化反应来释放能量。
这是一个自持续的反应，只要有足够的燃料和氧气，并提供适当的热量，它就会持续进行下去。
了解火灾燃烧过程中的三角形理论
了解火灾燃烧过程中的三角形理论火灾燃烧过程中的三角形理论火灾是一种常见但危险的事故，对人类和财产造成了巨大的损失。
了解火灾燃烧过程对于预防和处理火灾具有重要的意义。
三角形理论是一种用来解释火灾燃烧过程的模型，它能帮助我们更好地理解火灾的形成和蔓延。
本文将详细介绍火灾燃烧过程中的三角形理论。
一、燃烧三角形燃烧三角形是指燃烧所需的三个基本要素：燃料、氧气和点火源。
这三个要素缺一不可。
如果其中任何一个要素不足或缺失，火灾就无法发生或无法持续。
燃料是火灾的基础，它是指能够燃烧的物质。
常见的燃料包括木材、纸张、油料等。
氧气是支持燃烧的气体，它通常存在于空气中。
点火源是引起燃烧的能量，例如明火、电火花、高温等。
当这三个要素同时存在时，火灾就有可能产生。
二、燃烧过程燃烧过程是指燃烧三角形中各要素相互作用的过程。
在燃烧过程中，燃料受到点火源的引燃而燃烧，同时氧气参与并支持燃烧反应。
燃烧过程可以分为三个阶段：点燃阶段、火势扩大阶段和火势稳定阶段。
1. 点燃阶段：点燃阶段是指在燃烧三角形的作用下，燃料开始接受点火源的能量并发生点燃的过程。
这个阶段通常伴随着明火、闪光和烟雾的产生。
2. 火势扩大阶段：火势扩大阶段是指燃烧过程逐渐向周围蔓延和扩大的过程。
在这个阶段，火焰变得更加明亮，燃料的燃烧速度加快，同时也会产生更多的烟雾和热量。
3. 火势稳定阶段：火势稳定阶段是指火灾进入稳定状态，并保持一定规模和强度的过程。
在这个阶段，燃料的消耗与氧气供应达到了一种平衡状态，形成了一个持续燃烧的火焰。
三、火灾防控了解火灾燃烧过程中的三角形理论对于进行火灾防控具有重要意义。
1. 灭火原理：根据三角形理论，要想灭火，可以从以下方面入手：切断燃料供应、限制氧气供应、消除点火源。
通过阻断三个要素之一或多个要素的供应，可以有效地控制火灾的发生和蔓延。
2. 火灾预防：通过了解三角形理论，我们能够识别火灾发生的风险因素，并采取相应的预防措施，如合理储存易燃物品、提供良好的通风条件、正确使用电器设备等，从而降低火灾发生的可能性。
燃料种类及其燃烧2
2.3 燃烧基本理论、燃烧过程及设备
可燃气体的含量与火焰传播速度之间的关系 A、H2的火焰传播速度比甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）大 、 的火焰传播速度比甲烷（ ）、乙烷 乙烷（ 的很多， 的导热系数远大于后者； 的很多，因H2的导热系数远大于后者； B、存在着火焰传播的极限值； 、存在着火焰传播的极限值； C、空气过剩系数α接近于 而略小于 时，速度最大； 、空气过剩系数 接近于 而略小于1时 速度最大； 接近于1而略小于 D、提高气体混合物的温度、增加燃烧管的尺寸、减少燃 、提高气体混合物的温度、增加燃烧管的尺寸、 烧的热损失， 烧的热损失，均能使邻近的可燃气体较快地达到着火温 度而燃烧，从而提高火焰传播的速度。 度而燃烧，从而提高火焰传播的速度。 E、回火与脱火 、
2.3 燃烧基本理论、燃烧过程及设备
CO及烃类 及烃类） （2）可燃气体（H2 、CO及烃类）的燃烧 可燃气体（
可燃气体的燃烧过程是一系列链锁反应。 可燃气体的燃烧过程是一系列链锁反应。 一系列链锁反应 链锁反应的产生必须要有链锁刺激物 中间活性物） 链锁刺激物（ 链锁反应的产生必须要有链锁刺激物（中间活性物）的存 在，如H、O及OH。它们是由于分子间的互相碰撞、气 、 及 。它们是由于分子间的互相碰撞、 体分子在高温下的分解、或电火花的激发而产生。 体分子在高温下的分解、或电火花的激发而产生。 在氢气或一氧化碳的燃烧过程中 ，有氢或水汽的存在可 产生刺激物，加速反应的进行。 产生刺激物，加速反应的进行。 甲醛的存在，可产生O活性原子刺激物 活性原子刺激物， 甲醛的存在，可产生 活性原子刺激物，对烃类的燃烧有 利。 延迟着火现象
火焰 新燃 料层 焦碳 层 灰渣 层 炉篦 一次 空气
主要与燃料粒度大小、挥发分和 灰分多少及燃烧层温度高低等因 素有关
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：
燃烧基本理论
。
一般，对于>100μm的大 颗粒，且挥发分含量较多 的煤，在慢速加热的条件 下（<100℃/s），煤中的 挥发分有可能在颗粒周围 达到着火条件而首先发生 均相着火。对于较小煤粒 及快速加热条件下，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。
1967年Ｅssenhign将煤粒通过一个平面火焰来考察 煤粒的着火情况。实验表明，挥发分在平面火焰前 后几乎是保持不变，而火焰前后混合物中的ＣＯ２ 和的着Ｏ火２都是发非生均了相显的著（的焦变炭化首，先着据火此）认。为煤在火焰中
Ｅssenhigh[19]认为，大多数情况下煤粒着火是非均 相的，他的理由是煤粒着火温度与相同煤粒脱去挥 发分之后的煤焦着火温度基本相同，煤粒着火温度 与热解温度基本没有关系。
通常所谈到的煤的热解特性仅指挥发分 的析出特性。
实验证明
在400℃之前，基本上只有CO2析出 在400~~600℃，C2H4、C2H6、CO、CH4和H2相继
达到最大值，同时焦油也在形成；
在600℃以后主要是H2和CO析出，并达到最大值。 通常工业生产中所用到的挥发分含量是煤的工业
爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着 火 温 度 以 上 而 燃 烧 ， 火 焰 传 播 速 度 大 ， 约 为 1000— 4000m/s。通常是在高压、高温下进行。
一般窑炉中燃料的燃烧，属于普通的（正常的）燃烧。
二、煤粉的燃烧研究
对燃烧领域来说，主要关心的是煤的燃烧特性 和污染特性
分析挥发分含量，它是按我国标准规定，将干燥 的煤样放在有盖坩埚内，在900±10℃的马弗炉中 加热7min，煤样所失去的重量。
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
47
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
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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。
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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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技术比武讲义 第一节 化学反应速度及其影响因素
广义来讲影响化学反应速度的因素 燃烧本质上是一种发光发热的化学反应
一、均相反应与多相反应
同一相态 不同相态
均相反应 交界面上发生反应
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
技术比武讲义 二、化学反应速度 对任一化学反应，可写出其化学计量方程式：
a A+bB ⇔ gG + hH
η r = 100 − (q3 + q4 ) , %
安全（不结渣、不出现膜态沸腾)） 1、最佳的炉膛出口过量空气系数 使 q2＋q3＋q4 之和最小 q q2＋q3＋q4 q2 q4 q3 能源动力与机械工程学院
α l′′
α l′′
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技术比武讲义 2、适当高的炉温： 不产生水冷壁结渣和膜态沸腾 根据煤种，采用适当的炉膛截面热负荷 3、有足够的燃烧时间 主要取决于炉膛容积、炉膛截面积、炉膛高度 及烟气在炉内的流动速度，即与炉膛容积热负荷、 炉膛截面热负荷有关，在锅炉设计时要适当选取， 在运行中不要超负荷运行。 不同煤种 不同的炉膛形状(瘦、胖) 4、空气和煤粉的良好挠动和混合 燃烧器的结构特性 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
0
T
华北电力大学
技术比武讲义
3、压力的影响
P ↑ C ↑ W ↑
与系统压力的 n 次方成正比 PFBC-CC 增压循环流化床锅炉蒸汽燃气联合循环 可快，可慢 改变了反应物的活化能 自动连续加速进行 挥发分对煤燃烧的影响 华北电力大学
4、催化作用
实质
5、链锁反应
达到一定温度时，氢的燃烧反应 能源动力与机械工程学院
燃料品质 燃烧器
结构
炉膛 锅炉负荷
运行 能源动力与机械工程学院
调节方式
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1、燃料性质
技术比武讲义
Vdaf
Mar
Ad
Rx
2、散热条件：无烟煤 卫燃带(结渣) 3、煤粉气流初温：无烟煤 热风送粉 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
4、一次风量和风速 太大太小均不合适，应控制在一定范围内 (煤质差时应大还是小??) 5、燃烧器的特性：
能源动力与机械工程学院
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技术比武讲义 ③对于高温燃烧下的反应，若散热加大（斜率）到一定 程度，交于4、5点，系统温度随之下降达到不稳定的4 点，只要温度稍微下降，反应温度会急剧自动下降，直 到5点（缓慢氧化状态）稳定。 4点对应温度即熄火温度Txh 熄火热力条件：在一定的放热、散热下，只要系统温 度小于熄火温度，燃烧反应即会自动中断
三、碳的多相燃烧反应
1、研究对象：固相表面上进行的多相反应 2、过程 (1)氧分子扩散到反应表面； (2)氧分子吸附于表面上；
技术比武讲义
(3)在表面上发生燃烧反应，放出CO2等燃烧产物； (4)燃烧产物解吸附； (5)产物扩散到周围。 这些过程中哪些是瓶颈呢？ (2)、(4)、(5)均快 (1)、(3)较慢 能源动力与机械工程学院 当 (1)较慢 (3)较慢 扩散燃烧区 动力燃烧区 华北电力大学
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四、煤与煤粉燃烧的特点
1、煤：比碳复杂 1)有H2O 2)有挥发分 3)多孔性 4)有灰 2、煤粉 极细的煤粉可能先于挥发分燃烧 30-100μm 0.1s—0.2s 达到1500℃ 催化；
技术比武讲义
提高系统温度、形成多孔性、耗氧； 不仅是表面过程； 影响反应表面。
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ω1 = k1 C C
a A
b B
k : 反应速度常数，与温度等因素有关 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
2、温度的影响
技术比武讲义
阿累尼乌斯定律: 温度T 与化学反应速度常数 k 的关系 k
k = k0 e
−
E RT
k0
活化能 E 达到活化状态所需能量 活化能 反应活泼性，是否易 于反应， E ↓ 易反应 E 的大小与煤种有关 能源动力与机械工程学院
则： 可以用反应物浓度减少的速度表示：
d CA ωA = − dt d CG ωG = dt
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可以用生成物浓度增加的速度表示：
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技术比武讲义 三、影响化学反应速度的因素 反应物浓度 温度 压力 催化作用 连锁反应
1、反应物浓度的影响 质量作用定律：一定温度下，如下关系 正反应速度：
技术比武讲义
燃烧过程的基本理论
重要性
燃烧过程对火力发电机组安全 经济运行的影响 稳定燃烧 高效燃烧
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技术比武讲义
重点
掌握“动力燃烧区域”、“扩散燃烧区域” 了解燃烧过程着火与熄火的热力条件 掌握影响煤粉气流着火的因素 掌握燃烧完全的条件
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技术比武讲义
一、二次风的混合情况：低挥发分煤，适当推迟 6、锅炉负荷 负荷降低时，散热量相对增加，使散热曲线向左移 限制了煤粉炉不投油稳燃的范围＞70% 新型低负荷稳燃燃烧器 循环流化床锅炉调节范围大 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
燃烧完全的条件
经济（q3、q4 最小） 燃烧效率
技术比武讲义
技术比武讲义 综上可知，要想提高燃烧速度： 1)在温度低的动力区，应提高反应系统的温度 提高炉膛温 度； 2)在温度高的扩散区，应增大O2扩散 粒径、粒子与气流的相 对速度，加强扰动； 3)在过渡区，两者都应增大。 不同燃料、细度、燃烧空气动力场 区域是变化的，用准则Sm 或 R 来区分
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二、碳的燃烧反应
技术比武讲义
碳是固体燃料的主要成分，对着火、燃尽、发热量 等均有影响 学术界的三种理论: 1、一次反应 二次反应 2、一次反应 二次反应 3、一次反应 C+O2 ⇔ 2C+O2 ⇔ CO2 2CO
C+CO2 ⇔ 2CO 2CO+O2 ⇔ 2CO2 C+O2 ⇔ CxOy(络合物)
二次反应 络合物分解为CO、CO2 只要有足够 O2 CO2 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
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燃烧过程着火和熄火的热力条件 技术比武讲义
1、着火：由缓慢的氧化状态转变到反应能自动加速到高 速燃烧状态的瞬间过程，此时反应系统的温度为着火温度 2、着(熄)火条件分析： 以燃烧室内煤粉、空气混合物的燃烧为对象 1)燃烧时的放热量Q1 根据有关化学反应速度的原理：
n Q1 = k0 exp(− E / RT )C O2 VQr
3、燃烧区域
技术比武讲义
根据氧扩散到表面 及 在表面上消耗(即化学反应速度k)， 按温度变化，分成三个区域： (1)当温度较低时(t<1000℃)，化学反应速度较低，而扩散到 表面的氧气比消耗的多得多。此时燃烧速度主要决定于化学 反应动力因素(温度、燃料的反应特性)，氧气扩散速度β影响 很小，故称动力燃烧区； ( k << β ) (2)当温度很高时(t>1400℃)，由于k因T升高面大大增加，此 时扩散速度相对太低，成为制约因素，故称扩散燃烧区； ( k >> β ) (3)上述两者之间的温度区域，两个速度相近，称为过渡区。 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
Q1
化学反应速度
T
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技术比武讲义
2)向周围介质散热量Q2 考虑一个综合了辐射、对流的换热过程
Q2
Q2 = αS (T − Tb )
3)不同热力条件下，Q1与Q2的关系
Tb
T
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技术比武讲义 ①当壁面温度较低时：会达到一个稳定的放热、散热 平衡点 交点1： 所以：低温下，只会缓慢氧化，不会着火 ②当壁温提高到一定值，会交于2、3两点。 反应初期，向2点靠近；达到2点(不稳定)后只要稍 加提高系统温度，反应将自动加速而转变到高速燃烧 状态(着火)，最后稳定于高温燃烧状态3。 2点对应温度即着火温度Tzh 着火热力条件：在一定的放热、散热下，只要系统 温度大于着火温度，燃烧反应会自动加速进行
第二节 煤、焦炭和煤粉的燃烧 一、煤燃烧的四个阶段
1. 预热、干燥(吸热) 2. 挥发分析出(热解)，并着火 3. 燃烧(挥发分、焦炭)(保证O2、足够温度) 4. 燃尽(残余焦炭 灰渣) 如何强化着火 如何强化燃烧、燃尽 q4 第四节 第五节
技术比武讲义
而煤粉的燃烧，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 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
能源动力与机械工程学院
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影响煤粉气流着火的主要因素 技术比武讲义 煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高
为何要分为一次风与二次风??
提高煤粉浓度可以强化着火 能源动力与机械工程学院 浓淡燃烧器 华北电力大学
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着火太早
烧喷口，附近结渣
着火推迟
炉膛出口处受热面(??)的结渣 汽温升高 q4 增大
ϑl′′ < DT (50 − 100) ℃
炉膛出口烟温低于灰的变形温度50-100 ℃ 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
着火热：加热到着火温度所需热量 加热煤、空气、水分（蒸发、过热）
技术比武讲义
燃料性质 运行工况 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
影响煤粉气流着火的因素 燃料品质
燃料
技术比武讲义