燃烧理论基础第七章资料重点

且与表面积上氧浓度 CO w 成正比例。
·当吸附和解吸之间达到平衡。
k1CO w (1 q) k1 q
k1 －吸附常数k，1
－解吸常数。
k1CO w k1CO wq k1 q 0
k1CO w (k1CO wq k1 q) 0
q
k1CO w
k1 k1
CO
w
KCO w
k1CO w k1
主要指细菌和真菌等微生物。其作用是把生产者 和消费者的残体分解为简单的物质，再供生产者。对 生态系统的物质循环具有非常重要的作用。
4）营养库－为各种生物提供必要的生存环境 和营养元素。
草原上：青草－野兔－狐狸－狼 湖泊中：藻类－甲壳类－小鱼－大鱼
植物遗体－蚯蚓－线虫类－节肢动物 5) 碳循环
·大气中的CO2被植物光合作用以有机物形式 供消费者利用；
·在火山爆发时，又可使地层中的一部分碳回到 大气层。
二、煤的生成
1）植物质的堆积阶段 借助地壳的运动，沉积于地面下（泥土、岩石
层）。
2）菌分解作用阶段
在隔绝空气条件下，受分解者（细菌、微生物） 缓慢的作用（几万年至几亿年），分解至腐烂。其中， 木质素、纤维素、树脂等没有分解，仍保留着原有植 物形态。其残留体中的氢、氧量相对减少，而碳素含 量相对增加－泥煤。
E
表面反应： mw KCO w k0e RT 式中：K －化学反应常数。
（2）
式（1）＝式（2）
mw
D (CO
CO
w)
KCO
w
CO
CO 1
w
D
CO w CO 1 1 1
K D K
（3）
∵
K CO CO w
D
CO w
K CO w CO 1 CO
D
CO w
CO w
1 K CO
1 ，mw CD O D
（说明反应速度极快，氧几乎耗尽）（CO 0）。
需要补充大量的氧，即受扩散速度限制。
·位于两者之间的为过渡区域，同时受 K、D控制。
·固体表面的异相化学反应是 0～1 级的化学反应。
二、 吸附理论
1 假设固体表面积份额 q 吸附了氧（不可能再吸附， 反而会释放氧）。（1－q ）份额表面积没吸附氧。 ·氧解吸速度和该部分表面积份额 q 成正比，
《燃烧理论基础》课件
第七章 固体燃料的燃烧
汽车与交通工程学院 王维强
第7章 固体燃料的燃烧
7.1 煤的生成和特性 7.2 固体燃料煤的燃烧过程 7.3 异相化学反应速度 7.4 固体碳粒的燃烧过程 7.5 碳球燃烧速度
背景：
·地球上的煤炭资源约16.8万亿吨。可开采的煤
储量为7600亿吨，年总产量45亿吨，我国的原 煤产量约14亿吨，占能源生产总量的70%。
·由于煤炭的燃烧、排污较严重，要治理耗资 巨大，所以我国实行了煤产量总量控制的原则。
Electricity Generation (BkWh)
美国的电力生产能源结构
4,000 3,000 2,000
Coal Natural Gas Oil Nuclear Hydro Renewables
1,000
k1 k1
CO
w
1
1 KCO w
式中， K k1 ，为一常数。 k1
·化学反应只能在 q 表面进行。若 q 反应加剧（燃烧速度） 。
·当CO w 很小时，KCOw<<1，q≈KCOw，q CO w （与浓度有关）。
·当CO w 很大时，KCOw>>1，q≈1（吸附份额 100%）。
0 1950
1975 Year
2000
Source: DOE/EIA
电力锅炉烟气排放
7.1 煤的生成和特性
一、炭的生态平衡（生产者、消费者、分解者、营 养库）
·生态系统的成分可分为两大类：生物成分，非生物 成分。
·生物成分可分为生产者、消费者和分解者。
·非生物成分指各种环境要素：包括温度、大气、水、 土壤、气候、各种矿物质和非生物成分的有机质等。 其作用是提供生存的环境和必要的营养元素（库）。
D
CO w
1 K CO
D CO w
1
CO w
CO ( 1
K
)
D
（代入式（3））
mw
CO
CO
( 1
1 K
D
1
)
CO
(1
1
1 K
D
1
百度文库
)
CO
(1
D D
1
K
)
D
D
D
CO
(D K D
D K
)
1
CO
K
D K 1
K D D K
CO
D
D
CO 1 1 K D
·当 T 较高时，K 很大，即
1 >> K
3）炭化作用阶段
·地质变化，地壳下降。泥煤床被岩石层覆盖。 在地热和压力作用下，压缩坚固，水分挥发， 逐渐变成坚实的物质－褐煤（C%增大，O、N、 H含量减少）。
·炭化程度（时间、深度）越高，含C量越高， 发热量越高，水分越少（无烟煤除外）。
泥煤 褐煤 烟煤 无烟煤
C 60～70% 70～80% 80～90% 90～100%
Hu（kJ/kg） 8350～10500 10500～14700 20900～29400 20900～25200
·生活、工业一般用烟煤和无烟煤。
·无烟煤几乎为固定碳组成，挥发物少，着火 困难。
7.2 固体燃料煤的燃烧过程
1)煤加热，水分蒸发； 2)挥发份析出； 3)挥发份燃烧（约10%时间） ； 4)焦炭燃烧（约90%时间）。
·消费者呼CO2，吸O2，CO2释放至大气中。
·生产者和消费者残体被分解者分解，把蛋白质、
脂肪和碳水化合物分解成CO2、H2O和无机盐， CO2重返大气；动植物残体长期埋藏地层中，形 成各种化石燃料。
·人们燃烧化石燃料，CO2释放至大气中。 ·海洋中的碳酸钙沉积海底，形成新的岩石，使 一部分碳较长时间贮藏在地层中。
1)生产者－主要是绿色植物，其含有光合 作用元素，可利用太阳能把CO2和H2O合 成有机物，同时放出氧气，光合作用化学 方程式为：
6CO2 6H2O 2817.8 kJ C6H12O6 6O2 光合作用
2) 消费者 主要指动物：
一级消费者－以植物为食的食草动物
（野兔、羊……）。 二级消费者－以食草动物为食的动物（狼……）。 三级消费者－以二级消费者为食的动物(虎……）。 3) 分解者
德 国 西 门 子
本 生 锅 炉
煤粉炉内燃烧
锅炉内温度和氧浓度分布 （数值模拟结果）
7.3 异相化学反应速度
一、固态燃料化学反应
·固态燃料属异相（非均相）燃烧。
·氧化速度表征着煤的燃烧速度。
氧传输： mw D (CO CO w )
（1）
式中：D －质交换系数；
CO 、 CO w －远处和壁面氧浓度。