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第五章 燃烧理论基础 复 习 1，几种热损失。为了减小热损失，锅炉燃烧需要作到： 稳定着火、快速燃尽。 2，为实现该目的，需寻找强化燃烧的方法，这就要认 识燃烧过程的本质。从而，需要学习基础燃烧理论。 前言 燃烧概述 一、燃烧本质 燃烧是气体、液体或固体燃料与氧化剂之间发生的一种强烈的化学反应； 流动、传热、传质和化学反应同时发生有相互作用的综合现象； 典型的物理化学过程； 化学反应动力学、流体力学、传热传质学是研究燃烧反应过程的基础知识； 二、燃烧学的发展历史 直至18世纪中以前，发展缓慢，对燃烧现象的本质几乎一无所知。 之后：燃素的概念出现（物质是否燃烧被归于是否含有燃素） →1765年燃烧是物质的氧化（燃烧理论的萌芽） →19世纪出现热化学和化学热力学（将燃烧作为热力学系统，考察其初态和终态，静态特性的研究） →20世纪初燃烧反应动力学（研究燃烧过程的动态过程的理论） →30~40年代火焰传播的概念→湍流燃烧理论（认识燃烧过程的限制因素往往不是反应动力学，而是传热传质，即受限于物理过程） →50~60年代德国人Von Karmen（对宇航也有巨大的贡献）提出用连续介质力学来研究燃烧，称为化学流体力学或反应流体力学。 将经典流体力学的方法、边界层、射流理论等应用与研究燃烧 →70年代初，大型电子计算机出现，形成计算流体（计算燃烧）学，建立了燃烧的数学模拟方法和数值计算方法； 激光测量技术的出现，使精密测量成为现实。 基本理论+数学模型和数值计算+先进的测量技术。 三、当代对燃烧应用的要求 要求燃烧不断强化和趋于更高能量水平； 探讨高温、高压、高速、强湍流条件下的燃烧 要求燃烧过程高效率，节省燃料等； 洁净燃烧，减轻环境污染 火灾的起因与防治 第一节、燃烧反应速度及其影响因素 燃烧反应和化学反应一样，根据参加反应的物质不同分为： 一、反应速度的定义 根据质量作用定律，反应速度有不同的定义方式： 第一种定义：单位时间内和单位体积内燃烧掉的燃料量或消耗的氧量 举例： 在锅炉燃烧技术采用炉膛容积热负荷来表示燃烧反应速度： 单位时间内和单位体积内燃烧掉的燃料所释放出的热量 第二种定义： 在一定的温度下，化学反应速度和各反应物的浓度成正比 1867年由Guldberg和Wage提出 对均相反应： A+A+A+A+ +A + B+B+B+B+B+ +B→ 对于异相反应－煤粉与空气混合物 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： 3．温度 3.1 阿累尼乌斯定律 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 阿累尼乌斯定律(瑞典物理化学家1889年提出) 3.2 阿累尼乌斯定律的讨论-活化分子、活化能 气体分子的运动速度、动能有大有小； 动能超过某一数值（活化能E）足以破坏原有结构发生反应的分子称为活化分子； 分子发生反应，要提高能量，每摩尔气体分子所吸收的这部分能量---活化能E； 化学动力学的基础。 第三节 热力着火 一．热力着火理论的实用性 煤粉燃烧过程的着火主要是热力着火 着火过程有两层意义：一是着火是否可能发生？二是能否稳定着火？ 二、实现稳定着火的两个条件 可燃混合物燃烧过程的发生与停止，即着火与灭火，燃烧能否稳定地进行，取决于燃烧过程中所提供的热力条件。 燃烧中同时存在着放热和散热，在不同的阶段存在着二者的不同工况。 A、放热量和散热量达到平衡，放热量等于散热量。 B、放热量随系统温度的变化率大于散量热随系统温度的变化率。 ? 如果不具备这两个条件，即使在高温状态下也不能稳定着火，燃烧过程将因火焰熄灭而中断，并不断向缓慢氧化的过程发展。 三、热力着火的条件 放热散热，系统升温，反应加速，但同时散热也在增加，必达到平衡； 放热散热，系统降温，反应减速，但同时散热也在减少，也必达到平衡； 系统在不同条件下达到不同的平衡状态， 可能是有利的，燃烧稳定在正常工况， 可能是不利的，燃烧处于熄火状态。 1、放热与散热曲线 以强烈掺混的零维系统（煤粉空气混合物在燃烧室内）为例说明： 1．放热与温度的关系， 燃烧室内可燃混合物燃烧放热量为： 2．散热与温度的关