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第三篇燃烧基本理论
一氧化碳的燃烧反应机理 一氧化碳的燃烧反应也具有象氢那样的支链反应的特征,而且只有在H2O存在的情况下才有可能开始快速的燃烧反应,反应机理如下: 链的产生 链的继续 链的支化 断链 链的产生 链的继续 链的支化 断链 一氧化碳的反应速率 式中:mco,mo2为CO和O的相对浓度;PK0为与水含量成正比的系数 一定的水的浓度有利于CO的燃烧反应,但如果水分过多,会使燃烧温度降低而减慢反应速度 甲烷的燃烧反应机理 各类碳氢化合物在较低温度下即开始氧化,温度区域不同,反应机理也不同 高温下,碳氢化合物除了氧化反应,因其不稳定性还会发生分解和裂化反应。 碳氢化合物的氧化反应机理属于退化支链反应,感应期比较长,反应速度也较支链反应慢。 甲烷的燃烧反应机理 甲烷在低温下(900K以下)反应机理 链的产生: 链的继续: 退化分支: 链的继续: 断链: 这组反应机理的特点是生成产物甲醛,它又生成新的活化中心 在高温下,除了氧化物的链锁反应外,还伴随着甲烷的分解。 基本反应式包括甲烷的不完全燃烧反应: 甲醛的进一步完全燃烧: 甲烷的反应速度和氧及甲烷的浓度有关,并和温度及压力有关 根据实验研究,甲烷氧化的最大反应速度: 式中:α—比例常数;p—系统的总压力;m、n、t—实验常数,其值与温度有关。 碳的结晶形态 碳有两种结晶形态:石墨(燃烧中认为碳的结晶形态)、金刚石 石墨碳的燃烧机理 石墨炭的燃烧反应属于异相反应,包括扩散、吸附和化学反应 碳的化学反应—有三种反应 碳与氧反应—初次反应 碳与CO2反应: 一氧化碳的氧化反应: 碳的燃烧机理 碳与CO2的反应及一氧化碳的氧化反应为二次反应 分析生成CO和CO2是初次反应还是二次反应存在三种观点 认为初次反应生成物是CO2,而燃烧产物中的CO是由于CO2和C的还原反应而生成的。 初次生成物是CO,CO2是由于CO的氧化反应而生成的。 初次生成物同时有CO和CO2。—多数学者倾向此见解。 初次生成CO和CO2的原因 吸附对燃烧过程的影响: 氧对碳的吸附不仅在其表面,还溶解于石墨晶格内,二者结合成一种结构不定的质点CxOy。 在氧的撞击下分解: 或热力分解: 当温度低于1200-1300℃,分两个阶段进行。 首先,氧在石墨内迅速溶解: 然后,溶液在氧分子撞击下缓慢分解: 总反应式为: 所以低温下炭的燃烧反应速率方程为 E1为活化能:84~126kJ/mol 高温下的: 其中:E2活化能:290-370kJ/mol 燃烧过程中氧化氮的生成机理 NOX的主要成分: N2O、NO、NO2、N2O3、NO3、N2O4、N2O5等,主要是NO和N2O。 NOX的生成机理 在O2—N2—NO系统中存在下列反应: 它的机理设想存在下列平衡关系: 上述反应基本服从阿伦尼乌斯定律,NO的生成速度为: 影响生成NO的因素 与燃烧产物的温度有关:温度最高的地方,生成NO最强烈的地方。 O、N、H对NO的生成起很大作用。 燃烧产物在高温的停留时间:时间愈长,烟气中NO的浓度愈大。 NO2的生成机理 NO2主要是NO氧化生成的,当有过剩的氧气(空气)时,燃烧产物中将易生成NO2。 降低生成NOX的措施 降低火焰最高温度区的温度 减少过剩空气 燃料中脱N。 第三篇 燃烧基本理论 概述 燃烧过程 燃烧过程是一个复杂的物理化学过程 完成燃烧过程不仅需要一定的浓度和温度,还需要一定的时间和空间 燃烧过程所需要的时间包括三个方面:混合、升温和反应反应所需时间受化学动力学因素的影响,而混合所需的时间则受扩散因素的影响 燃烧过程主要受化学动力学因素和扩散因素的影响 概述 燃烧过程分类 影响因素 动力燃烧:燃烧过程受可燃混合物加热和化学反应速率的限制,而不受混合速度的限制 扩散燃烧:燃烧过程主要受扩散速度的限制 中间燃烧:介于上述两者之间的燃烧 气体流动性质 层流燃烧:燃烧室中煤气、空气和火焰都是以层流流动 紊流燃烧:火焰气体以紊流流动 介于二者之间的过渡性质的燃烧 参加反应物质的物态 同相燃烧:燃料和氧化剂的物态相同 异相燃烧:燃料和氧化剂的物态不同 概述 学习本篇的方法 本篇着重介绍有关燃烧的基本理论,学习时,应着重从基本概念出发,理解现象的本质、变化规律及影响因素,以便能够运用燃烧的基本原理正确地组织炉内的燃烧过程 第七章 射流混合过程 研究射流混合过程的原因 工业炉燃烧过程中气体的混合与加热对整个燃烧过程起着极为重要的作用 在工业炉燃烧技术中,火焰的长度、宽度以及它的温度分布等特性主要取决于煤气与空气的混合 气流的喷出速度、煤气与空气的相对速度、气流的交角以及旋流强度等都会对燃烧过程产生明显的影响 工业炉燃烧技术主要研究的混合规律 紊流射流混合规律 常用到的射流类型:圆形断
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