4燃烧过程理论1.ppt

第四章　燃烧过程的理论基础　 内容提要 化学反应速度 均相反应质量作用定律 多相反应质量作用定律 阿累尼乌斯定律 压力对反应速度的影响 煤燃烧过程的四个阶段 焦碳的燃烧反应 焦碳燃烧的动力学特性 焦碳燃烧的动力学特性 碳的燃烧反应速度 碳的燃烧反应速度 燃烧反应区域 煤的燃烧特点 煤粉的燃烧特点 着火和熄火的热力条件 煤粉气流的着火温度 煤粉气流的熄火温度 煤粉气流的着火热源 煤粉气流的着火热源 煤粉气流着火热 煤粉气流着火热 煤特性、散热条件及初温对着火的影响 一次风量、一次风速对着火的影响 锅炉的负荷对着火的影响 煤粉气流完全燃烧的条件 煤粉气流完全燃烧的条件 煤粉气流完全燃烧的条件 * 化学反应速度 化学反应速度 固体燃料的燃烧 煤燃烧的四个阶段 煤和煤粉的燃烧特点 煤粉气流的着火与燃烧 着火与熄火的热力条件 煤粉气流的着火及影响因素 影响反应速度的因素 焦碳的燃烧 煤粉气流着火热源 完全燃烧的条件 化学反应速度 在反应系统单位体积中物质（反应物或生成物）浓度 的变化率，单位是mol /（cm3·s） 对于反应式 ?A＋?B → ?G＋?H 反应速度为 CA、CB、CG、CH 分别为反应物A、B和生成物G、H的浓度，mol/cm3 α、β、γ、δ 分别为相应的化学计量系数 燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程 均相燃烧 燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧 多相燃烧 燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧 1/1 质量作用定律 反映浓度对化学反应速度的影响 对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应各反应物浓度乘积成正比，各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学计量系数 1/4 对反应 ?A＋?B → ?G＋?H 质量作用定律可用下式表示 式中：k 为反应速度常数，表示单位物质浓度时的反应速度 在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞机会越 多，化学反应速度就越快。 2/4 多相燃烧反应在固体表面进行，固体燃料浓度不变（CA=常数），故多相反应速度w是指在单位时间、单位表面上反应物（气相）浓度的变化率 式中 fA－单位容积两相混合物中固相物质的表面积； CB－气相反应物质的浓度 阿氏定律 反映温度对化学反应速度的影响 反应物浓度不变时，反应速度常数k 随温度变化的关系 式中 k0－频率因子，近似为一常数 R、T、 E －通用气体常数、热力学温度、活化能 3/4 活化能 E 能够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 在反应容积不变的情况下，反应系统压力增高，就意味着反应物浓度增加，化学反应速度增加 4/4 预热干燥 煤被加热至100℃左右，煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐蒸发出来。大量吸热 1/1 挥发份析出并着火 温度升至一定值，煤中挥发分析出，同时生成焦碳（固定碳）。挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度。不同的煤，开始析出挥发分的温度不同，达到一定温度，析出的挥发分就着火、燃烧。对应的温度称煤的着火温度，不同煤的着火温度不同。少量吸热 燃烧 挥发份首先燃烧造成高温，包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧产物离析后，碳开始着火、燃烧。大量放热 燃尽 残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。少量放热 上述各阶段实际是交叉进行的；其中着火和燃尽是最重要的两个阶段，着火是前提，燃尽放热是目的 附加反应 C 及 C O 与空气中的水蒸汽产生的反应 1/6 一次反应 在一定温度下，碳和氧的化学反应可能有两种 二次反应 一次反应的生成物CO2、CO与初始反应物碳和氧 再次发生反应 2/6 氧气从外界扩散到炭粒周围，氧气通过灰壳的阻力，到达炭粒的表面； 氧气吸附在炭粒表面； 高温下，炭粒和氧进行化学反应，生成CO2和CO，同时不可燃物生成灰渣（灰壳的一部分）； 焦碳燃烧按下述程序进行 燃烧产物（CO2和CO）从炭粒表面上解吸析； 燃烧产物通过灰