05第五章 烧理论基础.ppt

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 燃烧是物质剧烈氧化而发光、发热的现象，这种现象也称为火。燃烧也可定义为一种带有剧烈放热化学反应的流动现象。 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； 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 50万年前，北京人用火。中国人在公元前1000年用煤，公元200年用石油。公元808年发明火药。 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：德国的施塔尔提出燃素的概念（物质是否燃烧被归于是否含有燃素） →1777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） 二战后期，喷气技术的发展；战后发展； →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、化学反应速度 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： 质量作用定律：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→ 对于多相反应－煤粉与空气混合物 第二节 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：在一定范围内，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； 活化能定义：具有平均能量的分子转变为活化分子所需要的最低能量。或：使某一化学反应得以进行所需要的最低外界能量。 第三节 热力着火 一．热力着火理论的实用性 着火可分为自燃着火和热力着火（强燃）两种。自燃指依靠可燃混合物自身的缓慢氧化反应逐渐积累热能和活化分子，从而自行加速反应，最后导致燃烧的过程。自燃不需要吸收外界热量。热力着火指依靠外加热源向可燃混合物输送热量，提高温度和增加活化分子数量，局部完成着火过程而燃烧，向其他地区扩展而导致燃烧的过程。 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。