第4章燃烧理论基础.ppt

第四章 燃烧过程理论基础 * * 化学反应速度及其影响因素 固体燃料的燃烧理论 煤和焦炭的燃烧 煤粉气流的着火与燃烧 化学反应速度及其影响因素 　燃烧是一种发光发热的剧烈化学反应，燃烧速度可以用化学反应速率来表示。 　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。 　但无论哪种燃烧，都可以用如下的反应方程式表示： 燃料 燃烧产物 氧化剂 1. 质量作用定律：反映浓度对反应速度的影响。 反应速度：在反应系统单位体积中物质浓度的变化率，一般可用烧掉的燃料量或消耗掉的氧量来表示。单位是mol /（m3·s）。 质量作用定律：对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应的各反应物浓度幂的乘积成正比，各反应物浓度幂的指数等于化学反应式中相应的反应系数。 注意：上式适用于均相反应，并假定参与反应的气体为理想气体。 多相燃烧反应速度：对于固体燃料在空气中燃烧这一类多相燃烧，可认为燃烧反应发生在燃料的表面，固体燃料的浓度是不变的。反应速度只取决于燃料表面处氧浓度。 上式说明：对于煤粉燃烧，在相同的反应条件（如温度）下，提高燃料附近氧浓度，增大反应物比表面积，都能提高化学反应速度，缩短燃料燃尽时间。 化学反应平衡：正逆反应速率相等。 平衡常数：化学反应平衡时正逆反应速度常数之比。 2. 阿累尼乌斯定律： 反映温度和燃料性质对反应速度的影响。 活化能E：表征燃料的反应能力。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，一般Vdaf含量小的煤活化能大，越不容易着火燃烧。 放热反应 吸热反应 3. 燃料化学反应速度的影响因素： 固体燃料多相燃烧反应速度： ①反应物浓度：根据质量作用定律，增加反应物氧的浓度，可以提高化学反应速度。但实际中，还要结合燃料燃烧时的特性综合考虑。比如：着火区的可燃物浓度比较高，氧浓度不可过高，这是为了维持着火区的高温状态，使燃料尽快着火。但如果过分缺氧，又会熄火。因此在着火区控制燃料与空气的合理比例，是实现燃料尽快着火和稳定燃烧的重要条件。 ②活化能E：根据阿累尼乌斯定律，在一定温度下，活化能 E越小，则反应速度常数 k值越大，反应速率越大，即燃料的反应能力越强，即使在较低的温度下容易着火和燃尽。而活化能大的燃料，不但着火困难，而且要在较高温度和较长时间下才能燃尽。燃料的活化能是决定燃烧反应速度的内因。一般活化能E与煤种有关。一般Vdaf含量小的煤活化能大。 ③温度T：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。这是因为随反应温度升高，分子的平均动能增大，活化分子数目增加，有效碰撞频率提高，反应速度加快。 ④压力：当反应温度一定时，在反应系统容积不变的条件下，提高反应系统的压力，相当于提高反应物浓度，从而提高化学反应速度。因此，理论上可以采用正压燃烧锅炉来强化燃烧，但由于燃烧系统的密封问题解决不好，所以正压锅炉的使用并不普遍。 ⑤催化反应：在反应系统中加入少量催化剂可以大大提高反应速度，因为催化剂可以改变反应途径，降低反应所需活化能，极大提高反应速度。催化剂只能改变反应时间，不能改变反应程度。 ⑥连锁反应：可以使化学反应自动连续加速进行。反应机理是活化中心的繁殖。其过程包括：链的形成、链的分支、链的终止。 固体燃料的燃烧理论 不同锅炉中，煤的燃烧方式有多种，不论是哪种燃烧方式，都是固体煤与气体之间的多相燃烧，反应都是在固相表面进行的（不考虑多孔性）。 1. 多相燃烧反应过程： （1）氧分子扩散到反应表面。 （2）氧分子被燃料表面吸附。 （3）燃料表面进行燃烧反应。 （4）燃烧产物由燃料表面解吸附。 （5）燃烧产物扩散到环境。 2、4、5较快 1、3较慢（瓶颈） 速度： 13：动力燃烧区 13：扩散燃烧区 2. 多相燃烧化学反应速度和燃烧区： 以碳粒为例，燃烧反应速度常数kap取决于碳粒表面的化学反应速度常数k和氧的扩散速度常数αd。 根据αd和k的相对大小，可进行燃烧区域的划分。 动力区 扩散区 ①动力燃烧区（低温）： 定义：反应温度低于900~1000℃时， 化学反应速度很低，燃烧所需氧量较少，氧气供应很充足，提高氧扩散速度对燃烧影响不大，燃烧速度主要受制于燃烧反应动力因素（反应温度 和碳的活化能），此时燃烧处于动力燃烧区。 强化燃烧的措施：提高反应系统温度。 动力区 扩散区 ②扩散燃烧区（高温）： 定义：反应温度高于1400℃时， 化学反应速度很高，以至于扩散到碳粒表面的氧立刻被消耗掉，提高温度对燃烧影响不大，燃烧速度主要受制于氧气向碳粒表面的扩散速度，此时燃烧处于扩散燃烧区。 强化燃烧的措施：增强空气扰动，采用