燃烧学 第3版 PPT课件 第7章 煤的燃烧.pptx

第七章 煤的燃烧贺龙7.1煤的燃烧过程特点及其热解7.1.1 煤的燃烧过程7.1.2 水分的蒸发过程及对燃烧的影响7.1.3 煤的热解与挥发分的燃烧7.1.4 煤粒的着火7.1.5 煤粒燃烧的一些实验研究结果7.1.6 影响煤粒着火的因素7.1.7 焦炭的燃烧特性煤：复杂的固体碳氢燃料水分 + 矿物质+ 有机可燃混合物（由C、H、O、N和S等元素组成）。煤的燃烧过程 7.1.1 煤的整个燃烧过程：着火燃烧挥发分析出加热煤燃烧燃尽焦炭水分蒸发Wiser分子结构模型7.1.2 水分的平衡蒸发阶段 不等温加热干燥阶段 水分的蒸发过程及对燃烧的影响不利：吸收热量 影响 有利：爆烈、多孔结构、H2O+C反应 水分蒸发所需的时间：挥发分：可燃性气体、二氧化碳和水蒸汽的混合物。可燃性气体主要是碳氢化合物，还有一氧化碳和氢气外，少量的酚和其它成分。7.1.3煤的热解：煤被加热到一定温度时开始分解，产生煤焦油和挥发分。煤的热解与挥发分的燃烧主要化学反应？实验现象？影响因素？如何描述？ 如何燃烧的？ ■煤热解的主要化学反应 裂解反应：化学桥键断裂，生成自由基 二次反应：裂解反应、脱氢反应、加氢反应、缩合反应、桥键分解 缩聚反应：生成半焦和焦炭 ■煤的热解现象与影响因素 固定床热解法、热重法、金属网格加热法、沉降反应器法、热解-色谱法等 影响因素：压力温度、加热速度、煤种及粒径、反应器的形式、空气动力条件等。 汇合 ■挥发分的燃烧 挥发分的含量高低对煤的着火和稳定燃烧有显著的影响。通常用挥发分(工业分析)的高低来判断其着火特性和燃烧特性。 一般认为挥发分含量高的煤着火和燃烧都比挥发分含量低的煤要好。碳化程度浅的煤，其挥发分比碳化程度深的煤多，而且挥发分的活性也较强，所以着火也容易。 Coal■煤热解的数学描述 Badzioch最早提出的单方程模型：Stickler两个平 行反应方程模型：■煤粒的着火在低加热速率下，小颗粒煤粉以非均相方式着火，而大颗粒以均相方式着火。加热速率升高时，煤粒向联合着火方式（即挥发分火焰直接引燃碳骸）转变。如：煤粉炉炉膛内。 非均相着火 均相着火 联合着火 非均相反应热 外部加热煤粒的热平衡方程式：对流散热 辐射散热内能增加■煤粒的着火现象与影响因素 挥发分燃烧时，煤粒直径几乎不变，煤粒表面局部有时有挥发物喷流，膨胀特性差别很大 。焦炭烧完，变成极小的粒子。在T＝1200K，CO2＝0.23 kg/m3环境里，d0＝750um褐煤粒的四个燃烧段时间为：预热及挥发分着火：1.146s ；挥发分的燃烧：0.3s ； 焦炭预热着火：0.35s；焦炭燃烧燃尽 ：4.6s。 影响因素：燃料的性质(包括燃料水分、灰分、挥发分)煤的粒径热力条件空气动力参数等 7.2碳燃烧化学反应的 过程碳的燃烧是一种气固两相间在碳的表面上进行的化学反应(非均相化学反应)。包括如下步骤： 7.2.1碳燃烧化学反应的步骤整个反应的速度取决定于这3步中最慢的一步。? O2扩散到达碳球表面并被吸附?反应产物从碳球的表面解吸，向外扩散碳球?在碳表面上进行反应，生成反应产物7.2.2O2碳球表面上吸附了氧的面积份额为θA，表面覆盖分数 ，即：碳燃烧过程中的吸附和解吸碳球解吸的速率常数吸附速率常数 吸附和解吸平衡时，θA将不再变化： 0＜n＜1 讨论1：当BCO2时令一级反应 与碳表面氧浓度无关 当BCO2时当B≈CO2时反应级数n由实验测定由氧的吸附平衡可得由燃烧产物的吸附平衡可得讨论2：氧与燃烧产物都有吸附和解吸作用共5个环节化学反应假设：氧和燃料产物在固体表面上吸附所占的份额为θ1与θ 2，吸附速度常数分别为k1与k2吸附是与氧和燃料产物在表面上的浓度CO2、CXO2的成比例,解吸速度常数分别为k-1与k-2（1）如果表面化学反应本身速度很低时令，得到这时，总反应速度是由表面反应速度控制的（2）如果表面化学反应本身速度很高时氧在固体表面上吸附份额θ1非常小而可忽略不计氧的吸附速度成了控制总反应速度的决定性环节（1-θ2）代表空白的表面分额，因为θ1≈0。 反应产物的吸附和解吸成仍建立平衡关系而令得到无论吸附和解吸关系如何，又无论是吸附速度控制还是化学反应速度控制，均可认为异相化学反应速度n 为0-1之间的分数指数n 的数值取决于反应机理7.2.3碳燃烧的必要条件：足够高的温度和氧气。氧气首先是从气流主体通过外扩散而到达碳的表面，然后进行表面控制反应，同时在颗粒孔隙内进行氧气的内扩散。 碳燃烧过程中的扩散表面反应过程 外扩散 传质过程 扩散 内扩散 碳的动力燃烧与扩 散燃烧7.3扩散消耗假设化学反应速度与CO2的某个分数幂成正比每秒每平方米固体表面上烧掉的