燃烧基本理论.ppt

四、分解炉煤粉燃尽动力学Essenhigh[4-5]、Somins[6-7]、Smith[8-10]等人的工作揭示：在燃烧中，煤焦周围的边界层扩散对焦粒的燃烧速率有较大的影响，煤焦的化学特性及内孔扩散也起着更为重要的作用。在计算燃烧动力学参数时，国内许多研究者未考虑燃尽度对燃烧速率的影响，因此所得的计算结果与实际有一定的差距。燃尽度对煤焦燃烧速率的影响主要表现在两个方面：一方面，随着燃尽度的增加，灰壳的扩散阻力随着燃尽度的增加而不断增加，从而使燃烧速率减少另一方面，随着燃尽度的增加，煤焦的反应性也不断变化第30页，共45页，星期日，2025年，2月5日含煤灰的燃尽动力学理论传统的颗粒燃烧模型，一般可分为等密度缩核模型和等粒径燃烧模型两类：前者认为燃烧发生在颗粒的外表面，可燃质密度保持不变，颗粒外径不断减小后者认为燃烧发生在整个煤粒的内部，可燃质外径保持不变，密度逐渐减小提出裹灰缩核模型，来进行含灰煤焦的燃尽动力学研究第31页，共45页，星期日，2025年，2月5日燃尽模型的建立模型认为：煤焦在燃烧过程中，形成了灰壳和未燃炭核两部分。未燃炭核部分的燃烧总发生炭核表面，可燃质密度保持不变，随着燃烧的进行，未燃炭核的半径不断减小，当炭核燃尽，未燃炭核直径变为零。(等密度缩核模型)在未燃炭核的外层是灰壳，灰壳则随着炭核燃烧的进行，灰壳厚度逐渐增加，灰层内的物质密度及气体物质在其中的扩散系数保持不变。在炭粒未点燃之前灰层的厚度为零，炭粒燃尽，灰层厚度为原煤粒半径ro。模型示意图见图3.1。第32页，共45页，星期日，2025年，2月5日第1页，共45页，星期日，2025年，2月5日一、基本概念从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成:可燃气体如H2、CO及CmHn等固态炭燃烧是指燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生大量的热量并伴随着有强烈的发光现象。燃烧有两种类型:普通的燃烧，亦即正常的燃烧观象爆炸性燃烧第2页，共45页，星期日，2025年，2月5日普通的燃烧，亦即正常的燃烧观象，靠燃烧层的热气体传质传热给邻近的冷可燃气体混合物层而进行火焰的传播。通常燃烧的火焰传播速度较小，仅每秒几米，燃烧时压力变化较小，一般可视为等压过程。爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度以上而燃烧，火焰传播速度大，约为1000—4000m/s。通常是在高压、高温下进行。一般窑炉中燃料的燃烧，属于普通的（正常的）燃烧。第3页，共45页，星期日，2025年，2月5日二、煤粉的燃烧研究对燃烧领域来说，主要关心的是煤的燃烧特性和污染特性煤粉燃烧特性的研究主要集中在四个方面：煤粉的热解特性，煤粉的着火特性、煤焦的燃尽特性及煤的结渣特性。由于焦的燃烧及燃尽需要更长的时间，故在燃烧过程中更为重要。第4页，共45页，星期日，2025年，2月5日1.煤粉的热解特性煤的热解是指煤在加热过程中释放出气体（挥发分）的过程。热解研究应包括两个方面：气态成分的生成过程和固态成分的孔隙结构及形态变化。通常所谈到的煤的热解特性仅指挥发分的析出特性。第5页，共45页，星期日，2025年，2月5日在400℃之前，基本上只有CO2析出在400~~600℃，C2H4、C2H6、CO、CH4和H2相继达到最大值，同时焦油也在形成；在600℃以后主要是H2和CO析出，并达到最大值。通常工业生产中所用到的挥发分含量是煤的工业分析挥发分含量，它是按我国标准规定，将干燥的煤样放在有盖坩埚内，在900±10℃的马弗炉中加热7min，煤样所失去的重量。实验证明第6页，共45页，星期日，2025年，2月5日2．煤粉的着火特性以煤着火机理研究、煤粉的着火特性实验研究及评判为主要内容煤粉着火机理的研究已有长达一个多世纪的历程，其中一个主要的争论是,煤的着火是均相还是非均相的。均相着火:一般是指煤中的挥发分热解、聚积到一定程度发生的着火。非均相着火:是指氧气扩散到焦炭表面，直接与颗粒发生反应而着火。第7页，共45页，星期日，2025年，2月5日Essenhigh在其综述文章[15]中给出了着火区域划分图,指出煤粒着火不仅有均相着火与非均相着火，而且还有一个称为非均相—均相的联合着火区（hcterohomgencous）。一般，对于100μm的大颗粒，且挥发分含量较多的煤，在慢速加热的条件下（100℃/s），煤中的挥发分有可能在颗粒周围达到着火条件而首先发生均相着火。对于较小煤粒及快速加热条件下，则可能是煤表面首先着火，这就是非均相着火。第8页，共45页，星期日，2025年，2月5日1）非