燃燒基本理論ppt課件(已修改)
2025-05-13 12:04 本頁(yè)面
【正文】 第四節(jié) 燃燒過(guò)程的基本理論 一、基本概念 從燃燒的角度來(lái)看 ， 各種不同燃料均可歸納為兩種基本組成 : ? 可燃?xì)怏w如 H CO及 CmHn等 ? 固態(tài)炭 燃燒是指燃料中的可燃物與空氣產(chǎn)生劇烈的氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量并伴隨著有強(qiáng)烈的發(fā)光現(xiàn)象。 燃燒有兩種類型 : ? 普通的燃燒 ， 亦即正常的燃燒觀象 ? 爆炸性燃燒 ? 普通的燃燒 ， 亦即正常的燃燒觀象 ， 靠燃燒層的熱氣體傳質(zhì)傳熱給鄰近的冷可燃?xì)怏w混合物層而進(jìn)行火焰的傳播 。通常燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣容^小 ， 僅每秒幾米 ， 燃燒時(shí)壓力變化較小 ， 一般可視為等壓過(guò)程 。 ? 爆炸性燃燒 ， 系靠壓力波將冷的可燃?xì)怏w混合物加熱至著火溫度以上而燃燒 ， 火焰?zhèn)鞑ニ俣却?， 約為 1000—4000m/s。 通常是在高壓 、 高溫下進(jìn)行 。 ? 一般窯爐中燃料的燃燒，屬于普通的（正常的）燃燒。 二、 煤粉的燃燒研究 ? 對(duì)燃燒領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，主要關(guān)心的是 煤的燃燒特性和污染特性 ? 煤粉燃燒特性的研究 主要集中在四個(gè)方面： 煤粉的熱解特性 ， 煤粉的著火特性 、 煤焦的燃盡特性及煤的結(jié)渣特性 。 ? 由于焦的燃燒及燃盡需要更長(zhǎng)的時(shí)間 ， 故在燃燒過(guò)程中更為重要 。 1. 煤粉的熱解特性 ? 煤的熱解是指煤在加熱過(guò)程中釋放出氣體 （ 揮發(fā)分 ） 的過(guò)程 。 ? 熱解研究應(yīng)包括兩個(gè)方面：氣態(tài)成分的生成過(guò)程和固態(tài)成分的孔隙結(jié)構(gòu)及形態(tài)變化 。 ? 通常所談到的煤的熱解特性僅指揮發(fā)分的析出特性 。 ? 在 400℃ 之前 ， 基本上只有 CO2析出 ? 在 400~~600℃ ， C2H C2H CO、 CH4和 H2相繼達(dá)到最大值 ， 同時(shí)焦油也在形成； ? 在 600℃ 以后主要是 H2和 CO析出 ， 并達(dá)到最大值 。 ? 通常工業(yè)生產(chǎn)中所用到的揮發(fā)分含量是煤的工業(yè)分析揮發(fā)分含量 ， 它是按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 ， 將干燥的煤樣放在有蓋坩堝內(nèi) ， 在 900177。 10℃ 的馬弗爐中加熱 7min， 煤樣所失去的重量 。 實(shí)驗(yàn)證明 2． 煤粉的著火特性 ? 以煤著火機(jī)理研究、煤粉的著火特性實(shí)驗(yàn)研究及評(píng)判為主要內(nèi)容 ? 煤粉著火機(jī)理的研究已有長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多世紀(jì)的歷程，其中一個(gè)主要的爭(zhēng)論是 ,煤的著火是均相還是非均相的。 ? 均相著火 :一般是指煤中的揮發(fā)分熱解、聚積到一定程度發(fā)生的著火。 ? 非均相著火 :是指氧氣擴(kuò)散到焦炭表面，直接與顆粒發(fā)生反應(yīng)而著火。 Essenhigh在其綜述文章 [15]中給出了著火區(qū)域劃分圖 , 指出煤粒著火不僅有均相著火與非均相著火，而且還有一個(gè)稱為非均相 — 均相的聯(lián)合著火區(qū)（ hcterohomgencous） ? 。 一般，對(duì)于 100μm的大顆粒，且揮發(fā)分含量較多的煤，在慢速加熱的條件下（ 100℃ /s），煤中的揮發(fā)分有可能在顆粒周圍達(dá)到著火條件而首先發(fā)生均相著火。對(duì)于較小煤粒及快速加熱條件下，則可能是煤表面首先著火，這就是非均相著火。 1）非均相著火 ? 經(jīng)典理論是熱爆炸理論（ Thermal Explosion Theory）即 TET理論。 ? 1967年Ｅ ssenhign將煤粒通過(guò)一個(gè)平面火焰來(lái)考察煤粒的著火情況 。 實(shí)驗(yàn)表明 ， 揮發(fā)分在平面火焰前后幾乎是保持不變 ， 而火焰前后混合物中的ＣＯ ２和Ｏ ２ 都發(fā)生了顯著的變化 ， 據(jù)此認(rèn)為煤在火焰中的著火是非均相的 （ 焦炭首先著火 ） 。 ? Ｅ ssenhigh[19]認(rèn)為 ， 大多數(shù)情況下煤粒著火是非均相的 ， 他的理由是煤粒著火溫度與相同煤粒脫去揮發(fā)分之后的煤焦著火溫度基本相同 ， 煤粒著火溫度與熱解溫度基本沒(méi)有關(guān)系 。 ? Ｋ imber[21]等認(rèn)為在快速熱解時(shí) ， 煤中的固定炭將隨著揮發(fā)分的析出而被夾帶出 ， 因此Ｏ ２ 與 CＯ ２ 的變化并不說(shuō)明焦炭一定著火 。 ? 1968年 ， G． K． Thomas[17]等利用高速攝影技術(shù) ， 對(duì)直徑為１ mm的褐煤顆粒在 500℃ 空氣中的燃燒過(guò)程進(jìn)行了研究 ， 發(fā)現(xiàn)著火發(fā)生在煤粒表面某處 ， 然后煤粒溫度升高 ， 直到煤中揮發(fā)分析出才見(jiàn)到火焰變大 。 ? 1989年 ， Ｗ .Print[18]等人對(duì)煤粒在二維流化床中的著火及熱解作了系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)研究 。 結(jié)果表明 ， 在較高的溫度下 （ ８００ ℃ ） 確實(shí)是揮發(fā)分先析出并著火 ， 在低溫下 （ ４５０ ℃ ） 則是整個(gè)煤?；蛎毫１砻婺程幹?。 ? 對(duì)極慢的加熱速度情況 ， 1985年Ｔ ognott[22]利用普通熱天平對(duì)褐煤的著火特性進(jìn)行了研究 ， 他們發(fā)現(xiàn) ， 因揮發(fā)分的慢慢析出 ， 且逐漸擴(kuò)散到空氣中 ， 這樣揮發(fā)分濃度始終很低 ， 因而不可能著火 ， 此時(shí)必定是非均相著火 。 ２）均相著火 ? 煤的均相著火涉及到熱解 、 揮發(fā)分的組成和析出速度 、 以及揮發(fā)分的氣相反應(yīng)機(jī)理等 ， 而人們對(duì)這些了解還很不夠 ， 因此發(fā)展緩慢 。 ? Ａ nnamalai和 Durbetaki[23] 在不考慮多相反應(yīng)時(shí)分析了煤顆粒的均相著火 ， 提出了火焰薄層 （ Ｆ lame Sheet） 模型 ， 其著火判據(jù)稱為絕熱著火準(zhǔn)則 ， 即氣相反應(yīng)放熱正好可以滿足煤的熱解吸熱和將熱解產(chǎn)物加熱到著火溫度 。 ? Gururajan[25]既考慮顆粒表面的氧化反應(yīng) ， 又考慮空間揮發(fā)分的氣相氧化 ， 建立了單顆粒穩(wěn)態(tài)燃燒的詳細(xì)模型 。 ? 模型中著火的判據(jù)是：當(dāng)燃燒狀態(tài)由低溫燃燒或動(dòng)力燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷厝紵驍U(kuò)散燃燒時(shí)著火發(fā)生。模型成功地預(yù)報(bào)了著火溫度隨粒徑、
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