第4章 燃烧理论基础

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1、第四章第四章 燃烧过程理论基础燃烧过程理论基础v 燃烧是一种发光发热的剧烈化学反应，燃烧速度可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。以用化学反应速率来表示。均相燃烧：均相燃烧：燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧。空气中燃烧。多相燃烧：多相燃烧：燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧。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：但无论哪种燃烧，都可以用如下的反应方程式表示：aAbBgGhH燃料燃料燃烧产物燃烧产物氧化剂氧化剂1. 质量作用定律：质量作用定律：反映反映浓度

2、浓度对反应速度的影响。对反应速度的影响。反应速度：反应速度：在反应系统单位体积中物质浓度的变化在反应系统单位体积中物质浓度的变化率，一般可用率，一般可用烧掉的燃料量烧掉的燃料量或或消耗掉的氧量消耗掉的氧量来表示。来表示。单位是单位是mol /（m3s）。）。ABGHAdCa dCa dCa dCwdb dgdhd ababABAAABBBABdCdCwk C Cwk C Cdd 质量作用定律：质量作用定律：对于对于均相反应均相反应，在一定温度下，化，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

3、相正比，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。应的反应系数。注意：注意：上式适用于均相反应，并假定参与反应的气上式适用于均相反应，并假定参与反应的气体为理想气体。体为理想气体。多相燃烧反应速度：多相燃烧反应速度：对于固体燃料在空气中燃烧这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，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。反应速度只取决于固体燃料的浓度是不变的。反应速度只取决于燃料燃料表面处氧浓度表面处氧浓度。上式说明：上式说明：对于煤粉燃烧，在相同的反应条件（如对于煤粉燃烧，在相同的反应条件（如温度）下，提高燃料附近氧浓度

4、，增大反应物比表温度）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。面积，都能提高化学反应速度，缩短燃料燃尽时间。bBBBBdCwk Cd 化学反应平衡：化学反应平衡：正逆反应速率相等。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。平衡常数：化学反应平衡时正逆反应速度常数之比。gGabABhHwk C Cwk C Cww正反应：逆反应：平衡时：gGhHCabABkC CKkC C2. 阿累尼乌斯定律：阿累尼乌斯定律：反映反映温度温度和和燃料性质燃料性质对反应速对反应速度的影响。度的影响。活化能活化能E：表征燃料的反应能表征燃料的反应能力。

5、能够破坏原有化学键并建力。能够破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能的分子为具有活化能的分子为活化分子活化分子。活化能活化能 E与反应物种类有关，与反应物种类有关，一般一般Vdaf含量小的煤活化能大，含量小的煤活化能大，越不容易着火燃烧。越不容易着火燃烧。0ERTkk e放热反应放热反应吸热反应吸热反应0expbBBEk CRT3. 燃料化学反应速度的影响因素：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：固体燃料多相燃烧反应速度：反应物浓度：反应物浓度：根据质量作用定律，增加反应物氧根据质量作用定律，增加反应物氧的浓度，可以提高化学反应速

6、度。但实际中，还要的浓度，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结合燃料燃烧时的特性综合考虑。比如：着火区的。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的合理比例，是实现燃料尽快着火和稳定燃烧的重要条件。要条件。活化能活化能E：根据阿累尼乌斯定律，在一定温度下，根据阿累尼乌斯定律，在一定温度下

7、，活化能活化能 E越小越小，则反应速度常数，则反应速度常数 k值越大，反应速率值越大，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容易着火和燃尽。而活化能大的燃料，不但着火困难，。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。而且要在较高温度和较长时间下才能燃尽。燃料的活燃料的活化能是决定燃烧反应速度的内因。化能是决定燃烧反应速度的内因。一般活化能一般活化能E与煤与煤种有关。一般种有关。一般Vdaf含量小的煤活化能大。含量小的煤活化能大。温度温度T：在一定的活化能在一定的活化能 E下，下，温度越高温度

8、越高，则反应，则反应速度常数速度常数k值越大，值越大，反应速率越大反应速率越大。这是因为随反应。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，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。有效碰撞频率提高，反应速度加快。压力：压力：当反应温度一定时，在反应系统容积不变的当反应温度一定时，在反应系统容积不变的条件下，提高反应系统的压力，条件下，提高反应系统的压力，相当于提高反应物浓相当于提高反应物浓度度，从而提高化学反应速度。因此，理论上可以采用，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正压燃烧锅炉

9、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。题解决不好，所以正压锅炉的使用并不普遍。催化反应：催化反应：在反应系统中加入少量催化剂可以大大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。变反应时间，不能改变反应程度。连锁反应：连锁反应：可以使化学反应自动连续加速进行。反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、应机理是活化中心的繁

10、殖。其过程包括：链的形成、链的分支、链的终止。链的分支、链的终止。v 不同锅炉中，煤的燃烧方式有多种，不论是哪种燃不同锅炉中，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）。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：多相燃烧反应过程：（1）氧分子扩散到反应表面。）氧分子扩散到反应表面。（2）氧分子被燃料表面吸附。）氧分子被燃料表面吸附。（3）燃料表面进行燃烧反应。）燃料表面进行燃烧反应。（4）燃烧产物由燃料表面解吸附。）燃烧产物由燃料表面解吸附。（5）燃烧产物扩散到

11、环境。）燃烧产物扩散到环境。2、4、5较快较快1、3较慢（瓶颈）较慢（瓶颈）速度：速度：13：动力燃烧区：动力燃烧区1着火温度着火温度Tzh，是因为熄火与着，是因为熄火与着火时的热力条件不同。并且二者会随反应系统热力条火时的热力条件不同。并且二者会随反应系统热力条件的变化而变化，并非物理常数，只是一定条件下的件的变化而变化，并非物理常数，只是一定条件下的相对特征值。相对特征值。在相同测试条件下在相同测试条件下，一般，一般反应能力越强反应能力越强的煤（的煤（Vdaf高，活化能高，活化能E小），着火温度越低，越易小），着火温度越低，越易着火。着火。强化着火防止熄火的措施：强化着火防止熄火的措施：l