《燃烧基本理论》PPT课件

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1、第四节燃烧过程的基本理论一、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

2、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。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。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。在400℃之前，基

3、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、

4、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。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。1）非均相着火经典理论是热爆炸理论（Therm

5、alExplosionTheory）即TET理论。1967年Ｅssenhign将煤粒通过一个平面火焰来考察煤粒的着火情况。实验表明，挥发分在平面火焰前后几乎是保持不变，而火焰前后混合物中的ＣＯ２和Ｏ２都发生了显著的变化，据此认为煤在火焰中的着火是非均相的（焦炭首先着火）。Ｅssenhigh[19]认为，大多数情况下煤粒着火是非均相的，他的理由是煤粒着火温度与相同煤粒脱去挥发分之后的煤焦着火温度基本相同，煤粒着火温度与热解温度基本没有关系。Ｋimber[21]等认为在快速热解时，煤中的固定炭将随着挥发分的析出而被夹带出，因此Ｏ２与CＯ

6、２的变化并不说明焦炭一定着火。1968年，G．K．Thomas[17]等利用高速摄影技术，对直径为１mm的褐煤颗粒在500℃空气中的燃烧过程进行了研究，发现着火发生在煤粒表面某处，然后煤粒温度升高，直到煤中挥发分析出才见到火焰变大。1989年，Ｗ.Print[18]等人对煤粒在二维流化床中的着火及热解作了系统性的实验研究。结果表明，在较高的温度下（>８００℃）确实是挥发分先析出并着火，在低温下（<４５０℃）则是整个煤粒或煤粒表面某处着火。对极慢的加热速度情况，1985年Ｔognott[22]利用普通热天平对褐煤的着火特性进行了研究，

7、他们发现，因挥发分的慢慢析出，且逐渐扩散到空气中，这样挥发分浓度始终很低，因而不可能着火，此时必定是非均相着火。２）均相着火煤的均相着火涉及到热解、挥发分的组成和析出速度、以及挥发分的气相反应机理等，而人们对这些了解还很不够，因此发展缓慢。Ａnnamalai和Durbetaki[23]在不考虑多相反应时分析了煤颗粒的均相着火，提出了火焰薄层（ＦlameSheet）模型，其着火判据称为绝热着火准则，即气相反应放热正好可以满足煤的热解吸热和将热解产物加热到着火温度。Gururajan[25]既考虑颗粒表面的氧化反应，又考虑空间挥发分的气

8、相氧化，建立了单颗粒稳态燃烧的详细模型。模型中着火的判据是：当燃烧状态由低温燃烧或动力燃烧转变为高温燃烧或扩散燃烧时着火发生。模型成功地预报了着火温度随粒径、氧浓度等因素的变化规律，结果与实验相吻合。章明川[26]利用可燃气体浓度极限