燃料与燃烧02

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1、第三篇燃烧基本原理第三篇学习重点学习第三篇要求重点掌握：1.燃烧的主要分类：动力燃烧和扩散燃烧2.化学反应速度及其影响因素，阿伦尼乌斯定律3.连锁反应和支链反应，氢和碳的燃烧反应机理4.自燃着火和强制点火，闭口/开口体系的着火条件分析5.层流火焰传播速度及其推导，（两区物理模型）燃烧火焰的稳定性，影响层流火焰传播速度的因素；紊流火焰传播速度《燃料与燃烧》第三篇燃烧基本原理第八章燃烧反应速度和反应机理第三篇燃烧基本原理燃料燃烧过程：煤块/油滴/燃气燃烧过程燃烧是复杂的物理化学过程——三传一反：动量传递（流动）热量传递质量传递（扩

2、散）化学反应=混+（热+反）=扩+反第八章燃烧反应速度和反应机理燃烧的基本分类：（1）动力燃烧（动力学控制，预混燃烧）：反»扩（2）扩散燃烧（扩散混合控制）：扩»反（3）中间燃烧：介乎两者之间，扩与反相当。其它分类：按燃料：气/液/固体燃料燃烧按气体流动方式：层流/紊流/过渡燃烧按反应物物态：均相/异相燃烧按固体床层：层状燃烧（固定床）沸腾床燃烧粉煤燃烧（气流床）第八章燃烧反应速度和反应机理§1化学反应速度一、化学反应速度单位时间内反应物浓度的变化：W=dC/d（kMol/m3·s）CO+H2O=C

3、O2+H2W=dCCO2/d=dCH2/d=-dCCO/d=-dCH2O/d第八章燃烧反应速度和反应机理C+O2=CO2化学反应速度：W=KCn反应级数n；反应速度常数K阿伦尼乌斯定律：K=K0exp（–E/RT）频率因子（指前因子）K0；活化能E；通用气体常数R。第八章燃烧反应速度和反应机理二、影响化学反应速度的因素W=K0exp（–E/RT）Cn1.温度T温度升高，反应速度加快；到一定温度（10000K）后，增加缓慢2.活化能E反应本身固有性质；E高，难于反应3.反应物浓度C浓度高，反应速度加快（与反应级数n有关）

4、4.反应物分压分压大即p浓度高，反应速度也加快5.反应级数n由化学反应本身决定第八章燃烧反应速度和反应机理§2可燃气体的燃烧反应机理一、链锁反应机理H2+O2=H2O氢燃烧反应反应过程中有中间活性产物（活化中心），是自由态原子或基团。活化中心能与反应物继续反应，生成产物的同时又产生新的活化中心。活化中心具有高能量，反应时所需的活化能要低得多，使得反应加快。严重时，甚至会发生爆炸。——链锁反应第八章燃烧反应速度和反应机理连锁反应：直链反应（不分支）：链锁反应完成后，活化中心数不增加支链反应（分支）：链锁反应完成后，活化中心数增加

5、。支链反应的反应速率大大加快。第八章燃烧反应速度和反应机理二、氢的燃烧反应机理H2+0.5O2=H2O1.链的产生（形成活化中心）H2+O22OHH2+M2H+M（M为活化分子，M为惰性分子）O2+O2O3+O2.链的继续与支化（支链反应）H+O2OH+OE=75.4kJ/Mol控制反应2OH+2H22H2O+2HE=41.9kJ/MolO+H2OH+HE=25.1kJ/MolH+3H2+O22H2O+3H活化中心增加，反应速度加快第八章燃烧反应速度和反应机理3.器壁断链（活化中心消失）2H（碰器壁）H22

6、OH（碰器壁）H2O22O（碰器壁）O24.空间断链H+O2+MHO2+MO+O2+MO3+MO+H2+MH2O+M第八章燃烧反应速度和反应机理感应期1—开始阶段，得到的能量用以产生活化中心，并不提高反应速度。等温过程的绝热过程的支链反应速度支链反应速度燃烧反应的控制反应：H+O2OH+O反应速度：W=10-11T1/2exp（–7.54104/RT）·CH·CO2第八章燃烧反应速度和反应机理§3碳的燃烧反应机理碳粒燃烧过程：扩散、吸附、反应、内扩散、气相反应、脱附•一次反应：C的氧化反应C+O2=CO2

7、+409kJ/MolC+0.5O2=CO+123kJ/Mol•二次反应：CO2还原反应C+CO2=2CO–162kJ/MolCO氧化反应CO+0.5O2=CO2+286kJ/Mol第八章燃烧反应速度和反应机理碳燃烧反应的三种观点：1.初次生成CO2，再还原成CO2.初次生成CO，再氧化成CO23.*初次同时生成CO2、CO第八章燃烧反应速度和反应机理实验研究结果，多数认同第三种观点，即同时生成CO2和CO（1）1200-1300ºCO2在石墨晶格内溶解：4C+2O2=4C·2（O2）溶固熔络合物缓慢分解：4C·2（O2）溶+O

8、2=2CO2+2CO（控制反应）总反应：4C+3O2=2CO2+2CO（1：1）对于O2是一级反应：W1=K1·pO2·exp（–E1/RT）（2）1600ºC以上O2在石墨晶格上吸附：3C+2O2=3C·2（O2）吸分解反应：3C·2（O2）吸=CO2+2CO总反应：3C+