硅酸盐热工工业基础燃烧2

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1、第三节燃烧过程基本理论一、燃烧过程概述燃料的种类很多，由状态来分，有固体、液体及气体燃料三种。它们的化学组成也各不相同，但从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成；一种是可燃气体如出、CO及CmHn等，另一种是固态炭。例如：气体燃料的燃烧，亦即可燃气体的燃烧；液体燃料燃烧时，由于加热后气化形成气态炷类以后在高温缺氧时，有一部分怪类裂解生成固态炭粒及较小分子量的炷类或氢，因此液体燃料的燃烧，可以看作是可燃气体及固态炭的燃烧。固体燃料在受热时，挥发分逸出，剩下的可燃物为固态炭，因此固体燃料的燃烧实质上也是可燃气体及固态炭的燃烧，

2、所以研究燃料的燃烧过程，可以从分别研究两种基本燃料组成的燃烧过程着手。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，一种是普通的燃烧，亦即正常的燃烧现象，靠燃烧层的热气体传导传热给邻近的冷可燃气体混合物层而进行火焰的传播。正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。另一种是爆炸性燃烧，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1000-4000米/秒。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（

3、正常的）燃烧。燃烧的条件除要有燃料及空气存在外，尚需达到燃烧所需的最低温度〜着火温度。二、可燃气体反应机理连锁反应：CO、H2、CH4。三、碳的燃烧机理碳的燃烧是两相(气一固相)反应的物理一化学过程。氧气扩散至炭粒表面与它作用，生成CO及C02气体再从表面扩散出来。一部分学者认为氧气扩散至碳表面时，并不立即产生化学反应，而是被碳吸附生成结构不确定的吸附络合物CxOy,当温度升高时，或在新的氧分子的冲击下可分解放出co及co2,其过程是：兀c+*yO2=CxOyC®ICXOv+O2)=mCO+nCO2生成的CO与C02的比例(即m.n的数

4、值)与温度有关。从实验得知，在900〜1200°C间，生成C0与血的比是1：1,系按反应⑺进行，在1450°C以上时按反应⑻进行生成的CO与CO2,的比为2：1。4C4-302=ICO.+2CO(7)3C+202=CO.+2CO(8)不管碳和氧的反应过程按照哪一种过程进行，总的燃烧生成的产物为C0及CO?,高温时C0含量要高一些。有实际意义的，不是炭的燃烧的结构，而是找出燃烧时氧气消耗和燃烧产物生成的规律。碳的燃烧是氧化反应过程与扩散过程的结合，因此碳的燃烧速度与化学反应速度及扩散速度均有关系。化学反应速度可近似地按下式计算：匕=%(2

5、-45)式中Vg单位时间单位碳粒表面上氧化反应消耗的氧量，g/Co—碳粒表面气相中氧的浓度g/cm3；k—化学反应速度系数。扩散速度可按下式计算：(2-46)式中Vd—单位时间扩散至单位炭粒表面上的氧量，g/cm2-s2Cf02—气流中心氧的浓度，g/cms；5—扩散速度系数。在平衡条件下，Vg=Vd=V由式(2—45)可得:C-Cco2一由式(2一46)可得：印Co=V(-+丄丿两式相加：2kadf(2-47)V-Co2_KC，kad式中K—总的燃烧速度系数：(2-48)燃烧速度，常用单位时间内单位表面积燃烧的碳量来表示(Vc),而碳

6、的消耗量与氧的消耗量之比决定于燃烧产物中的CO及C02的数曰Mo设Vc/V=m,则m,故Cir(2-49)—+—kccdm的数值在0.375-0.75范围内变化。当燃烧产物中只有CO时,0.75Cm=—当燃烧产物中只有CO?时，201232=0.375低温是时（约800°C以下）化学反应系数非常小,K«项可忽略，贝I」：KSSK=1'1=k_+——ka（lK=mkC'o?燃烧进度决定于化学反应速度系k（化学反应能力），此时，燃烧速度随温度升高而急剧增，而与气流速度无关。这阶段叫动力燃烧区。图2弋炭的燃烧速度和温度及气流速度的关系曲线I为

7、动力区*曲线f与巫之间为过渡区,曲线m右制为扩敬区5・zw<201436*遐*当温度升高至-定程度时（约WOOC以上），K>>叭《話,K=叫Q(2-50)燃烧速度决定于扩散速度系数ad(扩散能力)，因此燃烧速度不随燃料性质而改变，和温度的关系也不大，而和气流速度的关系却很大，燃烧速度服从于扩散规律，这一阶段叫扩散燃烧区。在动力区与扩散区两个极限情况之间叫过渡区，此时扩散速度与化学反应速度相差不大。燃烧速度与化学反应能力及扩散能力均有关系，此时情况最复杂；所有影响化学反应速度及扩散速度的因素都对燃烧速度有影响。碳的燃烧速度与炭的温度及气流

8、速度的关系见图2-8o实际情况下，碳的燃烧过程是很复杂的，它不仅是氧化反应还有二次反应(CO?+C=2CO)的存在。燃料在窑炉中高温燃烧时，炭的燃烧一般是在扩散区内进行的，因此空气与煤粉很好地混合，或与煤块