燃烧学—第7章1
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《燃烧学》课程笔记第一章燃料与燃烧概述一、燃烧学发展简史1. 古代时期- 早期人类通过摩擦、打击等方法产生火,火的使用标志着人类文明的开始。
- 古埃及、古希腊和古罗马时期,人们开始使用火进行冶炼、烹饪和取暖。
2. 中世纪时期- 炼金术的兴起,炼金术士们试图通过燃烧和其他化学反应来转化金属。
- 罗杰·培根(Roger Bacon)在13世纪对火进行了研究,提出了火的三要素理论:燃料、空气和热。
3. 17世纪- 法国化学家安托万·洛朗·拉瓦锡(Antoine Lavoisier)通过实验证明了燃烧是物质与氧气的化学反应,推翻了燃素说。
- 拉瓦锡的氧化学说为现代燃烧理论奠定了基础。
4. 18世纪- 约瑟夫·普利斯特里(Joseph Priestley)和卡尔·威廉·舍勒(Carl Wilhelm Scheele)分别独立发现了氧气。
- 拉瓦锡和普利斯特里的实验揭示了氧气在燃烧过程中的作用。
5. 19世纪- 热力学第一定律和第二定律的发展,为理解燃烧过程中的能量转换提供了理论基础。
- 化学反应动力学的发展,科学家们开始研究燃烧反应的速率和机理。
6. 20世纪- 燃烧学作为一门独立学科得到发展,研究内容包括火焰结构、燃烧污染物生成与控制等。
- 计算流体力学(CFD)的应用,使得燃烧过程的模拟和优化成为可能。
- 环保意识的提高,促进了清洁燃烧技术和低污染燃烧技术的发展。
二、常见的燃烧设备1. 炉子- 锅炉:用于发电和工业生产中的蒸汽供应。
- 炉灶:家用烹饪设备,使用天然气、液化石油气等作为燃料。
- 热水器:利用燃料燃烧产生的热量加热水。
2. 发动机- 内燃机:汽车、摩托车等交通工具的动力来源。
- 燃气轮机:用于飞机、发电厂等,具有较高的热效率。
3. 焚烧炉- 医疗废物焚烧炉:用于医院废物的无害化处理。
- 城市生活垃圾焚烧炉:用于垃圾减量和资源回收。
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燃烧和灭火讲义【目标导航】(1)从燃烧的条件、认识灭火的原理和方法.(2)了解泡沫灭火器的原理,了解常见的几种灭火器的适用范围。
(3)会运用相关的知识解释和解决日常生活中的相关问题。
【预习检测】1、下列关于燃烧和灭火的说法正确的是____________(填序号)。
①只要满足燃烧的一个条件燃烧即能发生②发光、放热的变化都是燃烧③用水灭火的原理是能降低可燃物的着火点④吹灭蜡烛的原理主要是将温度降到蜡烛的着火点以下⑤只要破坏燃烧的一个条件即能灭火⑥所有的燃烧都需要氧气2、日常生产和生活中要防火灾、防爆炸,并要学会一些安全自救常识。
(1)下列说法正确的是________。
A.加油站可采取严禁烟火、禁止使用手机、架高顶棚加强通风等措施B.高层住房着火,立即打开门窗C.燃气泄漏不能打开排气扇,也不能开灯检查D.只有可燃性气体才能引起爆炸(2)家庭或高层宾馆发生火灾,假如你身居其中,你应该怎么做?(任写两条)①____________________________;②____________________________。
【知识精讲】一、燃烧的条件【归纳】结合前面所学知识总结什么是燃烧:可燃物与_________发生一种的_________、_________的氧化反应。
燃烧学总结第一章绪论1.燃烧的定义:燃料和氧化剂两种组分在空间发生强烈放热化学反应的过程叫做燃烧。
第二章燃料1.成煤作用可划分为两个阶段:即泥炭化作用过程和煤化作用。
2.煤的这种转化阶段称为煤化程度,有时称为变质程度,或煤级。
3.燃料的元素分析:•固体、液体燃料的成分:元素分析成分的构成:碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分。
•气体燃料的成分:气体的分子式煤中碳、氢、氧主要以芳香族结构,脂肪族结构以及脂环族结构存在。
碳是燃料中主要的可燃元素,含碳量高的煤难以着火、燃尽,但其发热量都较高。
氢是热值最高且最有利于燃烧的元素,随着碳化程度的加深,煤中的氢元素含量减少。
氧是不可燃元素,含氧量随碳化程度的加深会较少。
氮通常情况下不可燃,煤中的氮主要以有机氮的形式存在。
硫是可燃元素,但热值很低,存在形式包括有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。
灰分不可燃,属于矿物杂质。
影响:使燃料发热量少;着火、燃烧困难;积灰、结渣;影响传热磨损受热面;污染环境。
按灰分的来源可分为:内部灰分:生成煤时混入,混合均匀;外部灰分:开采、运输时混入,分布不均匀。
水分不可燃,属于杂质。
影响:燃料的发热量;着火、燃烧过程吸热,降低燃烧温度;排烟热损失;受热面腐蚀;制粉、干燥和运输。
水分构成:外部水分(表面水分)、内部水分(固有水分)、化合水分(结晶水)。
4.燃料的成分分析根据水分及灰分变化分为四个计算基准:各基准之间换算:水分的换算公式为:M t=M out+M ad(100-M out)/100其中M t、M out、M ad—燃料中的全水分、外在水分和内在水分,%。
5.煤的工业分析工业分析构成:成分(水分、灰分、挥发分和固定碳)、发热量、灰熔点挥发分:在高温条件下煤有机质分解的产物,不是自然存在于煤中的。
析出温度和析出量对燃烧过程影响很大,成为判别煤着火特性的重要指标之一焦炭:煤析出挥发分、水分后得到的固态物质称为焦炭=灰分+固定碳煤的焦结性:焦炭粘接程度称为煤的焦结性灰熔点:测定方法:角锥法;根据融化状态不同,分为变形温度、软化温度和熔化温度发热量:单位质量或者单位体积的燃料,在完全燃烧情况下所释放出的热量。
思考题第一章绪论1、燃烧的定义(氧化学说):燃烧一般是指某些物质在较高的温度下与氧气化合而发生激烈的氧化反应并释放大量热量的现象。
2、化石燃料燃烧的主要污染排放物?烟尘,硫氧化物,氮氧化物其次还有CO,CO2等其他污染物。
3、燃素学说;燃素学说认为火是火是由无数细小且活泼的微粒构成的物质实体,这种火的微粒即可愿意与其他元素结合而形成化合物也可以以游离的方式存在,大量游离的火的微粒聚集在一起就形成了明显的火焰,它弥散于大气之中变给人以热的感觉,由这种火微粒构成的火的元素便是燃素。
第二章燃料1.什么叫燃料?它应具备哪些基本要求?是指在燃烧过程中能释放出大量热量,该热量又能经济、有效地应用于生产和生活中的物质。
物质作为燃料的条件:(1)能在燃烧时释放出大量热量;(2)能方便且很好的燃烧;(3)自然界蕴藏量丰富,易于开采且价格低廉;(4)燃烧产物对人类、自然界、环境危害小2.化石燃料主要包括那些燃料?(煤,石油,天然气)3.燃料分类方法?燃料按物态分类及其典型代表燃料(1 固体燃料(煤炭)2 液体燃料(石油、酒精)2气体燃料(天然气、氢气)4.燃料的组成,固液体燃料的元素组成都有那些?固体燃料是各种有机化合物的混合物。
混合物的元素组成为:C、H、O、N、S、A、M 液体燃料是由多种碳氢化合物混合而成的。
其元素组成亦为:C、H、O、N、S、A、M5.气体燃料的主要组成成分有哪些?气体燃料是由若干单一可燃与不可燃气体组成的混合物:CO、H2、CH4、CnHm、CO2、N2、H2O、 O2等。
6.燃料分析有几种,分别是什么?(1)工业分析组成(测定燃料中水分(M)、挥发分(V)灰分(A)和固定碳(FC)等4种组分的含量)。
;(2)元素分析组成(用化学分析的方法测定燃料中主要化学元素组分碳(C)、氢(H)、氮(N)、硫(S)和氧(O)以及灰分(A)和水分(M)的含量);(3)成分分析组成(化学分析方法测定气体燃料各组分的体积或质量百分比)7.燃料的可燃与不可燃部分各包含哪些主要成分?可燃成分:(碳(最主要的可燃元素,氢(发热值最高的可燃元素)硫(有机硫、黄铁矿硫:可燃烧释放出热量,合称为可燃硫或挥发硫。
第 7 章 固体燃料的燃烧引言煤在我国能源结构中占有主导地位,约占80%左右。
预期今后煤的应用会更加广泛和深入,在我国经济中的地位将越来越重要。
正因为煤作为燃料的重要性,其燃烧过程被广泛研究。
研究结果可广泛应用到其它固体物质的燃烧。
学习其燃烧机理及规律,对了解固体可燃物的防火防爆具有极其重要的意义。
7.1固体燃料煤的燃烧过程煤在被加热时,其中水分首先被蒸发逸出,继而有机物开始热分解,在热分解过程中一部分分解析出,成为气态的可燃挥发物。
最后剩下的基本上是由碳和灰分组成的固体残物,成为焦炭。
这些被析出的挥发物如果遇有适当的空气(氧气)并且又有足够的高温就会着火燃烧,并产生一定的火焰;固态的焦炭则较难着火,常在部分挥发物或甚至几乎全部挥发物烧掉以后才开始燃烧。
煤的炭化程度愈浅,挥发物就愈多且开始分离气化的温度亦低,因而容易着火;反之,炭化程度愈深,挥发物就愈少、开始分离气化的温度亦高,因而就难以着火。
挥发物基本上燃烧完毕所需时间,仅占燃料全部燃烧时间的10%左右。
7.2 异相化学反应速度固态燃料在空气中的燃烧属异相扩散燃烧(非均相燃烧)。
在这种燃烧中,首先要使氧气到达固体表面,在固体和氧气之间界面上发生异相化学反应,化合形成的反应产物再离开固体表面扩散逸向远处。
如图7-1,氧从远处扩散到固体表面的流量为:()00W D W mC C α∞''=-式中:αD 为质量交换系数;C o ∞为远处的氧浓度;Cow为固体表面的氧浓度。
这些氧扩散到固体燃料表面,就与其发生化学反应。
这个化学反应速度与表面上的氧浓度Cow 有关系。
化学反应速度可以用消耗掉的氧量来表示:图7-1 异相反应中氧气浓度00exp W W E m kC k RT ⎛⎫''==- ⎪⎝⎭(7.2)由式(7.1)、式(7.2)可以得到00001111WW W D DC C C C mkkαα∞∞-''===+(7.3)其中化学反应常数k 服从于Arrhenius 定律,当温度上升时,k 急剧增大。