硅酸盐热工基础燃料及其燃烧

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H2、CO及C m H n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烃类以后在高温缺氧时，有一部分烃类裂解生成固态炭粒及较小分子量的烃类或氢，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，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l000～4000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(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 、H 2、CH 4。

三、碳的燃烧机理碳的燃烧是两相(气－固相)反应的物理—化学过程。

氧气扩散至炭粒表面与它作用，生成CO 及CO 2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C X O Y ，当温度升高时， 或在新的氧分子的冲击下可分解放出CO 及CO 2，其过程是：y x O C yO xC =+221}yx y x O C O O C 2+ 2nCO mCO +=生成的CO 与CO 2的比例(即m 、n 的数值)与温度有关。

第二部分：热工计算(4-6章)第一次课课题： 4. 燃料及燃烧计算§4.1燃料的通性一、本课的基本要求：1.掌握燃料的化学组成及各种成分之间的相互转换。

2.燃料发热量的计算。

3.标准燃料的概念。

二、本课的重点、难点：1. 重点：燃料的化学组成。

2. 难点:：燃料成分之间的相互转换。

三、作业：第4章燃料及燃烧计算1.燃料的定义：凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热，并且此热量能有效地被利用在工业或其他方面的物质称为燃料。

. 所谓有效地利用是指利用这些热源在技术上是可能的在经济上是合理的。

2.对燃料的要求：(1)在当今技术条件下，单位质量(体积)燃料燃烧时所放出的热可以有效地利用。

(2)燃烧生成物是气体状态，燃烧后的热量绝大部分含欲其气体生成物之中，而且可以在放热地点以外利用生成物中所含的热量。

(3)燃烧产物的性质时熔炼(加热)设备不起破坏作用，无毒、无腐蚀作用。

(4)燃烧过程易于控制。

(5)有足够多的蕴藏量，便于开采。

§4.1 燃料的通性一、燃料的化学组成1.固(液)体燃料的化学组成(1)固(液)体燃料的基本组成固液体燃料的基本组成有C、H、O、N、S、W(水分)及A(灰分)，其中C、H、S 能燃烧放热构成可燃成分，但S燃烧后生成的而氧化硫为有毒气体。

所以视硫为有害成分；氧和氮的存在相对降低了可燃成分的含量，属于有害物质；水分(W)的存在不仅相对降低了可燃成分含量，而且水分在蒸发时要吸收大量的热，所以视水为有害物质；灰分的存在不仅降低了可燃成分的含量，而且影响燃烧过程的进行，在燃烧过程中易溶结成块，阻碍通讯，造成燃料浪费和增加排灰的困难。

(2)固(液)体燃料的成分分析固(液)体燃料的成分分析方法有元素分析法和工业分析法两种。

元素分析法是确定燃料中C、H、O、N、S的重量百分含量,它不能说明燃料由那些化合物组成及这些化合物的形式。

只能进行燃料的近似评价,但元素分析法的结果是燃料计算的重要原始数据。

《硅酸盐工业热工基础》教学大纲二、课程目的和任务硅酸盐工业热工基础课程是一门理论性较强的专业学科基础课，通过热工基础的学习，要求学生掌握燃料与燃烧（其中包括固体燃料、气体燃料、液体燃料的燃烧计算及燃烧设备）、气体流动（主要是气体流动的基本原理及排烟系统的设计计算）和传热（其中包括三种基本的传热方式、换热器的设计计算等）及干燥等方面的基本概念、基本理论和计算，为分析窑炉设备的热工性能、为设计窑炉和研究新型窑炉打下理论基础。

三、本课程与其它课程的关系本课程是在高等数学、物理、物理化学、工程研究基础等课程的基础上，综合运用先修课程的基础知识，分析和解决硅酸盐工业生产中各种操作问题的工程学科，是基础课程向专业课程、理论到工程过渡的桥梁课程之一，并与水泥工艺学、水泥厂工艺设计概论、陶瓷工艺学、陶瓷厂工艺设计概论等课程共同构成一个完整的硅酸盐过程的知识体系，为粉体工程、水泥工业热工设备等课程的学习奠定坚实的基础。

四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（1学时）了解本课程的性质、任务和内容，了解无机非金属材料工程学科的发展。

（二）气体力学及其在窑炉中的应用（9学时）1、主要内容气体力学基础；窑炉系统内的气体流动；烟囱。

2、重点窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计计算。

3、教学要求了解窑炉系统的气体流动特点；理解气体流动的基本规律、气体流动和窑炉的操作和设计的关系；掌握窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计。

（三）燃料与燃烧（10学时）1、主要内容燃料的分类和组成；燃料的热工性质及选用原则；燃烧计算；燃烧过程的基本理论；燃料的燃烧过程及燃烧设备。

2、重点燃烧计算及固体、气体燃料的燃烧过程。

3、教学要求了解各类燃料的热工特性；理解燃烧过程及燃烧设备的特点，合理地选用燃料燃烧设备及组织燃烧过程，达到高产、优质、低消耗的生产效果；掌握燃料燃烧计算的方法。

（四）传热（30学时）1、主要内容传导传热；对流换热；辐射换热；综合传热；不稳定导热。

硅酸盐热工基础硅酸盐热工基础是研究和应用硅酸盐材料在热工领域中的基本理论和实践的学科。

硅酸盐材料是矿物中含有硅酸根离子SiO4的一类化合物，其中最重要的硅酸盐是二氧化硅SiO2。

硅酸盐热工基础的研究内容包括硅酸盐材料的热力学性质、热膨胀性质、热传导性质、热辐射性质等，并以此为基础，研究硅酸盐制品在高温环境下的性能和应用。

在相关研究中，可以参考以下内容：1. 硅酸盐矿物和材料的分类和结构特点：介绍硅酸盐矿物和材料的种类、结构特点、化学组成和基本性质，例如石英、长石、云母等。

2. 硅酸盐材料的热力学性质：介绍硅酸盐材料的热力学性质，包括热容、焓、熵等。

可以讲解硅酸盐材料在不同温度下的热力学性质变化规律，以及与温度、压力、化学组成等因素的关系。

3. 硅酸盐材料的热膨胀性质：介绍硅酸盐材料在高温下的热膨胀性质，包括线膨胀系数、体膨胀系数等。

可以讲解硅酸盐材料的热膨胀性质对材料性能和制品的影响，以及在热工领域中的应用。

4. 硅酸盐材料的热导性质：介绍硅酸盐材料的热导性质，包括热传导系数、热扩散系数等。

可以讲解硅酸盐材料的热导性质对材料的导热性能和传热过程的影响，以及在热工领域中的应用。

5. 硅酸盐材料的热辐射性质：介绍硅酸盐材料的热辐射性质，包括热辐射率、热辐射谱等。

可以讲解硅酸盐材料的热辐射性质对热辐射传热的影响和应用。

6. 硅酸盐制品的高温性能：介绍硅酸盐制品在高温环境下的性能，例如耐火性能、抗热震性能、热稳定性等。

可以讲解硅酸盐制品的制备工艺、配方设计和性能评价方法。

7. 硅酸盐材料在热工领域中的应用：介绍硅酸盐材料在热工领域中的应用研究，例如耐火材料、玻璃陶瓷、石英等。

可以讲解硅酸盐材料的应用原理、制备工艺和性能要求。

综上所述，硅酸盐热工基础是研究和应用硅酸盐材料在热工领域中的基本理论和实践的学科。

在相关研究中，需要考虑硅酸盐材料的热力学性质、热膨胀性质、热导性质、热辐射性质等，并以此为基础，研究硅酸盐制品在高温环境下的性能和应用。

硅酸盐工业热工基础课程设计背景介绍硅酸盐是一类广泛应用于建筑、陶瓷、电子、化工等领域的重要材料。

而硅酸盐工业中的热工处理过程对于产品性能和质量的影响非常大，因此热工基础是硅酸盐工业必备的课程之一。

热力学、传热、反应动力学是硅酸盐工业热工处理中不可缺少的知识点。

本课程设计的主要目的是通过设计真实的硅酸盐工业加工流程，帮助学生深入理解热工基础理论，并掌握相关的技术和操作。

课程设计内容本课程设计需要完成以下内容：1.热力学基础实验：设计并实施硅酸盐产品的热力学基础实验，包括热容、热导率、热膨胀系数等参数测量，结果分析与讨论。

2.传热实验：设计并实施硅酸盐产品传热实验。

通过材料的热传导、对流热传输和辐射传热等角度对传热进行分析。

3.反应动力学实验：设计并实施硅酸盐反应的动力学实验，并对反应过程进行分析和讨论。

4.硅酸盐工业热工流程设计：结合上述实验结果，在硅酸盐工业的实际应用场景中，设计热工处理过程。

课程设计的特点本课程的设计特点在于，将传统的理论教学与实践相结合。

通过实验的方式，让学生深刻理解理论知识，同时掌握操作技能。

此外，本课程注重培养学生的实际应用能力。

通过对硅酸盐工业的实际应用场景进行分析和设计，让学生掌握实际应用中需要的知识和技能，并培养学生的创新能力。

可能遇到的困难和解决方法1.材料的获取：硅酸盐材料较为昂贵，需要注意材料的获取和使用，尽可能利用已有的实验室材料。

如果条件允许，可以联合地方科技局进行合作，获取实验材料。

2.实验设备的限制：硅酸盐工业热处理设备较为特殊，需要注意实验设备的限制。

可以通过借用同行的实验设备，或者采用仿真设备进行实验。

3.数据分析和应用：硅酸盐工业的实际应用场景较为复杂，需要注意数据的分析和应用。

可以请专业的硅酸盐工业技术人员进行指导。

结语硅酸盐工业热工基础课程设计是一门重要的应用课程。

通过实验的方式，让学生深刻理解理论，并培养实际应用能力。

此外，需要注意材料和实验设备的获取和限制，并请专业技术人员进行指导。