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4燃烧过程理论

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燃烧理论第四讲火焰传播理论

燃烧理论第四讲火焰传播理论

其边界条件是
x ,T
T0
,
dT dx
0
假定Ti是预热区和反应区交界处(温度曲线曲率变化点)的温度， 从T0到Ti进行积分，
(下标“I”表示预热区)
0 Sn Cp
Ti
T0
dT dx
I
反应区的能量方程为
d2 y dx2
wQ
0
其边界条件是
x 0,T Ti ;
dT x ,T Tm , dx 0
传播速度。
尚于缺几少乎完不全可符能合得到Sn定严义格的的测平定面方状法火。焰精面确。测量Sn的困难在 测定Sn的实验方法，一般可归纳为静力法和动力法两类。 （一）、静力法测定Sn
度Sn(或称层流火焰传播速度Sl，或正常火焰传播速度)，简
称火焰传播速度。未燃气体与已燃气体之间的分界面即为 火焰锋面，或称火焰面。
静止均匀混合气体 中的火焰传播
流管中的火焰锋面
取一根水平管子，一端封住，另一端敞开，管内充满可燃 混合气。点火后，火焰面以一定的速度向未燃方面移动， 由于管壁的摩擦和向外的热量损失、气体的粘性、热气体 产生的浮力，使其成为倾斜的弯曲焰面。
乘式
2
dT dx
d dx
dT dx
2
2
dT dx
d 2T dx2
后积分（下标“Ⅱ”表示反应区）
dT dx
2
Tm wQdT
Ti
dT dx
I
dT dx
Sn
2 Tm wQdT Ti
02Cp2 Ti T0 2
Ti为未知，进一步变换可得
Sn
2 Tm wQdT T0
02Cp2 Tm T0 2
湍流火焰模型
(a)小尺度湍流；(b)、(c)大尺度湍流； (d)容积湍流燃烧

着火理论

着火理论

d2T/dt2<0 d2T/dt2=0 d2T/dt2>0
a c
b
q ´ l3 q ´ l4
T ∞Ⅰ T ∞Ⅱ T ∞Ⅲ T ∞Ⅳ (a)
二、着火感应期
（2）作T~t曲线图
T
q´g q ´ l1 q ´ l2
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
b Tc c a T ∞Ⅰ T ∞Ⅱ T ∞Ⅲ T ∞Ⅳ
q ´ l3 q ´ l4
Ⅰ
（7） 两边取对数得：
PC2 hsR3 E ln 4 ln TC HCVK0 X f (1 X f ) RTC
2
2、有关自燃温度的重要结论：在具备热 T T RTC C 0 E 自燃的条件时，自热温度和环境温度（初 始条件温度）相差不大。
三、谢苗诺夫自燃理论的应用-----预测自燃着火极限
4、放热曲线、散热曲线
对流换热系数下降：曲线相切，临界状态，相切工况： 体系处于能否着火的临界状态。 对流换热系数较低：曲线相离，气体温度始终上升，相 离工况：体系肯定能着火。 ②自然准则：临界条件：对 几个 h 值的 q ´ l 流换热系数h02是个极限值， q´ b 小于这个值，反应就会不断 加速直至着火，称为临界对 流换热系数，用ha.cr表示。 a ③切点C的意义：C点标志着体 q´g 系处于由维持低温、稳定氧化 T 反应状态到不能维持这种状态（即到 加速反应状态）的过渡状态，体现了体系热自燃着火条件。
RTC2 hS E
(4) 代入（3-6）得： H CVK 0 C (5) 对理想气体有
Cf Pf RTC
a f
C e
b ox
E / RTC
（3-9） （3-10） （3-11）

X f PC RTC

燃烧理论第4章

燃烧理论第4章

第4章着火（自燃与引燃）本章内容：着火的概念谢苗诺夫的热着火理论（热）自燃的着火延迟链着火理论强制着火着火范围4.1 着火的概念燃烧过程一般可分为两个阶段，第一阶段为着火阶段，第二阶段为着火后的燃烧阶段。

在第一阶段中，燃料和氧化剂进行缓慢的氧化作用，氧化反应所释放的热量只是提高可燃混合物的温度和累积活化分子，并没有形成火焰。

在第二阶段中，反应进行得很快，并发出强烈的光和热，形成火焰。

与连续、稳定的燃烧阶段不同，着火是一个从不燃烧到燃烧的自身演变或外界引发的过渡过程，是可燃混合物的氧化反应逐渐加速、形成火焰或爆炸的过程。

在这个过渡过程中，反应物的消耗及产物的生成尚不明显，它们之间的相互扩散的量级不大，扩散速度对此过渡过程的化学反应影响极微。

因此，着火是一个化学动力学控制的过程。

火焰的熄火过程也是一个化学反应速度控制的过程。

但与着火过程相反，它是一个从极快的燃烧化学反应到反应速度极慢，以至不能维持火焰或几乎停止化学反应的过程。

4.1.1 两种着火类型有两种使可燃混合物着火的方式：自发着火及强制着火。

自发着火有时又叫自动着火或自燃(以后统称为自燃)。

它是依靠可燃混合物自身的缓慢氧化反应逐渐累积热量和活化分子，从而自行加速反应，最后导致燃烧。

自燃有两个条件：1）可燃混合物应有一定的能量储蓄过程。

2）在可燃混合物的温度不断升高，以及活化分子的数量不断积累后，从不显著的反应自动转变到剧烈的反应。

有许多燃料与氧化剂在高温下迅速混合并导致自燃的例子。

例如，柴油喷到高温的压缩空气中在极短的时间内，部分地蒸发并与空气混合，在经历一定的延迟后反应便进行得非常快而着火燃烧；在冲压式喷气发动机及涡轮喷气发动机中燃料喷雾在加力燃烧器中的着火；汽油机中的爆震等。

强制着火是靠外加的热源（外部点火源）向混合物中的局部地方加入能量，使之提高温度和增加活化分子的数量，迫使局部地方的可燃混合物完成着火过程而达到燃烧阶段，然后火焰向可燃混合物的其他部分传播，导致全部可燃混合物燃烧。

第四章 燃烧反应计算

第四章 燃烧反应计算

实际燃烧时，由于n 1 ，因此就多了一 部分的空气未参与燃烧反应，这样就在燃烧产 物中增加了氧成分（O2’即VO2），且使得N2’ 含量增加，这时的实际燃烧产物生成量可以写 成：
Vn= Vco2+Vh2o+ VSO2+VN2+VO2
值得注意的是，这里的VN2与Vo中的VN2是不相等 的，要多（Ln-Lo）79% ！
燃料与燃烧学
燃烧反应计算
概述
燃烧反应的静力学计算，不涉及速度即动 力学 按燃烧反应式进行物质平衡及热平衡计算

目的



合理利用燃料 选择合理的风机 组织合理的燃烧 为炉子设计和管理提供必要的原始数据
假设条件



反应速度无限快，充分混合、接触，氧化剂允许过 剩，燃烧产物包括反应完成后生产物、剩余物 气体体积均为标准状态下体积（0℃，1kmol： 22.4m3） 空气成分：干成分 O2、N2，其中体积比例为：O2： 21%、N2：79%，重量：O2：23.2%、N2：76.8% 水蒸汽按饱和水蒸气计算 燃烧反应计算知道燃料成分，固、液体燃料为应用 成分，气体燃料为湿成分
79 N 2 LnX 100 + 100
因此
Vn=(CO+H2+ (n
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
+
+(n -0.21)L0+
当n = 1时
0.00124gLn
Vo=(CO+H2+ (n +0.79L0
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100

徐通模燃烧学--第4章

徐通模燃烧学--第4章
23
2）环境温度为Tb2时，不同散热条件下会出现不同的燃烧状态。 若散热曲线为Q2b，在反应初期，放热
大于散热，反应系统温度增加，至点2 达到平衡。
点2是一个不稳定的平衡点。系统处在 点2左边时，Q1>Q2b，系统会升高温度 到达点2；在右边时，Q1>Q2b，系统会 继续升高到达点3，进行高温燃烧。此 时满足着火条件2。
52
第三节 链锁自燃理论
热能与动力工程系
链锁自燃概念
链锁自燃是可燃混合物在低温、低压下，由于分支链锁 反应使反应加速，最终导致可燃混合物燃烧。
链锁爆燃理论的实质是由于链锁反应的中间反应是由简 单的分子碰撞所构成，对于这些基元反应热自燃理论是 可以适用的。但整个反应的真正机理不是简单的分子碰 撞反应，而是比较复杂的链锁反应。
c1n 0
E
e RT0
QEk0
ln i (1 n) ln p B
五、热自燃界限
无论是均相气体燃料或固体燃料，当周围介质温度T0达到 一定值后，即出现热自燃着火，其临界自燃条件如上所述 的第2点临界方程，此时的系统温度即为自燃温度。
试验也表明，在一定的炉内压力p0下，可燃混合物的浓度 变化时，其自燃温度也不相同。
着火时
即，增大燃烧室空间，弥补了压力降低引起的着火点升温的弊 端，保证着火进行，因此说提高了着火性能。熄火距离
着火浓度界限
ln p0 Tz2h

1 2
ln
R 3
QVk0 xA2
E


E 2RTzh
对于谢苗诺夫方程，还可以固定压力p，作T-xA着火浓度界限 图，固定温度T作p-xA着火浓度界限图，如下图所示。这些曲 线统称为着火浓度界限（或自燃界限和范围）。一般来说， 这些图线都呈U型，U型区内为着火区，U型区外为不着火区。

消防燃烧学课件

消防燃烧学课件

爆炸升压速度：
爆炸威力指数=最大爆炸压力×平均升压速度。 爆炸总能量：
可燃气体的燃烧
爆炸极限
一、基本概念
1、爆炸下限：可燃气与空气组成的混合气体遇火源能发生爆炸 的最低浓度。 2、爆炸上限：可燃气与空气组成的混合气体遇火源能发生爆炸 的最高浓度。
二、实用意义
（一）评定气体和液体蒸气的火灾危险性大小。 （二）评定气体生产、储存的火险类别。 （三）确定安全生产操作规程。
着火与灭火的基本理论
三、着火条件
1、着火条件 如果在一定的初始条件下，系统将不可能在整个时间 区段保持低温水平的缓慢反应态，而将出现一个剧烈的加 速的过渡过程，使系统在某个瞬间达到高温反应态，这个 初始条件便称为着火条件。 2、正确理解着火条件 ① 达到着火条件，只是具备着火的可能。 ② 着火条件指的是系统初始应具备的条件。 ③ 着火条件是多种因素的总和。
（二）阻火器：阻火器是阻止火焰传播的火焰阻断装置。 金属网阻火器：在器内用若干层有一定 孔径的金属网，把空间分隔成许多小孔隙。 砾石阻火器：器内是用沙粒、卵石、玻璃 球、铁屑等作为充填料，将器内空间分隔 成许多小孔隙。 波纹金属片阻火器：通常由交迭放置的 波纹金属片组成的有三角形孔隙的方形 阻火器和将一条波纹带与一条扁平带绕 在一个芯子上组成的圆形阻火器。
2、爆轰区的特点：
（1）燃烧后气体压力要增加； （2）燃烧后气体密度要增加； （3）燃烧波以超音速传播。
可燃气体的燃烧
层流预混气中正常火焰传播速度
火焰传播机理
1、热理论
火焰能在混气中传播是由于火焰中加速的结果。
2、扩散理论
火焰能在新鲜混气中传播是由于火焰中的自由基向新鲜冷混
着火与灭火的基本理论
谢苗诺夫自燃理论

燃烧学 第四章 燃烧物理学基础


g CD
p a a
2 dp
二、粒径
• 粒径表示每个固体颗粒大小的程度，是判断颗粒
粗细程度的一个指标。
– 如果颗粒是球形或接近于球形，那么可以取其直径作 为粒径。
– 若颗粒的大小和形状不同，要对颗粒进行准确测定并 将其表示出来几乎不可能的。
粒径的测量方法
• 直接测定的当量直径 （显微镜直径） • 间接测定的有效直径（沉降颗粒直径）
f——某截面上某点处介质射流浓度
四、旋转射流
• 旋转射流有三个方向分速度
– 轴向速度 – 切向速度 – 径向速度（通常较小，可忽略）
• 切向速度大，在射流中心区形成反流区
（逆流区或回流区）称为强旋流
• 切向速度小，未在中心形成反流区，称为
弱旋流
四、旋转射流
• 旋转射流特点
– 强旋流的回流区可提供点火热源，实现稳定燃烧 – 扩散角大，初期混合强烈，射程短，后期混合弱，
• 在考虑两种组分以上的多组分混合物的扩散问题时，常常
把考虑的组分当作一种组分，而把组分以外的所有组分作 为另一种组分，这样近似地处理为双组分扩散问题，那么
扩散方程可以写为：
uuv Js
Ds
s
y
二、扩散定律
• 假定把混合物看作理想气体，还可以把扩散方程表示成分
压力梯度或质量百分数的形式，即：
v J
射流中心有负压区
回流区
轴向速度分布
切向速度分布
一、颗粒的悬浮速度
• 颗粒的沉降速度和悬浮速度
FD
FD W FB
FB
FD
CD
4
d
2 p
1 2
aug2
W
FB
d

第四章 柴油机的燃料与燃烧过程


蒸发性好的组成成分其发火性差。90％和95％馏出温度标志柴油
中所含重质成分的数量。90％和95％馏出温度高，说明柴油中重
质成分较多，其挥发性较差，在气缸内不易蒸发，与空气混合不
均匀，导致排气冒烟和积炭增加；因此，应对90％和95％馏出温
度有所控制，要求其值较低。一般要求柴油的50％馏出温度应适
宜，90％馏出温度和95％馏出温度应比较低。
2）中、小型柴油机：除依靠喷雾条件的改进， 还必须依靠强烈的涡流运动—分隔式燃烧室；
2. 油膜蒸发混合
1）大部分燃油 燃燒室壁
蒸发
汽化 混合
进气涡流
油膜
压缩涡流
混合气
热分层效应 有效利用空气
2）少部分燃油以油雾形式分散在燃烧室空间， 完成着火准备，形成火源，点燃油膜蒸发混 合形成的可燃混合气。
控制燃烧室的壁温和油量，可抑制燃烧 前期的反应，控制燃烧过程的进展。
20℃，适合于冬季或寒冷地区使用。
第二节 柴油机混合气的形成
化学能 燃烧 热能 膨胀做功 机械能 一、混合气形成的特点
与汽油机相比，柴油机的混合气形成有如下的特点。首先是柴 油机的混合气形成只能在气缸内部进行；其次是混合气形成所占时 间甚短，一般占15°～35°曲轴转角，在0.0007～0.003秒的时间 内燃油经历破碎雾化、吸热、汽化、扩散与空气混合等过程，因而 混合气成分在燃烧室各处很不均匀，而且随着燃油的不断喷入在不 断改变。这就迫使柴油机的过量空气系数远大于汽油机。柴油机的 过量空气系数一般为1.2～1.5，致使气缸工作容积利用率降低。
3）介质反压力 介质的密度增加，反压力增大，作用在油
束上的空气阻力增加，有利于燃料雾化，喷雾 锥角增加，射程缩短。
4）喷油泵凸轮外形及转速

燃烧理论第四讲火焰传播理论


湍流火焰模型
(a)小尺度湍流；(b)、(c)大尺度湍流； (d)容积湍流燃烧
1—燃烧产物；2—新鲜混气；3—部分燃尽气体
三、层流火焰传播速度的测定
层流火焰传播速度不能用精确的理论公式来计算。通常是
依值靠，实有验时方也法可测依得照单经一验燃公气式或和混实合验燃数气据在计一算定混条合件气下的的火焰Sn
传播速度。
尚于缺几少乎完不全可符能合得到Sn定严义格的的测平定面方状法火。焰精面确。测量Sn的困难在 测定Sn的实验方法，一般可归纳为静力法和动力法两类。 （一）、静力法测定Sn
1、管子法 静力法中最直观的方法是常用的管子法，测定时，用电影 摄影机摄下火焰面移动的照片，已知胶片走动的速度和影
与实物的转换的比例，就可算出可见火焰传播速度Sv。在
管径越大，管壁散热对火焰传播 速度的影响越小，如焰面不发生 皱曲，则随着管径的增大火焰传
播但速实度际上上升管，径并增趋大向时于焰极面限要值发生Sn。
皱曲。管径越大，焰面皱曲越烈
，升因。而Sv值随管径的增加而不断上
当管径小到某一极限值时，向管 壁的散热大到火焰无法传播的程
度。，临这界时直的径管在径工称程为上临是界有直意径义的dc
，可利用孔径小于临界直径值的 金属网制止火焰通过。
图2-22 火焰传播速度与管径 的关系
管子法测得的可见火焰传播速度与燃气空气混
合物成分的关系(d=25.4mm)
l—氢；2—水煤气；3—一氧化碳；4—乙烯；5—炼焦煤气；6—乙烷 ；7—甲烷；8—高压富氧化煤气
2、皂泡法
将已知成分的可燃均匀混合气注入皂泡中，再在中心用电 点火化点燃中心部分的混合气，形成的火焰面能自由传播 (气体可自由膨胀)，在不同时间间隔出现半径不同的球状 焰面。用光学方法测量皂泡起始半径和膨胀后的半径，以 及相应焰面之间的时间间隔。即可计算得火焰传播速度。

防火防爆知识总结

绪论1、燃烧：是可燃物质与助燃物质发生的一种发光发热的氧化反应。

2、燃烧四要点：1）、可燃物质存在2）、助燃物质存在3）、发生氧化反应4）、伴有发光发热。

3、燃烧三要素：（1）可燃物质（2）助燃物质（3）点火源4、燃烧两个本质特征：（1）新的物质产生（2）伴随着发光放热现象5、燃烧3个特点：（1）发光（2）放热（3）生成新物质6、燃烧的危害性：主要是其燃烧产物。

7、火灾的危害性：（1）造成资源浪费（2造成环境破坏（3）造成人身伤亡（4）造成财富毁灭（5）引起社会波动8、爆炸的危害性：（1）直接的爆炸作用（2）冲击波的破坏作用（3）造成火灾9、防火防爆的基本目的：把人生伤亡和财产损失降至最低限度。

10、防火防爆的基本原则：预防为主，防消结合。

第一章防火基本原理1、燃烧的学说和理论：（1）燃烧素学说（2）燃烧的氧化学说（3）燃烧的分子碰撞理论（碳氢化合物的氧化在300℃左右就进行了）（4）活化能理论（5）过氧化物理论（6）链式反应理论2、链式反应的过程：(1)链引发。

(2)链传递。

(3)链终止。

3、链式反应的分类：链式反应有分支连锁反应和不分支连锁反应两种。

（氢和氧的反应属于分支连锁反应、氯和氢的反应是不分支连锁反应）5、燃烧形式：扩散燃烧蒸发燃烧分解燃烧表面燃烧混合燃烧阴燃6、根据燃烧的起因可分为闪燃、着火和自燃三类。

7、闪燃：可燃液体的蒸气（也包括可升华固体的蒸气）与空气混合后，遇到明火而引起瞬间（延续时间少于5S）燃烧叫闪燃。

8、闪点：液体能发生闪燃的最低温度，称为该液体的闪点。

9、着火：存在可燃物和助燃物（充分空气、氧）时，有点火源作用引起的持续燃烧现象叫着火。

10、燃点/着火点：使可燃物发生持续燃烧的最低温度,称为燃点或着火点.燃点越低,越容易着火。

11、闪点与燃点的区别：燃点燃烧不仅是蒸气，而且还有液体。

闪点时移去火源后，闪燃即熄灭，而在燃点时则能继续燃烧。

12、自燃：可燃物受热升温而不需明火作用就能自行着火燃烧的现象.13、自燃点：可燃物发生自燃的最低温度。

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再次发生反应
1 C CO 2 2COCO O 2 CO 2 2
附加反应 C 及 C O 与空气中的水蒸汽产生的反应
C H 2O CO H 2 C 2 H 2O CO 2 2 H 2 CO H 2O CO 2 H 2
1/6
9
焦碳燃烧的动力学特性
3/3
19
煤粉气流的着火热源
煤粉气流着火热源 辐射 煤粉的加热方程式 煤粉气流卷吸回流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉的
dTm 4 3 4 r mc 4 r 2 a(Ty Tm ) 4 r 2 0 (Th4 Tm ) (4 16) 3 d 右边第一项是高温回流烟气的对流热；第二项是火焰、炉墙等的辐射热
13
燃烧反应区域
根据燃烧条件的不同，可将多相燃烧分为三种不同的区域
动力区
燃烧反应的温度不高， kC很小， kD非常大，焦碳燃烧处于
化学动力控制下，反应速率常数k=kC 燃烧反应速度w 取决于碳粒表面的化学反应速度,是随温度的升高按指数
增大。 强化燃烧的措施是提高反应系统的温度
扩散区 燃烧反应温度较高， kC非常大， kD很小，焦碳燃烧处于扩
阿氏定律 反映温度对化学反应速度的影响
反应物浓度不变时，反应速度常数k 随温度变化的关系
k k0e

E RT
(4 4)
式中 k0－频率因子，近似为一常数 R、T、 E －通用气体常数、热力学温度、活化能 活化能 E 能够破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有 活化能的分子为活化分子。活化能 E与反应物种类有关，挥发分含量小的 煤，E大
煤粉气流着火、熄火的热力条件 煤粉气流燃烧时要放出热量，同时又向周围介质散热。这两个互相矛盾过 程的发展，可能使燃烧过程发生（着火）或者停止（熄火）

燃烧室内煤粉空气混合物燃烧时的放热量Q1为
n Q1 k0e E / RTVCO2 Qr (4 12)

燃烧过程中向周围介质的散热量Q2为
3/6
11
碳的燃烧反应速度
焦碳的燃烧反应速度取决于温度、焦碳颗粒尺寸、氧气浓度、环境压力 和气体与焦碳颗粒之间的相对速度等
dm p dt k P d 2 P 02 (4 7)
式中：mp―焦碳颗粒质量；
ρ p―焦碳粒颗密度；
P ―压力； χ
02―氧气浓度；
d ―焦碳颗粒的直径； k ―焦碳颗粒的反应速率常数
Q2 F (T Tb ) 4 13
式中 V、 F ―分别为煤粉空气混合物容积和燃烧室壁面面积 α ―混合物向燃烧室壁面的综合放热系数
1/3
T、 Tb ―分别为反应系统温度和燃烧室壁面温度
17
煤粉气流的着火温度
放热曲线Q1是一条指数曲线，散热曲线Q2接近于直线
Tb=Tb1（很低），散热线 Q2 Q2 与 Q 交点1为稳定平衡点，煤粉处于低温缓慢氧化状态 1
在一定的温度下，活化能E越大，则反应速度常数k值越小，反应速率越小； 而在一定的活化能E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越 大
3/4
6
压力对反应速度的影响
在反应容积不变的情况下，反应系统压力增高，就意 味着反应物浓度增加，化学反应速度增加
w pn (4 6)
化学反应速度 在反应系统单位体积中物质（反应物或生成物）浓度 的变化率，单位是mol /（cm3· s） 对于反应式 A＋B → Fra bibliotekG＋H 反应速度为
1 dC A 1 dCB 1 dCG 1 dCH w (4 1) dt dt dt dt
CA、CB、CG、CH 分别为反应物A、B和生成物G、H的浓度，mol/cm3 α 、β 、γ 、δ 分别为相应的化学计量系数
1/4
4
多相反应质量作用定律
多相燃烧反应在固体表面进行，固体燃料浓度不变（CA=常 数），故多相反应速度w是指在单位时间、单位表面上反应物 （气相）浓度的变化率
w
dCB kf ACB dt
式中 fA－单位容积两相混合物中固相物质的表面积； CB－气相反应物质的浓度
2/4
5
阿累尼乌斯定律
Tb=Tb2 ，散热线 Q2 Q2 与 Q1交点2为不稳定平衡点，只要稍增
加系统的温度， Q1 > Q2 ，反应将自动加速过 渡到点3高温稳定平衡点，此时，只要保证煤 粉和空气的不断供应，最后将稳定在高温燃 烧状态
点2对应的温度即为着火温度Tzh
2/3
18
煤粉气流的熄火温度
Tb=Tb2、强化散热，散热线 Q2 Q2 与 Q1 交点4为不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低， Q1 < Q2 ，
碍氧向碳粒表面的扩散，或使碳粒反应表面减少，使燃烧难以进行，
燃尽困难
煤是一种多孔性物质 它受热时产生的水蒸气和挥发分，不但向煤 粒表面四周的空间扩散，而且还会向煤粒的内部空隙扩散
1/2
15
煤粉的燃烧特点
锅炉燃用煤粉的颗粒很小（30～100μm），炉膛温度又很高，煤粉在炉膛 中的加热速度可以达到（104℃/s或更高），总的挥发分释放时间小于1秒， 而且挥发分很快地由炭粒表面逸出 煤粉快速加热时，挥发分析出、着火和碳 的着火燃烧几乎是同时的，其中极小的煤粉 甚至可能先着火燃烧 煤燃烧的四个阶段不明显，挥发分析出过 程几乎延续到燃烧的最后阶段
4/4
7
煤燃烧过程的四个阶段
预热干燥 煤被加热至100℃左右，煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐 蒸发出来。大量吸热 挥发份析出并着火 温度升至一定值，煤中挥发分析出，同时生成焦 碳（固定碳）。挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度。不同的煤， 开始析出挥发分的温度不同，达到一定温度，析出的挥发分就着火、燃烧。 对应的温度称煤的着火温度，不同煤的着火温度不同。少量吸热 燃烧 挥发份首先燃烧造成高温，包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧 产物离析后，碳开始着火、燃烧。大量放热 燃尽 残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。少量放热
2/6
10
焦碳燃烧的动力学特性
焦碳的燃烧反应速度的影响因素可以是化学的（反应物的 吸附作用、化学反应本身、或生成物的脱附作用）；也可以 是物理扩散的（反应物或生成物向容积气相或颗粒气孔内的 气相的扩散）
焦碳的燃烧反应速度取决于上述连续过程中最慢的某一个
阶段: 氧向碳粒表面的扩散或在碳表面发生的化学反应
散控制下，反应速率常数k=kD 燃烧反应速度w 取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。 强化燃烧的措施是 强化扰动，减小煤粉颗粒 过渡区 动力区与扩散区之间区域，强化燃烧的措施是同时提高炉膛
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温度和扩散速度
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煤的燃烧特点
煤中含有水分 煤的燃烧过程中，水蒸气很易和C及燃烧产物CO作 用，生成CO2和H2，H2再与CO或CO2反应。这种催化作用，使燃烧反应 更加复杂并改变化学反应速度 煤中含有挥发分 挥发分对煤的着火燃烧有利；但另一方面，挥 发分析出燃烧，消耗了大量氧气，并增加了氧气向煤粒表面的扩散 阻力，使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降 煤中含有矿物杂质 在燃烧过程会生成灰，灰层包裹着碳粒，会妨
煤粉气流的着火热源
煤粉气流由初温T0加热到着火温度 Tz 所需时间τz 分别为 高温回流烟气对流为主要热源（曲线1）
r mc Ty T0 z ln (4 18) 3a Ty Tz
辐射为主要热源（曲线2）
z
r m c (Tz T0 ) (4 19) 4 3 0Th
上述各阶段实际是交叉进行的；其中着火和燃尽是最重要的两个阶段， 着火是前提，燃尽放热是目的
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焦碳的燃烧反应
一次反应 在一定温度下，碳和氧的化学反应可能有两种
1 C O 2 CO 2C O 2 CO 2
二次反应 一次反应的生成物CO2、CO与初始反应物碳和氧
第四章 燃烧过程的理论基础
内容提要
化学反应速度 化学反应速度
影响反应速度的因素
固体燃料的燃烧
煤燃烧的四个阶段

焦碳的燃烧
煤和煤粉的燃烧特点
煤粉气流的着火与燃烧
着火与熄火的热力条件

煤粉气流着火热源

煤粉气流的着火及影响因素
完全燃烧的条件
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化学反应速度
燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程 均相燃烧 燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧 多相燃烧 燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧
细煤粉温升比粗煤粉快得多；
煤粉气流的着火主要是靠高温回 流烟气的加热
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煤粉气流着火热
煤粉气流的着火热为将煤粉气流加热到着火温度所需的热量 对于热风送粉，煤粉气流的着火热为
100 M ar 100 q4 Qzh Br V 0 r r1c1K cd Tzh T0 100 100 M M M mf 2510 cq T0 100 (4 20) Br ar 2510 cq Tzh 100 ar 100 M 100 mf
式中
Br―每台燃烧器的燃料消耗量，kg/h r―燃烧器送入炉内的空气所对应的过量空气系数
rl―一次风量占炉膛出口相应总风量的百分比； c1K 、 Cq 、 cd ―一次风、蒸汽及煤的比热，J/Nm3· K） Mar、 Mmf ―煤的收到基水分，%、煤粉的水分，% Tzh―着火温度，K T0―煤粉一次风气流初温，K
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均相反应质量作用定律
质量作用定律 反映浓度对化学反应速度的影响
对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应各反应