固体燃料燃烧解析
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固体燃料的燃烧
RT
➢ O2的扩散速度：
kakC 0C b
ak—扩散速度系数，C0—碳粒周围介质中的O2浓度；
折算化学反应速度常数kzs
k zs
1
1
1
k ak
ak∝T0.5
碳的燃烧速度与化学反应速度相关，也与O2扩散至碳粒表面的速度有关。
.
7.3.1 煤粉特性及燃烧
碳的燃烧具体可分为三种情况：
➢ 1）动力控制区燃烧 ➢ T< 1000 ℃，化学反应速度《 扩散反应速度，影响燃烧速度的决定
.
7.3.1 煤粉特性及燃烧
可以采取三个方面的技术措施使煤粉气流在着火之后能够进行剧 烈燃烧： ➢ ①保持足够高的炉膛温度，但不能引起结焦； ➢ ②二次风的喷入应保证使其适时地与煤粉气流混合； ➢ ③在燃烧区域中组织良好的空气动力场，促使煤粉与空气强烈、 均匀地混合。
（三）煤粉的燃尽
煤粉的燃尽区域在炉膛的上部，要使煤粉在该区域中燃尽，应满 足下列条件： ➢ （1）保持适当大小的过量空气系数，使炉膛出口仍有一定量的O2。 ➢ （2）应按不同煤种选取经济的煤粉细度，煤粉粒度应尽可能均匀。 ➢ （3）合理选取炉膛容积热负荷，保证足够大的炉膛容积。
.
7.2.2 层燃炉的特性参数
（2）炉膛容积可见热负荷
➢ 炉膛容积可见热负荷是指在单位时间内单位炉膛容积中燃料燃烧所
放出的全部热量，即
qV
BQnet,ar V
➢ 炉膛容积可见热负荷也是一个经验指标，其高低与燃烧设备类型、 煤种和操作方法有关。
➢ 炉膛的高度：
H V A
H qA q.V
7.2.2 层燃炉的特性参数
➢ 具体测定方法是：取一定量的煤粉试样，并用筛孔内边长为 x
热力学工程与设备 第三章 燃料燃烧
1、元素分析法： C、H、O、N、S、A、M
C：煤中含量最多的可燃元素，一般含量为15-90%
以两种形式存在：
碳氢化合物：碳与氢、氮、硫等元素结合成有机化合物 碳呈游离状态
H、可燃元素，一般含量为 3-6%
以两种形式存在：
化合氢（H2O)：与氧化合成结晶水形式(不可燃 ） 自由氢：与化合物组成的有机物，如CnHm(可燃）
Qgr.ar Qnet .ar 单位燃料所生成的水由 C的液态水 0 变成20 C的水蒸气所吸收的热量
M ar H ar 18 Qgr.ar Qnet .ar 2500 ( ) 100 100 2 25( M ar 9 H ar )k J / k g
Qnet .ar Qgr.ar 25 M ar 225 H ar
n 18 1 Qgr Qnet 2500 ( H 2 2CH 4 H 2 S Cm H n ) 2 22.4 100 n 20.1( H 2 2CH 4 H 2 S Cm H n )kJ / Bm3 2 标准燃料的概念 规定: 热值为41820kJ/kg（约合10000kcal/kg）的气 体为标准气。
ar . f
f 分析基 C f % H f % O f % N 100 S f % A f % W f % 100 % % M
100
M ar M ad 100 M ad
（3）干燥基（干燥基）： 以无水的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。 干燥基
干燥基
Cd % H d % O d % N d % S d % Ad % 100 %
二、其它热工性质
1、固体燃料
（1）挥发分： 在隔绝空气的条件下，将一定量的镁杨在温度900℃下加 热7min，所得到的气态物质（不包括其中的水分） 组分：含矿物结晶水、挥发性成分和热分解产物 煤中挥发物含量影响燃烧的火焰长度及着火温度。 一般的：挥发物含量高时火焰长，着火温度低，易着火 （2）煤的粘结性 指粉碎过的煤粒在规定条件下干馏成焦，煤粒或与外加物 相粘结的强度。 粘结性强的煤：易结大块。 粘结性弱的煤：易堵塞炉栅。
固体火箭发动机工作原理
固体火箭发动机工作原理可以概括为：高压气体驱动燃烧室内固体燃料迅速燃烧，产生高温高压燃气，通过喷管排出，产生反作用力推动火箭发动机壳体做功。
具体的工作原理可以细分为以下几个步骤：1. 装药固化：首先将固体火箭发动机的燃烧室和喷管进行预装药，这些药柱通常是由高分子聚合物基复合材料制成。
随后通过增压的方式使燃烧室和喷管内部达到一定的压力，一般为几百个大气压。
在发动机工作时，这个压力会显著降低。
装药的作用就是在这个压力降低的过程中形成燃烧，使装药迅速固化，形成燃烧产物的骨架，保证燃气的畅通。
2. 点燃延期：紧接着上面步骤之后，点燃火箭发动机的燃烧室。
这时需要一个点火装置点燃火药，使其开始燃烧。
然而，单靠火药自身的燃烧产生的推力无法将整个发动机推动，因此需要一根延迟管。
这根延迟管实际上是一根长度的软管，一头接在燃烧室上，一头接在喷管上。
火药燃烧时产生的气体通过喷管向外喷射，同时通过延迟管将火药燃烧时产生的气体导入喷管，产生向下的推力。
这个过程需要一定的时间，这就是所谓的延期。
3. 燃气排出：当火药燃烧产生的气体通过延迟管进入喷管并达到一定压力时，这个压力会克服喷管周围的压差，推动喷管内的物质向外排出。
同时，由于燃烧室和喷管之间的压力降低，燃烧室内的火药会继续燃烧并产生新的燃气，推动火箭发动机壳体向前运动。
这个过程不断进行，直到火药燃尽或发动机壳体达到预定速度为止。
总的来说，固体火箭发动机的工作原理是基于火药燃烧时产生的气体压力和喷射物反作用力的相互作用，实现了高压气体驱动固体燃料迅速燃烧并产生推力，推动火箭发动机壳体运动的效果。
这种发动机结构简单、可靠性高、反应时间快、可以使用各种可储存推进剂等优点，因此在导弹、军用卫星、太空探测器等军事和民用领域得到了广泛的应用。
3.燃料燃烧解析
设需要空气量为y则有112079y777得y982m03100煤则每千克煤燃烧所需空气量为982m03煤323空气过剩系数a的计算当燃料完全燃烧时其干烟气组成包括有二氧化碳和二氧化硫二者可以共同用ro2表示分析结果用体积百分数表示则有222100roon式中都为体积百分含量011aaaallalllllo????22222110010021ooaaolllvlv???22227910010079nanaaannlllvlv?222211121n111376?792aaalovlaonv????1
空气过剩系数
实际空气量：
实际供给的空气量 La 理论论空气L0
a的一些经验值： 气体燃料： 液体燃料： a＝1.05～1.15 a＝1.15～1.25
La aL0
块状固体燃料：a＝1.3～1.7 煤粉燃料： a＝1.1～1.3
2.气体燃料完全燃烧生成烟气量的计算 生成烟气的总体积应为各可燃组分燃烧生成物的体积、 燃料中的不可燃组分及燃烧所用空气带入氮的体积。
3.燃烧产物组成计算
CO2 %
CO CH 4 nCn H m CO2
Va
1 100 100%
m 1 H 2 CH C H H S H O 2 4 n m 2 2 2 100 100% H 2O% Va
SO2 %
t 20 4 4 a(t 20)
式中：a――温度修正系数，1/℃
3)固体燃料 固体燃料是由复杂的有机化合物组成的，其基本组 成元素有C、H、O、N、S，还有一些水分和灰分。 天然的固体燃料是煤，按其形成年代不同可分为泥 煤、褐煤、烟煤和无烟煤。
3.2 燃烧计算
燃烧计算的主要内容包括：一定量燃料燃烧所需要的空气 量、生成烟气量及燃烧温度的计算等。
空气过剩系数
实际空气量：
实际供给的空气量 La 理论论空气L0
a的一些经验值： 气体燃料： 液体燃料： a＝1.05～1.15 a＝1.15～1.25
La aL0
块状固体燃料：a＝1.3～1.7 煤粉燃料： a＝1.1～1.3
2.气体燃料完全燃烧生成烟气量的计算 生成烟气的总体积应为各可燃组分燃烧生成物的体积、 燃料中的不可燃组分及燃烧所用空气带入氮的体积。
3.燃烧产物组成计算
CO2 %
CO CH 4 nCn H m CO2
Va
1 100 100%
m 1 H 2 CH C H H S H O 2 4 n m 2 2 2 100 100% H 2O% Va
SO2 %
t 20 4 4 a(t 20)
式中：a――温度修正系数，1/℃
3)固体燃料 固体燃料是由复杂的有机化合物组成的，其基本组 成元素有C、H、O、N、S，还有一些水分和灰分。 天然的固体燃料是煤，按其形成年代不同可分为泥 煤、褐煤、烟煤和无烟煤。
3.2 燃烧计算
燃烧计算的主要内容包括：一定量燃料燃烧所需要的空气 量、生成烟气量及燃烧温度的计算等。
燃烧学第九章固体燃料的燃烧
挥发分燃烧
焦炭燃烧
§9.1 煤的燃烧过程
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
煤的热解过程
当煤加热到足够高的温度时，煤先变成塑性状态， 失去棱角而使其形状变得更接近于球形，同时开始释 放挥发份。
H 2O、CO2、C2 H 6、C2 H 4、CH 4、焦油、 CO、H2
挥发份释放后留下的是一多孔的炭。热解过程中不 同的煤有着不同程度的膨胀。
§9.0 煤的热分解过程
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
一般说来，煤在被加热时，其中水分首先被蒸发逸出， 然后有机质开始热分解的过程，在此过程中析出一部分被 称为挥发物的可燃气态物质，最后剩下的基本上是碳和灰 分组成的固体残物，称为焦碳。析出的挥发物如遇有一定 量的具有足够高温度的热空气，就会着火燃烧起来，并形 成明亮的火焰。如果初期析出的挥发物较多，则氧气消耗 于挥发物的燃烧而不能达到焦碳的表面。但另一方面，挥 发物的燃烧又加热了焦碳，于是在其基本燃尽后，焦碳就 开始剧烈的燃烧起来。 煤的碳化程度愈浅，挥发物含量就愈多，开始析出的 温度也愈低，因而就容易着火。挥发物着火后，焦碳的温 度也逐渐上升，在焦碳燃烧阶段，仍有少量挥发物在继续 析出，但这时它对燃烧过程已不起决定作用。
第 九 章 固 体 燃 料 燃 烧
理论和试验结果表明，挥发物和焦碳同时燃烬的论点 比较合理。当然，煤粒的热分解过程也是一个复杂的物理 化学过程，分解速度还与煤中和加热温度有关，不能一概 而论。而对于颗粒直径很小的煤粉燃烧来说，假设大部分 挥发物在燃烧过程初期很快析出和燃烬，在估算煤粒燃烧 时间时有一定的实用意义。 努塞尔（Husselt）收缩热解模型 假设图7-3是一个正处于热解状态的球型煤粒。初始 温度是 T0 ，在某一时刻t0，煤粒表面突然升温到T ，并且 颗粒表面一直保持在 T 的温度，那么由于向球形煤粒内 部导热，因而其内部各点也要升温，升温规律由下式给出：
节能基础知识--燃料与燃烧
（四）煤的分类
煤一般可以分为无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、石煤与煤矸石。见表 ! * %。
表!*% 特性 煤种 石 煤 褐 矸 煤 石 煤 !类 无烟煤 "类 #类 贫 煤 !类 烟 煤 "类 #类
注：!+,-. 6 %&!787+9
工业用煤分类表 水分 灰分 （(） 1 )# 1 )# 应用基低位热值 （ +,-. / +0） !### 2 ")## !)## 2 ")## "### 2 3)## 4 )### 1 )### 1 )### 1 %)## 1 "5## 2 35## 1 35## 2 %5## 1 %5##
一、燃料知识 （一）燃料的分类
燃料按状态可分成三类：固体燃料、液体燃料和气体燃料。 固体燃料有煤炭、油页岩、木柴和植物燃料（如农作物秸秆） 。其中煤炭应用最为 普遍，在我国目前和今后相当长时间内都是最基本的能源。 液体燃料有石油（原油）及其加工产品等。石油在常压下蒸馏可分别提炼出汽油、 煤油、柴油等高质量燃料。 气体燃料有天然气及人造煤气。天然气多从油田或煤田附近地层逸出，是一种高质 量的燃料。人造煤气种类很多，有石油气、焦炉煤气、高炉煤气、水煤气、发生炉煤气 及城市煤气等。
注：+"#$% 3 *)+(/("4
（三）煤的工业分析
对煤进行工业分析的主要目的是为了判断其燃料特性，从而在锅炉运行中采取相应 的技术措施，调节和控制燃烧过程。煤的工业分析项目有挥发物、固定碳、灰分、水分 和发热量等。 ：煤加热到一定温度，首先排放出一些气体，开始着火燃烧，这些 +) 挥发物（5） 气体就是挥发物，如一氧化碳、氢气和各种碳氢化合物等。挥发物析出后就很快着火燃 烧，使煤粒周围形成一层火膜，将煤粒迅速加热到较高的温度，同时挥发物析出后煤粒 中间出现孔隙，增加煤与空气的接触面积。当煤的挥发物含量相当比例时，容易着火， 有利于燃烧；但当煤的挥发物含量过高时，相对减少了固定碳的含量，使煤发热值降 低。一般锅炉用煤的挥发物含量最好在 2,! 以上。 ：煤中的挥发物燃烧后，剩下是固定碳和灰分。固定碳在完全燃烧 2) 固定碳（ 6） 时和氧化合成二氧化碳，将放出 00.,*"4 & "’（(,-,"#$% & "’）热量。 ：煤燃烧后，残留下来不能燃烧的固体杂质便是灰分。主要是混入煤 0) 灰分（7） 中的砂石、灰土、氧化铁、氧化钙等，灰分是煤中的有害成分，它含量过大，使煤发热 —
燃烧学讲义-第7章固体燃料燃烧
23
③举例：气体燃料燃烧的全预混火焰中，燃
料气与Ｏ2均匀充分混合在一起，只要火焰
传播过来，通过导热就能把燃料混合物加热 升温——着火燃烧掉， ∴ 预混火焰燃烧属动力燃烧控制——即企 图↑燃烧化学反应的唯一措施就是↑T（即↑k）
24
当温度T很高时
E k k0 exp RT
第7章 固体燃料燃烧
7.1 概述 7.2 异相化学反应及碳化学反应速度 7.3 碳球燃烧过程与燃尽时间 7.4 煤粉两相流的燃烧 7.5 煤粉的火炬燃烧
1
7.1 概述
煤的燃烧过程有自己的特点：
加热 供O2 加热 剩余固态产物： 焦炭C
气态产物： 挥发分V
着火燃烧
煤
受热裂解
着火燃烧
↑T和↑αzl都能起到强化燃烧的效果。
28
判断燃烧区的谢苗诺夫准则Sm和浓度准则
Cb C
动力燃烧区 谢苗诺夫准则 浓度准则
过渡区 0.11～9 0.1～0.9
扩散燃烧区 <0.11 <0.1
Cb C
zl Sm k
>9 >0.9
29
zl
k
Nu zl k0 exp(
D
0
E ) RT
பைடு நூலகம்
碳球
扩散到碳表面 Cb E O2 n 1 的 O2 与 碳 发 生 qm Kb kCb k0 exp Cb 1 RT 化学反应，当 k 达到平衡时， 消 耗 的 O2 量 就 单位时间，单位碳表面积上燃烧 是qm 消耗的氧量，mol/m2· s
6
煤中碳的结构特征
在六角形基面中，碳原子间距1.41×10-10m，所以结 合比较牢固。
③举例：气体燃料燃烧的全预混火焰中，燃
料气与Ｏ2均匀充分混合在一起，只要火焰
传播过来，通过导热就能把燃料混合物加热 升温——着火燃烧掉， ∴ 预混火焰燃烧属动力燃烧控制——即企 图↑燃烧化学反应的唯一措施就是↑T（即↑k）
24
当温度T很高时
E k k0 exp RT
第7章 固体燃料燃烧
7.1 概述 7.2 异相化学反应及碳化学反应速度 7.3 碳球燃烧过程与燃尽时间 7.4 煤粉两相流的燃烧 7.5 煤粉的火炬燃烧
1
7.1 概述
煤的燃烧过程有自己的特点：
加热 供O2 加热 剩余固态产物： 焦炭C
气态产物： 挥发分V
着火燃烧
煤
受热裂解
着火燃烧
↑T和↑αzl都能起到强化燃烧的效果。
28
判断燃烧区的谢苗诺夫准则Sm和浓度准则
Cb C
动力燃烧区 谢苗诺夫准则 浓度准则
过渡区 0.11～9 0.1～0.9
扩散燃烧区 <0.11 <0.1
Cb C
zl Sm k
>9 >0.9
29
zl
k
Nu zl k0 exp(
D
0
E ) RT
பைடு நூலகம்
碳球
扩散到碳表面 Cb E O2 n 1 的 O2 与 碳 发 生 qm Kb kCb k0 exp Cb 1 RT 化学反应，当 k 达到平衡时， 消 耗 的 O2 量 就 单位时间，单位碳表面积上燃烧 是qm 消耗的氧量，mol/m2· s
6
煤中碳的结构特征
在六角形基面中，碳原子间距1.41×10-10m，所以结 合比较牢固。
固体燃料燃烧技术研究现状及发展趋势
固体燃料燃烧技术研究现状及发展趋势摘要：固体燃料主要是指煤及生物质燃料。
我国是一个煤资源丰富的大国，工业用能主要以煤为主。
之前煤的燃烧低效高污染，随着环境污染问题日益严重，如雾霾以及温室效应。
这些问题促使人们重新研究煤及生物质原料的燃烧过程，改进其燃烧技术，发展新的燃烧设备，以适应节能减排的国家战略。
本文就是在这一背景下提出的，分析了国内外固体燃料燃烧技术研究现状，并大胆预测了固体燃料燃烧技术的发展趋势。
0.引言20 世纪后几十年, 虽然众多学者在高效低污染燃烧技术方面开展了大量研究, 提出了很多新型燃烧方式和燃烧理念, 但现有燃烧系统仍难以同时满足高效与低污染的要求. 例如, 旋流燃烧器[1]和富氧燃烧器的应用虽然提高了火焰温度、燃烧强度与火焰稳定性, 却造成了大量污染物排放(如NO x); 又如, 火焰冷却技术[2](flame cooling), 虽降低了火焰温度, 却极易引起燃烧不稳定性问题, 导致燃料的不完全燃烧, 因而产生大量的CO; 再如分级燃烧, 通过分别营造富燃与富氧两个燃烧区域降低NO x 排放,却也降低了燃烧强度并因此在某些条件下降低了燃烧效率; 而流化床燃烧技术[3], 虽具有适应各种固体劣质燃料及NO x 排放少的优点, 但也无法克服燃烧温度过低而导致燃烧效率不高的问题.1.1固体燃料燃烧过程煤碳的燃烧过程：煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般经历四个阶段：水分蒸发，当温度达到105℃左右时，水分全部被蒸发；挥发物着火阶段，煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之析出，当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧。
挥发物燃烧速度快，一般只为煤整个燃烧时间的1/10左右；焦碳燃烧阶段，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。
此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量。
煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段；燃烬阶段，这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完，以降低锅炉热损失，提高效率。
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章
➢ 挥发份的燃烧
焦炭含量占55~97%，燃
➢ 焦炭的燃烧
固
烧时间占90%，发热量占 60~95%
体
燃
料
燃
烧
§9.2 固体碳粒的燃烧
第
九 气固两相燃烧反应过程
章
✓ 两相反应的特点：物质在相的分界表面上发生反应。 反应的一般步骤：
固
1. 反应分子扩散到表面
体
2. 分子在表面发生吸附作用
燃
3. 被吸附的分子在表面上进行化学反应
章
固 体
O2 ,0
* D
* D
K O2
O2 ,
gO2
* D
(
O2
,
O2,0 )
gO2
O2 ,
1 1
K O2 ,
* D
K O2
燃 料
K 1 1 1
表观速度常数
燃
* D
K O2
烧
11 1
多相燃烧反应
K
* D
K O2
阻力
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章 固
11 1
➢多相燃烧反应阻力：
固 体
gO2
* D
(
O2
,
O2,0 )
燃
氧在碳表面处的反应的速度（单位碳粒表面、单位时间燃烧掉的
料 燃
氧量）可表示为
K O2 O2 ,0
烧
在稳定燃烧状态时，向碳粒扩散的氧量应等于碳粒燃烧所消耗的
氧量。因此Βιβλιοθήκη * D(O2
,
) O2 ,0
KO2
O2 ,0
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
体
w K KK P1PO2 O2
燃
K1PO2 K1
料 燃 烧
很小
PO2 很大
w K K1PO2 K1
wK
一级反应 0级反应
中值
w KPOn2
n=0~1
§9.3 碳粒燃烧的化学反应 第 九 碳与氧的反应 章 碳粒燃烧的三种模型：
二氧化碳是初次反应产物的模型；
固
一氧化碳是初次反应产物的模型；
体 燃
D* KO2
K K O2
料
O2 ,0
O2 ,
燃
碳表面上氧气浓度接近于周围气流中氧的浓度。这种情
烧
况相当于较低温度下的燃烧情况。此时由于化学反应速
度很低，从远处扩散到碳表面的氧消耗得很少，从而使
得碳表面氧的浓度等于远处环境中氧的浓度 。
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
谢米诺夫准则：
Sm
D
K
燃 料
氧的浓度比：
/ O2 ,0
O2 ,
燃
动力燃烧 过渡燃烧 扩散燃烧
烧
Sm
＞9.0 0.11~9.0
<0.11
/ O2 ,0
O2 , >0.9
0.1~0.9
<0.1
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章
➢两相反应的级数－吸附理论
固
在固体燃料表面，两相反应的级数0~1级。
第 九 煤的热解过程
章
当煤加热到足够高的温度时，煤先变成塑性状态，
失去棱角而使其形状变得更接近于球形，同时开始释
固
放挥发份。
体 燃
H 2O、CO2、C2 H 6、C2 H 4、CH 4、焦油、CO 、H 2
料
燃 烧
➢ 挥发份释放后留下的是一多孔的炭。热解过程中不 同的煤有着不同程度的膨胀。
§9.1 煤的燃烧过程 第 九 煤的热解过程 章 ➢ 加热速率对挥发份析出的速率及其成分有很大的影响；
料
4. 生成物从表面解吸
燃
5. 生成物扩散离开表面
烧
✓ 以上步骤依次发生。整个反应过程的快慢取决于各步 中最慢的一步。
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章
假设碳与氧燃烧的生成物只有二氧化碳，并仿照传热学中对流
换热系数α的概念引入对流扩散系数
*，则氧从周围向单位碳
D
粒表面的扩散量可以写为
燃 料
第九章 固体燃料燃烧
与
燃
烧
§9.1 煤的燃烧过程
第 九 引言
章
➢ 煤的结构特点
✓ 煤是由很多不同结构的含C、H、O、N、S的有
固
机聚合物粒子和矿物杂质混合而成，各种有机聚合
体
物粒子之间常由不同的碳氢支链连结成更大的粒子。
燃
➢ 煤的燃烧过程：
料
干燥
燃 烧
热解及挥发分析出
挥发分燃烧
焦炭燃烧
§9.1 煤的燃烧过程
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章
过渡燃烧：
当化学阻力与物理阻力在同一数量级时，两者均
固
不可忽略，燃烧工况处于扩散控制与动力控制之间，
体
故称为过渡燃烧
燃
* D
KO2
K 1 1 1
料
* D
K O2
燃 烧
O2 ,0
* D
* D
K O2
O2 ,
0 O2 ,0 O2 ,
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章
➢温度对碳燃烧速率及碳表面氧浓度的影响
固 体 燃 料 燃 烧
碳燃烧速率随温度的变化
1、动力燃烧区 2、过渡燃烧区 3、扩散燃烧区
碳燃烧时其表面氧浓度分布
1—动力区；2，3—过渡区；3—扩散区
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章
➢碳燃烧状态的判别准则
固 体
氧化碳和二氧化碳的比例也不相同。比值n/m随温度上
固 升而增大。
体 燃
在1300℃以下或碳表面氧的分压很低、浓度很小
的情况下
氧分子溶入碳
料
络合
燃
的晶体内构成
3C 2O2 C3O4 固溶络合物
烧
离解
C3O4 C O2 2CO2 2CO
体
二氧化碳、一氧化碳同时是初次反应产物
燃
的模型
料 燃 烧
一般认为碳的氧反应首先生成碳氧络合物，碳氧络
合物进一步反应同时产生一氧化碳和二氧化碳。写成
化学式即为
xC
y 2
O2
CxOy
CxOy mCO2 nCO
§9.3 碳粒燃烧的化学反应
第 九 碳与氧的反应
章
温度不同时，由于反应机理上的区别，生成物中一
K
* D
K O2
燃烧反应的 化学阻力
体
燃
氧气扩散过程中的物理阻力
料
根据多相燃烧反应的化学阻力与物理阻力的对比，
燃
可将多相燃烧反应分为三类：
烧
动力燃烧、扩散燃烧、过渡燃烧
§9.2 固体碳粒的燃烧
第 九 气固两相反应理论
章
动力燃烧：
当化学阻力比物理阻力大得多时，燃烧速度取决
固
于化学反应速度，故称为动力燃烧。
✓慢速加热时大部分转化成碳，而快速加热时则得
固
到很小，甚至无碳。
体
➢ 煤粒终温对挥发分析出的最终产量影响很大：
燃 料
✓随着热解温度的提高，挥发分产量可高达70%以上， 即挥发分并不是一个确定不变的常数。
燃
800K
烧
1390K
38.3% 48%
1720K
60%
2170K
71%
§9.1 煤的燃烧过程
第 九 煤的燃烧过程
章
扩散燃烧：
当化学阻力比物理阻力小得多时，燃烧速度取决
固
于氧分子扩散速度，故称为扩散燃烧
体 燃
D* KO2
料
K
* D
O2 ,0 0
燃 碳表面上氧气浓度接近于零。这相当于在高温下的燃烧情 烧 况。此时由于温度很高，化学反应能力已大大超过扩散能
力，使所有扩散到碳表面的氧立即全部反应掉，从而导致
碳表面的氧浓度为零 。