固体燃料燃烧过程1解析
固体燃料燃烧解析
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
火灾中的燃烧机理与过程
火灾中的燃烧机理与过程燃烧是发生在氧气的存在下，燃料与热量之间的反应。
火灾是一种燃烧的极端情况，它造成了巨大的财产损失和人员伤亡。
了解火灾中的燃烧机理与过程对于预防和处理火灾事件至关重要。
本文将深入探讨火灾中的燃烧机理与过程，帮助读者更好地了解火灾的本质以及如何应对火灾事件。
1. 燃烧机理燃烧机理主要涉及三个要素：燃料、氧气和点火源。
燃料可以是固体、液体或气体，它们都含有化学能量，当受到足够的热量时会发生燃烧。
氧气是燃烧的氧化剂，它与燃料发生反应产生热量。
点火源是引发燃烧的初始能量，它可以是火花、明火、电弧等。
当这三个要素同时存在并达到一定条件时，燃烧就会发生。
2. 火灾过程火灾的发生与发展可以被分为四个阶段：引燃、扩散、燃烧、衰退。
（1）引燃阶段：在这个阶段，点火源将燃料加热至其引燃温度。
一旦燃料达到引燃温度，就会发生可燃气体的释放，从而产生火焰。
（2）扩散阶段：火焰向周围空间扩散，同时燃料的蒸气和可燃物质进一步加热。
这种加热会导致更多的燃料被释放，进一步助长火势的蔓延。
（3）燃烧阶段：在这个阶段，火势达到最高点，火焰以光和热的形式释放出来。
大量的热能会引起周围物体的点燃，形成火雾和火球。
（4）衰退阶段：当燃料逐渐耗尽时，火焰会逐渐熄灭。
火势减弱并最终熄灭。
火灾的过程对于火灾的控制和扑灭至关重要。
不同的燃料和环境条件会影响火灾的危险性和发展速度。
3. 火灾防控措施为了预防火灾和减少火灾对人员和财产的损失，我们应该采取有效的火灾防控措施。
（1）做好火灾预防：建筑物应设有可燃物隔离区、火灾报警系统和自动喷水灭火系统等。
在家庭和办公场所，应定期检查电器设备，避免电线短路和过热。
（2）加强火灾逃生训练：人们应该了解应急疏散路线和火灾逃生技巧。
在火灾发生时，保持冷静，尽快撤离危险区域。
（3）合理使用灭火器材：了解各类灭火器的使用方法，并在必要时使用灭火器扑灭初始火灾。
但请注意，只有在能确保自身安全且火灾范围可控制的情况下才能使用灭火器。
燃烧过程的理论基础
烟煤Vdaf=40%
650
烟煤Vdaf=30%
750
烟煤Vdaf=20%
840
贫煤Vdaf=14%
900
无烟煤Vdaf=4%
1000
挥发分越高的煤，着火温度越低，即越容易着火； 挥发分越低的煤，着火温度越高，越不容易着火。
着火热
一次风：现代大中容量锅炉广泛燃用煤粉，为了使煤粉气流被更快加热到煤粉颗粒的着火温度，总是不把煤粉燃烧所需的全部空气都与煤粉混合来输送煤粉，而只是用其中一部分来输送煤粉，这部分空气称为一次风。
只有粗煤粉在炉膛高温区才可能处于扩散。
其他区域为动力或过渡区，故提高炉膛温度可强化煤粉燃烧。
一次反应：式3-26；一次产物
燃烧机理：在碳粒的吸附表面进行的多相燃烧反应。
二次反应：式3-27；二次产物
碳粒的燃烧
02
不同温度下的碳粒燃烧过程：
图3-6 低于1200℃； 高于1200℃；
气流速度影响：
影响煤粉气流着火的因素
煤粉空气混合物经燃烧器喷入炉膛后，通过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时又受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，被迅速加热，热量达到一定温度后就开始着火。
1．燃料的性质 挥发分：含量低，煤粉气流的着火温度高，着火热增大，着火所需时间长，着火点离燃烧器喷口的距离也增大。 水分：水分大，着火热也随之增大，炉内温度水平降低，从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉汽流的辐射热也相应降低，对着火不利。 灰分：灰分在燃烧过程中不能放热还要吸热，灰分在着火和燃烧过程中使得炉内烟气温度降低，同样使煤粉气流的着火推迟，并进一步影响了着火的稳定性。 煤粉细度： 煤粉愈细，着火愈容易。（这是因为在同样的煤粉浓度下，煤粉愈细，进行燃烧反应的表面积就会越大，而煤粉本身的热阻却减小，在加热时，细煤粉的温升速度就比粗煤粉要快，这样就可以加快化学反应速度，更快地着火。）
火灾燃烧过程解析
火灾燃烧过程解析燃烧是一种常见的化学反应，当可燃物与氧气或其他氧化剂接触时，会产生火焰、热量和光线。
火灾是火焰失去控制的过程，可能导致严重的财产损失、人员伤亡和环境污染。
本文将详细解析火灾燃烧的过程，包括燃烧三要素、燃烧过程和常见的火灾防控措施。
一、燃烧三要素燃烧是一种氧化还原反应，需要满足三个条件，即燃料、氧气和点火源。
这三个条件也被称为燃烧三要素。
1. 燃料：燃料是可燃物质，常见的燃料包括固体、液体和气体。
固体燃料如木材、纸张，液体燃料如汽油、酒精，气体燃料如天然气、煤气。
燃料的选择与火灾的性质和规模密切相关。
2. 氧气：氧气是支持燃烧的氧化剂，在空气中的含量约为21%。
足够的氧气供应能够促进燃烧过程的进行。
3. 点火源：点火源是引发火焰的能量源，常见的点火源包括明火、电弧和高温表面等。
一旦点火源接触到燃料，就会引发燃烧反应。
二、燃烧过程燃烧过程可以分为点火阶段、火焰扩展阶段和火势蔓延阶段三个阶段。
接下来，将详细描述每个阶段的特点。
1. 点火阶段：点火阶段是燃烧的起始阶段，燃料与点火源接触后发生燃烧反应。
在这个阶段，点火源提供了足够的能量，将燃料加热到可燃温度。
一旦燃料达到可燃温度，就会释放出可燃气体，进一步加剧燃烧反应。
2. 火焰扩展阶段：火焰扩展阶段是燃烧的持续阶段，火焰在短时间内快速蔓延。
燃料的可燃气体在与氧气接触后燃烧，产生大量热量和火焰。
火焰的燃烧释放的热能将在燃料周围产生更多的可燃气体，使火焰不断扩展。
3. 火势蔓延阶段：火势蔓延阶段是火灾最严重的阶段，火焰蔓延至周围的物体上，引发更大范围的燃烧。
在这个阶段，火灾可能迅速蔓延，导致严重损失和危害。
火灾的蔓延速度受到燃料种类、物体密度和环境条件的影响。
三、火灾防控措施为了减少火灾的发生和降低火灾的危害，需要采取一系列的防控措施。
以下是常见的火灾防控措施：1. 火源控制：及时清除和隔离点火源，减少火灾发生的可能性。
对于一些易燃物品，应储存在安全的位置，远离火源和电器设备。
3.燃料燃烧解析
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：
固体火箭发动机原理 武晓松
固体火箭发动机原理武晓松
固体火箭发动机是一种使用固体燃料的推进系统，其原理基于燃烧和喷射反作用力的物理原理。
固体火箭发动机在航天领域有着广泛的应用，包括卫星发射、任务飞行以及火箭助推等。
固体火箭发动机的工作原理如下：
1. 结构组成：固体火箭发动机主要由燃料、氧化剂、燃烧室、喷嘴和点火系统等组成。
燃料和氧化剂通常是固体粒子，它们混合在一起形成可燃的燃料柱。
2. 燃烧过程：当点火系统激活时，固体火箭发动机开始燃烧。
点燃燃料柱后，火焰和高温气体沿着发射室内的通道向外喷射出来。
这个燃烧过程是一个极高温和高压的化学反应过程。
3. 喷射反作用力：燃烧释放出的热能使燃料和氧化剂发生爆炸，产生大量的气体。
这些高速喷射的气体根据牛顿第三定律会产生一个反作用力，推动火箭向前。
4. 控制和调整：为了控制火箭的飞行轨迹和稳定性，在火箭上通常配备有翼面、偏转喷嘴等控制装置。
通过改变喷嘴的角度或燃烧速率，可以对火箭进行俯仰和转向等控制操作。
5. 落地和回收：固体火箭发动机在燃烧完毕后会变成废弃物。
在一些任务中，火箭发射后会抛离并落回地面或海洋，可以进行回收利用。
而在其他任务中，火箭通常会在太空中燃烧完后成为太空垃圾。
总结：固体火箭发动机通过燃烧固体燃料和氧化剂产生高温高压气体，利用喷射反作用力推动火箭向前运动。
该技术具有简单、可靠、灵活性强等特点，被广泛应用于航天领域。
燃烧过程解析
燃烧过程解析燃烧是一种常见的化学反应，可以用来产生能量，驱动机械设备以及满足人们的日常需求。
通过燃烧过程，燃料与氧气发生化学反应，生成二氧化碳、水和能量。
本文将对燃烧过程进行详细解析。
一、燃烧反应的类型燃烧反应可以分为完全燃烧和不完全燃烧两种类型。
完全燃烧是指燃料与足够的氧气充分接触时所发生的反应，产物只有二氧化碳和水。
而不完全燃烧则是指由于氧气不足或反应温度不够高等原因，燃料无法充分氧化，产生的气体中可能还含有一氧化碳等有害物质。
二、燃烧反应的条件燃烧反应需要满足三个基本条件，包括燃料、氧气和适当的反应温度。
燃料可以是固体、液体或气体，如木材、石油和天然气等。
氧气可以来自大气中的空气或者供氧装置。
反应温度决定着反应的速率和燃烧产物的种类。
三、燃烧过程的步骤燃烧过程可以分为三个主要步骤：引燃、燃烧和燃烧产物处理。
1. 引燃引燃是指在燃料和氧气相遇之后，通过加热或点燃等方式使其开始反应。
在点燃燃料时，需要提供足够的能量将其点燃，例如使用火柴或打火机。
2. 燃烧燃烧是指燃料与氧气发生化学反应的过程。
通过燃料分子与氧气分子之间的碰撞和化学键的断裂与形成，生成二氧化碳和水。
燃烧过程中伴随着能量的释放，这是由于化学键断裂时释放出的能量。
3. 燃烧产物处理燃烧产物处理是指对燃烧所生成的二氧化碳、水、一氧化碳等物质进行处理。
对于完全燃烧产生的二氧化碳和水，一般可以直接排放到大气中。
而不完全燃烧产生的有害物质一氧化碳需要经过处理，以减少对环境和人体的危害。
四、燃烧过程在生活中的应用燃烧过程在我们的日常生活中起着重要的作用。
例如，我们使用石油或天然气作为燃料来加热水和空气，供应家庭的暖气和炉具。
火车、汽车和飞机等交通工具也依赖于燃烧过程来提供动力。
此外，燃烧过程还被用于发电厂中的热能转换和工业生产中的高温加热等领域。
五、燃烧过程中的环境问题尽管燃烧过程带来了便利和经济发展，但也带来了一系列的环境问题。
燃烧所产生的二氧化碳是温室气体之一，会导致全球气候变暖。
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✓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
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
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 。
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
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
K
* D
பைடு நூலகம்
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。
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
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。
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：
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
§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
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
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
* 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