第十部分固体燃料的燃烧精品PPT课件
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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
燃料、燃烧PPT课件 人教版
反应的各物质的 原子 重新组合成其他物质的过 程，因此反应前后原子的 种类 没有改变，原子 的 数目 没有增减，原子的 质量 也没有改变。
2、质量守恒定律的实验探究：
用下图所示装置探究质量守恒定律，
a、实验中的现象：①试管中有
；②澄清
的石灰水
；③反应结束后天平
。
b、装置中的澄
清石灰水的作用
是
。
c、能否将装置
配料表：氯化钠、食用碘酸钾 含量：500g 成分表： 氯化钠≥95% 钙（0.3%~1.3%)
❖ ⑴反应过程中产生
gCO2
❖ ⑵30.00 g该食盐中含碳酸钙的质量是多少？
❖ ⑶此加钙食盐中钙含量是否符合标签要求？（通过计 算回答）
展示提升
❖1.氢气与氧气的混合气体20克,点燃 至充分反应,生成水18克,问:原混合 气体中,氢气`氧气各有多少克?
（1）产生二氧化碳气体
g。
（2）计算该鸡蛋壳中碳酸钙的质量分数。
2．（08福建三明）三明市民新水泥厂化验室，为了测 定某矿山石灰石中碳酸钙的质量分数，取石灰石 样品与足量稀盐酸在烧杯中反应（假设石灰石样 品中杂质不与稀盐酸反应也不溶于水。）有关实 验数据如下表：源自反应前反应后实
烧杯和
验 稀盐酸的质量
②隔绝 氧气 或 空气 ； ③使温度降到 着火点 以下。
5、化石燃料 ⑴煤：主要由
碳 元素组成；
⑵石油：主要含 碳、氢 两种元素；
⑶天然气：主要成分是 甲烷（CH4） 。 6、化石燃料燃烧对环境影响
化石燃料燃烧对环境造成的污染主要表现在： ⑴导致 温室效应 ； ⑵ 大气污染 ； ⑶ 热污染 。
7、化石燃料综合利用
4、下列是利用“降温到着火点以下”的原理熄灭蜡
2、质量守恒定律的实验探究：
用下图所示装置探究质量守恒定律，
a、实验中的现象：①试管中有
；②澄清
的石灰水
；③反应结束后天平
。
b、装置中的澄
清石灰水的作用
是
。
c、能否将装置
配料表：氯化钠、食用碘酸钾 含量：500g 成分表： 氯化钠≥95% 钙（0.3%~1.3%)
❖ ⑴反应过程中产生
gCO2
❖ ⑵30.00 g该食盐中含碳酸钙的质量是多少？
❖ ⑶此加钙食盐中钙含量是否符合标签要求？（通过计 算回答）
展示提升
❖1.氢气与氧气的混合气体20克,点燃 至充分反应,生成水18克,问:原混合 气体中,氢气`氧气各有多少克?
（1）产生二氧化碳气体
g。
（2）计算该鸡蛋壳中碳酸钙的质量分数。
2．（08福建三明）三明市民新水泥厂化验室，为了测 定某矿山石灰石中碳酸钙的质量分数，取石灰石 样品与足量稀盐酸在烧杯中反应（假设石灰石样 品中杂质不与稀盐酸反应也不溶于水。）有关实 验数据如下表：源自反应前反应后实
烧杯和
验 稀盐酸的质量
②隔绝 氧气 或 空气 ； ③使温度降到 着火点 以下。
5、化石燃料 ⑴煤：主要由
碳 元素组成；
⑵石油：主要含 碳、氢 两种元素；
⑶天然气：主要成分是 甲烷（CH4） 。 6、化石燃料燃烧对环境影响
化石燃料燃烧对环境造成的污染主要表现在： ⑴导致 温室效应 ； ⑵ 大气污染 ； ⑶ 热污染 。
7、化石燃料综合利用
4、下列是利用“降温到着火点以下”的原理熄灭蜡
《固体燃料燃烧过程》课件
基
旋转，增强一二次风的混合及相对运动，有利于燃烧。火焰
础
粗短，易烧窑皮。
及 （e）多风道喷嘴
设
备
多
媒
体
课
件
材 料 工 多风道煤粉燃烧器的原理：如图。 程 基 础 及 设 备
多 媒 体 课 件
材
料 三风道燃烧器的特点：
工
（1）内外净风出口速较大（70~150m/s），有利于提高煤粉的燃
程 烧速度和燃烬程度；
机械通风时更大。
材
料 工
3.4.3 喷燃燃烧
程
喷燃：把块煤磨成煤粉喷入窑炉内进行悬浮燃烧。
基
础
及
设
备
多
媒
回转窑内的
体
喷燃
课
优点：
件
燃烧速度快、燃烧效率高、燃烧温度高、煤耗低、调节方便。
材
料
3.4.3.1 煤粉的制备
工
程
煤粉制备设备
球磨机
基
立式磨
础
及
设
备
多
媒
球磨机
HRM立式磨
体
比较：
课
（1）球磨的结构简单、操作可靠、对煤种的适应性好；
多
在燃料层中，发生氧化放热反应：
媒
体
C + O2 ─→ CO2 + 热量
课 件
2C + O2 ─→ 2CO +热量
2CO + O2 ─→ 2CO2 + 热量
材
料
工
直火式层燃的特点 ：
程 基
（1）燃料层薄 烟煤——100～200mm 燃料层温度高 无烟煤——60～150mm >1300℃
可燃固体的燃烧63页PPT
可燃固体的燃烧
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 — 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 — 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
可燃固体的燃烧63页PPT
谢谢！
63
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
可燃固体的燃烧
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
▪
《固体燃烧》PPT课件
依然Cs，外部反应仍可正常进行。
（3）外动力区：当温度进一步提高时，氧在碳粒外表面处
就已经被消耗殆尽，内部反应将完全停止，不过，此时，
氧的扩散速率却仍然大于当地的化学反应速率。
（4）外扩散区：当温度非常高时，化学反应速率已经达到
足够高的程度，以至于外部反应的进行仅仅取决于外表面
上氧的扩散速率。
2021/7/10
2021/7/10
20
第三节碳粒的着火与熄火
Q f Qs dQ f dQ s dT dT
3、T0=T02时，二者切于F，熄火临 界点，位于低温动力区。
2021/7/10
简化模型：碳粒为球状，反应仅在
表面进行，且为一级反应，则碳粒
着火的必要条件就是反应放热量Qf 必须大于系统散热Qs。
Qf
qW k W,超越函数 k
燃烧反应为一级反应。
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11
碳与二氧化碳的反应
CO 2C2CO 2CO O2C2O
是一个吸热还原反应。首先CO2吸附在碳粒表面，形成络合物， 再分解生成CO，然后由碳粒表面解析、脱附。
由于该反应的活化能很高，因此，只有当温度超过800d度以后， 反应速率才会有显著的提高，此时，制约碳粒燃烧反应的主要因素 是氧的吸附过程。
Qs TT0，线性函数
1、T0=T01时，两者有三个交点，A为 下稳定点，缓慢氧化状态，不能着火；
B为不稳定点，没有外加热量不可能 达到。因此此温度不能着火。
2、T0=T02时，二者切于D，着火临界 条件，温度略有提升即可着火。E为 上稳定点，位于扩散燃烧区。
21
讨论
影响Qf、Qs的因素包括环 境温度、气流速度、碳粒尺寸 等都将影响着火温度，所以着 火温度并非燃料的固有特性。 如当气流速度增加时，碳粒的 尺寸减小或者放热系数增大都 会令Qs增加，引起着火温度与 熄火温度的增大。
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3、蒸发燃烧：发生在熔点较低的燃料中，先熔化呈液态，然后进行蒸发 和燃烧，如石蜡等链烷烃燃料。
4、冒烟燃烧：一些易分解的固体燃料当温度较低挥发分未着火时，将产 生大量浓烟，从而使大量可燃成分散失在烟雾中。如木材纸张在低温下的 燃烧。
2020/10/10
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2
第一节碳的反应速度
2、二次反应：二氧化碳在炽热碳 表面进行还原反应，吸热；一氧化 碳与氧气进行容积反应，放热。
3C2O2 C3O4 C3O4 CO2 2CO2CO2 C3O4 2COCO2
CO2 C2CO 2COO2 2CO2
A、温度低于700
度：由于温度不
高，CO2不能进行 还原反应，CO也
不能与氧反应
2020/10/10
第十一章固体燃料的燃烧
煤的燃烧
2020/10/10
1
燃烧特征分类
1、表面燃烧：燃烧反应在燃料表面进行，通常发生在几乎不含有挥发分 的燃料中，如焦炭、木炭，氧气与二氧化碳通过扩散作用到达燃料表面进 行燃烧反应。
2、分解燃烧：一般发生在热分解温度较低的燃料中，热分解产生的挥发 分在离开燃料后与氧气接触进行同相燃烧反应，如纸张、木材、煤等。
2020/10/10
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8
四、碳燃烧的二次反应
实验研究发现：当碳粒燃烧进入扩 散区以后，其反应速度并非如上图所 示与温度无关，而是随着温度的提高 显著提高，这便是二次反应的影响。
温度越高，CO2越容易还原为CO， CO在离开表面途中与迎面的氧反应生 成CO2，达到峰值并向碳表面扩散，此 时氧已经不能扩散到碳表面，所以是 CO2在与碳进行反应。
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10
对于直径d0的碳粒和油滴，从试验结果可以看出，碳 粒的燃尽时间比油滴长。
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5
二、碳燃烧过程中的动力区与扩散区
一般情况下，碳的燃烧 反应可认为是一级反应
稳态过程反应速度应该等 于反应表面气体扩散速度
W kCb k : 反应速度常数 Cb : 反映表面气体浓度
W C0 Cb ：扩散系数 NhomakorabeaC0：气体初始浓度
W
1
1
1
C0
K zC0
W燃
S1
1 3
rs
Si
k
Cb
S
k
Cb
k
1
1 3
rs
Si
k,
有效反应速度常数
2、当温度很高时，反应速度很快，以至 于氧扩散速度跟不上内部反应需要，内表 面Cb＝0，内部反应停止，碳的燃烧速度为：
W燃 S k Cb
k k,有效反应速度常数
比较上面两个有效速度常数 可以发现，从低温到高温， 内部反应引起化学反应速度 常数的增值在1～rsSik/3之间。
碳的燃烧包括：1、氧扩 散到碳表面；2、氧吸附于 碳表面；3、氧与碳进行表 面反应；4、反应产物的脱 附；5、解析后的生成物从 反应表面扩散到周围环境。
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碳在纯氧中燃烧
3
一、碳燃烧过程中的化学反应
1、初次反应：碳与氧反应，生成 中间状态的碳氧络合物，然后离解 为二氧化碳与一氧化碳。
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6
三、碳燃烧的内部反应
对于球状碳粒的稳定燃烧，设其半径为rs，外表面积 S，单位体积上内部孔隙总表面积Si，则总表面积为：
S1
1 3
rs
Si
1、当温度较低时，反应速度远远低于氧 扩散速度，内表面氧浓度可以认为等与Cb， 只考虑一次反应，则碳的燃烧速度为：
在燃烧过程中，碳的反应包括初次反应（碳与氧）和二次反应（碳与二 氧化碳及一氧化碳与氧），这两次反应都是在相界面上的异相反应。
碳的异相反应可以在外表面进行，也可以在孔隙的内表面进行；异相反 应越强烈，越集中在外表面；反之，容易趋向内表面。
异相反应速度：单位时间单位表面积上完成的反应物质的量。g/cm2s
dt
k、、C0与d0、t均无关
d d0 At 当d 0时，t d0
A
燃尽时间与碳粒直径成正比
2、扩散区燃烧时
dd0 2C0 2Nu DC0 B
dt
d0
d0
Nu D
d0
努谢准则N数 u、扩散系D数 都与d0、t无关
d 2 d02 Bt 当d 0时，t d02
B
燃尽时间与碳粒直径的平方成正比，服从颗粒直径燃烧平方规律
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9
第二节碳粒的燃尽时间
对于直径d0的碳粒，经过燃烧时间dt后，直 径缩小d(d0),则碳粒质量减小速率为：
m ' d dm tdd 6dt032d02dd d0t
根据异相反应速度的定义： m' d02W
dd0 2W
dt
1、动力区燃烧时
dd02W2kC0 A
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4
B、温度700～ 1200度：CO2仍 然不能进行还 原反应，CO与 氧可以反应生 成CO2并形成火 焰前锋，所以 其浓度高于CO。
C、温度大于 1200度：CO2 的还原反应生 成CO，故增大 其扩散量。在 其扩散过程中 与氧反应形成 火焰前锋， CO2达到最大。 氧已经不能扩 散到碳表面。
7
对于半径rs的碳粒，氧初始浓度C0， 只有一次反应的情况下。那么对于 半径为ξ的球面，氧的扩散量为：
m DdC42 d
对于稳态燃烧，存在dm=0，因此
D
d 2C d 2
2
2
dC d
0
,C C0
rs , m
D
dC dr
k1 Si Cb
Kz
1
1
k1 Si
rs 2 D
减小碳粒直径可以使反应速度加 快。当rs趋于零时，有效综合反应 速度常数等与k，转入动力燃烧。 因此为了保证火焰尾部的燃烧，必 须保证足够高的温度。仅适用于 200微米以上颗粒。
Wk1Si Cb
0~ rs ,有效渗透系数
3
0时，内部无氧； r3s 时，内部C氧 b
由于Cb很难确定，因此在讨论内部反应时，一般仍看作 是在外表面燃烧，氧浓度为C0。引入综合反应速度常数
2020/10/10
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W Kz 1 Si C0 Kz C0
Kz : 有效综合反应速度常数
k
Kz
k k
, 综合速度常数
1、化学反应速度很低时，k<<β， 处于动力区，W=kC0。K与T指数关系
2、当处于高温区，k>>β，处于扩 散区，W= βC0。 β与温度无关
3、k＝β，处于中间区（过渡区）
在动力区，提高温度可以强化燃烧。 在扩散区提高气相初始浓度、气流 速度，减小碳粒直径可强化燃烧。
4、冒烟燃烧：一些易分解的固体燃料当温度较低挥发分未着火时，将产 生大量浓烟，从而使大量可燃成分散失在烟雾中。如木材纸张在低温下的 燃烧。
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2
第一节碳的反应速度
2、二次反应：二氧化碳在炽热碳 表面进行还原反应，吸热；一氧化 碳与氧气进行容积反应，放热。
3C2O2 C3O4 C3O4 CO2 2CO2CO2 C3O4 2COCO2
CO2 C2CO 2COO2 2CO2
A、温度低于700
度：由于温度不
高，CO2不能进行 还原反应，CO也
不能与氧反应
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第十一章固体燃料的燃烧
煤的燃烧
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1
燃烧特征分类
1、表面燃烧：燃烧反应在燃料表面进行，通常发生在几乎不含有挥发分 的燃料中，如焦炭、木炭，氧气与二氧化碳通过扩散作用到达燃料表面进 行燃烧反应。
2、分解燃烧：一般发生在热分解温度较低的燃料中，热分解产生的挥发 分在离开燃料后与氧气接触进行同相燃烧反应，如纸张、木材、煤等。
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8
四、碳燃烧的二次反应
实验研究发现：当碳粒燃烧进入扩 散区以后，其反应速度并非如上图所 示与温度无关，而是随着温度的提高 显著提高，这便是二次反应的影响。
温度越高，CO2越容易还原为CO， CO在离开表面途中与迎面的氧反应生 成CO2，达到峰值并向碳表面扩散，此 时氧已经不能扩散到碳表面，所以是 CO2在与碳进行反应。
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对于直径d0的碳粒和油滴，从试验结果可以看出，碳 粒的燃尽时间比油滴长。
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5
二、碳燃烧过程中的动力区与扩散区
一般情况下，碳的燃烧 反应可认为是一级反应
稳态过程反应速度应该等 于反应表面气体扩散速度
W kCb k : 反应速度常数 Cb : 反映表面气体浓度
W C0 Cb ：扩散系数 NhomakorabeaC0：气体初始浓度
W
1
1
1
C0
K zC0
W燃
S1
1 3
rs
Si
k
Cb
S
k
Cb
k
1
1 3
rs
Si
k,
有效反应速度常数
2、当温度很高时，反应速度很快，以至 于氧扩散速度跟不上内部反应需要，内表 面Cb＝0，内部反应停止，碳的燃烧速度为：
W燃 S k Cb
k k,有效反应速度常数
比较上面两个有效速度常数 可以发现，从低温到高温， 内部反应引起化学反应速度 常数的增值在1～rsSik/3之间。
碳的燃烧包括：1、氧扩 散到碳表面；2、氧吸附于 碳表面；3、氧与碳进行表 面反应；4、反应产物的脱 附；5、解析后的生成物从 反应表面扩散到周围环境。
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碳在纯氧中燃烧
3
一、碳燃烧过程中的化学反应
1、初次反应：碳与氧反应，生成 中间状态的碳氧络合物，然后离解 为二氧化碳与一氧化碳。
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6
三、碳燃烧的内部反应
对于球状碳粒的稳定燃烧，设其半径为rs，外表面积 S，单位体积上内部孔隙总表面积Si，则总表面积为：
S1
1 3
rs
Si
1、当温度较低时，反应速度远远低于氧 扩散速度，内表面氧浓度可以认为等与Cb， 只考虑一次反应，则碳的燃烧速度为：
在燃烧过程中，碳的反应包括初次反应（碳与氧）和二次反应（碳与二 氧化碳及一氧化碳与氧），这两次反应都是在相界面上的异相反应。
碳的异相反应可以在外表面进行，也可以在孔隙的内表面进行；异相反 应越强烈，越集中在外表面；反之，容易趋向内表面。
异相反应速度：单位时间单位表面积上完成的反应物质的量。g/cm2s
dt
k、、C0与d0、t均无关
d d0 At 当d 0时，t d0
A
燃尽时间与碳粒直径成正比
2、扩散区燃烧时
dd0 2C0 2Nu DC0 B
dt
d0
d0
Nu D
d0
努谢准则N数 u、扩散系D数 都与d0、t无关
d 2 d02 Bt 当d 0时，t d02
B
燃尽时间与碳粒直径的平方成正比，服从颗粒直径燃烧平方规律
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第二节碳粒的燃尽时间
对于直径d0的碳粒，经过燃烧时间dt后，直 径缩小d(d0),则碳粒质量减小速率为：
m ' d dm tdd 6dt032d02dd d0t
根据异相反应速度的定义： m' d02W
dd0 2W
dt
1、动力区燃烧时
dd02W2kC0 A
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4
B、温度700～ 1200度：CO2仍 然不能进行还 原反应，CO与 氧可以反应生 成CO2并形成火 焰前锋，所以 其浓度高于CO。
C、温度大于 1200度：CO2 的还原反应生 成CO，故增大 其扩散量。在 其扩散过程中 与氧反应形成 火焰前锋， CO2达到最大。 氧已经不能扩 散到碳表面。
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对于半径rs的碳粒，氧初始浓度C0， 只有一次反应的情况下。那么对于 半径为ξ的球面，氧的扩散量为：
m DdC42 d
对于稳态燃烧，存在dm=0，因此
D
d 2C d 2
2
2
dC d
0
,C C0
rs , m
D
dC dr
k1 Si Cb
Kz
1
1
k1 Si
rs 2 D
减小碳粒直径可以使反应速度加 快。当rs趋于零时，有效综合反应 速度常数等与k，转入动力燃烧。 因此为了保证火焰尾部的燃烧，必 须保证足够高的温度。仅适用于 200微米以上颗粒。
Wk1Si Cb
0~ rs ,有效渗透系数
3
0时，内部无氧； r3s 时，内部C氧 b
由于Cb很难确定，因此在讨论内部反应时，一般仍看作 是在外表面燃烧，氧浓度为C0。引入综合反应速度常数
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W Kz 1 Si C0 Kz C0
Kz : 有效综合反应速度常数
k
Kz
k k
, 综合速度常数
1、化学反应速度很低时，k<<β， 处于动力区，W=kC0。K与T指数关系
2、当处于高温区，k>>β，处于扩 散区，W= βC0。 β与温度无关
3、k＝β，处于中间区（过渡区）
在动力区，提高温度可以强化燃烧。 在扩散区提高气相初始浓度、气流 速度，减小碳粒直径可强化燃烧。