《燃烧理论基础》PPT课件.ppt
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1、第五章 燃烧理论基础,复 习,1,几种热损失。为了减小热损失,锅炉燃烧需要作到:稳定着火、快速燃尽。2,为实现该目的,需寻找强化燃烧的方法,这就要认 识燃烧过程的本质。从而,需要学习基础燃烧理论。,前言 燃烧概述,一、燃烧本质燃烧是气体、液体或固体燃料与氧化剂之间发生的一种强烈的化学反应;流动、传热、传质和化学反应同时发生有相互作用的综合现象;典型的物理化学过程;化学反应动力学、流体力学、传热传质学是研究燃烧反应过程的基础知识;,二、燃烧学的发展历史,直至18世纪中以前,发展缓慢,对燃烧现象的本质几乎一无所知。之后:燃素的概念出现(物质是否燃烧被归于是否含有燃素)1765年燃烧是物质的氧化(燃
2、烧理论的萌芽)19世纪出现热化学和化学热力学(将燃烧作为热力学系统,考察其初态和终态,静态特性的研究),20世纪初燃烧反应动力学(研究燃烧过程的动态过程的理论)3040年代火焰传播的概念湍流燃烧理论(认识燃烧过程的限制因素往往不是反应动力学,而是传热传质,即受限于物理过程)5060年代德国人Von Karmen(对宇航也有巨大的贡献)提出用连续介质力学来研究燃烧,称为化学流体力学或反应流体力学。,将经典流体力学的方法、边界层、射流理论等应用与研究燃烧70年代初,大型电子计算机出现,形成计算流体(计算燃烧)学,建立了燃烧的数学模拟方法和数值计算方法;激光测量技术的出现,使精密测量成为现实。基本理
3、论+数学模型和数值计算+先进的测量技术。,三、当代对燃烧应用的要求,要求燃烧不断强化和趋于更高能量水平;探讨高温、高压、高速、强湍流条件下的燃烧要求燃烧过程高效率,节省燃料等;洁净燃烧,减轻环境污染火灾的起因与防治,第一节、燃烧反应速度及其影响因素,燃烧反应和化学反应一样,根据参加反应的物质不同分为:,一、反应速度的定义,根据质量作用定律,反应速度有不同的定义方式:第一种定义:单位时间内和单位体积内燃烧掉的燃料量或消耗的氧量,举例:在锅炉燃烧技术采用炉膛容积热负荷来表示燃烧反应速度:单位时间内和单位体积内燃烧掉的燃料所释放出的热量,在一定的温度下,化学反应速度和各反应物的浓度成正比1867年由
4、Guldberg和Wage提出对均相反应:A+A+A+A+A+B+B+B+B+B+B,第二种定义:,对于异相反应煤粉与空气混合物,二、影响化学反应速度的主要因素,1,浓度从前面反应速度的定义式,可知:浓度越大,反应速度越快。原因:燃烧反应属双分子反应,只有当两个分子发生碰撞时,反应才能发生。浓度越大,即分子数目越多,分子间发生碰撞的几率越大。,2压力,气态物质参加的反应,压力升高,体积减少,浓度增加,压力对化学反应速度的影响与浓度相同。对理想气体混合物中的每个组分可以写出其状态方程:,3温度,3.1 阿累尼乌斯定律温度增加,反应速度近似成指数关系增加,体现在反应速度常数阿累尼乌斯定律(瑞典物理
5、化学家1889年提出),3.2 阿累尼乌斯定律的讨论-活化分子、活化能,气体分子的运动速度、动能有大有小;动能超过某一数值(活化能E)足以破坏原有结构发生反应的分子称为活化分子;分子发生反应,要提高能量,每摩尔气体分子所吸收的这部分能量-活化能E;化学动力学的基础。,第三节 热力着火,一热力着火理论的实用性煤粉燃烧过程的着火主要是热力着火 着火过程有两层意义:一是着火是否可能发生?二是能否稳定着火?,二、实现稳定着火的两个条件 可燃混合物燃烧过程的发生与停止,即着火与灭火,燃烧能否稳定地进行,取决于燃烧过程中所提供的热力条件。燃烧中同时存在着放热和散热,在不同的阶段存在着二者的不同工况。,A、
6、放热量和散热量达到平衡,放热量等于散热量。B、放热量随系统温度的变化率大于散量热随系统温度的变化率。如果不具备这两个条件,即使在高温状态下也不能稳定着火,燃烧过程将因火焰熄灭而中断,并不断向缓慢氧化的过程发展。,三、热力着火的条件,放热散热,系统升温,反应加速,但同时散热也在增加,必达到平衡;放热散热,系统降温,反应减速,但同时散热也在减少,也必达到平衡;系统在不同条件下达到不同的平衡状态,可能是有利的,燃烧稳定在正常工况,可能是不利的,燃烧处于熄火状态。,1、放热与散热曲线,以强烈掺混的零维系统(煤粉空气混合物在燃烧室内)为例说明:1放热与温度的关系,燃烧室内可燃混合物燃烧放热量为:,2散热
7、与温度的关系加热混合物本身所消耗并带走的热量:向周围介质散失的热量(对流+辐射),四、可燃混合物着火与灭火分析,将两组曲线综合在一起,可能存在以下三种情况:1)熄火状态;2)可能着火,正常燃烧;也可能熄火;3)正常燃烧,五、关于着火温度的说明,着火温度不是物性参数,随所处热力条件的变化而不同,各种实验方法所测得的着火温度值的出入很大,过分强调着火温度意义不大,如,褐煤堆,如果通风不良,接近于绝热状态,孕育时间长,着火温度可低于大气温度。,着火温度的概念可以使着火过程的物理模型大大简化。严格上,只说着火的临界条件或着火条件:使系统在某个瞬时或空间某部分达到高温的反应状态。实现这一过渡过程的初始条
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