第一节燃烧的基本理论第二节煤粉气流的着火和燃烧燃烧的基本理论●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燃烧的本质燃烧是气体、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、又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。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(燃烧理论的萌芽)→19世纪出现热化学和化学热力学(???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)→30~40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)→50~60年代德国人VonKarmen(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。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。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: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单位:可以用浓度摩尔表示,mol/m3shHgGbBaAdtdCbadtdCwBAAdtdChdtdCgdtdCbdtdCawHGBA1111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OHOH22222222OHww33/,/,mkWhmkcalVBQqydwV二、影响化学反应速度的主要因素1、浓度(温度不变、容积不变)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。表示: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物浓度乘积成正比,各反应物浓度的幂指???等于其相应的化学计量系数对反应aA+bB→gG+hH质量作用定律可用下式表示式中:k为反应速度常数,表示单位物质浓度时的反应速度bBaACkCw在温度不变的情况下,反应物的浓度越高,分子的碰撞机会越多,化学反应速度就越快。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)浓度的变化率式中:CB-气相反应物质的浓度bBBkCdtdCw在温度不变的情况下,反应物的浓度越高,分子的碰撞机会越多,化学反应速度就越快。2、温度(浓度一定)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RTEekk0活化能E能够破坏原???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np1、链式反应理论的产生许多化学反应,几乎所有的燃烧反应,均不简单地服从质量作用定律和阿累尼乌斯定律。如:氢气与空气的反应在某些温度和压力下爆炸,在另一些温度和压力下不爆炸,如:冷焰,低温时,磷、乙醚的蒸汽氧化。1、催化作用2、催化剂的作用特点,改变速度、时间,而非平衡状态3、改变活化能2、链式反应原理活化来源在反应过程中产生,中间产物→活??中心;活化中心与反应物分子发生反应,本身消失,反应的结果又产生新的活化中心;通过活化中心进行反应要比原作用物直接反应容易得多,只需较少的活化能。3、链式反应的分类新的活化中心的数目等于或大于原有的活化中心的数目不分支反应分支反应链式反应分为4、氢气与空气的反应--分支链式爆炸反应反应开始H原子为活化中心,M为任何活化分子中间反应一个H参加反应,经过一个链后形成H2O,又同时产生三个H活化中心,再引起三个分支反应022222HOHMHMH222HOOHO(慢)OHHHO2OHHHOH22OHHHOH22