燃烧学第10章 节 固体燃烧14.ppt

第10章 固体燃料的燃烧基础;§10-1 引言 人类燃烧燃料的历史： 木材??煤炭??石油??煤炭??生物质 固体燃料 固体燃料 18世纪和 19世纪上半叶： 木材为主 之后，工业发达国家，煤炭开始取代木材 50年代末，煤炭成了能源的主要支柱 80年代，石油成为了能源的主要来源 石油可用50~100年，总有一天会耗尽， 煤炭储量大些，还可以开采300年左右，以后的能源是什么? 世界上，每年由于光合作用产生的生物质量是目前年能源消耗量的8倍，但分散\能量密度低\利用效率不高 如何高效利用生物质，是目前较有前途的研究方向之一;18世纪 蒸汽机的发明 热转化为功 第一次工业革命(煤炭作为主要燃料) 19世纪 内燃机的诞生(石油为主要燃料) 现代交通的基础 电的出现 电气化的时代 蒸汽轮机 功转化为电能 目前和不久的将来 固体燃料仍然会占有重要的地位 目前常用的固体燃料： 主要是煤炭 本章主要介绍： 煤炭与碳粒\炭粒的燃烧问题;§10-2 煤炭的成分与性质 煤的形成： 古代植物经过地下长期的物理化学变化，最终形成了煤，大致经历两个阶段： 菌解作用阶段：植物在隔绝空气的条件下，进行着缓慢的菌解及腐蚀，使植物中的各种有机物起腐蚀\溶解和消化的作用，放出CO\CO2\O2等气体，使碳素相对地增加，这样就完成了第一阶段泥煤的形成过程 变质作用阶段：在压力和温度的作用下，使泥煤进一步变质，使煤进一步受到压缩与坚固化，同时水分和挥发份进一步减少 煤的形成过程，就是煤的碳化过程 埋藏越深\受到压力越大\则碳化程度越高;按照碳化的程度，可把煤炭分为： 泥煤： 最年轻的煤，水分含量大，达40~45%，热值低，8000~10000kJ/kg，挥发份含量高，易着火 褐煤： 含水量也大，热值较低，挥发份含量大，易着火 烟煤： 比较高级的煤，挥发份较高(挥发份大于20%)，水分\灰份含量不多，热值较高，容易点燃，放出的热量大 贫煤： 是一种最老的烟煤，挥发份含量较少(挥发份在10%~20%)，接近于无烟煤，着火较难，但发热量不低，水分\灰份\含量不大，一旦着火，放出热量较大 无烟煤： 碳化程度最高的煤，挥发份含量???少(挥发份小于10%)，很难着火，着火后的稳定性也不好，但其热值很高，一旦燃烧完全，放出热量很大 劣质烟煤： 含灰/含硫量较高的烟煤，热值很低，燃烧温度也很低，不易着火，南方一些煤矿这种煤不少;应用基： 包括全部水分和灰份的煤作为100%进行计算 就是锅炉运行时的实际成分，即： Cy + Hy + Oy + Ny + Sy + Ay + Wy = 100% 其中水分Wy分为两部分： 外在水，由于下雨\风吹等原因使煤的水分发生变化，用WW表示 内在水，它是以结晶状态存在的，要在较高温度下才能释放出来，用WN表示 W y = WW+ WN;分析基 去掉外在水的煤作为100%进行计算 也即实验室内进行煤分析时所得的成分，即： Cf + Hf + Of + Nf + Sf + Af + WfN = 100% 干燥基 去掉水份的煤作为100%进行计算，即： Cg + Hg + Og + Ng + Sg + Ag = 100% 由于去掉水份的干燥基成分不受水份的影响，可以准确地表示各成分的含量 例如应用基Ay表示灰份的含量，一场大雨就使Ay大大降低，使高灰份的煤表现出低灰份的假象;可燃基去掉水份和灰份的煤作为100%进行计算： Cr + Hr + Or + Nr + Sr = 100 % 由于去除了易受外界影响而变化的水份及灰份，因此煤的可燃基成分能更正确地反映出煤的实质，便于区别煤的种类 各种基的定义以及相互关系： ;煤的分析 工业分析： 工业上常用的方法，它是测定煤中的水份、灰份、挥发份、固定碳、热值及灰熔点 煤经加热后，达到某一温度开始变形，之后软化，熔化、分解。 灰熔点：炉渣熔化的温度，如果炉膛温度高于灰熔点温度，则炉渣将粘在炉膛壁面上，是非常不利的 元素分析： 测定煤中所含的 C、H、O、N、S、A、W 的百分比;§10-3 煤的热解实验方法 煤的热解过程的物理描述 煤被加热到足够高的温度时，先变成塑性状态，失去棱角而使其形状变得更接近于球形，同时开始失去挥发份 挥发份释放的次序大体是： H2O \ CO2 \ C2H6 \ C2H4 \ CH4 \ 焦油 \ CO \ H2 挥发份释放后，留下的是一个多孔的炭 在热解过程中，不同的煤有着不同的膨胀系数;加热速率 对挥发份析出的速率及其成分有很大的影响 赛璐璐在慢速加热时大部分转化成碳，快速加热时则很少，甚至无碳 快速热解：加热速率大于104K/s，且热解时间少于1