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主讲：赵 斌 教授 河北理工大学本科优秀课程 第五章 燃烧过程理论基础 燃烧反应的动力区和扩散区 第二节 燃烧化学反应动力学基础 第一节 煤和煤粉的燃烧 第三节 第一节 燃烧化学反应动力学基础 1 化学反应速度 对任一化学反应，可写出其化学计量方程式： 可以用反应物浓度减少的速度表示,也可以用生成物浓度增加的速度表示。 反应物浓度 温度 压力 催化作用 连锁反应 2 影响化学反应速度的因素 (1) 反应物浓度的影响 质量作用定律：一定温度下，如下关系 k :反应速度常数，与温度等因素有关 正反应速度： 第一节 燃烧化学反应动力学基础 活化能 E指达到活化状态所需能量。 阿累尼乌斯定律: 温度T 与化学反应速度常数 k 的关系 (2) 温度的影响 k T 0 k0 第一节 燃烧化学反应动力学基础 第一节 燃烧化学反应动力学基础 活化能E ? 反应活泼性，是否易于反应。 随着E ? 越易反应，活化能E 的大小与煤种有关。 (2) 温度的影响 第一节 燃烧化学反应动力学基础 1 (3) 压力的影响 P ? ?C ? ?W ? 与系统压力的 n 次方成正比PFBC-CC? 增压循环流化床锅炉蒸汽燃气联合循环 (4) 催化作用 可快，可慢。实质 ? 改变了反应物的活化能 (5) 链锁反应 自动连续加速进行，达到一定温度时，氢的燃烧反应 ?挥发分对煤燃烧的影响。 第一节 燃烧化学反应动力学基础 第二节 燃烧反应的动力区和扩散区 当温度较低时(t1000℃)，化学反应速度较低，而扩散到表面的氧气比消耗的多得多。此时燃烧速度主要决定于化学反应动力因素(温度、燃料的反应特性)，氧气扩散速度?影响很小，故称动力燃烧区；( k ? ) 根据氧扩散到表面 及 在表面上消耗(即化学反应速度k)，按温度变化，分成三个区域： 第二节 燃烧反应的动力区和扩散区 当温度很高时(t1400℃)，由于k因T升高面大大增加，此时扩散速度相对太低，成为制约因素，故称扩散燃烧区； ( k ? ) 上述两者之间的温度区域，两个速度相近，称为过渡区。 ① 动力区（化学动力控制区）温度较低：碳表面化学反应速度远小于氧气向表面的扩散速度，氧气供应充分，足够反应所需。燃烧速度取决于化学反应速度，反应处于动力区。 K很小（温度很低），1/k很大，所以 氧气从远处扩散到固体表面，消耗不多 k服从阿定律的， 与k的规律一样 第二节 燃烧反应的动力区和扩散区 ② 温度增加，k急剧增大，耗氧量急剧增加，消耗掉扩散来的氧气，还处于“待料”，燃烧速度取决于扩散，反应处于扩散区。 k很大（温度很高），1/k很小，所以 此时燃烧速度与温度T的关系十分微弱，而且燃烧速度随扩散速度的增大而增大。 第二节 燃烧反应的动力区和扩散区 ③ 过渡区 k与扩散速度大小相差不多，服从： 第二节 燃烧反应的动力区和扩散区 综上可知，要想提高燃烧速度： 在温度低的动力区，应提高反应系统的温度?提高炉膛温 在温度高的扩散区，应增大O2扩散?粒径、粒子与气流的相对速度，加强扰动 在过渡区，两者都应增大 不同燃料、细度、燃烧空气动力场?区域是变化的，用准则Sm 或 R 来区分 第二节 燃烧反应的动力区和扩散区 第三节 煤和煤粉的燃烧 温度在1300℃以下时的反应 第一步是形成碳氧络合物。即被碳粒所吸附的氧分子溶入碳粒晶格中，形成碳氧络合物： 第二步是碳氧络合物的离解。即在高能量氧分子撞击下，碳氧络合物发生离解： 第三节 煤和煤粉的燃烧 温度在1600℃以上时的反应 以上两式相加： 第三节 煤和煤粉的燃烧 第一步仍然是形成碳氧络合物： 第二步同样是碳氧络合物在高温下受热分解： 温度范围在1300～1600℃之间时的反应 由于同时存在氧分子溶于碳粒晶格和在晶格边界上化学吸附。和的比例取决于和的综合作用。在常压下，若碳粒表面氧浓度不很大时，化学吸附环节对化学反应起主导作用，也可近似认为是一级反应。 第三节 煤和煤粉的燃烧 二次反应对碳粒燃烧影响 在几乎静止的空气中碳粒的反应可认为是二次反应。 温度为800～1200℃时的反应。 由图5-2可知，碳粒表面和浓度最高。由于在火焰锋面内已经完全燃烧，火焰锋面外浓度为零。氧气在向碳粒表面扩散过程中，在火焰锋面内被消耗一部分，氧气浓度在火焰锋面处下降很快。由碳粒表面和火焰锋面向周围扩散。 第三节 煤和煤粉的燃烧 第一节 燃烧化学反