燃烧学Combustion1概述u煤被加热到一定温度后，进入热分解阶段。u热分解阶段释放出焦油和气体，并形成剩余焦炭，这些焦油和气体称为挥发分。u挥发分由可燃气体混合物、二氧化碳和水组成。其中可燃气体包括一氧化碳、氢、气态烃类和少量酚醛。u煤加热时释放出的挥发分的重量和成分取决于加热升温速度、加热最终温度和在此温度下的持续时间。根据升温速度不同，将热解过程分为慢速热解和快速热解：n慢速热解：加热煤粒的升温速度小于2℃/s;n快速热解：加热煤粒的升温速度大于104℃/s；n居于慢速热解和快速热解之间的热解过程为中速热解。36.1 煤的组成与特性u显微组份：无机与有机两大类u无机：岩石u有机：镜质组、壳质组和惰质组56 煤的热解及挥发份的燃烧6.1 煤的组成与特性6.2 煤的热解6.3 热解产物的组成6.4 煤热解反应动力学6.5 热解产物的燃烧26 煤的热解及挥发份的燃烧了解煤粉射流的着火、燃烧中污染物的形成、结渣；理解煤粉气流的流动与分配；掌握气流燃烧的热工况、煤粉气流的着火过程、煤粉气流的燃尽过程。4616.1 煤的组成与特性79118101226.1 煤的组成与特性u煤化学l煤的结构：大分子煤模型-化学成分与化学结构l煤的结构与热解的关系l键的断裂l功能团的分解13151714166.1 煤的组成与特性u煤热解的物理因素l煤的热塑性煤的软化20-500摄氏度l煤的内部结构l传质过程l传热过程1836.2 煤的热解u煤热解的定义煤中的大分子在温度较高是某些弱键断裂而形成轻质的气态物质和焦油的过程。惰性气氛中析出过程氧化气氛中析出过程氢气气氛中析出过程1921236.2 煤的热解u煤的热解的试验研究方法l工业分析l热天平l电热栅l流化床l夹带流l粉煤火焰l激波加热l固定床2022244252729266.2 煤的热解u各种影响热解的因素u温度u加热速率u压力u粒度u煤种u气氛28305316.3 热解产物的组成u甲烷u二氧化碳u一氧化碳u氢气u轻质烃温度高，二氧化碳浓度减少，一氧化碳和氢气浓度增加。3335326.3 热解产物的组成u影响因素l温度l压力l加热速度l颗粒粒度3436637二、挥发分的析出o煤的热解过程初次挥发物此时孔隙中充满焦油、CO快速液态热解产物C2、CO、C2、6H6、CH4、H2O玻璃化孔隙中液态热解产物沸腾，释放出气泡半焦孔隙加大慢速热解，温度水平为400~600℃快速热解，温度水平为2000 ℃二次挥发物初次挥发物中速COH2、CO、C2H6、CH4、初次挥发物扩散通过煤粒内部孔隙或2O、液体+二次焦油燃料层时裂解或热分解三次挥发物半焦慢速饱和和不饱和H2和离解气态碳氢化合物焦炭396.4 热解反应动力学o煤的热解过程及其复杂，因而建立热解反应动力学模型来描述煤粒热解的动力学过程，并进而计算挥发物的析出速率也是一个十分复杂的问题。davdτ=−k−aE0(av∞v)exp−RT上式可描述中等温度时的热解过程，称为一步反应模型，由Badzioch提出。T——热解温度；av——在时间t内析出的挥发分的质量；av∞——从煤粒中析出的挥发分的最大质量。416.4 热解反应动力学u单方程模型u双方程模型u多方程模型u热解产物的组分模型u塑性中间体模型u官能团热解模型u热解通用模型uSOLOMON的通用化学模型386.4 热解反应动力学u单方程模型dVdt=k(V∞−V)K与Arrhenius定律关联406.4 热解反应动力学u双方程模型dVdV1dV2dt=dt+dt=k(a1k1+a2k2)K与Arrhenius定律关联4276.4 热解反应动力学oStickler提出了两个平行反应方程模型，假定煤粉颗粒在快速热解下由两个平行反应控制kdac1挥发分aav1+剩余焦炭ah1dτ=−(k1+k2)acC11-a1kdav2挥发分aav2+剩余焦炭ah2dτ=−(a1k1+a2k2)ac21-a2kE1=k01exp−1RTa、a——挥发分在两个反应中所占当量百分数kE2122=k02exp−RTac——原煤中干燥无灰基挥发分含量av1、av2——两个反应所析出的挥发分的质量ah1、ah2——两个反应所析出的焦炭的质量43476.4 热解反应动力学oStickler给出：nE1=74106J/mol；E2=2524J/mol；nk01=3.7×105s-1；k02=1.46×1013s-1；n由于E2>E1，k02>k01，所以在低温时，第一个方程将起主要作用；在高温时，第二个方程将起主要作用。44488496.5 热解产物的燃烧u概述挥发份燃烧的顺序：煤粒与空气的宏观运动→挥发份的蒸发热解产物与空气的宏观混合热解产物的均相燃烧哪一个阶段快？哪一个阶段重要？516.5 热解产物的燃烧u总体反应方法煤焦油的比例大，应考虑它的组成。l第一类哈蒙德方案，将碳氢化合物燃烧归结为一个总体反应生成一氧化碳和水氢气氧化快速一氧化碳慢整个反应l第二类埃台曼模型方案，总体反应生成一氧化碳和氢气l第三类汉托曼方案，提供了氢气、一氧化碳、乙烷及烷烃的总体反应速率536.5 热解产物的燃烧u概述u局部平衡法u总体反应方法u完全反应方法506.5 热解产物的燃烧u局部平衡法就是依据实验方法，了解热解产物的燃烧过程。Seeker采用全息摄影方法观察热解产物的释放过程，热解产物的射流并形成云的现象。当气体温度足够高时燃烧取决于射流的扩散过程采用湍流扩散火焰的方法不需要考虑组分的组成526.5 热解产物的燃烧u完全反应方法完全考虑反应的每一个组分，形成整个反应机理存在问题组分了解不够9
