燃燒基本理論

關(guān)于燃燒基本理論第1頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、基本概念

從燃燒的角度來(lái)看，各種不同燃料均可歸納為兩種基本組成:可燃?xì)怏w如H2、CO及CmHn等固態(tài)炭

燃燒是指燃料中的可燃物與空氣產(chǎn)生劇烈的氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量并伴隨著有強(qiáng)烈的發(fā)光現(xiàn)象。燃燒有兩種類(lèi)型:

普通的燃燒，亦即正常的燃燒觀象爆炸性燃燒第2頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月普通的燃燒，亦即正常的燃燒觀象，靠燃燒層的熱氣體傳質(zhì)傳熱給鄰近的冷可燃?xì)怏w混合物層而進(jìn)行火焰的傳播。通常燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣容^小，僅每秒幾米，燃燒時(shí)壓力變化較小，一般可視為等壓過(guò)程。爆炸性燃燒，系靠壓力波將冷的可燃?xì)怏w混合物加熱至著火溫度以上而燃燒，火焰?zhèn)鞑ニ俣却?，約為1000—4000m/s。通常是在高壓、高溫下進(jìn)行。一般窯爐中燃料的燃燒，屬于普通的（正常的）燃燒。第3頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、煤粉的燃燒研究

對(duì)燃燒領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，主要關(guān)心的是煤的燃燒特性和污染特性

煤粉燃燒特性的研究主要集中在四個(gè)方面：煤粉的熱解特性，煤粉的著火特性、煤焦的燃盡特性及煤的結(jié)渣特性。由于焦的燃燒及燃盡需要更長(zhǎng)的時(shí)間，故在燃燒過(guò)程中更為重要。第4頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.煤粉的熱解特性

煤的熱解是指煤在加熱過(guò)程中釋放出氣體（揮發(fā)分）的過(guò)程。熱解研究應(yīng)包括兩個(gè)方面：氣態(tài)成分的生成過(guò)程和固態(tài)成分的孔隙結(jié)構(gòu)及形態(tài)變化。通常所談到的煤的熱解特性?xún)H指揮發(fā)分的析出特性。

第5頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在400℃之前，基本上只有CO2析出在400~~600℃，C2H4、C2H6、CO、CH4和H2相繼達(dá)到最大值，同時(shí)焦油也在形成；在600℃以后主要是H2和CO析出，并達(dá)到最大值。通常工業(yè)生產(chǎn)中所用到的揮發(fā)分含量是煤的工業(yè)分析揮發(fā)分含量，它是按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將干燥的煤樣放在有蓋坩堝內(nèi)，在900±10℃的馬弗爐中加熱7min，煤樣所失去的重量。

實(shí)驗(yàn)證明第6頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．

煤粉的著火特性

以煤著火機(jī)理研究、煤粉的著火特性實(shí)驗(yàn)研究及評(píng)判為主要內(nèi)容

煤粉著火機(jī)理的研究已有長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多世紀(jì)的歷程，其中一個(gè)主要的爭(zhēng)論是,煤的著火是均相還是非均相的。均相著火:一般是指煤中的揮發(fā)分熱解、聚積到一定程度發(fā)生的著火。非均相著火:是指氧氣擴(kuò)散到焦炭表面，直接與顆粒發(fā)生反應(yīng)而著火。

第7頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Essenhigh在其綜述文章[15]中給出了著火區(qū)域劃分圖,指出煤粒著火不僅有均相著火與非均相著火，而且還有一個(gè)稱(chēng)為非均相—均相的聯(lián)合著火區(qū)（hcterohomgencous）。一般，對(duì)于>100μm的大顆粒，且揮發(fā)分含量較多的煤，在慢速加熱的條件下（<100℃/s），煤中的揮發(fā)分有可能在顆粒周?chē)_(dá)到著火條件而首先發(fā)生均相著火。對(duì)于較小煤粒及快速加熱條件下，則可能是煤表面首先著火，這就是非均相著火。

第8頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）非均相著火

經(jīng)典理論是熱爆炸理論（ThermalExplosionTheory）即TET理論。1967年Ｅssenhign將煤粒通過(guò)一個(gè)平面火焰來(lái)考察煤粒的著火情況。實(shí)驗(yàn)表明，揮發(fā)分在平面火焰前后幾乎是保持不變，而火焰前后混合物中的ＣＯ２和Ｏ２都發(fā)生了顯著的變化，據(jù)此認(rèn)為煤在火焰中的著火是非均相的（焦炭首先著火）。Ｅssenhigh[19]認(rèn)為，大多數(shù)情況下煤粒著火是非均相的，他的理由是煤粒著火溫度與相同煤粒脫去揮發(fā)分之后的煤焦著火溫度基本相同，煤粒著火溫度與熱解溫度基本沒(méi)有關(guān)系。

第9頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ｋimber[21]等認(rèn)為在快速熱解時(shí)，煤中的固定炭將隨著揮發(fā)分的析出而被夾帶出，因此Ｏ２與CＯ２的變化并不說(shuō)明焦炭一定著火。1968年，G．K．Thomas[17]等利用高速攝影技術(shù)，對(duì)直徑為１mm的褐煤顆粒在500℃空氣中的燃燒過(guò)程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)著火發(fā)生在煤粒表面某處，然后煤粒溫度升高，直到煤中揮發(fā)分析出才見(jiàn)到火焰變大。1989年，Ｗ.Print[18]等人對(duì)煤粒在二維流化床中的著火及熱解作了系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在較高的溫度下（>８００℃）確實(shí)是揮發(fā)分先析出并著火，在低溫下（<４５０℃）則是整個(gè)煤?；蛎毫１砻婺程幹?。對(duì)極慢的加熱速度情況，1985年Ｔognott[22]利用普通熱天平對(duì)褐煤的著火特性進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)，因揮發(fā)分的慢慢析出，且逐漸擴(kuò)散到空氣中，這樣揮發(fā)分濃度始終很低，因而不可能著火，此時(shí)必定是非均相著火。第10頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月２）均相著火煤的均相著火涉及到熱解、揮發(fā)分的組成和析出速度、以及揮發(fā)分的氣相反應(yīng)機(jī)理等，而人們對(duì)這些了解還很不夠，因此發(fā)展緩慢。Ａnnamalai和Durbetaki[23]

在不考慮多相反應(yīng)時(shí)分析了煤顆粒的均相著火，提出了火焰薄層（ＦlameSheet）模型，其著火判據(jù)稱(chēng)為絕熱著火準(zhǔn)則，即氣相反應(yīng)放熱正好可以滿(mǎn)足煤的熱解吸熱和將熱解產(chǎn)物加熱到著火溫度。第11頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Gururajan[25]既考慮顆粒表面的氧化反應(yīng)，又考慮空間揮發(fā)分的氣相氧化，建立了單顆粒穩(wěn)態(tài)燃燒的詳細(xì)模型。模型中著火的判據(jù)是：當(dāng)燃燒狀態(tài)由低溫燃燒或動(dòng)力燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷厝紵驍U(kuò)散燃燒時(shí)著火發(fā)生。模型成功地預(yù)報(bào)了著火溫度隨粒徑、氧濃度等因素的變化規(guī)律，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相吻合。章明川[26]利用可燃?xì)怏w濃度極限建立了煤粉均相著火的模型張軍和付維標(biāo)[27][28]在較準(zhǔn)確的數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)上，提出了帶化學(xué)反應(yīng)的分區(qū)簡(jiǎn)化模型來(lái)描述煤粒的均相著火。

第12頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．煤粉的燃盡特性焦炭的非均相燃燒過(guò)程控制著煤粉燃燒的總速度，為國(guó)內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注。研究?jī)?nèi)容：碳與氧的反應(yīng)機(jī)理和燃燒反應(yīng)速度。對(duì)于碳與氧的反應(yīng)機(jī)理，一般認(rèn)為碳與氧反應(yīng)時(shí)一氧化碳和二氧化碳都是其主要產(chǎn)物，兩種產(chǎn)物之比隨溫度上升而增加，并與碳的種類(lèi)有關(guān)。煤焦的燃燒速度取決于焦的化學(xué)反應(yīng)速度和氣流的擴(kuò)散速度

第13頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總的燃燒速度常數(shù)KK=1/（1/Ks+1/Kd）焦的化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)Ks一般認(rèn)為滿(mǎn)足Arrhenius公式：

Ks=Aexp(-E/RTs)氣流的擴(kuò)散速度可由下式確定[55]Kd=2.3ФD/（dRTa）其中，Ф為化學(xué)當(dāng)量系數(shù)，與反應(yīng)機(jī)理有關(guān)，在C+O2→2CO時(shí)，Ф=2，在C+O2→CO2時(shí)Ф=1第14頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其他影響因素燃燒速度不僅與邊界層擴(kuò)散有關(guān)，而且與氧在孔內(nèi)的擴(kuò)散有關(guān)?？變?nèi)擴(kuò)散系數(shù)與焦的孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。煤中礦物組成及含量對(duì)煤焦燃燒反應(yīng)也具有影響?；曳謱?duì)燃盡影響比較復(fù)雜，灰分的增大，一方面會(huì)妨礙氧在煤焦內(nèi)部的擴(kuò)散，另一方面，增加的灰分中的空隙又會(huì)提高氧在煤焦內(nèi)部的擴(kuò)散截面積。第15頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．煤的結(jié)渣性研究

煤灰結(jié)渣是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。已提出了許多結(jié)渣經(jīng)驗(yàn)判別指標(biāo)。美國(guó)EPRI（ElectricPowerResearchInstitute）調(diào)研表明：已有指數(shù)不能完全正確的預(yù)報(bào)結(jié)渣傾向，但有相當(dāng)?shù)目煽啃裕?0%左右）。其中軟化溫度，硅比值分辨率最好。何佩敖、張忠孝引入最優(yōu)分割方法[60]，對(duì)用煤灰軟化溫度T2、SiO2/Al2O3﹑堿/酸比﹑硅比（SiO2×100/SiO2+CaO+MgO+Fe2O3）等參數(shù)預(yù)報(bào)結(jié)渣傾向的可靠性進(jìn)行了研究，對(duì)我國(guó)的動(dòng)力用煤，這四項(xiàng)指數(shù)的分辨率可達(dá)65%左右。而華中理工大學(xué)，主要從相圖、掃描電鏡及X射線(xiàn)分析結(jié)果入手，引入模糊綜合評(píng)判的方法。目前，在水泥行業(yè)中，涉及到煤的結(jié)渣特性的研究尚未開(kāi)展，煤的結(jié)渣性是否對(duì)水泥生產(chǎn)有影響，其影響程度如何，有待于科學(xué)的分析。第16頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、

煤粒著火過(guò)程及著火動(dòng)力學(xué)

1．著火的定義

任何燃料的燃燒過(guò)程，都有“著火”及“燃燒”兩個(gè)階段，由緩慢的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯×业难趸磻?yīng)（即燃燒）的瞬間叫著火，轉(zhuǎn)變時(shí)的最低溫度叫著火溫度。

Essenhigh指出臨界著火的情況下，有的點(diǎn)出現(xiàn)非臨界著火時(shí),但有的點(diǎn)出現(xiàn)第17頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月某一容器內(nèi)煤氣與空氣的混合物，單位時(shí)間內(nèi)由于氧化反應(yīng)放出熱量（放熱速率Q放）、單位時(shí)間內(nèi)散失熱量（散熱速率Q散）與混合氣體溫度的關(guān)系為：Q放=Kexp（-E/RT）Q散=K（T-T0）放熱曲線(xiàn)Ⅰ與散熱曲線(xiàn)Ⅲ相切的點(diǎn)C叫著火點(diǎn)，該時(shí)的溫度（Tc）叫著火溫度

，即在一定條件下燃料穩(wěn)定燃燒的最低溫度。著火溫度并不是一個(gè)定值。當(dāng)氧化反應(yīng)速率加大（即放熱速率很高）或散熱速率降低時(shí)，均能使著火溫度降低。

氣體燃料實(shí)驗(yàn)第18頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.幾種著火實(shí)驗(yàn)方法

熱天平法Tognotti[6]利用熱天平，得到空氣及氮?dú)馇闆r下煤（煤焦）的失重曲線(xiàn)。將這兩條曲線(xiàn)畫(huà)在一個(gè)圖中，則當(dāng)曲線(xiàn)出現(xiàn)分離點(diǎn)時(shí)就表明顆粒著火了。閃光頻率計(jì)數(shù)法Wall等讓煤粉從一垂直沉降爐中落下，記錄不同爐溫時(shí)煤粉出現(xiàn)火光的頻率，出現(xiàn)規(guī)則的火星或閃光（regularflashing）定義為著火溫度測(cè)溫法章明川等在沉降爐中，認(rèn)為剛好形成爐內(nèi)穩(wěn)定的火焰時(shí)是臨界著火狀態(tài)。此時(shí)，測(cè)量爐內(nèi)投粉與不投粉時(shí)沿軸向距離氣體的溫度，兩溫度曲線(xiàn)在一定位置會(huì)發(fā)生分離，定義此分離點(diǎn)即著火點(diǎn)。

第19頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

單顆粒煤著火的實(shí)驗(yàn)方法

Tomeczck與Wojcik[10]

利用熱電偶測(cè)量顆粒的溫度。但在判斷著火方法上仍以光電探測(cè)器探測(cè)到火焰為準(zhǔn)采用非臨界著火條件

付維標(biāo)，曾桃芳記錄碳粒整個(gè)著火過(guò)程中的溫升曲線(xiàn)，獲得溫度對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)及二階導(dǎo)數(shù)。根據(jù)著火定義，二階導(dǎo)數(shù)為零即為著火時(shí)刻，從而獲得準(zhǔn)確的著火溫度及一階導(dǎo)數(shù)。第20頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．煤焦著火動(dòng)力學(xué)參數(shù)研究?jī)煞N研究方法：采用經(jīng)典的TET理論

[12]，其中對(duì)輻射換熱一般都忽略不計(jì)對(duì)顆粒能量守恒與質(zhì)量守恒方程進(jìn)行求解在過(guò)去的研究中，都是根據(jù)TET簡(jiǎn)化理論所得的公式及實(shí)驗(yàn)所測(cè)的臨界著火氣體或碳粒溫度，來(lái)反算E、值。表2.1是部分研究者的結(jié)果。可以看到，即使對(duì)同一種煤，E值范圍也是很離散的。

第21頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月傅維標(biāo)的研究原因是：在前人處理數(shù)據(jù)中，將化學(xué)因素及物理因素引起對(duì)炭粒著火的影響都?xì)w入E、中。其次，在用著火溫度來(lái)確定反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)，許多研究者常以觀察到火焰出現(xiàn)或者炭粒發(fā)光作為著火的標(biāo)志，但此刻與理論上定義的著火時(shí)刻相距較遠(yuǎn)，所以導(dǎo)致誤差也較大。

E應(yīng)是顆粒表面溫度的函數(shù)，由煤焦與氧的化學(xué)特性決定，而與煤質(zhì)無(wú)關(guān)；純碳與氧反應(yīng)的表觀頻率因子僅是碳粒溫度與直徑的函數(shù)，而煤焦反應(yīng)的頻率因子,

表示煤焦比表面積f（s）影響煤焦反應(yīng)速率的某一函數(shù)，顯然f（s）是個(gè)物理因素，它的大小與煤質(zhì)有關(guān)，因此煤焦反應(yīng)的頻率因子與煤質(zhì)有關(guān)。

第22頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．實(shí)驗(yàn)室研究情況

實(shí)驗(yàn)方法直接觀察失重分析分別記錄煤粉、揮發(fā)分及煤焦的失重曲線(xiàn)，對(duì)比三條失重曲線(xiàn)，進(jìn)行著火方式判斷。溫升曲線(xiàn)分析借鑒付維標(biāo)，曾桃芳所采用的碳粒著火實(shí)驗(yàn)方法，同時(shí)考慮分解爐內(nèi)煤粉實(shí)際加熱狀況，將實(shí)驗(yàn)爐溫設(shè)置升溫到850℃。第23頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于著火現(xiàn)象觀察的結(jié)果

abcd

第24頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于著火方式研究的結(jié)果

第25頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表2.5.煤的著火方式實(shí)驗(yàn)結(jié)果煤分類(lèi)

無(wú)煙煤

貧

煤

煙

煤煤編號(hào)

1#2#6#7#8#11#3#4#5#9#10#著火方式

非均相

非均相

非均相

聯(lián)合

聯(lián)合

聯(lián)合

均相

均相

均相

聯(lián)合

聯(lián)合從表2.5可見(jiàn)，對(duì)不同煤質(zhì)，著火機(jī)理不同，無(wú)煙煤均為非均相著火，貧煤及部分煙煤為均相—非均相聯(lián)合著火，還有部分煙煤是均相著火。但受實(shí)驗(yàn)條件的限制，本實(shí)驗(yàn)中煤的加熱速度是<100℃/秒，因此此結(jié)果反映的是煤粉在低加熱速度下的低溫燃燒著火機(jī)理。從圖2.8趨勢(shì)可以推斷，提高加熱速度，煙煤著火機(jī)理將由均相著火向聯(lián)合著火過(guò)渡。這就是說(shuō)，在實(shí)際分解爐生產(chǎn)中，煙煤的著火機(jī)理也應(yīng)是均相—非均相聯(lián)合著火。

第26頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在該點(diǎn)之前，溫升速率逐漸降低，相當(dāng)于固體顆粒的純加熱過(guò)程；在該點(diǎn)附近，溫升速率變化較小，表明著火過(guò)程；在該點(diǎn)之后，溫升速率又逐漸增加，這是化學(xué)反應(yīng)生成熱的作用結(jié)果，表明焦炭已被點(diǎn)燃，著火過(guò)程完成。

d2T/dt2=0這點(diǎn)的物理意義曲線(xiàn)1：dT/dt-t關(guān)系曲線(xiàn)曲線(xiàn)2：d2T/dt2-t關(guān)系曲線(xiàn)第27頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各煤焦的E、值

表2.4各煤樣煤焦的著火溫度、E及煤分類(lèi)無(wú)煙煤貧煤煙煤煤編號(hào)1#2#6#7#8#11#3#4#5#9#10#溫度℃715680711691687701623513623636599活化能Ekcal/mol57.243.056.547.045.551.228.614.828.731.224.6

(10-3)(kg/sm2atm)1.610.431.540.620.550.930.120.040.120.150.08第28頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表2.7失重分析及溫升實(shí)驗(yàn)獲得的著火溫度比較不同的實(shí)驗(yàn)方法獲得的著火溫度不同，且以熱失重分析獲得的著火溫度偏低由溫升實(shí)驗(yàn)獲得的T3結(jié)果更可靠，且具有明確的物理意義，符合著火點(diǎn)定義

煤分類(lèi)無(wú)煙煤貧煤煙煤煤編號(hào)1#2#6#7#8#11#3#4#5#9#10#T1（℃）484420383206333309319190278294266T2（℃）696629637557590573550546572582577T3(℃)715680711691687701623513623636599第29頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、分解爐煤粉燃盡動(dòng)力學(xué)

Essenhigh[4-5]、Somins[6-7]、Smith[8-10]等人的工作揭示：在燃燒中，煤焦周?chē)倪吔鐚訑U(kuò)散對(duì)焦粒的燃燒速率有較大的影響，煤焦的化學(xué)特性及內(nèi)孔擴(kuò)散也起著更為重要的作用。

在計(jì)算燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)，國(guó)內(nèi)許多研究者未考慮燃盡度對(duì)燃燒速率的影響，因此所得的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際有一定的差距。

燃盡度對(duì)煤焦燃燒速率的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

一方面，隨著燃盡度的增加，灰殼的擴(kuò)散阻力隨著燃盡度的增加而不斷增加，從而使燃燒速率減少

另一方面，隨著燃盡度的增加，煤焦的反應(yīng)性也不斷變化第30頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月含煤灰的燃盡動(dòng)力學(xué)理論

傳統(tǒng)的顆粒燃燒模型，一般可分為等密度縮核模型和等粒徑燃燒模型兩類(lèi)：前者認(rèn)為燃燒發(fā)生在顆粒的外表面，可燃質(zhì)密度保持不變，顆粒外徑不斷減小后者認(rèn)為燃燒發(fā)生在整個(gè)煤粒的內(nèi)部，可燃質(zhì)外徑保持不變，密度逐漸減小提出裹灰縮核模型，來(lái)進(jìn)行含灰煤焦的燃盡動(dòng)力學(xué)研究第31頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月燃盡模型的建立模型認(rèn)為：煤焦在燃燒過(guò)程中，形成了灰殼和未燃炭核兩部分。未燃炭核部分的燃燒總發(fā)生炭核表面，可燃質(zhì)密度保持不變，隨著燃燒的進(jìn)行，未燃炭核的半徑不斷減小，當(dāng)炭核燃盡，未燃炭核直徑變?yōu)榱恪?等密度縮核模型)在未燃炭核的外層是灰殼，灰殼則隨著炭核燃燒的進(jìn)行，灰殼厚度逐漸增加，灰層內(nèi)的物質(zhì)密度及氣體物質(zhì)在其中的擴(kuò)散系數(shù)保持不變。在炭粒未點(diǎn)燃之前灰層的厚度為零，炭粒燃盡，灰層厚度為原煤粒半徑ro。模型示意圖見(jiàn)圖3.1。

第32頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．焦炭未燃核燃燒遵守等密度縮核模型的假設(shè)，即t=0時(shí)，rc=r0，t=tf（燃盡）時(shí)，rc=0。在燃燒過(guò)程中，不變。燃燒僅發(fā)生在焦炭核表面。

2．焦炭未燃核之外是灰殼，灰殼內(nèi)O2的擴(kuò)散系數(shù)為Dh

t=0時(shí)，灰殼厚度=0，

t=tf(燃盡)時(shí)，

3．由于分解爐內(nèi)煤粉燃燒屬于低溫燃燒，本文假設(shè)在焦炭粒表面僅發(fā)生C+O2=O2的反應(yīng)裹灰縮核模型假設(shè)第33頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月焦炭燃盡特性及燃盡過(guò)程

煤焦粒的多相燃燒過(guò)程主要包括下面的三個(gè)過(guò)程：1．氧氣由邊界層向焦粒外表面擴(kuò)散2．氧氣通過(guò)孔隙擴(kuò)散到顆粒內(nèi)部3．氧分子與碳原子發(fā)生氧化燃燒反應(yīng)因此在本文假設(shè)的模型中，上面三個(gè)過(guò)程可以理解為：1．環(huán)境中氧氣由邊界層向灰層表面擴(kuò)散2．?dāng)U散至灰層表面的氧氣又通過(guò)灰層孔隙擴(kuò)散至未燃炭粒表面3．未燃炭粒表面發(fā)生C+=C的氧化燃燒反應(yīng)

第34頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、炭粒的燃燒速度計(jì)算根據(jù)質(zhì)量守恒定律和擴(kuò)散定律，在穩(wěn)態(tài)反應(yīng)條件下，氧氣通過(guò)各個(gè)反應(yīng)球面的傳質(zhì)速率應(yīng)為一常數(shù)。設(shè)氧氣從某一半徑為的球面擴(kuò)散到另一半徑為的球面。在r1和r2之間取某一半徑為r的球面，則單位時(shí)間里通過(guò)這個(gè)球面向內(nèi)擴(kuò)散的氧氣量為：

……(1)

第35頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)氧氣由環(huán)境擴(kuò)散傳質(zhì)至灰層表面時(shí)，上式中，

=∞,=(環(huán)境氧濃度)=,=(灰表面氧濃度)則氧氣的擴(kuò)散速率

當(dāng)氧氣由灰層表面向未燃炭核表面擴(kuò)散時(shí)，上式中

=,=(t時(shí)刻炭核半徑)=,=則在灰層內(nèi)擴(kuò)散速率

在炭粒表面，若以氧氣的消耗速率KbO2來(lái)表示炭粒的燃燒速度，則：第36頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)通過(guò)產(chǎn)物層各個(gè)球面的傳質(zhì)速率為一常數(shù)的條件，由式3.4、3.5、3.6，消去不便測(cè)量的Ch和m，可得炭粒表面氧氣的濃度第37頁(yè)，課件共45頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若以炭粒中的碳的消耗速度來(lái)表示燃燒速度，則

式中:β為碳消耗量與氧消耗量的比例，對(duì)僅發(fā)生C+＝CO2的反應(yīng)，β＝12/32＝0.375。當(dāng)Ｃ＋Ｏ２＝ＣＯ、C+＝CO2反應(yīng)共存，則根據(jù)文獻(xiàn)，在730-1170K溫度范圍，CO和CO2兩種產(chǎn)物的比值隨溫度的升高而增加，兩種產(chǎn)物的比值：