《燃燒機(jī)理》課件

燃燒機(jī)理燃燒是化學(xué)反應(yīng)過程，涉及燃料與氧化劑之間的快速反應(yīng)，產(chǎn)生熱量和光。燃燒機(jī)理研究燃燒過程的化學(xué)反應(yīng)步驟、反應(yīng)速率和能量變化。課程目標(biāo)了解燃燒過程理解燃燒機(jī)理的基本原理，掌握燃料燃燒的規(guī)律。掌握燃燒控制學(xué)習(xí)控制燃燒參數(shù)，提高燃燒效率，降低污染排放。應(yīng)用燃燒知識能夠運(yùn)用燃燒知識解決實(shí)際工程問題，進(jìn)行燃燒過程的模擬和優(yōu)化。燃燒基礎(chǔ)知識燃燒定義燃燒是一種快速放熱反應(yīng)。燃料與氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放熱量和光。燃燒條件燃燒需要三個條件：可燃物、氧化劑和點(diǎn)火源。燃燒類型燃燒類型包括完全燃燒和不完全燃燒。燃燒產(chǎn)物燃燒產(chǎn)物主要包括二氧化碳、水、氮?dú)夂蜕倭科渌镔|(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)速度11.反應(yīng)物消耗速率單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少量。22.生成物生成速率單位時間內(nèi)生成物濃度的增加量。33.影響因素溫度、濃度、催化劑、表面積等因素都會影響化學(xué)反應(yīng)速度?；瘜W(xué)反應(yīng)級數(shù)反應(yīng)級數(shù)是指反應(yīng)速率常數(shù)中各反應(yīng)物濃度項(xiàng)的冪之和。反應(yīng)級數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)測定，通常通過改變反應(yīng)物濃度，觀察反應(yīng)速率的變化來確定。反應(yīng)級數(shù)可以用來預(yù)測反應(yīng)速率隨反應(yīng)物濃度的變化情況，并用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化反應(yīng)過程。濃度對反應(yīng)速度的影響反應(yīng)物濃度反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)物分子之間的碰撞頻率就越高，化學(xué)反應(yīng)速度就越快。生成物濃度生成物濃度越高，反應(yīng)速度越慢。這是因?yàn)樯晌锓肿涌赡芘c反應(yīng)物分子發(fā)生碰撞，降低反應(yīng)速度。催化劑的影響催化劑可以改變反應(yīng)速率，但不會影響化學(xué)平衡。催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，從而提高反應(yīng)速率。溫度對反應(yīng)速度的影響1溫度與反應(yīng)速度的關(guān)系溫度升高，反應(yīng)速度加快。每升高10攝氏度，反應(yīng)速度大約增加2-3倍。2阿倫尼烏斯公式阿倫尼烏斯公式描述了溫度對反應(yīng)速度常數(shù)的影響。該公式表明，反應(yīng)速度常數(shù)隨溫度升高呈指數(shù)增長。3活化能活化能是指反應(yīng)物分子從反應(yīng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡狀態(tài)所需的最低能量。溫度升高，分子平均動能增加，能夠克服活化能的分子數(shù)量增多，從而提高反應(yīng)速度。接觸面積對反應(yīng)速度的影響1接觸面積越大反應(yīng)物接觸的機(jī)會越多2反應(yīng)速度越快反應(yīng)物分子之間碰撞的頻率越高3固體燃料的燃燒粉末狀燃料比塊狀燃料燃燒更快接觸面積的大小對反應(yīng)速度有顯著影響。接觸面積越大，反應(yīng)物之間碰撞的頻率越高，反應(yīng)速度就越快。反應(yīng)器類型對反應(yīng)速度的影響1流化床反應(yīng)器氣體與固體燃料充分混合，反應(yīng)速度快2固定床反應(yīng)器固體燃料固定，氣體流過，反應(yīng)速度較慢3燃燒室燃料燃燒的主要場所，反應(yīng)速度快反應(yīng)器類型對燃燒過程的影響很大，不同的反應(yīng)器類型會影響燃燒速率，燃燒效率以及燃燒產(chǎn)物的組成。流化床反應(yīng)器是常見的燃燒反應(yīng)器之一，其特點(diǎn)是氣固兩相充分混合，使得燃燒速度快，反應(yīng)效率高。固定床反應(yīng)器則相反，固體燃料固定，氣體流過，導(dǎo)致燃燒速度較慢。燃燒室通常用于燃燒效率高的燃燒過程，其特點(diǎn)是內(nèi)部溫度高，有利于燃料的快速燃燒。化學(xué)平衡可逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等。在一定條件下，反應(yīng)物和生成物濃度保持不變。平衡常數(shù)平衡常數(shù)是衡量反應(yīng)達(dá)到平衡時反應(yīng)物和生成物濃度比例的指標(biāo)。可以通過平衡常數(shù)判斷反應(yīng)方向和程度。平衡常數(shù)平衡常數(shù)化學(xué)反應(yīng)在平衡狀態(tài)下的反應(yīng)物和生成物濃度之比。表達(dá)式K=[生成物]/[反應(yīng)物]影響因素溫度、壓力、濃度等。應(yīng)用預(yù)測反應(yīng)方向、計(jì)算平衡濃度、確定最佳反應(yīng)條件等。影響化學(xué)平衡的因素溫度溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動。溫度降低，平衡向放熱反應(yīng)方向移動。壓力增加體系壓力，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動。減少體系壓力，平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動。濃度增加反應(yīng)物濃度，平衡向生成物方向移動。增加生成物濃度，平衡向反應(yīng)物方向移動。催化劑催化劑可以加速正逆反應(yīng)速率，但不會改變化學(xué)平衡常數(shù)，因此不會影響化學(xué)平衡狀態(tài)。氣體燃料的燃燒特性氣體燃料燃燒過程迅速，火焰溫度高。氣體燃料混合均勻，燃燒穩(wěn)定性高，容易控制燃燒過程。但氣體燃料易燃易爆，儲存運(yùn)輸安全要求高。氣體燃料燃燒過程中，火焰形態(tài)受燃料種類、混合比、流速等因素影響。了解氣體燃料燃燒特性，可以優(yōu)化燃燒效率，減少污染排放。液體燃料的燃燒特性液體燃料是指在常溫下呈液態(tài)的燃料，例如汽油、柴油、煤油等。液體燃料燃燒前需要先氣化，形成可燃性氣體混合物，然后才能燃燒。液體燃料的燃燒特性受其化學(xué)組成、物理性質(zhì)和燃燒條件的影響，例如沸點(diǎn)、蒸汽壓、黏度、表面張力等。此外，液體燃料的燃燒還受噴霧特性、混合程度和燃燒室形狀的影響。固體燃料的燃燒特性固體燃料燃燒過程相對復(fù)雜，通常涉及到多個階段，包括揮發(fā)分燃燒、焦炭燃燒和灰燼燃燒。揮發(fā)分是指燃料中容易揮發(fā)的部分，它會先于焦炭燃燒。焦炭是固體燃料在高溫下失去揮發(fā)分后的殘留物，它會繼續(xù)燃燒釋放熱量?；覡a是燃料燃燒后留下的殘?jiān)?，通常含有各種無機(jī)物。固體燃料的燃燒特性受其化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)、粒度、水分含量等因素影響。不同的固體燃料具有不同的燃燒特性，例如木柴燃燒速度快，而煤炭燃燒速度慢。了解固體燃料的燃燒特性對于選擇合適的燃燒設(shè)備和優(yōu)化燃燒過程至關(guān)重要。燃料改性對燃燒的影響添加劑影響添加劑可以改變?nèi)剂系娜紵匦?，例如提高著火溫度、降低燃燒溫度、提高燃燒效率等。常用的添加劑包括催化劑、抑制劑、穩(wěn)定劑等。混合燃料影響混合燃料可以改變?nèi)紵^程，例如提高燃燒效率、降低排放等。例如，生物燃料與傳統(tǒng)燃料混合，可以減少污染物排放。燃燒工藝對燃燒的影響11.燃燒室形狀燃燒室形狀影響燃料與空氣的混合程度和火焰穩(wěn)定性。22.燃燒溫度燃燒溫度影響化學(xué)反應(yīng)速度和燃燒效率。33.燃燒壓力燃燒壓力影響化學(xué)反應(yīng)平衡和火焰?zhèn)鞑ニ俣取?4.燃料噴射方式燃料噴射方式影響燃料與空氣的混合程度和燃燒穩(wěn)定性。燃燒過程的控制因素燃料性質(zhì)燃料的化學(xué)成分、揮發(fā)分含量、著火溫度等因素影響著燃燒過程的效率和穩(wěn)定性。氧氣供應(yīng)充足的氧氣供應(yīng)是燃燒過程的關(guān)鍵，氧氣不足會導(dǎo)致燃燒不完全，產(chǎn)生煙霧和有害物質(zhì)。溫度燃燒需要一定的溫度才能啟動和維持，溫度過高會造成設(shè)備損壞，溫度過低會導(dǎo)致燃燒效率降低。混合方式燃料和空氣的混合方式對燃燒效率和穩(wěn)定性有重要影響，混合方式可以影響燃料的燃燒速度和火焰形狀。燃燒過程中的傳熱傳質(zhì)熱傳遞燃燒過程涉及熱量從高溫火焰?zhèn)鬟f到周圍環(huán)境，包括對流、傳導(dǎo)和輻射。質(zhì)量傳遞燃料、氧化劑和燃燒產(chǎn)物在燃燒過程中不斷混合和擴(kuò)散，影響燃燒效率和污染物排放?；鹧?zhèn)鞑C(jī)理1預(yù)熱階段火焰前沿將未燃混合物加熱至燃點(diǎn)。2化學(xué)反應(yīng)階段未燃混合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放熱量。3擴(kuò)散階段熱量和燃燒產(chǎn)物擴(kuò)散至周圍未燃混合物?；鹧?zhèn)鞑C(jī)理是火焰在可燃混合物中傳播的機(jī)制?；鹧?zhèn)鞑ミ^程分為三個階段：預(yù)熱階段、化學(xué)反應(yīng)階段和擴(kuò)散階段。預(yù)混合火焰火焰結(jié)構(gòu)預(yù)混合火焰具有明顯的火焰結(jié)構(gòu)，包括火焰前沿、反應(yīng)區(qū)和火焰后沿。燃燒速度預(yù)混合火焰的燃燒速度取決于燃料與氧化劑的混合比例和溫度。燃燒穩(wěn)定性預(yù)混合火焰的燃燒穩(wěn)定性受火焰速度、燃燒室?guī)缀涡螤詈土鲃訔l件的影響。應(yīng)用預(yù)混合火焰在內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和工業(yè)爐窯等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。擴(kuò)散火焰燃料和氧化劑混合擴(kuò)散火焰中，燃料和氧化劑通過擴(kuò)散混合，然后發(fā)生燃燒反應(yīng)?；旌峡刂迫紵剂虾脱趸瘎┑幕旌纤俾蕸Q定了燃燒速率，影響火焰形狀和溫度?；鹧嫘螒B(tài)多樣擴(kuò)散火焰的形狀多樣，可以是圓形、錐形或不規(guī)則形，取決于燃燒條件。燃燒效率的影響因素11.燃料性質(zhì)燃料的化學(xué)組成和物理性質(zhì)會影響燃燒效率。例如，揮發(fā)分含量高的燃料更容易點(diǎn)燃，燃燒效率更高。22.燃燒條件空氣量、溫度、壓力等因素會影響燃燒效率。例如，空氣量不足會導(dǎo)致燃燒不完全，降低燃燒效率。33.燃燒設(shè)備燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行狀況也會影響燃燒效率。例如，燃燒室的形狀、大小和燃料噴嘴的布置都會影響燃燒效率。44.燃燒過程控制對燃燒過程進(jìn)行有效的控制，如控制燃料與空氣的混合比、燃燒溫度等，可以提高燃燒效率。燃燒效率的測量方法燃燒效率是指燃料燃燒過程中釋放的熱量占燃料總熱值的比例。測量燃燒效率有多種方法，常用方法包括熱量計(jì)法、煙氣分析法和氧量計(jì)法。熱量計(jì)法是通過測量燃燒過程中產(chǎn)生的熱量來計(jì)算燃燒效率。煙氣分析法是通過分析煙氣中的成分來計(jì)算燃燒效率。氧量計(jì)法是通過測量燃燒過程中的氧氣消耗量來計(jì)算燃燒效率。除了上述方法外，還可以使用其他方法來測量燃燒效率，例如使用熱像儀測量燃燒火焰溫度來推算燃燒效率。燃燒污染物的產(chǎn)生機(jī)理不完全燃燒燃料中碳?xì)浠衔餂]有完全氧化，生成一氧化碳、碳?xì)浠衔锏?。這些物質(zhì)對人體有害，影響環(huán)境。氮氧化物空氣中的氮?dú)庠诟邷叵屡c氧氣反應(yīng)，生成氮氧化物。氮氧化物是造成酸雨和光化學(xué)煙霧的主要原因。硫氧化物燃料中含硫物質(zhì)燃燒產(chǎn)生二氧化硫，二氧化硫在大氣中轉(zhuǎn)化為硫酸，是造成酸雨的主要原因。顆粒物燃燒過程中產(chǎn)生的固體顆粒物，包括煙灰、飛灰等。顆粒物對人體呼吸系統(tǒng)有損害，影響能見度。燃燒污染物的控制技術(shù)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化降低過量空氣系數(shù)優(yōu)化燃燒器結(jié)構(gòu)提高燃料質(zhì)量煙氣脫硫石灰石-石膏法海水脫硫法氨法脫硫煙氣脫硝選擇性催化還原法非選擇性催化還原法SNCR脫硝技術(shù)顆粒物控制靜電除塵袋式除塵旋風(fēng)除塵低污染燃燒技術(shù)低氮氧化物燃燒技術(shù)使用低氮氧化物燃燒器或優(yōu)化燃燒條件，降低氮氧化物的排放。生物燃料燃燒技術(shù)使用生物燃料，例如生物柴油和生物乙醇，減少溫室氣體排放。潔凈煤燃燒技術(shù)通過煤炭氣化、脫硫、脫硝等技術(shù)，提高煤炭燃燒效率，減少污染物排放。高效燃燒技術(shù)優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，提高燃料燃燒效率，降低污染物排放。燃燒過程數(shù)值模擬方法1建立數(shù)學(xué)模型描述燃燒過程的物理化學(xué)過程2數(shù)值求解利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算3結(jié)果分析對模擬結(jié)果進(jìn)行分析和驗(yàn)證4優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化燃燒裝置數(shù)值模擬方法能夠幫助我們更深入地理解燃燒過程，并指導(dǎo)燃燒裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。燃燒機(jī)理試驗(yàn)研究方法燃燒室實(shí)驗(yàn)研究燃燒過程中的溫度、