高等燃燒學(xué)08煤的燃燒基礎(chǔ)

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1、第8章煤的燃燒基礎(chǔ)第一節(jié)引言固體燃料燃燒的一般描述?固體燃料：金屬，非金屬，固體推進(jìn)劑，化石燃料—煤?按照不同的生成年代和碳?xì)浔?，煤可以分成無(wú)煙煤，貧煤煙煤，褐煤，泥煤等?煤的成分可以：元素分析（碳，氫，氧，氮，硫等）工業(yè)分析（揮發(fā)分，固定碳，水分，灰分）巖相分析來(lái)確定?固體燃料燃燒方式：裝藥燃燒，型煤燃燒，固定床燃燒，移動(dòng)床燃燒，流化床燃燒，懸?。▕A帶）燃燒漿狀燃燒（CWM，COM，CWOM）等?煤是地球上廉價(jià)燃料，主要問(wèn)題是污染和磨損煤的燃燒?煤的燃燒過(guò)程一般是升溫，水分蒸發(fā)，熱解揮發(fā)，揮發(fā)分著火燃燒，揮發(fā)分和焦炭共同燃燒，焦炭燃燒，后者時(shí)間最長(zhǎng)，發(fā)熱的貢獻(xiàn)最大?煤的燃

2、燒方式無(wú)論何種，火床燃燒，流化床燃燒，煤粉燃燒。?其實(shí)質(zhì)是：碳的燃燒，并伴以相繼進(jìn)行的，先行的或并行的揮發(fā)分燃燒。煤的燃燒問(wèn)題可歸結(jié)為四個(gè)方面的課題：?熱解動(dòng)力學(xué)的研究；?揮發(fā)物燃燒動(dòng)力學(xué)的研究；?純“碳”燃燒的研究；?煤本身燃燒的研究煤燃燒反應(yīng)的特點(diǎn)：?加熱首先熱解，析出揮發(fā)物，受熱解動(dòng)力學(xué)控制；?碳的燃燒是“非均相反應(yīng)”，受氣體組分?jǐn)U散和表面動(dòng)力學(xué)雙重控制；?揮發(fā)物的燃燒和固態(tài)碳的燃燒關(guān)系多種多樣。一般來(lái)說(shuō)：煤反應(yīng)分為兩個(gè)截然不同的部分（Gray等人,1976年):原煤中的揮發(fā)分析出?當(dāng)原煤在惰性的或氧化的環(huán)境中加熱時(shí)，反應(yīng)就開(kāi)始了。T↑，煤中的水分最先釋放出來(lái)；T↑↑

3、，氣體和焦油物質(zhì)開(kāi)始釋放?熱解程度可以從煤?？傊氐陌俜种畮椎?0~80%，并且可以在幾毫秒到幾分鐘內(nèi)發(fā)生。這取決于：煤粒的尺寸d，煤種性質(zhì)，溫度條件等。?剩余物質(zhì)叫“焦炭”，其中碳含量增加，O2，H2減少。焦炭的性質(zhì)（形狀、多孔性等）取決于：煤粒的尺寸d，煤種性質(zhì)，熱解條件等。殘余焦炭的氧化反應(yīng)?在足夠高的溫度下，殘余炭可以直接與氧接觸而氧化或燒掉。?這一反應(yīng)被認(rèn)為是非均相反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程由吸附理論控制。反應(yīng)速率取決于：煤種，溫度，壓力，焦炭性質(zhì)，氧濃度等。?這一反應(yīng)過(guò)程很慢（與V析出比）上述兩種反應(yīng)過(guò)程：可以同時(shí)發(fā)生，尤其在非常高的加熱速率條件下。第二節(jié)煤的快速熱分解?煤通

4、常升溫到500℃到600℃左右時(shí)開(kāi)始釋放出一氧化碳，碳?xì)浠?，氮，水汽等，稱為熱解揮發(fā)。?可以認(rèn)為一個(gè)煤顆粒中含有干而無(wú)灰的煤（D煤），焦炭，af灰分和水分。?Daf煤熱解放出揮發(fā)分，焦炭和環(huán)境中的氧氣異相反應(yīng)放出一氧化碳和二氧化碳等。?煤粒的質(zhì)量損失率等于水分蒸發(fā)率加揮發(fā)分釋放率加焦炭燃燒率。?煤的熱解揮發(fā)對(duì)著火和火焰穩(wěn)定有重要作用。?雖然焦炭燃燒對(duì)煤粒燃燒起主要作用，但揮發(fā)分釋放影響煤的孔隙率，從而間接影響焦炭燃盡過(guò)程。?煤的熱解揮發(fā)模型有單方程，雙方程，多方程模型等。其中目前常用的是雙方程模型快速熱解：加熱速率大于104k/s；低速熱解：加熱速率低于103k/s。幾個(gè)

5、試驗(yàn)結(jié)論：1、煤的揮發(fā)程度是終溫的函數(shù)，變化很大（5~60%）；2、d↓，T↑煤粒揮發(fā)加快；3、各種煤有類似的揮發(fā)特性；4、揮發(fā)分產(chǎn)物成分的比例隨熱解溫度而變煤的熱解試驗(yàn)（兩大類）：靜態(tài)實(shí)驗(yàn)技術(shù)：坩堝法，電柵網(wǎng)法，熱天平法。流動(dòng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)：火焰熱解法，惰性氣體加熱法。具體是采用流化床或懸浮流動(dòng)的方法。Smoot書(shū)中例舉出40篇試驗(yàn)結(jié)果報(bào)道，各20篇揮發(fā)分的析出模型?1、Badzioch和Hawksley的一步反應(yīng)模型?假設(shè)：1）揮發(fā)分析出是一級(jí)反應(yīng)；2）反應(yīng)速率與煤中剩下的揮發(fā)分量成正比；3）揮發(fā)分析出速率服從Arrhenius定律dv?k(v?v)?dtEk?kexp(?)

6、0RT?式中：v為對(duì)應(yīng)一定量的初始原煤到時(shí)間t為止熱解所放出的揮發(fā)物。?v?為對(duì)應(yīng)一定量的初始原煤到時(shí)間t→?熱解所放出的揮發(fā)物（即可釋放的最大揮發(fā)分量）。?Badzioch認(rèn)為V??Q(1?VC)VP參數(shù)Q、VV由試驗(yàn)確定，并與加熱速率有關(guān)。而CPE、k是溫度的函數(shù)。0?應(yīng)用情況：1）不適合非等溫解；2）中溫?zé)峤廨^合適，不適用高溫狀態(tài)Stickler的兩個(gè)平行反應(yīng)方程模型模型認(rèn)為：兩類熱解反應(yīng)平行的進(jìn)行，其中一個(gè)在較低的溫度下占優(yōu)勢(shì)，另一個(gè)在較高的溫度下占優(yōu)勢(shì)。daf煤k↗(1-α)R+αV11111k↘(1–α)R+αV(1)22222式中：k、k熱解反應(yīng)速率系數(shù)；12

7、E1k?Bexp(?)1v1RTPE2k?Bexp(?)(2)2v2RTPB,B為指數(shù)前因子，E，E為兩類反應(yīng)的活化能。v1v212一般來(lái)說(shuō)，除和煤種有關(guān)之外還和壓力有關(guān)。針對(duì)美國(guó)煤種，Stickler給出：513B?3.7?101/SB?1.46?101/Sv1v233E?17.7?10kcal/kmolE?60.24?10kcal/kmol12?Tp是煤粒溫度V1、V2是揮發(fā)物；R1、R2是殘?zhí)?；?、α2是熱解反應(yīng)當(dāng)量系數(shù)。?模型認(rèn)為：?第一類反應(yīng)是低活化能的，在較低溫度下起主導(dǎo)作用；?第二類反應(yīng)是高活化能的