高等燃燒學08煤的燃燒基礎

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1、第8章煤的燃燒基礎第一節(jié)引言固體燃料燃燒的一般描述?固體燃料：金屬，非金屬，固體推進劑，化石燃料—煤?按照不同的生成年代和碳氫比，煤可以分成無煙煤，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，移動床燃燒，流化床燃燒，懸浮（夾帶）燃燒漿狀燃燒（CWM，COM，CWOM）等?煤是地球上廉價燃料，主要問題是污染和磨損煤的燃燒?煤的燃燒過程一般是升溫，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，后者時間最長，發(fā)熱的貢獻最大?煤的燃

2、燒方式無論何種，火床燃燒，流化床燃燒，煤粉燃燒。?其實質是：碳的燃燒，并伴以相繼進行的，先行的或并行的揮發(fā)分燃燒。煤的燃燒問題可歸結為四個方面的課題：?熱解動力學的研究；?揮發(fā)物燃燒動力學的研究；?純“碳”燃燒的研究；?煤本身燃燒的研究煤燃燒反應的特點：?加熱首先熱解，析出揮發(fā)物，受熱解動力學控制；?碳的燃燒是“非均相反應”，受氣體組分擴散和表面動力學雙重控制；?揮發(fā)物的燃燒和固態(tài)碳的燃燒關系多種多樣。一般來說：煤反應分為兩個截然不同的部分（Gray等人,1976年):原煤中的揮發(fā)分析出?當原煤在惰性的或氧化的環(huán)境中加熱時，反應就開始了。T↑，煤中的水分最先釋放出來；T↑↑

3、，氣體和焦油物質開始釋放?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發(fā)生。這取決于：煤粒的尺寸d，煤種性質，溫度條件等。?剩余物質叫“焦炭”，其中碳含量增加，O2，H2減少。焦炭的性質（形狀、多孔性等）取決于：煤粒的尺寸d，煤種性質，熱解條件等。殘余焦炭的氧化反應?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。?這一反應被認為是非均相反應，反應過程由吸附理論控制。反應速率取決于：煤種，溫度，壓力，焦炭性質，氧濃度等。?這一反應過程很慢（與V析出比）上述兩種反應過程：可以同時發(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℃左右時開始釋放出一氧化碳，碳氫化物，氮，水汽等，稱為熱解揮發(fā)。?可以認為一個煤顆粒中含有干而無灰的煤（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放出一氧化碳和二氧化碳等。?煤粒的質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)對著火和火焰穩(wěn)定有重要作用。?雖然焦炭燃燒對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

5、試驗結論：1、煤的揮發(fā)程度是終溫的函數，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)分產物成分的比例隨熱解溫度而變煤的熱解試驗（兩大類）：靜態(tài)實驗技術：坩堝法，電柵網法，熱天平法。流動實驗技術：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的方法。Smoot書中例舉出40篇試驗結果報道，各20篇揮發(fā)分的析出模型?1、Badzioch和Hawksley的一步反應模型?假設：1）揮發(fā)分析出是一級反應；2）反應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為對應一定量的初始原煤到時間t為止熱解所放出的揮發(fā)物。?v?為對應一定量的初始原煤到時間t→?熱解所放出的揮發(fā)物（即可釋放的最大揮發(fā)分量）。?Badzioch認為V??Q(1?VC)VP參數Q、VV由試驗確定，并與加熱速率有關。而CPE、k是溫度的函數。0?應用情況：1）不適合非等溫解；2）中溫熱解較合適，不適用高溫狀態(tài)Stickler的兩個平行反應方程模型模型認為：兩類熱解反應平行的進行，其中一個在較低的溫度下占優(yōu)勢，另一個在較高的溫度下占優(yōu)勢。daf煤k↗(1-α)R+αV11111k↘(1–α)R+αV(1)22222式中：k、k熱解反應速率系數；12

7、E1k?Bexp(?)1v1RTPE2k?Bexp(?)(2)2v2RTPB,B為指數前因子，E，E為兩類反應的活化能。v1v212一般來說，除和煤種有關之外還和壓力有關。針對美國煤種，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是熱解反應當量系數。?模型認為：?第一類反應是低活化能的，在較低溫度下起主導作用；?第二類反應是高活化能的