1、江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院 固体燃料种类、特性，碳的燃烧化学反应过程，煤的固体燃料种类、特性，碳的燃烧化学反应过程，煤的各种燃烧方法各种燃烧方法碳的燃烧化学反应过程碳的燃烧化学反应过程 江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院天然固体燃料天然固体燃料 木质燃料木质燃料 冶金生产：炼焦和气化冶金生产：炼焦和气化工业炉窑工业炉窑 江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力
2、工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院不不 同同 种种 类类 煤煤 的的 特特 点点泥煤褐煤烟煤无烟煤碳化程度密度吸水性挥发分运输储存氢氧含量可燃性发热量机械性能粘结性低高小大强弱高低差好难易高低好差低高弱最好江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院燃料种类燃料种类可燃质中焦炭的质量份额可燃质中焦炭的质量份额%焦炭热值占总热值的份额焦炭热值占总热值的份额%木柴木柴1520泥煤泥煤3040.5褐煤褐煤5566烟煤烟煤578859.683.5无烟煤无烟煤96.595常见固体燃料可燃质情况常见固体
3、燃料可燃质情况江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院可燃质可燃质惰性质惰性质 ：煤的主要可燃元素，燃烧时放出大量的热。煤的主要可燃元素，燃烧时放出大量的热。：煤的主要可燃元素（可燃氢煤的主要可燃元素（可燃氢 、化合氢、化合氢 ）。）。：煤中一种有害物质。和碳、氢构成氧化物煤中一种有害物质。和碳、氢构成氧化物 。：一般不参加燃烧反应，是燃料中的惰性元素。一般不参加燃烧反应，是燃料中的惰性元素。：有机硫有机硫(S机机)黄铁矿硫黄铁矿硫(S矿矿)硫酸盐硫硫酸盐硫(S盐盐)可燃硫或挥发硫可燃硫或挥发硫 ：煤中所含的矿物杂质煤中所含的矿物杂质(主要是碳酸盐、粘主要是碳酸盐、粘 土矿物质、以
4、及微量稀土元素等土矿物质、以及微量稀土元素等)。：外部水分外部水分(也叫做湿分或机械附着水也叫做湿分或机械附着水)内部水分内部水分江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院：燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其：燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其中的水蒸气凝结成中的水蒸气凝结成0的水时所放出的热量的水时所放出的热量。：指的是燃料完全燃烧后燃烧产物中的：指的是燃料完全燃烧后燃烧产物中的水蒸气冷却到水蒸气冷却到20时放出的热量时放出的热量。江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院
5、江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院碳燃烧释热的化学反应过程为：碳燃烧释热的化学反应过程为：22409COCO222245COCOKJKJ 表示整个化学反应的物质平衡和热平衡，是表示整个化学反应的物质平衡和热平衡，是。反应过程反应过程反应机理反应机理江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院n 研究表明，碳与氧相
6、遇后首先发生研究表明，碳与氧相遇后首先发生：n 初次反应生成的初次反应生成的CO和和CO2通过周围的介质扩散出去，通过周围的介质扩散出去，能够重新被碳表面从气体介质中吸附，在一定条件下发能够重新被碳表面从气体介质中吸附，在一定条件下发 生生。n 初次反应和二次反应同时交叉平行进行着，构成碳燃初次反应和二次反应同时交叉平行进行着，构成碳燃 烧过程的基本化学反应。烧过程的基本化学反应。224322COCOCO22322COCOCO或或22162CCOCO2222571COOCOKJ KJ江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院22222CH OCOH22123CH OCOHKJ242C
7、HCH3C+4H2O=4H2+2CO+CO22H2+O2=2H2OCO+H2O=CO2+H2江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院224322COCOCO22322COCOCO或或(氧化反应）江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院224322COCOCO22322COCOCO或或23432COC O络合：络合：342222C OCOCOCO离解：离解：224322COCOCO江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院氧消耗速度氧消耗速度(即燃烧速度即燃烧速度)为：为：2121ObbKk qk Cqk1络合速度；k2 撞击下离解的速度常数；Cb 氧的表面浓度
8、。bbbObCkkCkkqqCkqkqK2121211111111112江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院bbbObCkkCkkqqCkqkqK21212111111111121：，则，则 一级反应，与氧气的一次方成正比，反应速度取决于离解速度一级反应，与氧气的一次方成正比，反应速度取决于离解速度2：，则，则 零级反应，反应速度取决于络合速度，而与氧气浓度无关零级反应，反应速度取决于络合速度，而与氧气浓度无关 ：bCkk2111bObCkK22bCkk211112kKObbObCkK22江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院23432COC O络合：络合：342
9、2C OCOCO热分解：热分解：22322COCOCO江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院化学吸附速度化学吸附速度(即燃烧速度即燃烧速度)为：为：（一级反应）一级反应）21ObbKk C 2ObbKkC撞击下分解的速度常数：撞击下分解的速度常数：k1化学吸附的速度常数：化学吸附的速度常数：k1反应机理反应机理阿累尼乌斯定律：阿累尼乌斯定律：0expEkkRTk江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院22162CCOCOKJ n 该反应为一吸热反应，是煤气发生炉中进行的主要化该反应为一吸热反应，是煤气发生炉中进行的主要化 学反应。学反应。n COCO2 2首先要吸附到
10、碳的晶体上，形成络合物，然后络首先要吸附到碳的晶体上，形成络合物，然后络 合物分解成合物分解成COCO，解析离开碳表面。，解析离开碳表面。江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院气化反应的速度气化反应的速度：222CObCOCO bKkC江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院“碳的氧化反应和气化反应相比，究竟哪一个速度快？碳的氧化反应和气化反应相比，究竟哪一个速度快？”往往是往往是锅炉和冶金炉燃烧技术上感兴趣的一个问题。锅炉和冶金炉燃烧技术上感兴趣的一个问题。碳的氧化反应的活化能碳的氧化反应的活化能较小一些，表现为一根稍平较小一些，表现为一根稍平缓的直线。缓的直线。碳
11、与二氧化碳的气化反碳与二氧化碳的气化反应的活化能大一些，表现为应的活化能大一些，表现为一根较陡的直线。一根较陡的直线。比较后知，氧化反应的比较后知，氧化反应的速度常数在速度常数在12001500的的范围内比气化反应的速度常范围内比气化反应的速度常数要大数要大1030倍。倍。江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院：强烈的放热反应，如强化，放热：强烈的放热反应，如强化，放热 更多，温度更高，反应更加剧，更多，温度更高，反应更加剧，其其的。的。：强烈的吸热反应。如一时强化，：强烈的吸热反应。如一时强化，吸热增多，温度降低，则反应减吸热增多，温度降低，则反应减 缓，其缓，其。江苏大学江苏
12、大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院22123CH OCOHKJ江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院22162COCOCKJn 该反应为放热反应，是气化反应的逆反应；该反应为放热反应，是气化反应的逆反应；n 在温度降低时，会引起析碳；对于冶金炉、合成氨装置和燃油炉，在温度降低时，会引起析碳；对于冶金炉、合成氨装置和燃油炉，这是一个重要问题。这是一个重要问题。n 温度很高时，不能发生岐化反应；温度很低时，反应速度太低，也温度很高时，不能发生岐化反应；温度很低时，反应速度太低，也 不能析碳，仅在不能析碳，仅在2001000的温度范围内，才可能析碳。的温度范围内，才可能析碳。n
13、岐化反应的最大速度出现在温度为岐化反应的最大速度出现在温度为400600范围内。范围内。江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院煤的燃烧江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院逆流式逆流式顺流式顺流式交叉式交叉式 燃料和空气供给方法燃料和空气供给方法 江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院图图6-5 煤的层燃式燃烧煤的层燃式燃烧 江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院 利用空气使煤在沸腾层状态利用空气使煤在沸腾层状态下完成传热、传质和燃烧反
14、应。下完成传热、传质和燃烧反应。n ：用较高速度把氧化剂即空气用较高速度把氧化剂即空气从下面吹入比较细的燃料粒子层从下面吹入比较细的燃料粒子层中，当风速达到某一临界速度时，中，当风速达到某一临界速度时，粒子层的全部颗粒就失去了稳定粒子层的全部颗粒就失去了稳定性，整个粒子层就好像液体沸腾性，整个粒子层就好像液体沸腾那样，产生强烈的相对运动，故那样，产生强烈的相对运动，故称为沸腾式燃烧，也叫做流化床称为沸腾式燃烧，也叫做流化床燃烧。燃烧。江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院 （a
15、）火炬式燃烧（直流燃烧）火炬式燃烧（直流燃烧）（b）旋风式燃烧（涡流燃烧）旋风式燃烧（涡流燃烧）图图6-7 悬浮式燃烧悬浮式燃烧将固体燃料先磨成细粉，然后随空气流在炉将固体燃料先磨成细粉，然后随空气流在炉 膛内呈悬浮状态进行燃烧。膛内呈悬浮状态进行燃烧。江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院江苏大学江苏大学能源与动力工程学院能源与动力工程学院燃料的温度燃料的温度 氧气向燃料反应氧气向燃料反应表面的表面的 可熔性可熔性燃料的发热量燃料的发热量燃料的粘结性燃料的粘结性燃料的热稳定性燃料的热稳定性水分水分挥发物挥发物含灰量含灰量含碳量含碳量碳粒的形状碳粒的形状气体的运动速度气体的运动速度气体中氧气的浓度气体中氧气的浓度氧气的扩散系数氧气的扩散系数
