燃烧学

燃烧学 1

0 绪论 0.1 燃烧科学的发展史 0.2 燃烧科学的应用 2

0.1 燃烧科学的发展史 • 燃烧是物质因剧烈氧化而发光、发热的现象－－“火” • 140~150万年前，“摩擦生火第一次使人类支配了一种自然力，从而最终把人和动物分开” 3

人类认识火的过程是一个漫长的过程 • “火”对人类而言，是一种非常重要，却又难以驾驭的自然力量 4

古代中国的五行：金、木、水、火、土 古埃及的四种元素：火，空气，地球、水古代印度的四大元素：地、水、火、风古希腊，“单一元素”论者分别认为水、气、火、土为万物之源 5

17世纪末，德国斯塔尔（stahl）提出了燃素论 1772年，法国科学家拉瓦锡认为燃烧是一种化学现象（空气中某种物质） 1774年普利斯特列发现了氧。拉瓦锡的正确的燃烧学说得到确立，开始了揭开燃烧学本质的过程。 6

19世纪，人们将燃烧作为热力学平衡体系来研究，阐明了燃烧过程中重要的平衡热力学特性。19世纪，人们将燃烧作为热力学平衡体系来研究，阐明了燃烧过程中重要的平衡热力学特性。 • 20世纪30年代，美国化学家刘易斯和俄国谢苗诺夫将化学动力学的机理引入燃烧研究，认为化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素，初步奠定了燃烧理论的基础。 7

30～50年代，人们认识到燃烧是化学反应动力学、气体流动、传热、传质等物理因素的综合作用。卡门、钱学森提出用连续介质力学研究燃烧—“反应流体力学”。30～50年代，人们认识到燃烧是化学反应动力学、气体流动、传热、传质等物理因素的综合作用。卡门、钱学森提出用连续介质力学研究燃烧—“反应流体力学”。 Spalding 20世纪60年代后首先得到了层流边界层燃烧过程控制微分方程数值解，此后引入湍流模型，形成了“计算燃烧学”。 8

0.2 燃烧科学的应用 全世界的能源结构以石油和煤为主，石油和煤的主要利用方式——燃烧；现代社会的主要动力来源——矿物燃料燃烧；火力发电厂锅炉（2008年雪灾，电煤），工业用蒸汽，发动机等均是以固、气、液体燃料的燃烧产生的热能为动力（热源）；火箭发动机高强度燃烧装置；燃料中存在有害物质：烟尘、灰、SOx、NOx →污染环境 →酸雨、温室效应等。改善燃烧工艺，控制燃烧过程，发展洁净燃烧技术。 9

电站煤粉锅炉系统简图 10

链条锅炉 从炉排前部观察的商品型煤燃尽状态从炉排后部观察的商品型煤燃尽状态 11

循环流化床锅炉（ Circulating Fluidized Bed） 12

内燃机 13

液体燃料 • 固体燃料 • 气体燃料 14

燃料分类 15

常用代表性燃气成分及特性资料（1） 16

0号轻柴油油质资料 重油油质资料 19

煤的成分图解 A（包括硫酸盐硫SS） C H O N SC Mf Minf C 收到基ar 空气干燥基ad 干燥基 d 干燥无灰基 daf 灰分固定炭挥发分水分焦炭挥发部分灰分 20

各类煤的元素组成（质量百分数） 我国煤的技术型分类法（GB5751-86）是采用表征煤的煤化程度的主要参数，即干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标，将煤分为三大类，褐煤、烟煤和无烟煤。凡Vdaf ≤l0%的煤为无烟煤， Vdaf >10%的煤为烟煤， Vdaf >37%的煤为褐煤。 Vdaf =10~20%的煤习惯上也称为贫煤。 21

发电厂用煤国家分类标准 22

燃烧学涉及热力学、流体力学、化学动力学、传热传质学，具备综合的理论体系，而且与实验理论、技术密切相关。燃烧学涉及热力学、流体力学、化学动力学、传热传质学，具备综合的理论体系，而且与实验理论、技术密切相关。燃烧科学应用的领域看，其重点在于研究燃料和氧化剂进行激烈化学反应的发热、发光的物理化学过程及其组织。燃烧科学：燃烧理论方面的研究，主要以燃烧过程涉及的基本过程为对象，如燃烧反应的动力学机理，燃烧的着火、熄灭、火焰传播、火焰稳定、预混火焰、扩散火焰、层流和湍流燃烧、催化燃烧、液滴燃烧、碳粒燃烧、煤的热解和燃烧、燃烧产物的形成机理等。燃烧技术：主要是应用上述理论研究的结果来解决工程技术中的各种实际问题，包括：燃烧方法的改进、燃烧过程的组织、新的燃烧方法的建立、提高燃烧利用率、拓宽燃料利用范围、改善燃烧产物的形成、实现对燃烧过程的控制、控制燃烧中污染物的形成与排放，等等。 23

燃 烧 学

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