当前课程知识点:燃烧理论 > 第十一章 固体燃烧 > 11.1 概述及燃煤锅炉 > 11.1.1 概述
各位同学大家好
今天我们讲的是第十一章
固体燃烧
这一章内容主要包括概述
对燃煤锅炉的认识
非定向反应
单颗粒碳的燃烧
包括单膜模型 双膜模型
颗粒燃烧速率
和燃烧寿命
最后我们对煤燃烧和热解
进行总结
我们先讲概述
在前面的学习过程中
我们主要讲的是气体燃料
包括甲烷 乙烯 乙炔
等燃料
在第九章
我们讲的是液体燃料
我问同学们
液体燃料的燃烧
经过汽化
也就是挥发之后
它的英文单词是evaporation
这时它其实变成了
气体燃料的形式在燃烧
固体燃料
是不一样的
根据右图我们可以看到
气体燃料的
各种
射流的火焰
我们可以看到
开始的颜色比较发黄
后来变得比较蓝
这是为什么
柴油机的气体燃料
根据第九章的内容
是比较发黄的火焰
而生物柴油
就比较容易产生发蓝的火焰
蓝的火焰
其实是因为碳烟的辐射
和发光特性造成的
这时我们可以想到碳烟
蓝的火焰
是由于
碳烟比较少 所以发蓝
而黄的火焰 是因为
含有碳烟颗粒
使得发光辐射特性改变
所以用生物柴油燃料
会使得
碳烟比较少
再回到固体燃料
固体燃料
和液体燃料有何不同
在我们的生活
和工业应用中
有哪些固体燃料
我们生活中的电
大部分是来自于煤粉的燃烧
也就是我们后面要讲的燃煤锅炉
燃煤锅炉
在现今中国能源里
占有大约百分之七十的
去年来看是百分之六十八的
能源消耗总量份额
在能源消耗中占百分之六十八
固体燃料还包括
垃圾焚烧
国家航空航天领域
火箭发动机的推进剂
它们的特性是相同的
大家看这个图
左边是煤燃烧
发光光谱的图像
可以看到
颗粒在流动的过程中燃烧
中间的图片是
一个锅炉里
通过观察孔
看到的火焰颜色
最右边的图
是推进剂的燃烧
它也是
发黄的火焰
以上燃烧的共性问题
在于固体燃料
与气体燃料和液体燃料
是不一样的
根据物理
和化学知识
气体燃料和液体燃料
最终都是以
分子碰撞的形式
发生反应
而煤的燃料是颗粒间的碰撞
我们经常把颗粒假设为球形
包括我们这本书的模型
都是球形假设
但是实际上
煤燃烧的
燃料属性
是非常复杂的
这方面我们可以
推荐一些书
包括徐旭常院士写的
燃煤锅炉设备燃烧 这本书
还有国外BYU的
道格拉斯写的
煤粉燃烧
和汽化这本书
大家有兴趣可以看
在这里我们用一个图
来表现它的复杂性
这是
燃煤的颗粒
在颗粒里面
根本不是一个真正的球形
它的形状
是各种各样的 特别复杂
但是我们为什么还要
建立简单的模型
这是因为我们要知道
煤燃烧的时间尺度
我们才能够进行燃烧设计
乃至锅炉设计
接下来
我给大家一些
国外的研究现状
早期的基础研究
煤燃烧方面都是国外
开始启动的
但是最近几年我们国内
因为国家的需求
我们的几大锅炉厂
和几大发电公司
我们的燃烧设备
包括我们的煤耗
都达到了国际先进水平
这同时也激励着我们的基础研究
在向前发展
同学们以后
要想能做出国际化的东西
可以参照这些标准
我们有一些标杆
比如第一个 Brian Haynes
他在澳大利亚悉尼大学
他曾任国际燃烧协会主席
他主要做的是
燃料氮
燃料的颗粒物生成
目前我们系里有一位
黄骞同学
他是我们课题组的
他学习了很多Haynes的思路
用中国目前一些比较特别的
煤种去做颗粒物的生成
应用了一些理论
你只有知道
他们先进的东西
才有可能去做的更深
Adel Sarofim
他是MIT的一位教授
他在和清华的合作研究中
给予了清华很大帮助
他也在做煤燃烧的颗粒物生成
煤燃烧的NOx
污染物 燃烧特性的研究
我们目前的
一些研究
也借鉴了他的思路
第三位是Essenhigh
他是Ohio州立大学的教授
他在煤的点燃方面做了很多研究
我们可以推荐两篇文章
同学们有兴趣可以看
我们不能教条的学习
我们更应该知道前沿
和我们课程学习的结合点
除了我推荐的Essenhigh的论文
最近我们在点燃上
有了新的思路突破
从单颗粒到颗粒流
点燃的特性表征
我们的袁野同学
他最近在Combustion Flame上
做出了一篇很好的论文
我也推荐给大家
后面的三位
我就不一一赘述
比如Calo
他在硫化燃烧应用这方面
也有一些不错的研究
Robert Hurt
他的经历
十分值得我们的学生学习
他在学习燃烧的时候
开始做焦炭的燃烧
但是他最近在国际上
最先把自己的工作
与碳纳米材料联系在一起
甚至他是Carbon
这个杂志的主编
这个转型我觉得做的特别好
这说明
做煤燃烧
其实是和整个的
化学和物理的学科联系在一起的
只要机理理解透彻了
再去做很多方面的研究
包括一些纳米材料
碳纳米管都可以联系上
Suuberg
他对于
反应特性参数有一些研究
Thomas Fletcher
他是我的一个很好的朋友
他也曾来清华
讲过煤燃烧的课程
在煤的热解模型
和煤的焦炭燃烧模型等方面
我认为他现在是
国际顶尖的学者之一
Stanford的Mitchell
在碳燃烧模型这个领域
也是顶尖的学者
大家有兴趣的话一定要看这些人的研究
结合我们的
工程应用的需求
和我们基础研究的要求
来做研究
这是第一小节煤燃烧概述
的第一部分
-1.1 我们为什么要学习燃烧理论
-1.2 什么是燃烧:定义与现象
-1.3 燃烧科学发展简史
-1.4 燃烧科学的研究方法
-1.5 课程的结构
-2.1 概述
--概述
-2.2 状态参数复习
--状态参数复习
-2.3 热力学第一定律
--热力学第一定律
-2.4 反应物和生成物的混合物
--燃烧焓与热值
--例题
-2.5 绝热燃烧温度
--定压绝热燃烧温度
--定容绝热燃烧温度
-2.6 化学平衡
--第二定律的讨论
--吉布斯函数
--复杂系统(选修)
-2.7 燃烧的平衡产物
--全平衡(选修)
--水煤气反应的平衡
--压力影响
-2.8 应用
--例题
--烟气再循环
-2.9 小结
--小结
-第二章 燃烧与热化学--第二章作业
-3.1 传质概述
-3.2 传质理论基础
-3.3 传质应用实例
-3.4 小结
-第三章 传质引论--第三章作业
-4.1 概述
--概述
-4.2 总包反应与基元反应
-4.3 基元反应速率
--其他基元反应
-4.4 多步反应机理的反应速率
--净生成率
--稳态近似
--单分子反应机理
--部分平衡
-4.5 简化机理(选修)
--简化机理(选修)
-4.6 催化和非均相反应(选修)
-4.7 小结
--小结
-第四章 化学动力学--第四章作业
-5.1 概述
--概述
-5.2 H2-O2系统
--H2-O2系统
-5.3 一氧化碳的氧化
--一氧化碳的氧化
-5.4 高链烷烃的氧化
--三步机理
--八步机理
-5.5 甲烷燃烧
--复杂机理和起源
--甲烷燃烧动力学
--高温反应途径分析
--低温反应途径分析
-5.6 氮氧化物
--氮氧化物的危害
-5.7 小结
--小结
-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 定压-定质量反应器
-6.3 定容-定质量反应器
-6.4 全混流反应器
-6.5 柱塞流反应器
-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结
-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业
-7.1 概述和总质量守恒
-7.2 组分质量守恒
-7.3 多组分扩散(选修)
-7.4 动量守恒方程(选修)
-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式
-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义
-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业
-8.1 概述及物理描述
-8.2 层流火焰分析
-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素
-8.4 熄火、可燃性和点火
-8.5 火焰稳定及小结
-第八章 层流预混火焰--第八章作业
-9.1 概述
--概述
-9.2 无反应的恒定密度层流射流
--物理描述
--求解
--两个例子
-9.3 射流火焰的物理描述
-9.4 简化理论描述
--概述
--守恒标量
--状态关系式
-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度
--两个例子
-9.6 碳烟的形成和分解
--碳烟的形成和分解
-9.7 对冲火焰(选修)
--对冲火焰(选修)
-9.8 小结
--小结
-第九章 层流非预混火焰--第九章作业
-10.1 概述
--概述
-10.2 液滴蒸发的简单模型
--基本假设
--气相分析
--气液界面能量平衡
--液滴寿命
-10.3 液滴燃烧的简化模型
--假设
--温度分布
--液滴表面能量守恒
--火焰面处能量守恒
--例题
--扩展到对流条件
-10.4 一维蒸发控制燃烧
--物理模型和假设
--总守恒方程
--例题
-10.5 小结
--小结
-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业
-11.1 概述及燃煤锅炉
-11.2 非均相反应
-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型
-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型
-11.5 颗粒燃烧速度
-11.6 煤的热解及燃烧
-第十一章 固体燃烧--第十一章作业
-12.1 概述
--概述
-12.2 湍流现象与描述
--湍流的现象与描述
-12.3 湍流尺度
--湍流尺度
-12.4 湍流模型
-12.5 湍流预混火焰
--湍流火焰速度
--层流火焰折皱模式
--火焰稳定
-12.6 湍流非预混火焰
--射流火焰
--火焰长度
-12.7 湍流燃烧小结
--湍流燃烧小结
-课程总结
--课程总结