当前课程知识点:燃烧理论 > 第十一章 固体燃烧 > 11.6 煤的热解及燃烧 > 11.6 煤的热解及燃烧
同学们 前面我们讲了
碳燃烧的单模双模模型
我们还知道一个真正的煤燃烧
它是很复杂的
它有热解过程
它有挥发份的燃烧的
过程
它有碳燃烧的过程
当然了相比这个碳燃烧的过程呢
它的(非均相)反应
与均相相比
它是慢 所以它是决定
锅炉高度设计的
和相关方面的过程
但是呢咱们都知道目前的
雾霾天气和这些东西
我们对煤的要求
理解更高之后
其实前面热解过程的研究
包括热解过程的气相反应
形成小颗粒的反应
在这本书上统统都没有讲到
这也就是说
煤燃烧到现在
在整个国际燃烧界
把流体力学和物理化学
结合起来
使得煤燃烧依然蓬勃发展
而且它的未来
还有很长的路
就是把工程
结合着工程的重大需求
去进行(激励)研究的这个路
还是十分长的
我们这呢就是
通过这门教材
就是说
以这个
Pennsylvania无烟煤
和Montana的烟煤
咱们中国一般都讲
你比如像咱们作为这个
热能专业的老师
(神华)烟煤在整个行业
我们都知道它这种烟煤
是一个什么样的
还有呢咱们国家
特别是最近出现
了准动煤
低阶褐煤的
还有含甲烷盐的褐煤的利用
所以我们对煤质
还想给大家一个认识就是
碳燃烧它是不够的
这是最后讲这一块的目的
我们前面讲了碳燃烧模型
这个呢其实当同学们
我们走向这个社会
走向国际的时候
还有许多小常识
在煤燃烧上 需要我们学习的
比如说煤的工业分析和元素分析
工业元素分析我们就知道
它有四个基
这个基的换算同学们要会
第一个是什么
收到基
拿到这个煤
i received
收到这个煤
它有水分 灰分 固定碳和挥发份
固定碳和挥发份是咱们想用的
然后如果空气干燥
就是没有把所有水分去掉
就是空干基,就是a d
air dry
如果把所有的水分都去掉
就是一个干燥基
就没有水了
只有灰和燃烧的
挥发份和这个固定碳
这个固定碳就是咱们前面讲的
碳模型的燃烧那些东西
后面呢如果把灰再去掉
只有燃料那一部分
挥发份和固定碳
就是干燥无灰基
这些基的换算呢
我们可以
回到这个基的
的定义
收到基
的话
包括的就是A2
挥发份A2MA2
加上碳氢氧氮硫的这个A2
整个是百分之百
到了空干基呢
是空干基下的
你看每个碳氢氧氮硫
a d,就是下标都不一样
然后加上A的
灰的a d
和这个Mad
然后就是百分之百
是这个东西
干燥基呢就是把水弄没
把剩下的再合成到一起
又是百分之百
碳氢氧氮硫
当然还有氯元素
把氯元素加进来
和这个挥份(dry)
就是百分之百
干燥无灰呢只有有机成分
碳氢氧氮硫
当然如果有氯化氢的话
也把氯化氢加进来
所以这一块的话呢
是百分之百
它的这个换算
其实不是很难
下面我给大家稍微
讲一下
你比如说这个
干燥基和收到基的换算
是很容易的
那就是你比如说
以这个碳为例
因为碳是燃烧的一个主要元素
碳A2
就是收到基的A2
它怎么换算成碳呢
是d 就是碳d
就是干燥基的碳d
碳d等于就是碳A2
乘一个什么呢
乘一个上面分子是100
底下分母是100减去一个
水分的就是MA2
这就可以了
真正比较难的
或者换算常出点错误的
是收到基和空气(空干)基
这里我们根据
碳A2和那个碳ad的比例
碳A2和碳ad的比例
等于是100减去个MA2
和100减去个Mad
它是因为它有两个水分
没有全弄完
就造成了这个
所以碳ad等于一个
100减去Mad
除以一个100减去MA2 碳A2
但是呢碳d就没有100减去M那个
就直接是100
底下是100减去个MA2
分母乘以一个碳A2
就是这一块的话
这个转换可以根据就是
我们对它的整个的
这个物理过程的理解
它就是个代数计算
那第二个我们要知道的
一点常识
我们还要知道就是
我们这个煤种啊
煤燃烧
你像这个无烟煤
它进化了很多年
它都没有挥发份
但是实际这种
这种进化时间很长的煤
并不是最好的
为什么
因为它进化的很长
那个氢都跑了
它就会相当于这个碳
它最后烧起来的时候
它没有挥发份
点火很难
所以无烟煤的挥发份的含量很低
就是燃点很高
所以它不太好弄
而烟煤呢
是我们目前在电厂用的时候
最喜欢的
因为什么呢
它既有挥发份含量
而且呢它又进化的时间呢
它那种真正的挥份里面的
那些碱金属了
也经过进化中
经过水洗了 都跑了
经过矿源学的形成
所以它烟煤
中间这个煤用的反而是最好的
但是褐煤呢就分
如果它的碱金属
和其他的那些盐啊
含量还比较高的时候
它也会在燃烧中带来很多问题
但是有的好的褐煤呢
它反而就是
挥发份多
它可以转成自由了
或者其他这些东西
也可以去做这些方面的
研究
所以真正的就是每个煤种
就是褐煤
像咱们(准动煤)发现
它是可以用很多年
所以咱们国家这块研究的比较多
但是我们每个的颜色你也可以看
真正的褐煤的话呢
它的光泽
它没有那么像那种
真正的无烟煤是很精亮精亮的
亮度
黑的透亮
烟煤呢就比它那个亮度差一些
这种褐煤光泽就暗淡
这样的话呢
我们对这个煤的划分要有一点了解
另外一个呢
我们还是一个
就是这个对燃烧过程啊
我们得有一个时间尺度的概念
咱们前面算了个寿命
就是碳燃烧的寿命
这个大概是多少呢
就是碳燃烧的这个寿命是
咱们算了个70微米的
是0.2 0.3这个
秒的(量纲)
炉子设计是两秒的这个时间
在这个挥发份的这个时间
在咱们平常的锅炉
大家知道是多少吗
挥发份析出的时间
是
10毫秒的量纲
那个挥发份燃烧的时间
是20到50
毫秒的时间
所以碳燃烧的时间
是属于200毫秒到300毫秒
就是0.2 零点几秒
所以我们对这种
它的时间尺度就是一下子
对整个过程中
沿着这个炉膛
对吧 这个碳
烧到哪一段哪一段
你看到是哪一个东西
真正最底层的才是挥发份
燃烧那个量度
后面都是碳的这个燃烧的
就是你怎么去研究它
还有呢热解过程中呢
它有的时候也并不是说
咱们这个A热解的这个颗粒
逐渐减少
有的时候像有的煤
热解的过程中
突然有一些烟煤突然膨胀
因为啥呢这么高的热应力
它就膨胀了
英语叫swarding
就是这种膨胀
它怎么在科学研究中
去研究这些东西
所以通过热解的时候
它出现了焦油
和小分子的气体
那一块再参与燃烧
又需要就是咱们
第四章第五章的
很多这个反应机制
这个焦的燃烧呢
它也不是个球形
它有很多(比较面积)
这种模型怎么能够再继续发展
对吧
所以这样的话呢
这个煤燃烧的这个过程
怎么能够去描述
热解过程
和热解后的这一个表述
它有很多未来的空间
再如果考虑的话
颗粒物生成和(nox)
它还有很多研究的空间
另外一个呢
最后我们就会讲这个
煤热解和燃烧过程中
形成这个焦炭
就是我刚才说的
它根本不是一个球形的
它有可能是这种
空壳的
都是比较面积
这个就是要以比较面积
去建立反应的这个机制
还有我这个图画的
就是咱们在工业设施中
煤粉炉的是10的4次方开每秒
有的炉子的加热时间
最后
像那个大块的
就是几十几百的
像那个链条炉
和有的循环流化床呢
都没有像煤粉炉这么高
这个时候它整个发生的
膨胀比也是不一样的
所以这些模型的话
包括通过就是这个这些研究
我们可以看
就是并不是比我们的
这个球形颗粒假设
完全是一致的
还有呢一旦有了灰分变化之后
我们可以看
我们用现在的就是
氮烧膜的模型预测的
都是这种反应速率很快
但其实它很多更像于这种
线性的反应
就有可能线性的话呢
就是它不是这么快
就是D方消耗的
既有可能是化学反应的控制
也有可能是灰分的限制
所以这一块呢
怎么能够去建立模型
包括像(CBK)模型
赫特或者是他发明的模型
包括弗莱彻
他们也在做这一块
就是我讲这么多这个目的呢
就是想同学
在煤燃烧里面
结合着咱们中国未来
煤发电
是整个国家动力的
未来的一个趋势
包括超超临界技术的发展
和超低排放技术的结合
就是未来呢煤发电
肯定能成为国家的
一个国民经济的
一个重要的一个方式
而我们在从中能做什么样的贡献
我们去理解煤燃烧过程
还有这么多过程不是清晰的
如果再考虑到污染物
它的这个空间
所以希望同学们能够
通过这堂课的学习
能够举一反三
能够以后所有的(共同)经验
都通过你的理论分析和预测
然后去反映它
并不是一定百分之百预测准
而是理解这个过程的
物理机制更重要
所以燃烧课它的魅力也在于此
我就讲到这个地方
-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