西安交通大学-燃烧复习题-答案详解

1、 ）火焰外侧氧量及燃料量平衡方程：4兀r图示煤燃烧过程的主要特点。2Ddr二卩qm图示煤燃烧过程的主要特点。O2从远方扩散而来在锋面上全部消耗掉，锋面O2的浓度=0,且O2扩散到锋面的量符含化学反应中氧与油的化学计量比0；q:气化量，扩散火焰单位时间消耗的燃料量m从火焰锋面向环境积分并化简得火焰锋面的位置：3)4)4兀DdC=fpqd3)4)4兀DdC=fpqdr=mr21r1兀kp5q=rm4C(T-T)+Hr0_ddTr代0入（*）得：k8k=r1U7温度比较低文提高燃烧速度前关键是提高温度动力区；过渡区；扩散区西妄哀蛍学能逼島动!？工程芋免用盛强要大家旺，的加在时燥于如炉烧燃在凤例煤燃化

2、点扇温度很高丧提高燃烧速度的关键是提高匡体表面的质量交换系数颗粒直径、温度和颗粒与气流之间的相对速度对燃烧区域（动力区、扩散区）的影响是什么？颗粒直径越小进入扩散区的温度越高，温度越高越偏向于扩散区，气流之间的相对速度越大越偏向于动力区。简述碳球燃烧的两种机理。碳燃烧过程中的氧化反应和气化反应是什么？图示这两种反应的反应速度常数k随温度变化的规律。机理1：碳和氧气在中低温下反应，一次产物是二氧化碳和一氧化碳，一氧化碳再燃烧生成二氧化碳机理2：在高温下，C和CO2发生气化反应生成CO,CO再在碳球附近燃烧生成CO2o氧化反应包括：一次反应C+O2=CO2,2C+O2=2CO,二次反应2CO+O2

3、=2CO2气化反应：二次反应CO2+C=2CO氧化反应是放热反应一自我促进机制（正反馈），故k随温度f而f,指数增长气化反应是吸热反应一自我抑制机制（负反馈），故k随温度（而（，指数衰减为什么说碳的氧化反应是自我促进的，而气化反应是自我抑制的？请图示。焦炭的反应活性跟哪些因素有关？写出常见固体燃料的焦炭活性的排序。水分，灰分，挥发分，碳球周围氧气浓度分布，内比表面积一般情况下活性由高到低依次为：木炭，褐煤，烟煤，贫煤，无烟煤解释：碳燃烧的时候，在低温下发生氧化反应，而在温度很高的情况下，气化反应将变得显著。气化反应的活化能较高，是吸热反应，需要高温环境提供热源，氧化反应是自我促进的放热反应，活

4、化能较低，可以在温度较低时发生。所以在低温时发生氧化反应，而当氧化反应积累了热量，使系统升温后，高的温度促进了气化反应的进行，另外，CO2浓度的提高也促进了气化反应的进行，故高温时，气化反应变得显著。请分别推导动力燃烧区和扩散燃烧区中，理想碳球燃尽时间与直径的关系。并根据其数学表达式讨论，影响碳球燃尽速度的主要因素有哪些？如何影响？（一）碳球表面扩散燃烧的燃烧速度:DCdWo严zCKg/（m2DCd单位时间单位C表面积上消耗的C量为：wC=卩wO2=卩二厂2卩单位时间内烧掉的C量为：m=（兀d2）w=（兀d2）2pDCCdd“冗d3冗d2d（d）由煤粒的直径变化得：m=-（p）=-p-dTp6

5、p2dT两者相等，并积分之得：Jddd(两者相等，并积分之得：Jddd(d)=-JT4卩DCdTnd2-d2=dp0pppp8PDCtT=KTk得碳球扩散燃烧时的直径平方直线定律：d2d得碳球扩散燃烧时的直径平方直线定律：d2d2=K其中：k=8PDC-Pk此区域影响碳球燃尽速度的主要因素：氧气浓度，增加供氧有利于加快燃尽速率增加湍动度，提高传质系数D,可以提高燃尽速度煤的挥发分含量越高，p越小，燃尽速率越大a)b)c)d)（二）碳球表面动力燃烧的燃烧速度：wo2二kCgKg/（m2a)b)c)d)（二）碳球表面动力燃烧的燃烧速度：wo2二kCgKg/（m2s）单位时间单位C表面积上消耗的C量

6、为：w二卩wCO2单位时间内烧掉的C量为：m二（兀d2）w二（兀d2）PCkexpCg0（单位时间内，碳球质量的减少量为：m=（p汕）=pdTp6p2dTE_PkC_PCkexpo莎丿/)兀d2dd丿两者相等，并积分之得：Jdd(d)=JTmpCgkoexPdp0p0.dd_2PCkdd_goexppdT得碳球动力燃烧时的直径直线定律其中：2PCkK_goexpdp厂_E、RT丿此区域影响碳球燃尽速度的主要因素：ppdd=KtpdIRT丿a）温度T,提高温度可以提高燃尽速率b）煤粉的活性越好E越小，ko越大，燃尽速率越大c）煤的挥发分含量越高，p越小，燃尽速率越大Pd）煤粉的直径越小，燃尽时间

7、越短，既要细化煤粉11、图示碳球表面的燃烧速度与与温度T的关系，并标示出其具体的四个区域。碳球表面的C燃烧速度与与温度啲关系第4段：温度继续提高，燃烧再次转入扩散控制氧化反应4C+3O2=2CO2+CO/度力只反温动，化X:,区氧lfe低制生第很控发应第3段：温度很高，/球表面发生气化反应，燃烧又转入应动加空制C+CO2=2COT第2段：温度上升，进入扩散控制区，反应速度与T无关12、通过提高气流与固体颗粒之间相对速度来强化燃烧的原理是什么？在什么情况下适用？答：原理：有平行射流的传质过程分析可知，提高气流速度与固体之间相对速度既提高两股气流的动压比，有利于强化传质，相当于适当提高氧气的浓度。

8、这对于燃烧处于扩散区和过渡区时适用。对扩散区而言，提升气体与固体之间的相对速度，相当于提升了d2-d2=8卩DC沁二KT中的D值。ppkp13、焦炭的内孔隙在什么条件下对燃烧有促进作用，而在什么情况下则无促进作用？请解释：为什么一块灼热的木炭在空气中仍然可以继续燃烧，而一块灼热的煤在空气中则渐渐熄灭？答：在低温下，化学反应速度慢。内表面上的02浓度就等于外表面02浓度cb,此时内空隙对燃烧有促进作用。随着温度T的f化学反应速度t,以至02的扩散跟不上内表面的化学速度，此时内表面o2浓度I到0。即cb内=0,内空隙对燃烧无促进作用。木炭的孔隙尺寸比煤的大很多，使得空气很容易扩散到木炭的内部，相当

9、于木炭有较大的有效渗入深度值。在离开炉膛的大空间中，散热比较剧烈，一般来说处于燃烧的动力区，木炭的孔隙大，空间容易进入内部一起参加燃烧反应，提供热量维持木炭的灼热状态。而煤的孔隙太小，空气难以扩散到内部，仅仅依靠表面的化学反应难以维持热量平衡，因此会渐渐熄灭。（本章书后有此题答案）14、什么是颗粒的终端沉降速度？答：对静止流体中的颗粒作受力分析，当力平衡时（即工Fj=0），颗粒匀速下降。此时的速度称颗粒（终端）沉降速度，该速度是颗粒在气流中能达到的最大沉降速度。15、水平管道中，使用气流输送固体颗粒的时候，固体颗粒的浓度在高度方向上如何分布？保证颗粒不发生沉积的措施是什么？答：在水平管内输送煤

10、粉颗粒的浓度分布沿高度y呈指数函数分布，如图措施：增大气流流速，强化湍流，使湍流的脉动速度终端沉降速度。16、煤粉气流的着火热分为哪些部分？简述煤粉气流的着火过程。答：分为加热一次风，和加热煤粉到着火温度两部分当煤粉与一次风通过对流与辐射传热获得的热量等于或大于着火热时，经过孕育时间，气流着火17、结合零维燃烧系统和一维燃烧系统的主要结论，简述煤粉旋流燃烧器的燃烧特点。答：煤粉与一次风气流喷入炉膛后与回流区流来的高温烟气混合，加热来流，卷吸的高温烟气提供了充足着火热，有利于强迫点燃和热自然，加快气流升温从而提高了燃烧速率，缩短燃尽时间和火焰长度，利用回流区的零速度区，可以帮助稳定火焰防止脱火，

11、有利于热工况的稳定，旋转射流还可以增强空气与燃料的混合，也有利于增加火焰燃烧速率，缩短燃尽时间和火焰长度；。18、结合零维燃烧系统和一维燃烧系统的主要结论，简述煤粉的四角切圆燃烧方式的主要燃烧特点。答：四角切圆燃烧方式：将直流燃烧喷出的煤粉气流在炉内呈切圆布置，形成切向燃烧(四角煤粉、空台燃条件，优化燃烧热工况，提供充足着火热；或四墙切圆燃烧)。角置直流燃烧器的煤粉一次风气流所获得的对流传热来自炉内正在旋转的火焰，其中尤其是上邻角燃烧器的火炬冲撞；炉内旋转火焰的旋转速度主要决定于二次风；把空气分为一次风、多股二次风、燃尽风OFA，进行分级送风)，分别供应着火阶段挥发分的燃烧、中期阶段焦炭的燃烧、燃尽阶段焦炭的燃烧一次风选取较低的流速，而二次风选取较高流速，同时通过合理设计各层喷口的间距，控制二者之间的混合强度和早晚；利用四角切圆的流场特性，卷吸上游火焰的高温烟气加热一次风，优化强迫点煤粉、空台燃条件，优化燃烧热工况，提供充足着火热；利用相交射流的特性，强化一次风与上游区高温烟气之间的混合，加快燃料升温，提升反应速度，同时利用钝体帮助火焰稳定现代煤粉燃烧技术“高浓度煤粉燃烧”在四角切圆燃烧方式中的利用：浓测气流迎向上游火