燃烧学考题完整版

燃烧学二、简答题1、影响燃烧化学反应速度的因素有哪些？1）反应活化能2）反应物的浓度3）温度2、煤粒的燃烧过程主要包括哪几个步骤？煤的加热和干燥析出挥发分和形成焦炭挥发分和焦炭的着火燃烧灰渣的生成3、为什么碳的燃烧会处于不同的区域，其决定的因素是什么？氧向反应表面的扩散随温度的变化比较缓和（ad∝T0.5），而温度对化学反应速度的影响却强烈的多（k∝e-E/RT）。因此，按照氧向反应表面的输送速度以及它在表面反应的消耗速度（即化学反应速度）两者随温度的变化情况，可以明显的区分出煤的燃烧有三个截然不同的区域。（1）动力燃烧区：燃烧速度主要取决于化学反应动力因素（温度和燃料的反应速度）（2）扩散燃烧区：燃烧速度取决于氧气向炭粒表面的扩散速度。（3）过度燃烧区：介于动力区和燃烧区之间，提高温度和提高扩散速度都可以提高燃烧速度。若扩散速度不变，只提高温度，燃烧过程向扩散区转化；若温度不变，只提高扩散速度，燃烧过程向动力区转化。4、旋流射流有和特点？ 旋流射流具有较大的喷射扩张角，使得射程较短，可在较窄的炉膛深度中完成燃烧过程，而且在强旋转射流内部形成一个回流区。因此，旋转射流不但可以从射流外侧卷吸高温介质，还能从内回流区中卷吸高温介质，故它具有较强的抽气能力，可使大量的高温烟气回流至火焰根部，保证燃料及时顺利地着火和稳定燃烧。说明降低锅炉NOx排放的措施及空气分级燃烧低NOx燃烧原理措施：炉内燃烧法控制NOX技术低过量空气系数运行降低燃烧器区域局部火焰峰值温度空气分级燃烧技术浓淡燃烧技术炉内燃烧分级再燃及NOX还原技术控制NOx排风的炉内燃烧法在应用中存在的问题与对策烟气脱氮控制NOx技术干法烟气脱氮技术湿法烟气脱氮技术空气分级燃烧原理：通过改进燃烧器的设计和炉膛配风设计，合理的分配并适时地送入燃烧个阶段所需空气，在维持总体过量空气系数较低的基础上，在主燃烧区域进一步造成局部缺氧燃烧的富燃烧区，创造抑制NOx生成和有利于NOx还原的气氛；在主燃烧区后的燃尽区创造富氧燃烧区，以确保燃料的燃尽；富燃烧区的燃料在缺氧条件下燃烧，燃烧速度及温度均降低，使NOx生成量降低；在燃尽区未燃尽的燃料在富氧条件下继续燃烧，直至燃尽；部分残留氮在富氧气氛中氧化为NOx，但是该区域火焰温度低，NOx生成量有限。分级燃烧后，从总体来看，NOx排放量降低。叙述垃圾在层燃炉内燃烧过程。固定炉排：垃圾经炉排上方投入后经人工扒平，使其均匀平铺在炉排上，炉排下部的灰坑兼做通风室。为了是垃圾焚烧完全，在焚烧过程中需要对垃圾层进行翻动，促进搅拌与混合，减少融融结块。燃尽的炉渣落入炉排下面的灰坑，由人工扒出。机械炉排：垃圾由填料设备送入焚烧炉后，在机械炉排往复运动的作用下，被逐步导向炉排上并随之向前移动。垃圾在由炉排下方送入的一次风和炉排运动的机械力共同推动和翻滚下，在向前移动过程中水分不断蒸发，直到完全干燥并开始点燃和燃烧。垃圾燃尽后形成的灰渣由炉排尾部落入灰斗。燃烧设备的基本性能要求（p11）燃烧热强度高燃烧热效率高燃烧热稳定性好安全性好，使用寿命长燃烧产物的污染排放低管理维护方便循环流化床锅炉的优点(1)燃料适应性广(2)燃烧效率高(3)高效脱硫、氮氧化物(NOX)排放低(4)燃烧强度高(5)负荷调节范围大，负荷调节快(6)易于实现灰渣综合利用(7)燃料预处理系统简单9、何为煤的高位发热量、低位发热量？工程计算中为何采用燃料的低位发热量？ 高位发热量是指单位质量煤完全燃烧时放出的全部热量，包括烟气中水蒸汽已凝结成水所放出的汽化潜热。从煤的高位发热量中扣除烟气中水蒸汽的汽化潜热后所得的热量，称煤的低位发热量。工程燃烧设备所产生的烟气由烟囱排出时，一般均具有相当高的温度，烟气中的水蒸气尚未冷凝而直接排出，水蒸气的汽化热未被利用，因而工程计算中采用燃料的低位发热量。10、简述链锁自燃理论及三界限存在的原因？（P139）链锁自然理论：是反映加速并不一定要靠热量积累，也可以通过链锁分枝反应而迅速增值活化中心，来促使反应不断加速直至爆燃着火。在较低压力下，由于气体很稀薄，分子向四周扩散速度很高。当压力低于某一数值时，可能达到链的中断速度等于分枝速度的临界条件，出现了链锁自燃的低界限。反之，如果提高容器内预混气体的压力，则由于分子浓度增大，减少了活化中心与器壁的碰撞机会，则此时链锁中断主要发生于气相内部的活化中心互相碰撞中。因此，随着压力的增大，这种机会越来越多，链的中断速度也越来越大，因而当压力增大到某一数值时，又可能遇到链的分枝速度与中断速度相等的临界情况，这时就出现了链锁自燃的高界限。越过链锁自燃的高界限之后，若继续提高压力，则会出现第三个爆燃界限。因为压力增高，反应放热越来越显著，反应方热量大于散热量，使热量积累而引起反应自动加速占支配低位，所引发的爆燃为热自燃。11、层流火焰传播速度的影响因素以及增强其传播速度的方式？因素：1）可燃气体混合物性质2）燃料分子结构3）混合气中过量空气系数4）可燃混合气压力5）可燃混合气初始温度T06增强传播速度方式：增大热扩散系数、提高燃烧温度、提高化学反应速度。12、用容积燃烧理论简要分析大尺度强湍流？（P154） 湍流对燃烧的影响以为微扩散为主，由于这种扩散如此迅速，以致不可能维持层流火焰结构，已经不存在将为燃可燃物与已燃可燃物分开的火焰面；每个湍动的气团内，温度和浓度是均匀的，但不同气团温度和浓度是不同的；在整个微团内存在着快慢不同的燃烧反应。达到着火的微团整体燃烧，未达到着火条件的微团在脉动中被加热并达到着火燃烧；火焰不是连续的薄层，但到处都有；各气团间互相渗透混合，不时形成新的微团，进行着不同程度的容积化学反应。13、分析燃烧过程中抑制NOx生成的因素，并提出相应的抑制手段？因素：温度：燃烧过程中，温度越高，生成的NOx量越大过剩空气系数：α=1.1～1.2范围内，NOx的生成量最大，偏离这个范围NOx的生成量明显减少燃煤性质：燃煤中的含N量越高，燃烧过程中转化为NOx也就越多抑制手段：主要有空气分级燃烧，燃料分级燃烧，浓淡偏差燃烧，低氧燃烧和烟气再循环等14、以碳粒的燃烧为例，分析考虑二次反应情况下，燃烧反应过程在不同情况下分别由哪些因素控制，处于什么控制区，其特征如何？T<1000ºC，动力控制区燃烧。燃烧反应的温度不高，化学反应阻力此时远远大于扩散阻力。由于化学反应速度很慢，扩散至燃料表面的O2量远远超过燃烧所需的O2量，影响燃烧速度的决定因素是化学条件，即燃料性质、温度等，而与O2的扩散速度关系不大。T>1400ºC，扩散控制区燃烧。燃烧反应温度较高，扩散阻力此时远远大于化学反应阻力。由于化学反应速度常数k随着温度的升高而急剧增大，致使化学反应所消耗的O2量远远超过扩散至燃料表面的O2量。影响燃烧速度的决定因素是物理条件，即O2的扩散速度，而与燃料性质和温度关系不大。1000ºC<T<1400ºC，过渡燃烧。化学反应速度此时与O2的扩散速度相近，燃烧速度既取决于物理条件，又取决于化学条件，提高温度和扩散速度均可使燃烧速度增大。15、随着过量空气系数从0增加到大于1，火焰结构和特点如何变化？当α较小时，内焰的下部呈深蓝色，其顶部为黄色，而外焰则为暗红色。随着α的增大，内焰的黄焰尖逐渐消失，其颜色逐渐变淡，高度缩短，外焰越来越不清晰。当α大于1时，外焰完全消失，内焰高度有所增加。当0＜α＜1时，预混气体为半预混燃烧；如果α≥1，为全预混燃烧。其中内焰为预混火焰，外焰为扩散火焰。16、煤的工业分析包括哪些内容？1、煤的水分2、煤的灰分3、煤的挥发分4、煤的固定碳5、煤的硫分6、煤的发热量三、计算题一台煤粉锅炉，燃用的煤Aar=26.3%，Q=22000KJ/kg。忽略烟道灰份额，飞灰份额a=0.85，飞灰含碳量C=4.2%，炉渣含碳量C=3.6%，碳发热量33700KJ/kg，求固体不完全燃烧损失q4。P94某种煤收到基含碳量为41%。由于受外界条件的影响，其收到基水分由15%减少到10%，试求其到收到基含碳量。P22已知烟煤的成份如下（%），在空气中进行燃烧。（忽略空气中的水蒸气含量）CdafHdafOdafNdafSdafAdWar83.215.875.021.948.684.01）拟采用过量空气系数α为1.20的空气进行燃烧，求完全燃烧时空气的消耗量Vk（m3/kg）？和烟气生成量Vy（m3/kg）？P792）已知烟气中成分的气体分析方程为：（1+β）RO2+（0.605+β）CO+O2-0.185H2-（0.58-β）CH4=21验证烟气分析的精确性，并求该工况组织下的实际过量空气系数为多少？P91已知过量空气系数公式如下：分析题同一煤质，由于气候等原因发生了水分和灰分含量的变化，分析变化后，煤质低位发热量的变化。p25当水分含量增加的时候，因为水分不仅占有一定的质量份额而且还要吸收汽化热，所以煤质的低位发热量减小了；反之水分含量降低的时候，相对来说煤质的低位发热量增大了；而当灰分增加的时候，因为灰分占据一定的质量份额，故煤燃烧的总热值降低，因水分不变，则相应的煤质低位发热量也降低了；反之灰分含量降低，则煤质的低位发热量增大。某一可燃混合物在一绝热燃烧室中燃烧，通过发热和散热曲线的关系，分析改变初始温度条件下，燃烧室中着火和熄火等五个状态的变化过程和临界条件（用图辅助说明）；分析燃烧室中预混燃烧要提高稳定燃烧温度和完全程度可能采取的措施？答：改变初始温度的情况下，发热和散热曲线如图所示，得到一组平行的散热曲线。Q2```与Q1相切于点2，并相交于点3；Q2``与Q1相交于点5并相切于点4。点1和点5表示的是低温稳定点；点2是一个不稳定点，只要稍微增加系统温度，反应热就会大于散热，反应自动加速转变为燃烧状态（3点），2点对应的温度即为着火温度；点4表示一个高温不稳定点，当过程稍向右移，即Q1>Q2``，系统反应便自动加速进行，当过程稍向左移，即有Q1<Q2``,系统便冷却降到低温稳定点5，且4点对应的温度为熄火温度。Q2```即为临界条件。措施：画出CO与空气同心射流扩散燃烧的射流火焰结构图形，分别标出四个区域；以图的形式描述沿CO扩散层流火焰长度燃烧核心锥处、火焰面最宽处、轴线上燃料浓度大于零的三个截面上沿径向的分布，可燃物、N2、O2、燃烧产物浓度沿径向的分布情况；并简单说明；图在P159四个区域：中心的纯燃料区、外围的纯空气区、火焰面外侧的燃烧产物和空气的混合区、火焰面内侧的燃烧产物和燃料的混合区在α=1处为火焰面，在火焰面上燃料和空气完全反应，两者浓度皆为零，而燃烧产物浓度最大，并向两侧扩散。绘图说明什么是着火温度和熄火温度？为什么熄火温度总是比着火温度高？如图所示，放热曲线Q1是一条指数曲线，散热曲线Q2接近于直线。当Tb=Tb1（很低）时，散热线Q2'与Q1交点1为稳定平衡点，煤粉处于低温缓慢氧化状态。当Tb=Tb2时，散热线Q2"与Q1交点2为不稳定平衡点，只要稍增加系统的温度，Q1>Q2，反应将自动加速过