锅炉燃烧设备自学本科段.docx

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锅炉燃烧设备自学本科段

第四章燃烧化学反应动力学基础

燃烧：

发放发热的氧化反应。

化学反应动力学：

研究化学反应体系从一种状态到另一种状态所经历的过程，化学反应速度的变化规律。

第一节化学反应速度（与物质浓度有关）

化学反应分为两类：

简单反应、复杂反应。

简单反应：

参加反应物通过一步反应直接生成的产物。

复杂反应：

不是通过一步而是通过多步反应，形成许多中间产物，最后才完成的反应。

基元反应：

复杂反应其中每一步反应可称为

活化分子：

具有一定能量水平的，碰撞之后能发生化学反应的分子。

活化能：

活化分子的平均能量比普通分子的平均能量的超出值。

浓度表示方法：

分子浓度、摩尔浓度、质量浓度

浓度：

单位体积内所包含的物质的量。

分子浓度：

单位体积内某物质的分子量。

n

第五章着火与稳燃（本章主要研究热自燃）

燃烧过程:

是发光放热激烈的化学反应过程。

燃烧：

是发光放热的氧化反应。

着火：

从无化学反应的稳定状态向激烈放热反应状态的过度过程即为着火。

熄火：

从激烈放热反应状态向无反应状态的过渡过程即是熄火。

第一节着火方式的概述

着火的原因：

1、由于本身热量的积累或本身链锁反应而引起的自热；2、外加能量引起的强迫点燃。

煤粉气流的着火过程，就是热自燃。

热自燃是由于可燃混合物化学反应放出的热量大于向周围的散热，造成热量积累，使得温度不断升高，而很快达到极高的化学反应速腾。

链锁反应自燃是由于分支连锁反应中，链载体繁殖速度大于销毁速度而造成的。

自燃：

根据化学反应机理，着火又可分为热着火或链锁反应着火。

通常将热着火称为热自燃，将链锁反应着火称为链锁反应自燃

分析自燃的目的：

为了得到化学反应速度发生骤变的临界条件，也就是热着火的临界条件。

点燃：

依靠外界能量（如电火花、电弧炽热体或热气流等）强迫可燃混合物局部温度和化学反应速度急剧升高并向未燃可燃混合物传播的现象。

第二节热自燃理论（稳定状态下的分析）密封容器热量分析

范-特曼夫：

反应系统与周围介质之间的热平衡破坏就发生的着火。

利-恰及利耶：

反应产物热曲线与系统向环境散热曲线相切就是着火的临界条件。

谢苗诺夫：

完成数学描述，形成非稳定状态分析方法。

费朗克-卡门涅茨斯：

提出稳定状态分析方法。

着火温度Tc：

达到临界自燃工作状态的温度。

影响着火可靠性的因素：

环境温度T0、散热条件аS/V、可燃气体压力p、浓度CfCa、活化能E。

1、T0↑对着火的可靠性越有利；

2、散热条件越大，аS/V↑对着火的可靠性越不利，着火温度Tc↑；

3、p↑，对着火的可靠性越有利，着火温度Tc↓；

4Cf燃料浓度↑，对着火越有利，着火温度Tc↓；

5、E活化能↑，对着火可靠性越，不利，着火温度Tc↑。

通过上述分析可知，燃料E↑，则着火温度Tc↑，因此Tc仅在此意义上代表了燃料本身的化学反应性能，也即代表了燃料燃烧的难易程度。

由于Tc与散热条件、压力、温度有关，因此Tc不是燃料的本质物理属性。

把Tc看作是燃料固有的物理化学常数的观点是错误的，在某些实验条件下实测的着火温度，对燃料性质具有一定的相对比较意义。

但在不同条件下着火温度不是一个固定值，没有比较意义。

第三节点燃方法及点燃理论

点燃：

是依靠外部能源，点燃局部可燃混合物，形成局部火焰。

然后再从局部火焰点燃领近可燃混合物，依靠逐层火焰传播现象，而达到着火的现象。

点火方法：

高压电火花点火法、高频高压电火花点火法、高能电火花点火法、电弧点火、火焰点火。

（前三种点火法只能点燃气体燃料、汽油、轻柴油；对难以点燃的重油、煤粉，他们的点火能量不足）

三级点火：

气→油→煤粉；二级点火：

油→煤粉。

点燃理论：

1、炽热无点燃理论

2、电火花点燃理论（最普遍的点火方式）

电火花点火分为两个阶段：

其一电火花加热预混可燃气体，产生局部着火，形成初始火焰中心；其二初始火焰中心加热周围可燃气体混合物，使之着火，火焰一层层传播出去。

如果初始火焰形成，并出现火焰传播，则点火成功。

初始火焰中心是否能形成：

取决于火花间隙的距离、间隙内可燃气体混合比、混气压力和温度、以及流动状态、混合气体反应特性以及火花提供的能量。

初始火焰中心能否进行火焰传播：

混合气体的压力、温度、混合比和流动状态和电极间距离。

当电极间混合气体的压力、温度、混合比一定时，若要形成初始火焰中心必须满足两个条件：

其一点燃最小能，电极所释放的能量必须大于点燃最小能；其二熄火距离，当电极距离小于熄火距离时，无论多大的火花能量，都不能点燃可燃气体混合物。

第四节熄火的基本概念（开口零维燃烧容器）

特性分析：

着火和熄火过程是不可逆的，这种不可逆性是指着火条件与熄火的条件是不相同的。

熄火过程带有滞后性，即熄火比着火要在更恶劣的条件下才能发生—临界熄火的初温小于临界着火的初温。

开口容器熄火因素：

1、初始温度T0：

T0↑则θ↑（θ无因次温度=RT/E）则熄火的可能性就越小。

2、发热量Q：

Q↑，则ψ↑（无因此发热量）熄火的可能性就越小。

3、进口燃料初始浓度Y0：

Y0↑则ψ↑（无因此发热量）熄火的可能性就越小。

4、燃料活化能E：

E↑ψ↓，熄火可能性就越大；E↑ψ↓q1（产热率）↓也促使熄火的可能性增大。

5、逗留时间τ：

τ↑则q1（产热率）↑，熄火的可能性减小。

第五节层流火焰传播

根据燃烧机理不同分为：

缓燃和爆震。

缓燃：

火焰传播是依靠导热或扩散使未燃混合气体温度升高，一层一层地依此着火，而产生的火焰传播现象。

一般缓燃的火焰传播速度不高。

爆震：

依靠激波的压缩作用，使未燃混合气体温度不断升高，一层一层地依此点燃，从而使燃烧波不断向未燃混合气体中推进。

爆震传播速度很高常大于1000m/s；锅炉燃烧室不会出现爆震。

锅炉燃烧处于湍流燃烧，火焰的传播应属于湍流火焰传播。

由于层流火焰传播时火焰传播的理论基础。

又是可燃混合物的基础物性，因此有必要从层流火焰传播开始介绍。

层流火焰传播理论基础包括三个方面：

1、热理论：

认为控制火焰传播的主要机理为反应区向未燃区的热传导。

2、扩散理论：

认为来自反应区的链载体向未燃区扩散是控制层流火焰传播的主要因素。

3、综合理论：

认为热的传导和链载体的扩散对火焰传播可能有同等重要的影响。

本节只介绍热理论。

层流火焰传播速度又称正常火焰传播速度un。

层流火焰传播速度是指层流火焰相对于静止燃烧壁面的运动速度。

火焰锋面：

燃烧区与未燃区具有明显分界，有一层薄薄发光的火焰前沿，是预混气体的反应区。

层流火焰传播速un与导温系数α平方根成正比，与反应时间τ平方根成反比，可以说层流火焰传播速度是可燃气体混合物的物性常数。

层流火焰传播速度是依靠实验测量来确定的，测量方法：

本生灯法、平面火焰法、驻定火焰法、管内火焰法、球弹法。

第六章物理化学因素对层流火焰传播速度un的影响

1、可燃气体混合温度初温T0：

T0↑则un↑；因为T0增加绝热燃烧温度增加则化学反应速度ω增加，进而使层流火焰传播速度un↑

2、压力P：

化学反应级n=1则un↓，当n=2时un与p无关。

3、混气成分（过量空气系数）：

不同的混合比对绝热燃烧温度Tm影响很大；从而对un影响也大，对每一种可燃气体混合物，都存在一个最佳混合比；在最佳混合比时un最大。

理论上最佳混合比应该为化学计量系数比，即过量空气系数α=1，并且火焰只能在一定的混合比范围内传播，存在火焰传播的混合比界限。

混合比低于下限或者高于上限，火焰不能传播。

即燃料太贫或者太富的混合气体，火焰不能传播。

4、绝热温度Tm：

Tm↑则un↑；Tm对un的影响要比T0大得多。

5、惰性气体浓度：

惰性气体（氮气）加入可燃气体混合物后，使氧气浓度喝燃料浓度降低，则绝热温度Tm下降，从而严重影响un。

6、可燃混合气体导热系数α：

火焰传播速度与导热系数的平方根成正比，α增加，就会增加热量传递，un增加。

由于氢的导热系数比其他气体导热系数大的多，氢的火焰传播速度比其他可燃混合气体大出一个数量级。

7、火焰传播浓度界限：

火焰能传播的浓度范围成为火焰传播浓度界限。

相对过量空气系数上下限分别α2和α1，相对上下限存在最小火焰传播速度umin，小于此值火焰不能传播，产生熄火。

最小火焰火焰传播umin=2-10cm/s。

8熄火距离：

无论可燃气体混合比在何范围内，冷壁面附近火焰不能传播，在冷壁面附近火焰不能传播的距离成为熄火距离。

熄火距离可以利用本生灯火焰进行测量。

选用某种可燃混合气体在灯口被点燃，突然切断可燃气来源，这时有回火现象；更换直径更小的管子重复试验，直至回火现象不再发生时的最大管径，即为熄火距离。

电火花点火时，火花间隙距离小于熄火距离时，火焰不能传播，不能形成初始火焰。

第七节湍流火焰传播

锅炉燃烧室的燃烧过程是在湍流条件下进行的。

湍流的瞬时速度w：

为时均速度w和脉动速度w。

湍动能：

用Wx，wy，wz的军方只表示湍流脉动的强弱。

湍流相对强度：

用湍流脉动速度的均方根与速度的时均值表示湍动强度。

湍动能耗散率：

湍动能减弱速率。

湍流尺寸：

两种度量方法：

欧拉方法和拉格朗日法。

欧拉方法：

是考察各个瞬间湍流涡团的脉动状态。

当1、2点之间距离L很小时，L→0，1、2两处的涡团必然以同一频率同一脉动振幅脉动，此时欧拉关联系数Rx1,2=Ry1,2=Rz1,2=1,

1、2点密切关联，关联系数达到最大值。

当1、2点之间距离L很打时，L→无∞穷大时，则1、2两处基本上无统计联系此时Rx1,2=Ry1,2=Rz1,2=0。

拉格朗日方法：

考察某一质点在不同时刻瞬间湍流涡团脉动状态。

若τ=τ2-τ1，τ→0时RL→1；τ→∞时Rl→0

拉格朗日湍流标尺的物理意义：

在特定的拉格朗日时间内，涡团所走过自由行程，也即脉动涡团的作用范围的度量。

邓克尔实验结果：

uT—湍流火焰传播速度，un—层流火焰传播速度

（1）当Re（雷诺数）＜2300时；Ut/un=1，层流状态下，火焰传播速度与Re无关。

（2）当2300≤Re≤6000时，uT/un∝√Re

（3）当Re≥8000时，Ut/un=ARe+B

湍流火焰传播实验研究结论：

（1）湍流火焰传播速度与湍流状态有密切关系。

湍流相对强度越大，火焰传播速度越快。

（2）燃料的种类及可燃混合物成分、浓度对湍流火焰传播速度有相当大的影响。

湍流火焰传播速度最大值，稍偏向福燃料侧。

（3）压力增加将使湍流火焰传播速度增加，湍流火焰厚度减薄。

且初始温度越高，压力影响越显著。

（4）提高初温也可提高湍流火焰传播速度，减小火焰厚度。

压力越高，温度的影响越大。

湍流火焰传播的表面燃烧理论（有两种理论：

表面燃烧理论和容积燃烧理论）

气体的湍流脉动是由大小不同气体涡团所进行的不规则运动组成的。

当不规则运动的涡团平局尺寸相对的小于混合气体层流火焰传播速度锋面厚度时，即L＜S时，成为小尺寸湍流火焰。

当涡团平均尺寸相对大于混合气体层流火焰传播锋面厚度，即L＞S时，成为大标尺湍流火焰。

当湍流脉动速度大于层流火焰传播速度时，即w＞un时，成为强湍流；反之当湍流脉动速度小于层流火焰传播速度时，即w＜un时，称为弱湍流。

表面燃烧理论由：

邓克尔和歇尔金创立

在2300≤Re≤6000范围内，属于小标尺湍流火焰，小标尺湍流随着Re增加，仅增加热传导或链载体的扩散，从而使火焰传播速度增加。

由层流火焰传播理论可知：

un∝√a

导热系数a是分子热运动而引起能量转移现象大小的度量。

湍流过程中不仅有分子热运动，而且具有湍流涡团脉动，同样能引起能量转移现象，此时导温系数用aT表示，aT＞a则uT∝√aT对于给定可燃气体混合物有uT/un=√aT/√a;对于管内流动，可以认为aT/a∝Re则有uT/un∝√Re

上述分析结果表明随着雷诺数的增大，湍流相对强度增加，涡团脉动引起热输运现象加强，湍流火焰传播速度增加。

当Re＞6000属于大标尺湍流火焰。

卡洛维兹等人在表面燃烧理论基础上，考虑到火焰微元体因受气体涡团湍流扩散的影响而产生的位移，因此对微元体产生相应附加传播速度，

对于大尺度弱湍流（当湍流脉动速度小于层流火焰传播速度时，即w＜un时，称为弱湍流）

则uT=un+w

对于大尺度强湍流（当湍流脉动速度大于层流火焰传播速度时，即w＞un时）

则uT=un+√2wun

第八节本生灯火焰的稳定

火焰稳定问题可以分为两类：

其一是低速下的火焰稳定问题，包括回火和吹熄；其二高速气流下火焰稳定问题。

回火：

火焰传播速度uN大于可燃混合气体流动速度u，即：

u＜uN则火焰锋面向可燃混合气体移动。

吹熄（脱火）：

火焰传播速度uN小于可燃混合气体流动速度u，即：

u＞uN则火焰锋面向燃烧产物一侧移动，火焰锋面被可燃混合气体吹走。

既不发生回火，又不发生吹熄，维持一维平面火焰稳定的条件是：

u=uN

本生灯火焰结构：

将一次风量与理论空气量之比，称为一次风过量空气系数a1k；

当0＜a1k＜1时，本生灯火焰有两个火焰锋面:

内火焰锋面和外火焰锋面。

预混可燃气体在内火焰锋面燃烧，将一次风量耗尽。

剩余煤气到外火焰锋面后，依靠周围大气中氧的扩散进行燃烧，这种空气扩散作用为外火焰锋面提供燃烧必须条件，称为二次风量。

当一次风门关闭，a1k=0时，燃烧所需要氧气全部依靠周围空气的扩散作用，只有外火焰锋面，称为扩散燃烧。

扩散燃烧火焰很长，发出明亮的光，一般仅在本生灯点火时应用。

当一次风门开大，使a1k≥1时，燃烧所需要的氧气全部来自一次空气，一次风燃烧前已与煤气预先混合，这时只存在内火焰锋面，称为预混合燃烧。

第九节湍流火焰的稳燃方法

现代大型锅炉，燃烧器出口气流速度很高，雷诺数Re很大，这时脱火（吹熄）称为主要矛盾。

大型锅炉稳燃方法：

钝体稳燃、旋转射流回流区稳燃、高煤粉浓度稳燃、预燃室稳燃。

钝体稳燃火焰机理：

其一气流流过钝体后速度分布发生变化，在钝体的尾迹中心部分具有反向回流，存在气流速度与预混可燃气火焰传播速度相等的平衡区；其二利用回流区的高温烟气点燃主气流，相当于在钝体后部始终存在高温炽热物体，为主气流点燃提供了必要的能量。

在钝体火焰稳定的机理中，钝体后气流尾迹的结构具有十分重要的作用。

在回流边界线以内的逆流与回流区边界线以外的顺流组成一个环流区；环流区与外界气流之间存在湍流扩散，增强互相之间的物质和热量之间的交换。

圆盘钝体回流量最大、圆锥体次之、圆柱形回流量最小。

钝体火焰稳定界限

利用钝体稳定火焰有一定的应用范围，超出某个范围就会发生熄火；当空气与燃料浓度一定时，气流速度过高可以将火焰吹灭，引起吹熄的临界气流速度称为临界气流速度；当气流速度一定时，可燃混合气体中空气和燃料的比之不能太大或太小，否则发生熄火，引起熄火的空气与燃料比之具有上限和下限，空气与燃料比之只能在上限和下限之间，火焰才能稳定。

影响钝体火焰稳定因素：

1、可燃混合气体成分：

当混合气体成分接近于化学当量比之时，临界吹熄速度最大；反之临界吹熄速度将降低，从而降低了火焰的稳定界限。

2、可燃混合气体燃料性质：

燃料性质不同，将影响层流火焰的传播的速度；实验证明层流火焰传播速度越大的燃料，其钝体尾迹火焰稳定性越好。

3、可燃混合气体温度和压力：

温度高，则火焰传播速度越大，则临界吹熄速度越大，扩大火焰的稳定性；压力与临界吹熄速度成正比例关系，压力高则临界吹熄速度越大，则扩大火焰稳定界限。

4、主气流速度影响：

主气流速度越大，临界熄火的空气与燃料比值的上下限的范围就越小，从而缩小了钝体火焰稳定界限范围。

5、湍流程度影响：

钝体前的主气流湍流程度越大，固然可以增大火焰传播速度，但也使得主气流和回流区之间的顺流区处于不稳定状态，因而易于熄火。

6、钝体形式的影响：

钝体非线性程度增大会使回流区增大，从而火焰稳定的界限范围增大。

7、阻塞比的影响（d/D）²：

当阻塞比较小时，阻塞比的增大可以增大火焰的稳定界限（由于阻塞比增大时，回流长度比边界层速度增加得快）；但是当阻塞比很大时，阻塞比的增大则减小火焰的稳定界限（阻塞比增大时，回流区长度增加比边界层速度增加的慢，火焰易被吹熄。

钝体回流火焰稳定理论简介：

钝体尾迹中所产生的回流区起主导作用，是一个连续的点火源：

回流区点燃模型

回流区燃烧模型：

（朗格韦尔）

第六章煤粒和碳粒的燃烧过程

从水分蒸发、挥发分析出到大部分挥发分燃烧完毕所需要的时间只占煤粒总燃烧时间的10%，挥发分首先析出燃烧，然后挥发分与焦炭（灰分和固定碳的合体）共同燃烧，挥发分首先燃烧完毕，焦炭最后燃烧完毕，焦炭燃烧在煤粒燃烧过程中起主导作用。

煤粉炉煤粉粒径在1-110um，平均粒径50um（1um=10-6m）

第一节煤的热解

挥发分释放次序大体是:

CO2、C2H6/CH4、焦油、CO、H2.

根据加热速率不同分为：

缓慢热解、中速热解、快速热解、闪速热解。

大于10四次方℃/S的煤粒加热升温速度成为快速热解。

当被加热煤粒升温速度小于2℃/S时，称为慢速热解。

煤粉炉属于快速热解、热重天平属于缓慢热解；煤的工业分析、层燃燃烧以及流化床燃烧属于中速热解。

煤粒被加热到的最终温度值的升高，挥发分最终产量将急剧增加。

；因此煤的挥发分不是一个确定的不变常数，煤的工业分析中所得到的挥发分仅是一定条件下的相对值。

煤热解方法：

1将煤粉放在金属丝网上后通电加热煤样；2将煤粉喷射到惰性热气流中，使煤粉热解；将煤粉在火焰中燃烧；4、利用热重天平在坩埚内加热煤粉使其热解。

煤粉热解数学模型：

单方程模型、双反应竞争模型

双反应竞争模型：

煤的热解可用两个平行的相互竞争的一级反应来描述。

第二节碳粒表面燃烧过程

煤粒热解后的剩余物质称为焦炭（灰分与固定碳的组合）；焦炭是多孔性物质。

焦炭粒和碳粒区别：

焦炭粒内部具有空隙，多孔性的内部表面可能参与化学反应；同时焦炭燃烧时，灰分裹在焦炭周围，也可能对焦炭的燃烧产生影响。

而碳粒燃烧则不考虑多孔性和灰分对燃烧的影响。

碳粒燃烧：

表面反应、容积反应

表面反应：

一次反应、二次反应之分；容积反：

二次反应。

碳粒燃烧过程机理应包括碳粒对周围气体吸附和解吸作用。

动力—扩散燃烧过程：

碳粒表面的化学反应动力特性和碳粒周围氧气向碳粒表面扩散能力之间关系。

Y∞-远处氧气质量相对浓度

Yb-碳粒表面氧气质量相对浓度

ρ-气体总的密度

k-化学反应速度系数

ad-氧气扩散的传质系数

kbo2-用养的消耗量表示的表面反映速度。

气体和颗粒之间相对速度越高，雷诺数越大，努赛尔特数Num越大（Num=ad/б=2）则扩散传热系数ad越大；扩散传质系数ad与碳粒直径б成反比。

ad=2D/б（D:

为气体扩散系数）

扩散燃烧：

kbo2=adρY∞；在温度很高时，化学反应能力大大超过氧气扩散能力，使得所有扩散到碳粒表面上的氧气立即被化学反应消耗掉，因此碳粒表面氧气浓度Yb=0，这时碳粒燃烧速度取决于氧气向碳粒表面的扩散能力，而与化学反应动力参数k无关，扩散过程控制了碳粒燃烧速度。

动力燃烧：

kbo2=kρY∞；在温度很低时，氧气的扩散能力已经大大超过了化学反应能力。

由碳粒表面化学反应消耗的氧气量很少，即Yb≈Y∞，这时碳粒燃烧速度取决于碳粒表面化学反应能力，只与化学反应动力参数k有关，而与扩散传质系数ad无关，碳粒表面的化学反应速度控制了碳粒燃烧速度。

过渡燃烧：

当温度适度，化学反应系数k与扩散传质系数ad数量级相当，即氧气向谈表面的扩散能力与碳表面化学反应能力同时影响和控制碳粒燃烧速度。

由于燃烧工况处于动力燃烧和扩散燃烧两工况之间。

谢苗诺夫准则：

Sm=ad/k；大于9动力；0.11-9过渡；＜0.11扩散

德姆柯勒准则：

Da=k/ad；

碳粒表面氧浓度Cb与远离碳粒氧浓度C∞即Cb/C∞大于0.9动力0.1-0.9过渡＜0.1扩散

第三节碳粒扩散燃烧努赛尔特公式

碳粒扩散燃烧努赛尔特公式或称为直径平方定律简称碳粒扩散燃烧公式；6-44

碳粒在扩散燃烧状态下碳粒燃尽时间与初始直径平方成正比

第四节碳粒动力燃烧和过渡燃烧公式

碳粒在动力燃烧状态下，碳粒燃尽时间与初始直径成正比。

6-53

碳粒在过渡燃烧状态下：

碳粒燃尽时间与初始直径成正比。

6-60

无论碳粒处于动力燃烧、过渡燃烧或扩散燃烧，碳粒的燃尽时间与煤粒的初始直径有关。

初始直径越大则燃尽时间越长。

煤粉的粒径范围很宽，较粗的煤粉占一定份额，而煤粉在炉内停留时间是有限的，那些较粗煤粉，燃尽时间长，未能在炉内燃尽，离开了炉膛，从形成固体不完全燃烧损失。

斯蒂芬流：

在异相界面，由于扩散现象和其他物理化学现象所引起特殊的总质量流。

异相反应影响因素：

气体扩散现象、表面化学反应现象、还与碳粒表面对气体吸附和解吸有关。

一次反应：

碳和氧气之间的直接反应。

二次反应；一次反应产物继续发生的化学反应。

第八节内孔效应对焦炭燃烧影响

焦炭燃烧公式：

外部扩散燃烧：

当温度很高时，ak＞＞ad，则K=

当碳粒外表面氧气的相对浓度Yb＜＜Y∞,内孔表面更不可能获得氧；整个碳粒燃烧取决于氧气外表面积的扩散能力，

内部动力燃烧：

当温度很低，因碳球直径很大；粒径小则氧气扩散传质系数ad大，温度低则k值很小，ad＞＞ak，同时，ε≈r0/3，碳球外表面和内表面的氧气浓度都近似等于Y∞,所有内部表面都参加化学反应，而碳燃烧速度取决于化学反应动力因素，

内部扩散燃烧：

当温度很低，碳粒直径较大，且碳粒内部空隙很小时，，ad＞＞ak，

r0/3＞ε＞rn，式中r0为碳粒半径，rn为碳粒内孔半径。

由于ad较大，碳粒外表面氧气质量相对浓度Yb=Y∞。

但内孔半径很小，孔隙内氧气浓度为零，整个碳粒燃烧速度受到内部孔隙扩散速度限制，

外部动力燃烧：

当温度很低，碳粒内部孔隙平均半径rn与内孔效应因子接近，即ad＞＞ak

rn=ε，由于内孔效应因子很小，可以认为内部孔隙实际上对碳粒燃烧速度影响很小，反应属于动力区，并集中在碳粒外表面进行，

第九节灰层对焦炭燃烧的影响

煤中灰分:

分为内在灰分和外在灰分

内在灰分：

是在煤的形成过程中已存在的矿物杂志，它以细小微粒均匀的分布在可燃质中。

外在灰分：

是在煤开采过程混杂进入矿物杂志；煤在磨细过程中，大部分外在灰分与可燃质自然分开；所以外在灰分对焦炭燃烧几乎没有影响。

公式6-113

有灰层覆盖时的碳粒比无灰碳粒燃烧时间增加（2/3+1/3ξ）B倍

煤粒燃烧两种基本结论：

其一煤的燃烧过程，从水分开始干燥直至挥发分大部分燃烧掉时间，只占煤粒总燃烧时间的十分之一；其二挥发分的析出和燃烧与焦炭燃烧是同时进行的，而且挥发分析出一直延长到燃烧过程的末期。

第七章燃烧过程数值计算的物理基础

炉内燃烧过程是非常复杂的物理化学过程，包括湍流流动过程、辐射传热过程、不同组分扩散过程、化学反应过程、气固两相流动过程、受热面污染过程等。

归根结蒂，炉内过程是多组分带化学反应流体力学问题，必须从反应流入手来处理炉内燃烧过程。

第一节输运基本定律

由于分子热运动而引起的分子输，有三科基本定律：

动量传递牛顿黏性定律、热量传递傅里叶导热定律和组分传递费克扩散定律。

三个定律同时给出了三个物性系数：

黏性系数μ、导热系数λ和扩散系数D。

在湍流流动过程中，湍流涡团随机运动也会引起动量传递、导热传递和组分传递。

牛顿黏性定律：

两层不同流速的流体之间存在的剪切力，流速面的一层对流速快的一层有阻力，单位面积内剪切力与速度梯度成正比，比例系数即为黏性系数τ＝μ

τ：

单位面积内的剪切力；u层流流动速度；μ动力粘度ν运动粘度；ρ流体密度μ=νρ

称为速度梯度或剪切速度，负号表示动量传递方向与速度增加方向相反。

傅里叶导热定律：

各层之间存在温差，则产生了热量传递；单位面积单位时间内传递的热量称为热流密度q；热流密度q与温度梯度（）成正比，比例系数称为导热系数λ。

（）称为温度梯度，符号表示热流方向与温度梯度方向