文档介绍：第一章燃烧理论基础
燃烧是燃料分子与氧分子间发生的激烈氧化反应,伴随着反应过程,燃料的化学能以燃烧热的形式释放出来。燃烧反应在原则上是否可能发生,以及燃料燃尽程度和反应热的确定,都是反应热力学应解决的问题,而燃烧反应的进行速率及其影响因素则是动力学的研究领域。
燃烧反应动力学
质量作用定律
燃烧是一种发光发热的化学反应。燃烧速度可以用化学反应速度来表示。
在等温条件下,化学反应速度可用质量作用定律表示,即反应速度一般可用单位时间,单位体积内烧掉燃料量或消耗掉的氧量来表示。
可用下面的式子表示炉内的燃烧反应:
aA+bB= gG+hH
(燃料) (氧化剂) (燃烧产物)
化学反应速度可用正向反应速度表示,也可用逆向反应速度来表示。即:
第一章燃烧理论基础
质量作用定律的意义
质量作用定律说明了参加反应物质的浓度对化学反应速度的影响。其意义是:对于均相反应,在一定温度下,化学反应速度与参加反应的各反应物的浓度乘积成正比,而各反应物浓度的方次等于化学反应式中相应的反应系数。因此,反应速度又可以表示为:
式中 CA, CB---反应物A,B的浓度
a , b---化学反应式中,反应物A,B的反应系数;
kA, kB---反应速度常数。
多相燃烧的化学反应速度
对于多相反应,如煤粉燃烧,燃烧反应是在固体表面上进行的,固体燃料的浓度不变,即CA=1。反应速度只取决于燃料表面附近氧化剂的浓度。用下式表示:

式中 CB---- 固体燃料表面附近氧的浓度
上式说明,在一定温度下,提高固体燃料附近氧的浓度,就能提高化学反应速度。反应速度越高,燃料所需的燃尽时间就越短。
上述关系只反映了化学反应速度与参加反应物浓度的关系。事实上,反应速度不仅与反应物浓度有关,更重要的是与参加反应的物质本身有关,具体地说,与煤或其它燃料的性质有关。化学反应速度与燃料性质及温度的关系可用阿累尼乌斯定律表示。
第一章燃烧理论基础
阿累尼乌斯定律
在实际燃烧过程中,由于燃料与氧化物(空气)是按一定比例连续供给的,当混合十分均匀时,,化学反应速度与燃料性质及温度的关系为:
k=k0e(-E/RT)
式中,
k0 --相当于单位浓度中,反应物质分子间的碰撞频率及有效碰撞次数的系数
E—反应活化能;
R—通用气体常数;
T—反应温度:
k—反应速度常数(浓度不变)。
阿累尼乌斯定律说明了燃料本身的“活性”与反应温度对化学反应速度的影响的关系。
什么是燃料的“活性”呢?可以简单地理解为燃料着火与燃尽的难易程度。例如,气体燃料比固体燃料容易着火,也容易燃尽。而不同的固体燃料,“活性”也不同,烟煤比无烟煤容易着火,也容易燃尽。因此,燃料的“活性”也表现为燃料燃烧时的反应能力。燃料的“活性”程度可用“活化能”来表示。
第一章燃烧理论基础
三、影响化学反应速度的因素
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反应物浓度的影响
虽然认为实际燃烧过程中,参加反应物质的浓度是不变的,但实际上,,参加反应的物质的浓度变化很大。
在燃料着火区,可燃物浓度比较高,而氧浓度比较低。这主要是为了维持着火区的高温状态,使燃料进入炉内后尽快着火。但着火区如果过分缺氧则着火就会终止,甚至引起爆炸。因此在着火区控制燃料与空气的比例达到一个恰到好处的状态,是实现燃料尽快着火和连续着火的重要条件。反应物浓度对燃烧速度的影响关系比较复杂,将在后面的内容中加以分析。
第一章燃烧理论基础
活化能的影响
活化能概念
燃料的活化能表示燃料的反应能力。
活化能的概念是根据分子运动理论提出的,由于燃料的多数反应都是双分子反应,双分子反应的首要条件是两种分子必须相互接触,相互碰撞。分子间彼此碰撞机会和碰撞次数很多,但并不是每一个分子的每一次碰撞都能起到作用。如果每一个分子的每一次碰撞都能起到作用,那么即使在低温条件下,燃烧反应也将在瞬时完成。然而燃烧反应并非如此,而是以有限的速度进行。所以提出只有活化分子的碰撞才有作用。这种活化分子是一些能量较大的分子。这些能量较大的分子碰撞所具有的能量足以破坏原有化学键,并建立新的化学键。但这些具有高水平能量的分子是极少数的。要使具有平均能量的分子的碰撞也起作用,必须使他们转变为活化分子,这一转变所需的最低能量称为活化能,用E表示。所以活化分子的能量比平均能量要大,而活化能的作用是使活化分子的数目增加。
第一章燃烧理论基础
燃料活化能的影响
在一定温度下,某一种燃料的活化能越小,这种燃料的反应能力就越强,而且反应速度随温度变化的可能性就减小,即使在较低的温度下也容易着火和燃