燃燒學(xué)考題完整版

燃燒學(xué)二、簡答題1、影響燃燒化學(xué)反應(yīng)速度的因素有哪些？1）反應(yīng)活化能2）反應(yīng)物的濃度3）溫度2、煤粒的燃燒過程主要包括哪幾個步驟？煤的加熱和干燥析出揮發(fā)分和形成焦炭揮發(fā)分和焦炭的著火燃燒灰渣的生成3、為什么碳的燃燒會處于不同的區(qū)域，其決定的因素是什么？氧向反應(yīng)表面的擴散隨溫度的變化比較緩和（ad∝T0.5），而溫度對化學(xué)反應(yīng)速度的影響卻強烈的多（k∝e-E/RT）。因此，按照氧向反應(yīng)表面的輸送速度以及它在表面反應(yīng)的消耗速度（即化學(xué)反應(yīng)速度）兩者隨溫度的變化情況，可以明顯的區(qū)分出煤的燃燒有三個截然不同的區(qū)域。（1）動力燃燒區(qū)：燃燒速度主要取決于化學(xué)反應(yīng)動力因素（溫度和燃料的反應(yīng)速度）（2）擴散燃燒區(qū)：燃燒速度取決于氧氣向炭粒表面的擴散速度。（3）過度燃燒區(qū)：介于動力區(qū)和燃燒區(qū)之間，提高溫度和提高擴散速度都可以提高燃燒速度。若擴散速度不變，只提高溫度，燃燒過程向擴散區(qū)轉(zhuǎn)化；若溫度不變，只提高擴散速度，燃燒過程向動力區(qū)轉(zhuǎn)化。4、旋流射流有和特點？ 旋流射流具有較大的噴射擴張角，使得射程較短，可在較窄的爐膛深度中完成燃燒過程，而且在強旋轉(zhuǎn)射流內(nèi)部形成一個回流區(qū)。因此，旋轉(zhuǎn)射流不但可以從射流外側(cè)卷吸高溫介質(zhì)，還能從內(nèi)回流區(qū)中卷吸高溫介質(zhì)，故它具有較強的抽氣能力，可使大量的高溫?zé)煔饣亓髦粱鹧娓?，保證燃料及時順利地著火和穩(wěn)定燃燒。說明降低鍋爐NOx排放的措施及空氣分級燃燒低NOx燃燒原理措施：爐內(nèi)燃燒法控制NOX技術(shù)低過量空氣系數(shù)運行降低燃燒器區(qū)域局部火焰峰值溫度空氣分級燃燒技術(shù)濃淡燃燒技術(shù)爐內(nèi)燃燒分級再燃及NOX還原技術(shù)控制NOx排風(fēng)的爐內(nèi)燃燒法在應(yīng)用中存在的問題與對策煙氣脫氮控制NOx技術(shù)干法煙氣脫氮技術(shù)濕法煙氣脫氮技術(shù)空氣分級燃燒原理：通過改進燃燒器的設(shè)計和爐膛配風(fēng)設(shè)計，合理的分配并適時地送入燃燒個階段所需空氣，在維持總體過量空氣系數(shù)較低的基礎(chǔ)上，在主燃燒區(qū)域進一步造成局部缺氧燃燒的富燃燒區(qū)，創(chuàng)造抑制NOx生成和有利于NOx還原的氣氛；在主燃燒區(qū)后的燃盡區(qū)創(chuàng)造富氧燃燒區(qū)，以確保燃料的燃盡；富燃燒區(qū)的燃料在缺氧條件下燃燒，燃燒速度及溫度均降低，使NOx生成量降低；在燃盡區(qū)未燃盡的燃料在富氧條件下繼續(xù)燃燒，直至燃盡；部分殘留氮在富氧氣氛中氧化為NOx，但是該區(qū)域火焰溫度低，NOx生成量有限。分級燃燒后，從總體來看，NOx排放量降低。敘述垃圾在層燃爐內(nèi)燃燒過程。固定爐排：垃圾經(jīng)爐排上方投入后經(jīng)人工扒平，使其均勻平鋪在爐排上，爐排下部的灰坑兼做通風(fēng)室。為了是垃圾焚燒完全，在焚燒過程中需要對垃圾層進行翻動，促進攪拌與混合，減少融融結(jié)塊。燃盡的爐渣落入爐排下面的灰坑，由人工扒出。機械爐排：垃圾由填料設(shè)備送入焚燒爐后，在機械爐排往復(fù)運動的作用下，被逐步導(dǎo)向爐排上并隨之向前移動。垃圾在由爐排下方送入的一次風(fēng)和爐排運動的機械力共同推動和翻滾下，在向前移動過程中水分不斷蒸發(fā)，直到完全干燥并開始點燃和燃燒。垃圾燃盡后形成的灰渣由爐排尾部落入灰斗。燃燒設(shè)備的基本性能要求（p11）燃燒熱強度高燃燒熱效率高燃燒熱穩(wěn)定性好安全性好，使用壽命長燃燒產(chǎn)物的污染排放低管理維護方便循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(1)燃料適應(yīng)性廣(2)燃燒效率高(3)高效脫硫、氮氧化物(NOX)排放低(4)燃燒強度高(5)負荷調(diào)節(jié)范圍大，負荷調(diào)節(jié)快(6)易于實現(xiàn)灰渣綜合利用(7)燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡單9、何為煤的高位發(fā)熱量、低位發(fā)熱量？工程計算中為何采用燃料的低位發(fā)熱量？ 高位發(fā)熱量是指單位質(zhì)量煤完全燃燒時放出的全部熱量，包括煙氣中水蒸汽已凝結(jié)成水所放出的汽化潛熱。從煤的高位發(fā)熱量中扣除煙氣中水蒸汽的汽化潛熱后所得的熱量，稱煤的低位發(fā)熱量。工程燃燒設(shè)備所產(chǎn)生的煙氣由煙囪排出時，一般均具有相當高的溫度，煙氣中的水蒸氣尚未冷凝而直接排出，水蒸氣的汽化熱未被利用，因而工程計算中采用燃料的低位發(fā)熱量。10、簡述鏈鎖自燃理論及三界限存在的原因？（P139）鏈鎖自然理論：是反映加速并不一定要靠熱量積累，也可以通過鏈鎖分枝反應(yīng)而迅速增值活化中心，來促使反應(yīng)不斷加速直至爆燃著火。在較低壓力下，由于氣體很稀薄，分子向四周擴散速度很高。當壓力低于某一數(shù)值時，可能達到鏈的中斷速度等于分枝速度的臨界條件，出現(xiàn)了鏈鎖自燃的低界限。反之，如果提高容器內(nèi)預(yù)混氣體的壓力，則由于分子濃度增大，減少了活化中心與器壁的碰撞機會，則此時鏈鎖中斷主要發(fā)生于氣相內(nèi)部的活化中心互相碰撞中。因此，隨著壓力的增大，這種機會越來越多，鏈的中斷速度也越來越大，因而當壓力增大到某一數(shù)值時，又可能遇到鏈的分枝速度與中斷速度相等的臨界情況，這時就出現(xiàn)了鏈鎖自燃的高界限。越過鏈鎖自燃的高界限之后，若繼續(xù)提高壓力，則會出現(xiàn)第三個爆燃界限。因為壓力增高，反應(yīng)放熱越來越顯著，反應(yīng)方熱量大于散熱量，使熱量積累而引起反應(yīng)自動加速占支配低位，所引發(fā)的爆燃為熱自燃。11、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩匾约霸鰪娖鋫鞑ニ俣鹊姆绞?？因素?）可燃氣體混合物性質(zhì)2）燃料分子結(jié)構(gòu)3）混合氣中過量空氣系數(shù)4）可燃混合氣壓力5）可燃混合氣初始溫度T06增強傳播速度方式：增大熱擴散系數(shù)、提高燃燒溫度、提高化學(xué)反應(yīng)速度。12、用容積燃燒理論簡要分析大尺度強湍流？（P154） 湍流對燃燒的影響以為微擴散為主，由于這種擴散如此迅速，以致不可能維持層流火焰結(jié)構(gòu)，已經(jīng)不存在將為燃可燃物與已燃可燃物分開的火焰面；每個湍動的氣團內(nèi)，溫度和濃度是均勻的，但不同氣團溫度和濃度是不同的；在整個微團內(nèi)存在著快慢不同的燃燒反應(yīng)。達到著火的微團整體燃燒，未達到著火條件的微團在脈動中被加熱并達到著火燃燒；火焰不是連續(xù)的薄層，但到處都有；各氣團間互相滲透混合，不時形成新的微團，進行著不同程度的容積化學(xué)反應(yīng)。13、分析燃燒過程中抑制NOx生成的因素，并提出相應(yīng)的抑制手段？因素：溫度：燃燒過程中，溫度越高，生成的NOx量越大過?？諝庀禂?shù)：α=1.1～1.2范圍內(nèi)，NOx的生成量最大，偏離這個范圍NOx的生成量明顯減少燃煤性質(zhì)：燃煤中的含N量越高，燃燒過程中轉(zhuǎn)化為NOx也就越多抑制手段：主要有空氣分級燃燒，燃料分級燃燒，濃淡偏差燃燒，低氧燃燒和煙氣再循環(huán)等14、以碳粒的燃燒為例，分析考慮二次反應(yīng)情況下，燃燒反應(yīng)過程在不同情況下分別由哪些因素控制，處于什么控制區(qū)，其特征如何？T<1000oC，動力控制區(qū)燃燒。燃燒反應(yīng)的溫度不高，化學(xué)反應(yīng)阻力此時遠遠大于擴散阻力。由于化學(xué)反應(yīng)速度很慢，擴散至燃料表面的O2量遠遠超過燃燒所需的O2量，影響燃燒速度的決定因素是化學(xué)條件，即燃料性質(zhì)、溫度等，而與O2的擴散速度關(guān)系不大。T>1400oC，擴散控制區(qū)燃燒。燃燒反應(yīng)溫度較高，擴散阻力此時遠遠大于化學(xué)反應(yīng)阻力。由于化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)k隨著溫度的升高而急劇增大，致使化學(xué)反應(yīng)所消耗的O2量遠遠超過擴散至燃料表面的O2量。影響燃燒速度的決定因素是物理條件，即O2的擴散速度，而與燃料性質(zhì)和溫度關(guān)系不大。1000oC<T<1400oC，過渡燃燒?；瘜W(xué)反應(yīng)速度此時與O2的擴散速度相近，燃燒速度既取決于物理條件，又取決于化學(xué)條件，提高溫度和擴散速度均可使燃燒速度增大。15、隨著過量空氣系數(shù)從0增加到大于1，火焰結(jié)構(gòu)和特點如何變化？當α較小時，內(nèi)焰的下部呈深藍色，其頂部為黃色，而外焰則為暗紅色。隨著α的增大，內(nèi)焰的黃焰尖逐漸消失，其顏色逐漸變淡，高度縮短，外焰越來越不清晰。當α大于1時，外焰完全消失，內(nèi)焰高度有所增加。當0＜α＜1時，預(yù)混氣體為半預(yù)混燃燒；如果α≥1，為全預(yù)混燃燒。其中內(nèi)焰為預(yù)混火焰，外焰為擴散火焰。16、煤的工業(yè)分析包括哪些內(nèi)容？1、煤的水分2、煤的灰分3、煤的揮發(fā)分4、煤的固定碳5、煤的硫分6、煤的發(fā)熱量三、計算題一臺煤粉鍋爐，燃用的煤Aar=26.3%，Q=22000KJ/kg。忽略煙道灰份額，飛灰份額a=0.85，飛灰含碳量C=4.2%，爐渣含碳量C=3.6%，碳發(fā)熱量33700KJ/kg，求固體不完全燃燒損失q4。P94某種煤收到基含碳量為41%。由于受外界條件的影響，其收到基水分由15%減少到10%，試求其到收到基含碳量。P22已知煙煤的成份如下（%），在空氣中進行燃燒。（忽略空氣中的水蒸氣含量）CdafHdafOdafNdafSdafAdWar83.215.875.021.948.684.01）擬采用過量空氣系數(shù)α為1.20的空氣進行燃燒，求完全燃燒時空氣的消耗量Vk（m3/kg）？和煙氣生成量Vy（m3/kg）？P792）已知煙氣中成分的氣體分析方程為：（1+β）RO2+（0.605+β）CO+O2-0.185H2-（0.58-β）CH4=21驗證煙氣分析的精確性，并求該工況組織下的實際過量空氣系數(shù)為多少？P91已知過量空氣系數(shù)公式如下：分析題同一煤質(zhì)，由于氣候等原因發(fā)生了水分和灰分含量的變化，分析變化后，煤質(zhì)低位發(fā)熱量的變化。p25當水分含量增加的時候，因為水分不僅占有一定的質(zhì)量份額而且還要吸收汽化熱，所以煤質(zhì)的低位發(fā)熱量減小了；反之水分含量降低的時候，相對來說煤質(zhì)的低位發(fā)熱量增大了；而當灰分增加的時候，因為灰分占據(jù)一定的質(zhì)量份額，故煤燃燒的總熱值降低，因水分不變，則相應(yīng)的煤質(zhì)低位發(fā)熱量也降低了；反之灰分含量降低，則煤質(zhì)的低位發(fā)熱量增大。某一可燃混合物在一絕熱燃燒室中燃燒，通過發(fā)熱和散熱曲線的關(guān)系，分析改變初始溫度條件下，燃燒室中著火和熄火等五個狀態(tài)的變化過程和臨界條件（用圖輔助說明）；分析燃燒室中預(yù)混燃燒要提高穩(wěn)定燃燒溫度和完全程度可能采取的措施？答：改變初始溫度的情況下，發(fā)熱和散熱曲線如圖所示，得到一組平行的散熱曲線。Q2```與Q1相切于點2，并相交于點3；Q2``與Q1相交于點5并相切于點4。點1和點5表示的是低溫穩(wěn)定點；點2是一個不穩(wěn)定點，只要稍微增加系統(tǒng)溫度，反應(yīng)熱就會大于散熱，反應(yīng)自動加速轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵隣顟B(tài)（3點），2點對應(yīng)的溫度即為著火溫度；點4表示一個高溫不穩(wěn)定點，當過程稍向右移，即Q1>Q2``，系統(tǒng)反應(yīng)便自動加速進行，當過程稍向左移，即有Q1<Q2``,系統(tǒng)便冷卻降到低溫穩(wěn)定點5，且4點對應(yīng)的溫度為熄火溫度。Q2```即為臨界條件。措施：畫出CO與空氣同心射流擴散燃燒的射流火焰結(jié)構(gòu)圖形，分別標出四個區(qū)域；以圖的形式描述沿CO擴散層流火焰長度燃燒核心錐處、火焰面最寬處、軸線上燃料濃度大于零的三個截面上沿徑向的分布，可燃物、N2、O2、燃燒產(chǎn)物濃度沿徑向的分布情況；并簡單說明；圖在P159四個區(qū)域：中心的純?nèi)剂蠀^(qū)、外圍的純空氣區(qū)、火焰面外側(cè)的燃燒產(chǎn)物和空氣的混合區(qū)、火焰面內(nèi)側(cè)的燃燒產(chǎn)物和燃料的混合區(qū)在α=1處為火焰面，在火焰面上燃料和空氣完全反應(yīng)，兩者濃度皆為零，而燃燒產(chǎn)物濃度最大，并向兩側(cè)擴散。繪圖說明什么是著火溫度和熄火溫度？為什么熄火溫度總是比著火溫度高？如圖所示，放熱曲線Q1是一條指數(shù)曲線，散熱曲線Q2接近于直線。當Tb=Tb1（很低）時，散熱線Q2'與Q1交點1為穩(wěn)定平衡點，煤粉處于低溫緩慢氧化狀態(tài)。當Tb=Tb2時，散熱線Q2"與Q1交點2為不穩(wěn)定平衡點，只要稍增加系統(tǒng)的溫度，Q1>Q2，反應(yīng)將自動加速過