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碳与氧的反应
2、主要反应
3C 2O2 C3O4
C3O4 C O2 2CO2 2CO
C3O4 2CO CO2
T<1300度，氧的吸附速率很高，对碳的燃烧反应速率起制 约作用的主要是碳氧络合物的离解过程
T>1300度，吸附、络合、分解三个环节中，氧的吸附速率 最慢，因此对燃烧反应起制约作用的是吸附过程
第十一章固体燃料的燃烧
煤的燃烧
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燃烧特征分类
1、表面燃烧：燃烧反应在燃料表面进行，通常发生在几乎不含有挥发分 的燃料中，如焦炭、木炭，氧气与二氧化碳通过扩散作用到达燃料表面进 行燃烧反应。
2、分解燃烧：一般发生在热分解温度较低的燃料中，热分解产生的挥发 分在离开燃料后与氧气接触进行同相燃烧反应，如纸张、木材、煤等。
有利影响：
当灰分中含有Na、K等元素时， 对煤的燃烧油催化作用。
不利影响：
当煤颗粒由外层逐渐烧向内层的 时候，灰分有可能形成包裹颗粒 的灰壳，妨碍了氧气的扩散，不 仅降低了燃烧速度，甚至导致不 能燃烬。另外灰分升温消耗了一 部分热量，降低了燃烧温度并导 致着火延迟。
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Wo
D C0
CS
DA
CS CS'
kCS'
Wo 1
1
1
C0
k D DA
WC Wo 1
1
C0
k D DA
随着燃烧的进行，灰壳厚度将逐渐增大，从而导致煤粒的燃烧速率 逐渐下降。
实验表明，只要灰壳的厚度不过分大（不超过0.3-0.5mm），灰 分对燃烧速率的影响是比较小的
2、二次反应：二氧化碳在炽热碳 表面进行还原反应，吸热；一氧化 碳与氧气进行容积反应，放热。
3C 2O2 C3O4 C3O4 C O2 2CO 2CO2 C3O4 2CO CO2
CO2 C 2CO 2CO O2 2CO2
Re<100情况下
A、温度低于700 度：由于温度不 高，CO2不能进行 还原反应，CO也 不能与氧反应
挥发分析出在焦炭内部形成众多 空洞，增加了焦炭反应表面积， 利于提高燃烧速度。
不利影响：
挥发分的燃烧消耗了大量的氧气， 造成扩散到焦炭表面的氧气显著 减少，从而降低了煤颗粒的燃烧 速度，特别是燃烧初期，对煤粒 燃烧的抑制作用尤其明显。
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灰分对煤燃烧的影响
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焦炭对煤燃烧的影响
焦炭在煤中所占的份额最大，焦炭的发热量又占有煤的 发热量的主要部分，而其着火最迟、燃尽所需时间最长 （约占总燃尽时间的90%），因此焦炭的燃烧在煤粒的燃 烧过程中起着决定性的作用 。
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第二节碳粒的燃烧过程
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B、温度700～
1200度：CO2 仍然不能进行
还原反应，CO
与氧可以反应
生成CO2并形 成火焰前锋，
所以其浓பைடு நூலகம்高
于CO。
C、温度大于
1200度：
CO2的还原反 应生成CO，
故增大其扩散
量。在其扩散
过程中与氧反
应形成火焰前
锋，CO2达到 最大。氧已经
不能扩散到碳
2、温度足够高，挥发分着火燃烧， 一方面加热焦炭，一方面争夺氧气， 抑制焦炭不能燃烧，中心温度800左 右。这90％的挥发分的燃烧时间占 全部燃烧时间10％左右。
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挥发分对煤燃烧的影响
挥发分对粒煤燃烧具有双重影响
有利影响：
挥发分与空气的混合物着火温度 很低，因此先于焦炭着火燃烧， 并形成包络火焰，提高了焦炭的 温度，为其着火燃烧提供了条件； 同时焦炭温度升高也促进了挥发 份的析出。
燃烧反应为一级反应。
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碳与二氧化碳的反应
CO2 C 2CO
2CO O2 CO2
是一个吸热还原反应。首先CO2吸附在碳粒表面，形成络合物， 再分解生成CO，然后由碳粒表面解析、脱附。
由于该反应的活化能很高，因此，只有当温度超过800d度以后， 反应速率才会有显著的提高，此时，制约碳粒燃烧反应的主要因素 是氧的吸附过程。
在燃烧过程中，碳的反应包括初次反应（碳与氧）和二次反应（碳与二 氧化碳及一氧化碳与氧），这两次反应都是在相界面上的异相反应。
碳的异相反应可以在外表面进行，也可以在孔隙的内表面进行；异相反 应越强烈，越集中在外表面；反之，容易趋向内表面。
异相反应速度：单位时间单位表面积上完成的反应物质的量。g/cm2s
3、蒸发燃烧：发生在熔点较低的燃料中，先熔化呈液态，然后进行蒸发 和燃烧，如石蜡等链烷烃燃料。
4、冒烟燃烧：一些易分解的固体燃料当温度较低挥发分未着火时，将产 生大量浓烟，从而使大量可燃成分散失在烟雾中。如木材纸张在低温下的 燃烧。
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第一节 煤的燃烧过程
碳的燃烧包括：1、氧扩散到碳表面；2、 氧吸附于碳表面；3、氧与碳进行表面反应； 4、反应产物的脱附；5、解析后的生成物从 反应表面扩散到周围环境。
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碳在纯氧中燃烧
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1、碳的燃烧过程
1、初次反应：碳与氧反应，生成 中间状态的碳氧络合物，然后离解 为二氧化碳与一氧化碳。
煤的燃烧需要经历干燥、 挥发分析出、挥发分着火 燃烧、焦炭着火燃烧、燃 尽等几个过程。
1、煤受热，表面水分蒸发， 3、焦炭在大部分挥发分燃烧后 干燥。温度继续升高，热分 才着火，温度达到1200度，出现 解反应，析出碳氢化合物和 蓝火焰，是CO燃烧。仍有少量挥 少量CO2，称为挥发分；在 发分析出，二至几乎同时燃尽。 很短时间内就可以析出全部 由于焦炭发热量很高，故在煤燃 挥发分的90％左右，但需要 烧中起决定性作用。 较长时间才可全部析出。
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3、燃烧速率
一般情况下，碳的燃烧 反应可认为是一级反应
WO kCS
稳态过程反应速度应该等
于反应表面气体扩散速度
WD D C0 CS
WO WD
1
1
1
C0
D k