燃烧理论与污染控制PDF电子书下载

第1章 导论、化学热力学和化学动力学基础 1

1.1 燃烧科学的发展、应用和研究方法 1

1.1.1 燃烧科学的发展简史 1

1.1.2 燃烧科学的应用 2

1.1.3 燃烧造成的污染 4

1.1.4 燃烧科学的研究方法 6

1.2 化学平衡 7

1.2.1 基本概念 7

1.2.2 标准平衡常数 11

1.3 热化学 12

1.3.1 化合物的生成焓和标准摩尔生成焓 12

1.3.2 标准摩尔反应焓 13

1.3.3 根据键能计算标准摩尔反应焓 13

1.3.4 任意温度下摩尔反应焓的计算——基尔霍夫（G．Kirchhoff）定律 15

1.3.5 标准摩尔燃烧焓 16

1.3.6 热化学定律 17

1.3.7 绝热燃烧温度 17

1.4.1 基本定义 18

1.4 化学反应速率 18

1.4.2 质量作用定律 20

1.4.3 反应级数 21

1.4.4 一级反应 23

1.4.5 二级反应 24

1.4.6 复合反应 25

1.5 各种参数对化学反应速率的影响 29

1.5.1 温度对化学反应速率的影响——阿累尼乌斯（Arrhenius）定律 29

1.5.2 压力对反应速率的影响 31

1.5.3 在定温定压下，反应物浓度对反应速率的影响 33

1.6 反应速率理论 34

1.7 链反应 37

1.7.1 基本理论 37

1.7.2 不分支的链反应——氯和氢的结合 39

1.7.3 分支链反应——氢和氧的化合 41

1.7.4 链反应速率与时间的关系链着火 45

1.7.5 链着火的界限 47

1.8 思考题与习题 49

2.1 燃烧过程的热力爆燃理论 52

第2章 燃料的着火理论 52

2.1.1 谢苗诺夫的可燃气体混合物的热力着火理论 53

2.1.2 爆燃感应期 60

2.2 链爆燃理论 61

2.2.1 链分支反应的发展条件（链爆燃条件） 62

2.2.2 不同温度时分支链反应速率随时间的变化 64

2.2.3 感应期的确定 65

2.2.4 着火半岛现象 66

2.3.1 热力着火的自燃范围 68

2.3 热力着火的自燃范围和感应周期 68

2.3.2 各种参数对着火温度的影响 71

2.4 强迫着火的基本概念 72

2.4.1 实现强迫着火的条件 72

2.4.2 强迫着火的热理论 74

2.4.3 各种点燃方法的分析 78

2.5 煤的着火理论 85

2.5.1 煤的着火及其判据 86

2.5.2 煤的着火模式 89

2.5.3 谢苗诺夫热力着火理论用于碳粒着火的分析 93

2.5.4 影响煤粒着火的因素分析 97

2.5.5 煤粉空气混合物的着火 103

2.6 思考题与习题 104

第3章 火焰传播与稳定理论 106

3.1 火焰传播的基本方式——火焰正常传播与爆燃 106

3.2 可燃气体的火焰正常传播 109

3.3 火焰正常传播的理论 113

3.3.1 用于简化近似分析的热理论 113

3.3.2 泽利多维奇（Zel'dovich）等的分区近似解法 116

3.3.3 火焰传播的精确解法 118

3.3.4 坦福特等的扩散理论 120

3.4 火焰正常传播速度 122

3.4.1 影响火焰正常传播速度的主要因素 122

3.4.2 火焰传播界限 129

3.4.3 火焰正常传播速度的测量 130

3.5 可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧 134

3.5.1 概述 134

3.5.2 化学均匀可燃气体混合物的动力燃烧 135

3.5.3 可燃气体的扩散燃烧 139

3.6.1 火焰稳定的几个特征 143

3.6 火焰稳定的基本原理和方法 143

3.6.2 火焰的回火和吹熄的临界条件 145

3.6.3 钝体后回流区火焰稳定原理 147

3.6.4 火焰稳定的基本方法 150

3.7 思考题与习题 156

第4章 湍流燃烧理论及模型 158

4.1 湍流燃烧及其特点 158

4.2 湍流气流中火焰传播的表面燃烧模型 160

4.3.1 湍流扩散 164

4.3 湍流气流中火焰传播的容积燃烧模型 164

4.3.2 湍流容积燃烧模型的计算 165

4.3.3 决定湍流火焰传播速度的实验结果 168

4.3.4 火焰自湍化理论初步 169

4.4 湍流燃烧的时均反应速率和混合分数 170

4.4.1 时均反应速率 170

4.4.2 简单化学反应系统 173

4.4.3 守恒量和混合分数 174

4.4.4 守恒量之间的线性关系 176

4.5 湍流扩散火焰的k-ε-g模型 177

4.6 湍流预混火焰模型 183

4.6.1 涡旋破碎模型 184

4.6.2 拉-切-滑模型 186

4.7 概率密度函数的输运方程模型 189

4.8 斯波尔丁的ESCIMO湍流燃烧理论 191

4.8.1 概述 191

4.8.2 “经历”理论 193

4.8.3 “统计”理论 195

4.9 考题与习题 196

第5章 液体燃料的燃烧 198

5.1 液体燃料的特性 198

5.1.1 石油的组成元素及化合物 198

5.1.2 燃油种类及石油炼制的方法 199

5.1.3 燃料油品物理和化学性能 200

5.1.4 浆体燃料的主要技术特性 202

5.2 液体燃料的燃烧过程概述 204

5.2.1 液体燃料燃烧的基本过程 204

5.2.2 液体燃料的燃烧特点 205

5.2.3 常见喷雾燃烧系统 208

5.3 液体燃料的雾化理论及技术 209

5.3.1 雾化过程及机理 210

5.3.2 雾化方式和喷嘴 211

5.3.3 液体燃料雾化的性能 215

5.4 液滴的蒸发 218

5.4.1 液滴蒸发时的斯蒂芬流 218

5.4.2 相对静止环境中液滴的蒸发 219

5.4.3 强迫气流中液滴蒸发的折算膜理论 223

5.4.4 液滴群的蒸发 225

5.4.5 液滴非稳态蒸发的数值计算 226

5.5 燃料液滴的扩散燃烧 227

5.5.1 相对静止环境中液滴的扩散燃烧 227

5.5.2 强迫对流环境中液滴的扩散燃烧（折算薄膜理论） 230

5.5.3 液滴扩散燃烧的有关实验和理论研究 232

5.5.4 液滴群的燃烧 234

5.6 喷雾燃烧的理论模型 . 236

5.6.1 雾滴燃烧模型 236

5.6.2 局部均相流（LHF）模型 238

5.6.3 分离两相流（SF）模型 240

5.7 工业喷雾燃烧的技术基础 245

5.7.1 液体燃料喷雾燃烧的组织 245

5.7.2 喷雾燃烧的合理配风 246

5.7.3 重质油的燃烧技术 248

5.7.4 乳化燃料的燃烧技术 249

5.8 思考题与习题 250

第6章 煤的热解及挥发分的燃烧 251

6.1 煤的组成与特性 251

6.1.1 煤岩学 252

6.1.2 煤化学 255

6.1.3 煤结构与热解反应的关系 257

6.1.4 物理因素 258

6.2 煤的热解 260

6.2.1 概述 261

6.2.2 温度对热解的影响 264

6.2.3 加热速率的影响 264

6.2.4 压力的影响 266

6.2.6 煤种的影响 267

6.2.7 气氛的影响 267

6.2.5 颗粒粒度的影响 267

6.3 热解产物的组成 268

6.3.1 概述 268

6.3.2 温度的影响 269

6.3.3 加热速度的影响 271

6.3.4 压力的影响 271

6.3.5 颗粒粒度的影响 272

6.3.6 煤种的影响 272

6.3.7 气氛的影响 272

6.4.1 单方程模型 273

6.4 煤热解反应动力学模型 273

6.4.2 双方程模型 274

6.4.3 多方程热解模型 275

6.4.4 热解产物的组分模型 277

6.4.5 机理性模型 278

6.4.6 考虑二次反应的竞争反应模型 281

6.4.7 热解通用模型 281

6.4.8 考虑非动力学控制因素的热解模型 284

6.5.1 概述 285

6.5 热解产物的燃烧 285

6.5.2 局部平衡法 286

6.5.3 总体反应方法 286

6.5.4 完全反应方法 288

6.6 思考题与习题 291

第7章 煤的燃烧理论（碳及焦炭的燃烧） 293

7.1 煤燃烧涉及的物理化学过程 293

7.1.1 焦炭反应的控制区及煤燃烧的速率 293

7.1.2 碳的形态与结构 295

7.1.3 焦炭燃烧过程中的吸附 296

7.1.4 焦炭燃烧过程中的扩散 299

7.1.5 先生成一氧化碳还是直接生成二氧化碳 301

7.2 碳的动力扩散燃烧特点及燃烧化学反应 302

7.2.1 碳的动力扩散燃烧特点 302

7.2.2 碳的燃烧化学反应 306

7.3 碳球的燃烧速度 311

7.3.1 温度较低或颗粒很小（可略去）时空间气相反应的情况 311

7.3.2 碳球在高温下的扩散燃烧情况 314

7.4.1 考虑二次反应作用的碳球燃烧模型 317

7.4 考虑二次反应的碳球燃烧 317

7.4.2 有CO空间反应时碳球燃烧速率的计算 . 320

7.5 多孔性碳球的燃烧 322

7.5.1 内部反应对碳粒燃烧的影响 322

7.5.2 总的表观反应速度常数 325

7.6 各种因素对焦炭燃烧的影响 327

7.6.1 煤中挥发分析出对燃烧的影响 327

7.6.2 灰分对燃烧的影响 330

7.7 煤燃烧过程数学模型方法简介 337

7.7.1 燃烧过程模化的一般研究 337

7.7.2 煤燃烧的基本过程 . 338

7.7.3 流动基本方程及湍流模型 340

7.7.4 两相流及颗粒湍流扩散 345

7.7.5 炉内辐射 350

7.7.6 煤粉火焰模型求解及示例 353

7.8 思考题与习题 360

第8章 硫燃烧反应动力学及固硫机理 361

8.1 硫的存在形态及燃烧转化过程 361

8.1.1 燃料中硫的存在形态 361

8.1.3 硫燃烧转化的总体特性 364

8.1.2 燃料中硫的测定方法 364

8.2.1 有机硫的高温热分解及氧化反应 367

8.2 燃料硫的高温热分解及SO2的生成动力学 367

8.2.2 黄铁矿的高温热分解 369

8.2.3 黄铁矿的氧化反应 371

8.2.4 燃料中单质硫的化学转化 372

8.2.5 SO2生成的反应动力学 373

8.3 燃烧过程中SO3及H2S的生成 373

8.3.1 SO3的生成机理 373

8.3.3 H2S的生成途径及反应动力学 376

8.3.2 SO3生成的反应动力学 376

8.4 石灰石燃烧固硫的机理 377

8.4.1 燃烧固硫的基本过程 377

8.4.2 石灰石煅烧反应动力学 379

8.4.3 煅烧石灰石的固硫反应动力学 382

8.4.4 石灰石煅烧和固硫过程孔隙结构的变化 385

8.5 石灰石燃烧固硫的数学模型 388

8.5.1 多孔介质内部的气体扩散 388

8.5.2 单颗粒石灰石脱硫模型 392

8.5.3 燃烧固硫总体模型 397

8.6 燃烧脱硫技术及工业应用 398

8.6.1 燃烧脱硫技术 398

8.6.2 运行参数对燃烧脱硫的影响 403

8.6.3 燃烧脱硫对NOx排放的影响 406

8.6.4 高效人工固硫剂 408

8.7 思考题与习题 409

9.1.1 氮氧化物的危害 410

9.1 燃烧过程中氮氧化物的生成及危害 410

第9章 燃烧过程中氮氧化物的生成及分解机理 410

9.1.2 各种燃烧方式的NOx排放量 411

9.1.3 NOx均相反应的动力学参数 412

9.1.4 NOx生成的机理 412

9.2 热力NOx的生成 412

9.2.1 热力NOx的生成机理 412

9.2.2 影响热力NOx生成的因素 414

9.3 快速NOx的生成 417

9.3.1 快速NOx生成机理 417

9.3.2 影响快速NOx生成的几个因素 418

9.4.1 燃料NOx的生成途径 421

9.4 燃料NOx的生成 421

9.4.2 温度对燃料NOx生成的影响 422

9.4.3 氧浓度对燃料NOx生成的影响 422

9.4.4 燃料性质对燃料NOx生成的影响 423

9.4.5 流化床锅炉床料中金属氧化物的作用 427

9.4.6 水分的影响 428

9.4.7 燃料氮转化为NOx的化学动力学 428

9.5 气体燃料燃烧时NOx的生成 430

9.6.1 喷雾燃烧时NOx的生成 432

9.6 液体燃料燃烧时NOx的生成 432

9.6.2 预蒸发、预混合火焰的NOx生成 434

9.7 煤燃烧时NOx生成机理 435

9.7.1 挥发分NOx 435

9.7.2 焦炭NOx 436

9.7.3 煤粉炉内燃烧时NOx的生成 438

9.7.4 流化床燃烧时NOx的析出 441

9.7.5 燃煤锅炉内NOx生成量的预测 444

9.8 降低NOx排放的措施 447

9.8.1 空气分级降低NOx排放 448

9.8.2 燃料分级降低NOx排放 449

9.8.3 低氧燃烧降低NOx排放 450

9.8.4 烟气再循环降低NOx排放 451

9.8.5 浓淡偏差燃烧 451

9.8.6 烟气脱硝 452

9.9 燃烧过程中N2O的生成及控制 454

9.9.1 N2O的危害 454

9.9.2 N2O的生成及分解机理 456

9.9.3 燃烧过程中降低N2O的方法 458

9.10 思考题与习题 460

第10章 燃烧过程中碳黑形成机理 462

10.1 燃烧过程中碳黑形成的类型及性质 462

10.1.1 气相析出型碳黑 462

10.1.2 剩余型碳黑 463

10.1.3 雪片 463

10.1.4 积炭 464

10.1.5 碳黑的特性 464

10.1.6 碳黑的危害 468

10.2.1 预混合火焰中碳黑的生成机理 469

10.2 气体燃料燃烧时碳黑的生成 469

10.2.2 预混火焰中碳黑生成的影响因素 472

10.2.3 扩散型火焰中碳黑的生成机理 474

10.2.4 降低碳黑排放的措施 475

10.3 油燃烧时碳黑的生成 476

10.3.1 油燃烧时碳黑的生成机理 476

10.3.2 液体燃料燃烧时碳黑生成的影响因素 480

10.3.3 液体燃料燃烧时碳黑排放量的控制 484

10.4 煤燃烧时碳黑的生成 485

10.5.1 碳黑生成的机理性模型 487

10.5 碳黑生成的数学模型 487

10.5.2 碳黑生成的综合模型 488

10.6 思考题与习题 492

附录 493

附录A 17种反应及其标准平衡常数 493

附录B 几种物质的标准摩尔生成焓 494

附录C 25℃时的标准摩尔燃烧焓（产物N2、H2O（1）和CO2） 496

附录D 部分形成NOx和N2O的均相化学反应的动力学参数 497

参考文献 504