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第1章 燃料、燃烧产物及热损失 1

1.1 燃料的化学成分和性质 1

1.1.1 燃料的成分及燃烧特性 1

1.1.2 燃料的成分分析基础和换算 5

1.1.3 燃料发热量及其换算 8

1.2 煤的分类 10

1.2.1 按干燥无灰基挥发分Vdaf含量分类 10

1.2.2 我国发电厂用煤的VAMST分类标准 11

1.2.3 工业锅炉用煤的分类 12

1.3 液体燃料和气体燃料 15

1.3.1 黏性 15

1.3.2 闪点与燃点 16

1.3.3 凝固点 16

1.3.4 相对密度 16

1.4 液体燃料和气体燃料 17

1.4.1 天然气 17

1.4.2 高炉煤气 18

1.4.3 发生炉煤气 18

1.4.4 焦炉煤气 18

1.4.5 液化石油气 18

1.5 燃料的燃烧产物与烟气焓 19

1.5.1 燃料的理论空气量 19

1.5.2 燃料的燃烧产物 21

1.5.3 烟气分析与过量空气系数 23

1.5.4 空气和烟气焓的计算 24

1.6 燃烧设备的热平衡及热效率 26

1.6.1 锅炉热量平衡概念 26

1.6.2 锅炉效率与热损失 28

1.6.3 污染物的测量 32

参考文献 32

第2章 燃烧的化学动力学基础 34

2.1 化学反应速率 34

2.2 浓度对化学反应速率的影响 35

2.2.1 质量作用定律 35

2.2.2 反应级数 36

2.2.3 反应级数的测定 39

2.3 温度对化学反应速率的影响 40

2.3.1 Arrhenius定律 40

2.3.2 活化能 42

2.3.3 反应速率的碰撞理论 43

2.3.4 反应速率的过渡状态理论 45

2.4 压力对化学反应速率的影响 45

2.5 链锁反应 48

2.5.1 链锁反应的概念 48

2.5.2 燃烧链锁反应的分析 49

2.5.3 不分支链锁反应 50

2.5.4 分支链锁反应——爆炸 52

2.6 气体在固体表面的吸附 54

2.6.1 物理吸附与化学吸附 54

2.6.2 吸附的影响因素分析 55

2.7 化学平衡 56

参考文献 58

第3章 燃烧的流体力学基础 59

3.1 湍流流动与湍流模型 59

3.1.1 湍流流动 59

3.1.2 气相湍流模型 61

3.2 射流与旋转气流 64

3.2.1 直流射流的特点 64

3.2.2 等温直流自由射流 66

3.2.3 等温直流引射射流 71

3.2.4 等温旋转射流 73

3.2.5 受限射流 74

3.2.6 平行射流组 75

3.2.7 相交射流 76

3.3 气固流动 79

3.3.1 气固接触形式 79

3.3.2 空隙率 81

3.3.3 颗粒分类 82

3.4 固定床的流体力学 83

3.4.1 形成固定床的条件 83

3.4.2 固定床的流动阻力 84

3.5 流化床的流体力学 85

3.5.1 流化速度 85

3.5.2 床层压降和空隙率 91

3.5.3 鼓泡流化床 93

3.5.4 湍流流化床 98

3.5.5 快速流化床 98

3.5.6 下行移动床 100

3.6 气流床的流体力学 101

参考文献 102

第4章 气体燃料燃烧理论 104

4.1 气体燃料火焰的着火 104

4.1.1 气体火焰着火的概念 104

4.1.2 自燃热力理论 105

4.1.3 链锁自燃理论 113

4.1.4 预混可燃气体的点燃 114

4.1.5 点燃热力理论 116

4.1.6 点燃方法 120

4.1.7 可燃极限 124

4.1.8 影响可燃极限的因素 125

4.2 气体燃料火焰的传播 129

4.2.1 层流火焰传播概念 130

4.2.2 层流火焰传播理论 132

4.2.3 影响层流火焰传播的因素 138

4.2.4 湍流火焰传播的特点 142

4.2.5 湍流火焰的表面理论 144

4.2.6 湍流火焰的容积理论 146

4.3 气体燃料火焰的稳定 147

4.3.1 本生灯火焰的稳定 147

4.3.2 火焰稳定的均匀搅混热平衡原理 150

4.3.3 湍流火焰的稳定方法 156

4.4 射流火焰 161

4.4.1 预混火焰和扩散火焰概念 161

4.4.2 不等温自由射流火焰 162

4.4.3 层流射流火焰 163

4.4.4 湍流射流火焰 164

4.4.5 受限射流火焰和多股射流火焰 166

4.4.6 反扩散火焰 167

4.5 湍流射流火焰特征的解析分析 168

参考文献 174

第5章 气体燃料燃烧设备 175

5.1 扩散式燃气燃烧器 175

5.2 完全预混式气体燃烧器 178

5.3 部分预混式燃气燃烧器 182

5.3.1 普通部分预混式煤气燃烧器 182

5.3.2 平焰式煤气燃烧器 185

5.3.3 高速煤气燃烧器和浸没式煤气燃烧器 186

5.4 气体燃料燃烧污染物控制 187

5.4.1 热力型NOx 188

5.4.2 瞬时反应型NOx 190

5.4.3 燃料型NOx 191

5.5 气体燃烧的数值模拟概论 193

5.5.1 层流气体燃烧数值模拟 193

5.5.2 湍流气体燃烧数值模拟 196

5.5.3 典型计算结果 200

参考文献 201

第6章 液体燃料燃烧理论 202

6.1 液体燃料燃烧过程 202

6.1.1 液体燃料的燃烧方式 202

6.1.2 喷雾方式燃烧的几种物理模型 202

6.1.3 液体燃料燃烧过程强化的基本措施 204

6.2 液滴的蒸发 205

6.2.1 斯蒂芬流 205

6.2.2 相对静止高温环境下液滴的蒸发 208

6.2.3 强迫气流下液滴高温蒸发 214

6.3 液滴的燃烧 216

6.3.1 相对静止环境下液滴燃烧 216

6.3.2 强迫气流下液滴的燃烧 222

6.4 液体燃料燃烧的实验研究 222

参考文献 225

第7章 液体燃料燃烧设备 226

7.1 液体燃料燃烧器 226

7.1.1 液体燃料燃烧对燃烧器的要求 226

7.1.2 雾化喷嘴的分类 227

7.1.3 油燃烧设备配风要求 229

7.1.4 液体燃料雾化质量 231

7.2 旋转气流特性 234

7.2.1 速度分布 234

7.2.2 压力分布 237

7.2.3 旋流器中流体动力特性系数 237

7.3 离心式机械喷嘴工作原理 241

7.3.1 雾化过程 241

7.3.2 喷油量的计算 242

7.3.3 雾化角的计算 245

7.3.4 简单压力式喷嘴设计计算 250

7.4 回油喷嘴及计算 252

7.4.1 回油喷嘴工作原理 253

7.4.2 内回油喷嘴雾化、调节特性的理论计算 255

7.4.3 内回油喷嘴实验结果及修正 260

7.5 蒸汽喷嘴 262

7.5.1 蒸汽喷嘴 262

7.5.2 蒸汽机械雾化喷嘴 263

7.5.3 Y型蒸汽机械雾化喷嘴 264

7.6 配风装置 269

7.6.1 旋流式配风器 269

7.6.2 平流式配风器 279

7.7 液体燃料燃烧污染物生成与控制 280

7.7.1 液体燃料燃烧污染物排放标准 280

7.7.2 液体燃料燃烧污染物生成 281

7.7.3 液体燃料燃烧NOx的控制 283

7.8 液体燃烧的数值模拟概论 287

参考文献 288

第8章 固体燃料燃烧理论 290

8.1 固体燃料燃烧过程与热解 290

8.1.1 概述 290

8.1.2 挥发分的概念 290

8.1.3 煤的热解机理 291

8.1.4 挥发分的析出量及其成分构成 293

8.1.5 煤热解反应动力学 296

8.1.6 挥发分的热力特性 299

8.2 碳燃烧的化学反应机理 300

8.2.1 碳燃烧的异相反应理论 300

8.2.2 碳燃烧的化学反应 302

8.2.3 碳燃烧反应的微观分析 303

8.2.4 碳和氧的反应机理 304

8.2.5 碳和CO2的反应机理 307

8.3 碳的燃烧反应过程 307

8.3.1 碳的燃烧反应速率 307

8.3.2 燃烧反应速率的影响因素 308

8.3.3 多孔碳粒的燃烧分析 311

8.3.4 多孔碳板的有效渗入深度 312

8.3.5 多孔碳球的有效渗入深度 315

8.3.6 多孔碳球的燃烧反应 316

8.4 碳燃烧的二次反应 318

8.4.1 静止或低速流动碳粒表面附近的燃烧 318

8.4.2 Re＞100流动介质中碳表面附近的燃烧 320

8.5 碳颗粒的燃尽 321

8.6 具有空间二次反应的碳球燃烧 325

8.7 煤的燃烧及燃尽 329

8.7.1 挥发分对煤燃烧过程的影响 329

8.7.2 灰分对煤燃烧过程的影响 331

8.7.3 煤粒燃尽时间 334

参考文献 335

第9章 煤的层燃 337

9.1 煤的层燃过程 337

9.1.1 煤的层状燃烧概述 337

9.1.2 层燃的热质交换过程 339

9.1.3 层燃的化学反应过程 341

9.2 煤的层燃设备 343

9.2.1 固定炉排 346

9.2.2 链条炉 351

9.2.3 抛煤机炉 364

9.2.4 往复炉排炉 369

9.2.5 振动炉排炉 374

9.2.6 下饲炉 376

9.3 层燃污染物生成与控制 378

9.3.1 层燃过程中NOx的生成与控制 378

9.3.2 层燃过程中SO2的生成与控制 378

9.4 层燃的数值模拟概论 380

9.4.1 层燃炉数值模拟的方法 380

9.4.2 燃料层燃烧的数学模型 382

参考文献 384

第10章 煤的流化床燃烧 385

10.1 流化床燃烧的特点 385

10.1.1 概述 385

10.1.2 鼓泡流化床燃烧的特点 385

10.1.3 循环流化床燃烧的特点 386

10.1.4 循环流化床燃烧技术的发展 388

10.2 循环流化床燃烧过程 390

10.2.1 循环流化床燃烧过程分析 390

10.2.2 燃料热量释放规律 395

10.2.3 循环流化床中的燃烧效率 401

10.3 循环流化床燃烧设备 403

10.3.1 燃煤循环流化床过程定态设计 403

10.3.2 燃烧室设计 404

10.3.3 分离器设计 406

10.3.4 料腿与返料器设计 407

10.4 循环流化床燃烧污染物生成与控制 408

10.4.1 循环流化床燃烧中脱硫 408

10.4.2 循环流化床燃烧中氮氧化物的生成与控制 413

10.4.3 循环流化床灰渣综合利用 420

10.5 循环流化床燃烧的数值模拟概述 423

10.5.1 基于实验的半关联性质的经验模型 423

10.5.2 基于微观守恒方程的计算流体力学模型 424

参考文献 427

第11章 煤粉燃烧 429

11.1 煤粉火炬燃烧的特点 429

11.1.1 煤粉气流的点燃特性 429

11.1.2 煤粉气流的火焰特性 433

11.1.3 燃烧室特性 434

11.1.4 煤粉燃烧的污染排放与控制 438

11.1.5 煤粉燃烧对燃烧室受热面的污染特性 444

11.2 煤粉的制备 445

11.2.1 煤粉的一般特性 445

11.2.2 煤粉燃烧器和燃烧室 449

11.2.3 制粉系统 451

11.3 直流煤粉燃烧器及其布置 469

11.3.1 直流煤粉燃烧器的布置 470

11.3.2 几种常见的直流煤粉燃烧器 476

11.4 旋流煤粉燃烧器及其布置 485

11.4.1 几种常见的旋流煤粉燃烧器 485

11.4.2 旋流煤粉燃烧器的布置 491

11.5 现代大型煤粉燃烧技术 493

11.5.1 煤粉火焰的稳定方法和原理 494

11.5.2 低NOx煤粉燃烧技术 507

11.6 液态排渣煤粉燃烧 521

11.6.1 液态排渣煤粉燃烧的主要型式 521

11.6.2 液态排渣煤粉燃烧的主要特点 524

11.7 煤粉燃烧的数值模拟概述 526

11.7.1 煤粉颗粒燃烧过程的数值计算 526

11.7.2 煤粉燃烧过程的物理模型及其数学描述 527

11.7.3 对200MW锅炉煤粉燃烧全过程模拟结果 531

参考文献 534

第12章 煤的气化 536

12.1 水煤浆 536

12.1.1 水煤浆的优点 536

12.1.2 水煤浆的生产 537

12.1.3 水煤浆的雾化 538

12.2 煤的气化理论 541

12.2.1 煤气化概述 541

12.2.2 煤气化的主要反应过程 544

12.2.3 煤气化气化反应动力学 545

12.2.4 煤气化反应的影响因素 551

12.3 煤的固定床气化 554

12.3.1 固定床气化工艺原理 554

12.3.2 固定床气化工艺分类 555

12.3.3 固定床气化典型工艺 556

12.3.4 固定床加压气化炉关键设备 560

12.3.5 固定床加压气化在中国的应用及其改进 563

12.4 煤的流化床气化 564

12.4.1 流化床气化基本原理 564

12.4.2 流化床气化的典型技术及结构 565

12.5 煤的气流床气化 573

12.5.1 气流床煤气化技术原理 573

12.5.2 典型气流床煤气化技术 576

12.6 煤气化的数值模拟概论 585

12.6.1 煤气化数值模拟方法 585

12.6.2 煤气化数值模拟方法 586

参考文献 590