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 3

1.1.4 燃烧科学的研究方法 5

1.2 化学平衡 6

1.2.1 基本概念 6

1.2.2 标准平衡常数 9

1.3 热化学 10

1.3.1 化合物的生成焓和标准摩尔生成焓 10

1.3.2 标准摩尔反应焓 11

1.3.3 根据键能计算标准摩尔反应焓 11

1.3.4 任意温度下摩尔反应焓的计算——基尔霍夫（G.Kirchhoff）定律 13

1.3.5 标准摩尔燃烧焓 14

1.3.6 热化学定律 14

1.3.7 绝热燃烧温度 15

1.4 化学反应速率 15

1.4.1 基本定义 15

1.4.2 质量作用定律 16

1.4.3 反应级数 17

1.4.4 一级反应 18

1.4.5 二级反应 19

1.4.6 复合反应 21

1.5 各种参数对化学反应速率的影响 24

1.5.1 温度对化学反应速率的影响——阿累尼乌斯（Arrhenius）定律 24

1.5.2 压力对反应速率的影响 25

1.6 反应速率理论 26

1.7 链反应 29

1.7.1 基本理论 29

1.7.2 不分支的链反应——氯和氢的结合 30

1.7.3 分支链反应——氢和氧的化合 32

思考题与习题 35

第2章 燃料的着火理论 37

2.1 燃烧过程的热力爆燃理论 37

2.1.1 谢苗诺夫的可燃气体混合物的热力着火理论 38

2.1.2 爆燃感应期 44

2.2 链爆燃理论 45

2.2.1 链分支反应的发展条件（链爆燃条件） 46

2.2.2 不同温度时分支链反应速率随时间的变化 47

2.2.3 感应期的确定 48

2.3 热力着火的自燃范围 49

2.4 强迫着火的基本概念 52

2.4.1 实现强迫着火的条件 52

2.4.2 强迫着火的热理论 53

2.4.3 各种点燃方法的分析 55

2.5 煤的着火理论 60

2.5.1 煤的着火及其判据 60

2.5.2 煤的着火模式 63

2.5.3 谢苗诺夫热力着火理论用于碳粒着火的分析 66

2.5.4 影响煤粒着火的因素分析 69

2.5.5 煤粉空气混合物的着火 71

思考题与习题 72

第3章 火焰传播与稳定理论 74

3.1 火焰传播的基本方式——火焰正常传播与爆燃 74

3.2 可燃气体的火焰正常传播 77

3.3 火焰正常传播的理论 79

3.3.1 用于简化近似分析的热理论 80

3.3.2 泽利多维奇等的分区近似解法 82

3.4 火焰正常传播速度 84

3.4.1 影响火焰正常传播速度的主要因素 84

3.4.2 火焰传播界限 88

3.4.3 火焰正常传播速度的测量 89

3.5 可燃气体层流动力燃烧和扩散燃烧 93

3.5.1 概述 93

3.5.2 化学均匀可燃气体混合物的动力燃烧 94

3.5.3 可燃气体的扩散燃烧 97

3.6 火焰稳定的基本原理和方法 100

3.6.1 火焰稳定的几个特征 100

3.6.2 火焰的回火和吹熄的临界条件 101

3.6.3 钝体后回流区火焰稳定原理 103

思考题与习题 106

第4章 湍流燃烧理论及模型 108

4.1 湍流燃烧及其特点 108

4.2 湍流气流中火焰传播的表面燃烧模型 109

4.3 湍流气流中火焰传播的容积燃烧模型 113

4.3.1 湍流扩散 113

4.3.2 湍流容积燃烧模型的计算 114

4.3.3 决定湍流火焰传播速度的实验结果 117

4.4 湍流燃烧的时均反应速率和混合分数 117

4.4.1 时均反应速率 117

4.4.2 简单化学反应系统 120

4.4.3 守恒量和混合分数 120

4.4.4 守恒量之间的线性关系 122

4.5 湍流扩散火焰的k-ε-g模型 123

4.6 湍流预混火焰模型 128

4.6.1 涡旋破碎模型 129

4.6.2 拉-切-滑模型 130

4.7 概率密度函数的输运方程模型 132

思考题与习题 134

第5章 液体燃料的燃烧 135

5.1 液体燃料的特性 135

5.1.1 石油的组成元素及化合物 135

5.1.2 燃油种类及石油炼制的方法 136

5.1.3 燃料油品物理和化学性能 136

5.1.4 浆体燃料的主要技术特性 138

5.2 液体燃料的燃烧过程概述 139

5.2.1 液体燃料燃烧的基本过程 139

5.2.2 液体燃料的燃烧特点 140

5.3 液体燃料的雾化 141

5.3.1 雾化过程及机理 142

5.3.2 雾化方式和喷嘴 143

5.3.3 液体燃料雾化的性能 146

5.4 液滴的蒸发 147

5.4.1 液滴蒸发时的斯蒂芬流 148

5.4.2 相对静止环境中液滴的蒸发 148

5.4.3 强迫气流中液滴蒸发的折算膜理论 151

5.4.4 液滴群的蒸发 153

5.4.5 液滴非稳态蒸发的数值计算 154

5.5 燃料液滴的扩散燃烧 155

5.5.1 相对静止环境中液滴的扩散燃烧 155

5.5.2 强迫对流环境中液滴的扩散燃烧（折算薄膜理论） 157

5.5.3 液滴群的燃烧 158

5.6 工业喷雾燃烧的技术基础 160

5.6.1 常见喷雾燃烧系统 160

5.6.2 液体燃料喷雾燃烧的组织 161

5.6.3 喷雾燃烧的合理配风 161

5.6.4 重质油的燃烧技术 163

5.6.5 乳化燃料的燃烧技术 164

思考题与习题 165

第6章 煤的热解及挥发分的燃烧 166

6.1 煤的组成与特性 166

6.1.1 煤岩学 166

6.1.2 煤化学 170

6.1.3 煤结构与热解反应的关系 171

6.1.4 物理因素 172

6.2 煤的热解 173

6.2.1 概述 173

6.2.2 温度对热解的影响 176

6.2.3 加热速率的影响 176

6.2.4 压力的影响 177

6.2.5 颗粒粒度的影响 178

6.2.6 煤种的影响 178

6.2.7 气氛的影响 178

6.3 热解产物的组成 179

6.3.1 概述 179

6.3.2 温度的影响 179

6.3.3 加热速度的影响 181

6.3.4 压力的影响 181

6.3.5 颗粒粒度的影响 181

6.3.6 煤种的影响 182

6.3.7 气氛的影响 182

6.4 煤热解反应动力学模型 182

6.4.1 单方程模型 182

6.4.2 双方程模型 183

6.4.3 多方程热解模型 184

6.4.4 热解产物的组分模型 186

6.4.5 机理性模型 187

6.4.6 考虑二次反应的竞争反应模型 189

6.4.7 热解通用模型 190

6.4.8 考虑非动力学控制因素的热解模型 191

6.5 热解产物的燃烧 192

6.5.1 概述 193

6.5.2 局部平衡法 193

6.5.3 总体反应方法 193

6.5.4 完全反应方法 195

思考题与习题 198

第7章 煤的燃烧理论（碳及焦炭的燃烧） 199

7.1 煤燃烧涉及的物理化学过程 199

7.1.1 焦炭反应的控制区及煤燃烧的速率 199

7.1.2 碳的形态与结构 201

7.1.3 焦炭燃烧过程中的吸附 202

7.1.4 焦炭燃烧过程中的扩散 204

7.1.5 先生成一氧化碳还是直接生成二氧化碳 206

7.2 碳的动力扩散燃烧特点及燃烧化学反应 207

7.2.1 碳的动力扩散燃烧特点 207

7.2.2 碳的燃烧化学反应 210

7.3 碳球的燃烧速度 214

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 215

7.3.2 碳球在高温下的扩散燃烧情况 218

7.4 考虑二次反应的碳球燃烧 220

7.4.1 考虑二次反应作用的碳球燃烧模型 220

7.4.2 有CO空间反应时碳球燃烧速度的计算 223

7.5 多孔性碳球的燃烧 224

7.5.1 内部反应对碳粒燃烧的影响 224

7.5.2 总的表观反应速度常数 227

7.6 各种因素对焦炭燃烧的影响 229

7.6.1 煤中挥发分析出对燃烧的影响 229

7.6.2 灰分对燃烧的影响 231

7.7 煤燃烧过程数学模型方法简介 237

7.7.1 燃烧过程模化的一般研究 237

7.7.2 煤燃烧的基本过程 238

7.7.3 流动基本方程及湍流模型 239

7.7.4 两相流及颗粒湍流扩散 244

7.7.5 炉内辐射 248

7.7.6 煤粉火焰模型求解 251

思考题与习题 252

第8章 燃烧过程中氮氧化物的生成及分解机理 253

8.1 燃烧过程中氮氧化物的生成及危害 253

8.1.1 氮氧化物的危害 253

8.1.2 NOx均相反应的动力学参数 253

8.1.3 NOx生成的机理 254

8.2 热力NOx的生成 254

8.2.1 热力NOx的生成机理 254

8.2.2 影响热力NOx生成的因素 255

8.3 快速NOx的生成 257

8.3.1 快速NOx生成机理 257

8.3.2 影响快速NOx生成的几个因素 258

8.4 燃料NOx的生成 260

8.4.1 燃料NOx的生成途径 260

8.4.2 温度对燃料NOx生成的影响 260

8.4.3 氧浓度对燃料NOx生成的影响 261

8.4.4 燃料性质对燃料NOx生成的影响 261

8.4.5 流化床锅炉床料中金属氧化物的作用 264

8.4.6 水分的影响 265

8.5 气体燃料燃烧时NOx的生成 265

8.6 液体燃料燃烧时NOx的生成 266

8.6.1 喷雾燃烧时NOx的生成 266

8.6.2 预蒸发、预混合火焰的NOx生成 267

8.7 煤燃烧时NOx生成机理 268

8.7.1 挥发分NOx 268

8.7.2 焦炭NOx 269

8.7.3 煤粉炉内燃烧时NOx的生成 270

8.7.4 流化床燃烧时NOx的析出 272

8.8 降低NOx排放的措施 274

8.8.1 低NOx燃烧技术 274

8.8.2 烟气脱硝技术 277

8.9 燃烧过程中N2O的生成及控制 279

8.9.1 N2O的危害 279

8.9.2 N2O的生成及分解机理 281

8.9.3 燃烧过程中降低N2O的方法 282

思考题与习题 283

第9章 燃烧过程中硫氧化物、颗粒物及其他污染物的生成及脱除机理 285

9.1 燃烧过程中硫氧化物的生成与脱除机理 285

9.1.1 燃料中硫的存在形态 285

9.1.2 硫燃烧转化的总体特性 286

9.1.3 燃烧过程中SO3的生成 288

9.1.4 石灰石燃烧固硫的基本过程 290

9.1.5 煅烧石灰石的固硫反应动力学 292

9.1.6 多孔介质内部气体扩散的数学模型 294

9.1.7 燃烧固硫总体模型 297

9.1.8 燃烧脱硫技术 298

9.1.9 烟气脱硫技术 300

9.2 燃烧过程中炭黑的形成与控制机理 303

9.2.1 燃烧过程中炭黑形成的类型及性质 303

9.2.2 气体燃料燃烧时炭黑的生成 306

9.2.3 油燃烧时炭黑的生成 309

9.2.4 煤燃烧时炭黑的生成 313

9.3 煤燃烧过程中颗粒物的生成与脱除机理 314

9.3.1 煤燃烧过程中颗粒物的形成机理 314

9.3.2 煤燃烧过程中生成的颗粒物特性 318

9.3.3 燃煤颗粒物生成的影响因素 321

9.3.4 燃煤过程的颗粒物控制 322

9.3.5 燃烧后颗粒物的脱除 324

9.4 燃烧过程中重金属的生成与脱除机理 326

9.4.1 煤中汞含量的特征 326

9.4.2 燃煤烟气中汞的形态转化 327

9.4.3 燃煤烟气中汞的氧化 328

9.4.4 燃煤过程中的汞控制技术 330

思考题与习题 332

第10章 燃烧技术的新进展 334

10.1 富氧燃烧 334

10.1.1 富氧燃烧概述 334

10.1.2 富氧燃烧技术及其应用 335

10.2 化学链燃烧 341

10.2.1 化学链燃烧概述 341

10.2.2 载氧体 342

10.2.3 化学链燃烧技术及其应用 344

10.3 催化燃烧 348

10.3.1 催化作用机理 348

10.3.2 催化剂 349

10.3.3 催化燃烧技术及其应用 352

10.4 超焓燃烧 354

10.4.1 超焓燃烧的概念 354

10.4.2 超焓过程的实现 357

10.4.3 超焓燃烧技术及应用 358

思考题与习题 360

附录 361

附录A 17种反应及其标准平衡常数 361

附录B 几种物质的标准摩尔生成焓 363

附录C 25℃时的标准摩尔燃烧焓［产物N2、H2O（1）和CO2］ 364

附录D 部分形成NOx和N2O的均相化学反应的动力学参数 365

参考文献 371