碳的燃燒反應是多相燃燒反應，即物質在相的分界表面上發生反應。這個相界面可以是物體外部表面，也可以是物體內部表面(內部表面的存在，是由於物質本身有縫隙)。內部表面是外部表面的延續，內外部表面間沒有明顯的邊界，但內部表面為物體內部比較狹小的縫隙通道表面，不易與氧接觸。
基本介紹
- 中文名：多相燃燒
- 外文名：multi-phase combustion
- 本質：物質在相的分界表面上發生反應
- 相界面：物體外部或內部表面
- 性質：科學
簡介,多相燃燒特點,多相燃燒反應的燃燒區域,
簡介
碳的燃燒反應是多相燃燒反應，即物質在相的分界表面上發生反應。這個相界面可以是物體外部表面，也可以是物體內部表面(內部表面的存在，是由於物質本身有縫隙)。內部表面是外部表面的延續，內外部表面間沒有明顯的邊界，但內部表面為物體內部比較狹小的縫隙通道表面，不易與氧接觸。當反應溫度很高、固體燃料的反應性能很強，亦即燃燒反應的速度很快時，燃燒反應主要在物體的外表面上進行。
多相燃燒特點
多相燃燒中，由於燃料與氧化劑的相態不同，在碳表面上發生的多相反應由下列幾個連續的階段組成：
（1）參與燃燒反應的氣體分子(氧)向碳粒表面的轉移與擴散；
（2）氣體分子(氫)被吸附存碳粒表面上；
（3）被吸附的氣體分子(氧)在碳表面上發生化學反應生成燃燒產物；
（4）燃燒產物從碳表面上解吸附；
（5）燃燒產物離開碳表面，擴散到周圍環境中。
燃燒反應的這五個階段是連續進行的，其中任何一個環節都會影響全局。因此，反應過程中最慢的那個階段，決定了燃燒反應的速度。在上述五個階段中，吸附階段（2）和解吸附階段（4）進行得最快，燃燒產物離開碳表面、擴散出去的階段（5）也較快，比較慢的是氧向碳粒表面的轉移擴散階段（1）和氧在碳表面發生化學反應的階段（3）這兩個階段。因此，碳的多相燃燒速度既決定於氧向碳粒表面的轉移擴散速度，也決定於氧與碳粒的化學反應速度，而且最終決定於其中速度最慢的一個。
多相燃燒反應的燃燒區域
根據燃燒條件的不同，可以將多相燃燒分成動力燃燒區域、擴散燃燒區域和過渡燃燒區域等三種燃燒區域(工況)。由於煤中含有揮發分，因此煤的燃燒反應既有多相燃燒，也有均相燃燒。為簡單起見，以碳粒的多相燃燒為例加以說明。
(1)如果將碳粒的燃燒反應當作一級反應，而且認為反應在碳粒外表面進行，即不考慮內部表面的反應。當燃燒反應的溫度不高時，化學反應速度不快，此時氧的供應速度遠大於化學反應中氧的消耗速度，亦即擴散能力遠大於化學反應能力。這時燃燒工況所處區域稱為動力燃燒區域。在動力燃燒區域中，燃燒反應速度決定於化學反應速度，可以認為與擴散速度無關。根據阿累尼烏斯定律，反應速度常數k取決於溫度，它隨燃燒過程溫度的升高而增大得很快。因此，在動力燃燒區域，反應速度W將隨溫度T的升高而按指數關係急劇地增大。動力燃燒區域發生在低溫區，在此區域內，提升溫度是強化燃燒反應的有效措施。
(2)如果影響燃燒過程進行速度的主要因素是擴散，也就是說，此時燃燒反應的溫度已經很高，化學反應能力遠大於擴散能力，這時的燃燒區域稱為擴散燃燒區域。因為擴散速度常數基本上不隨溫度變化，所以燃燒反應速度將基本上不隨溫度升高而加快。在擴散燃燒區域，氧氣擴散到碳表面的能力不像在動力燃燒區域那樣強。在燃燒過程中，煤粒與空氣混合和擾動得越不好，氧氣擴散係數越小，進入擴散燃燒區域的濃度越低，燃燒反應的速度越小。
在擴散燃燒區域，通過加強通風、減小碳粒直徑等都可使擴散速度係數增大，從而達到強化燃燒的目的。在動力燃燒與擴散燃燒區域之間的區域稱為過渡燃燒區域。該區域中，氧的擴散速度和碳粒的化學反應速度較為接近，燃燒反應速度同時取決於化學反應速度和擴散速度，兩者的作用都不能忽略。要強化這個區域的燃燒，需要同時提高溫度和強化碳粒與氧的擾動混合。
