燃氣燃燒與應(yīng)用修改版2

1、第一章 燃氣的燃燒計算燃燒：氣體燃料中的可燃成分（H2、 CmHn、CO 、 H2S 等）在一定條件下與氧發(fā)生激烈的氧化作用，并產(chǎn)生大量的熱和光的物理化學(xué)反應(yīng)過程稱為燃燒。燃燒必須具備的條件：比例混合、具備一定的能量、具備反應(yīng)時間熱值:1Nm3燃氣完全燃燒所放出的熱量稱為該燃氣的熱值，單位是kJ/Nm3。對于液化石油氣也可用kJ/kg。 高熱值是指1m3燃氣完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，而其中的水蒸氣以凝結(jié)水狀態(tài)排出時所放出的熱量。 低熱值是指1m3燃氣完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸汽狀態(tài)時所放出的熱量。一般焦?fàn)t煤氣的低熱值大約為1600017000KJ/m3天然

2、氣的低熱值是3600046000 KJ/m3 液化石油氣的低熱值是88000120000KJ/m3 按1KCAL=4.1868KJ 計算：焦?fàn)t煤氣的低熱值約為38004060KCal/m3 天然氣的低熱值是860011000KCal/m3 液化石油氣的低熱值是21000286000KCal/m3熱值的計算熱值可以直接用熱量計測定，也可以由各單一氣體的熱值根據(jù)混合法則按下式進行計算： 理論空氣需要量 每立方米(或公斤)燃氣按燃燒反應(yīng)計量方程式完全燃燒所需的空氣量，單位為m3/m3或m3/kg。它是燃氣完全燃燒所需的最小空氣量。過剩空氣系數(shù):實際供給的空氣量v與理論空氣需要量v0之比稱為過?？諝庀?/p>

3、數(shù)。 值的確定 值的大小取決于燃氣燃燒方法及燃燒設(shè)備的運 行工況。 工業(yè)設(shè)備1.05-1.20 民用燃具1.30-1.80值對熱效率的影響過大，爐膛溫度降低，排煙熱損失增加， 熱效率降低； 過小，燃料的化學(xué)熱不能夠充分發(fā)揮，熱效率降低。 應(yīng)該保證完全燃燒的條件下接近于1. 煙氣量 含有1m3干燃氣的濕燃氣完全燃燒后的產(chǎn)物 運行時過?？諝庀禂?shù)的確定計算目的：在控制燃燒過程中，需要檢測燃燒過程中的過?？諝庀禂?shù)，防止過剩空氣變化而引起的燃燒效率與熱效率的降低。在檢測燃氣燃燒設(shè)備的煙氣中的有害物質(zhì)時，需要根據(jù)煙氣樣中氧含量或二氧化碳含量確定過剩空氣系數(shù)，從而折算成過剩空氣系數(shù)為1的有害物含量。根據(jù)煙氣

4、中O2含量計算過?？諝庀禂?shù)'220.920.9aO=- O2-煙氣樣中的氧的容積成分（2）根據(jù)煙氣中CO2含量計算過?？諝庀禂?shù) CO2m當(dāng) 1時，干燃燒產(chǎn)物中CO2含量，%； CO2實際干燃燒產(chǎn)物中CO2含量，%。 1.4個燃燒溫度定義及計算公式熱量計溫度：一定比例的燃氣和空氣進入爐內(nèi)燃燒，它們帶入的熱量包括兩部分：其一是由燃氣、空氣帶入的物理熱量(燃氣和空氣的熱焓)；其二是燃氣的化學(xué)熱量(熱值)。如果燃燒過程在絕熱條件下進行，這兩部分熱量全部用于加熱煙氣本身，則煙氣所能達到的溫度稱為熱量計溫度。燃燒熱量溫度：如果不計參加燃燒反應(yīng)的燃氣和空氣的物理熱，即tatgo，并假設(shè)a1則所得的煙

5、氣溫度稱為燃燒熱量溫度。理論燃燒溫度：將由CO2HO2在高溫下分解的熱損失和發(fā)生不完全燃燒損失的熱量考慮在內(nèi)，則所求得的煙氣溫度稱為理論燃燒溫度tth實際燃燒溫度：2.影響燃燒溫度的因素?zé)嶂担阂话阏f來，理論燃燒溫度隨燃氣低熱值 Hl的增大而增大.過剩空氣系數(shù)：燃燒區(qū)的過?？諝庀禂?shù)太小時，由于燃燒不完全，不完全燃燒熱損失增大，使理論燃燒溫度降低。若過?？諝庀禂?shù)太大，則增加了燃燒產(chǎn)物的數(shù)量，使燃燒溫度也降低 燃氣和空氣的初始溫度：預(yù)熱空氣或燃氣可加大空氣和燃氣的焓值，從而使理論燃燒溫度提高。 3.煙氣的焓與空氣的焓煙氣的焓：每標(biāo)準(zhǔn)立方米干燃氣燃燒所生成的煙氣在等壓下從0加熱到t所需的熱量，單位為千

6、焦每標(biāo)準(zhǔn)立方米?？諝獾撵剩好繕?biāo)準(zhǔn)立方米干燃氣燃燒所需的理論空氣在等壓下從0加熱到t()所需的熱量，單位為千焦每標(biāo)準(zhǔn)立方米。第二章 燃氣燃燒反應(yīng)動力學(xué)鏈反應(yīng)：不是由反應(yīng)物一步就獲得生成物，而是通過一系列的基元反應(yīng)來進行的，直到反應(yīng)物消耗殆盡或有外力使其終止。鏈反應(yīng)的分類：（a）直鏈反應(yīng) （b）支鏈反應(yīng)可燃氣體的燃燒都屬于支鏈反應(yīng)穩(wěn)定的氧化反應(yīng)過程；任何可燃氣體在一定條件下與氧接觸，都要發(fā)生氧化反應(yīng)。如果氧化反應(yīng)過程發(fā)生的熱量等于散失的熱量，或者活化中心濃度增加的數(shù)量正好補償其銷毀的數(shù)量，這個過程就稱為穩(wěn)定的氧化反應(yīng)過程。不穩(wěn)定的氧化反應(yīng)： 如果氧化反應(yīng)過程生成的熱量大于散失的熱量，或者活化中心濃

7、度增加的數(shù)量大干其銷毀的數(shù)量，這個過程就稱為不穩(wěn)定的氧化反應(yīng)過程。 著火： 由穩(wěn)定的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的氧化反應(yīng)而引起燃燒的一瞬間。支鏈著火：在一定條件下，由于活化中心濃度迅速增加而引起反應(yīng)加速從而使反應(yīng)由穩(wěn)定的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的氧化反應(yīng)的過程，稱為支鏈著火熱力著火：一般工程上遇到的著火是由于系統(tǒng)小熱量的積聚，使溫度急劇上升而引起的、這種著火稱為熱力著火。燃料開始燃燒的最低溫度叫著火溫度。即燃料在充足空氣供給下加熱到某一溫度，達到此溫度后不再加熱，燃料依靠自身的燃燒熱繼續(xù)燃燒(持續(xù)5min以上)，此溫度即稱為著火溫度或著火點。燃料的著火溫度隨燃料的種類、燃料的形態(tài)、燃燒時周圍的環(huán)境而變，

8、不是一個常數(shù)。在常壓（大氣壓）下液化石油氣的著火溫度為365460 天然氣的著火溫度為270540人工燃氣著火溫度為270605可燃混合物熱力著火的影響因素環(huán)境溫度 壓力 可燃物與環(huán)境的傳熱系數(shù) 成分（物性） 1、點火：當(dāng)微小熱源放入可燃混合物小時，則貼近熱源周圍的一居混合物被迅速加熱、并開始燃燒產(chǎn)生火焰然后向系統(tǒng)其余冷的部分傳播使可燃混合物逐步著火燃燒、這種現(xiàn)象稱為強制點火，簡稱點火。點火的兩個重要因素：著火 火焰?zhèn)鞑?.點火源：灼熱固體顆粒、電熱線圈、電火花、小火焰等。4.電火花點火：把兩個電極放在可燃混合物中，通過高壓電打出火花釋放出一定的能量，使可燃混合物點著，稱為電火花點火。電火花點

9、火的兩個階段：初始火焰中心的形成 火焰的傳播最小點火能：當(dāng)電極間隙內(nèi)的可燃混合物的濃度、溫度和壓力一定時苦耍形成初始的火焰中心，放電能量必須有一最小極值，能量低于此極值時不能形成初始火焰中心，這個必要的最小放電能員就是最小點火能量Enin。熄火距離：當(dāng)兩個電極之間的距離小到無論多大的電火花能量都不能使可燃混什物點燃時，這個最小距離就叫熄火距離 第三章燃氣燃燒的氣流混合過程自由射流： 當(dāng)氣流由管嘴或孔口噴射到充滿靜止介質(zhì)的無限大空間時，形成的氣流。等溫自由射流：周圍介質(zhì)的溫度和密度與噴出氣流相同。 4.層流射流的等濃度面邊界1是射流邊界邊界2是射流核心區(qū)邊界界面3：Cg=Ch；界面4：Cg=Cs

10、t；界面5：Cg=Cl；A：純?nèi)細釨：處于著火濃度上限以外的燃氣和空氣混合物C：處于著火濃度范圍以內(nèi)的燃氣和空氣混合物，含有過剩燃氣；D：處于著火濃度下限以外的燃氣和空氣混合物，含有過剩空氣E：處于著火濃度下限以外的燃氣和空氣混合物5.層流擴散火焰長度當(dāng)燃氣成分一定時，層流擴散火焰的長度上主要取決于燃氣的體積流量。 流量增大 火焰長度增大 出口速度一定時，噴嘴直徑越大，火焰長度也越大 噴嘴直徑越大，火焰長度也越大。 流量一定時，則火焰長度與直徑無關(guān)。平行氣流中的自由射流射流速度與外圍平行氣流速度的速度梯度射流的擴張角軸心速度的衰減射流核心區(qū)的長度2.平行氣流中射流軸心速度的衰減絕對穿透深度h

11、：在相交氣流中，當(dāng)射流軸線變得與主氣流方向一致時，噴嘴出口平面到射流軸線之間的法向距離h定義為絕對穿透深度。相對穿透深度：絕對穿透深度h 與噴嘴直徑之比，定義為相對穿透深度，即h/d。射程：在射流軸線上定出一點，使該點的軸速度在x方向上的分速度Vx為出口速度V2的5%，以噴嘴平面至該點的相對法向距離X1/d，定義為射程。多股射流與受限氣流相交時的流動規(guī)律影響因素（1）主氣流流動通道的相對半寬度B/2d；（2）射流噴嘴相對中心距s/d。 旋轉(zhuǎn)射流：射流在從噴嘴中流出時，氣流本 身一面旋轉(zhuǎn)，一面又向靜止介質(zhì)中擴散前，這就是旋轉(zhuǎn)射流，簡稱旋流。2.旋轉(zhuǎn)射流的特點： 旋轉(zhuǎn)紊流運動、自由射流、和繞流3.

12、產(chǎn)生方法 （1）使全部氣流或一部分氣流切向進入 （2）設(shè)置導(dǎo)流葉片 （3）采用旋轉(zhuǎn)的機械裝置4.旋轉(zhuǎn)射流的基本特性 1）.增加切向分速度，徑向分速度較直流射流時大；2）.徑向和軸向上都建立了壓力梯度。強旋轉(zhuǎn)射流內(nèi)部形成回流區(qū)；3）.內(nèi)外回流區(qū)的存在對著火穩(wěn)定性有影響；4）.旋轉(zhuǎn)射流的擴展角大；5）.射程小旋轉(zhuǎn)射流的無因次特性旋流數(shù)：旋流數(shù)s不僅反映了射流的旋轉(zhuǎn)強弱，射流動力相似的相似準(zhǔn)則。第四章燃氣燃燒的火焰?zhèn)鞑セ鹧婷妫何慈細怏w和已燃氣體的分界面即為火焰鋒面，亦稱火焰前沿（前鋒）。 常壓條件下火焰前鋒的厚度：10-210-1mm火焰?zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧媲颁h沿其法線方向朝新鮮混氣傳播的速度。用 Sn表

13、示。測定Sn的實驗方法的概述兩種主要方法靜力法：靜力法是讓火焰焰面在靜止的可燃混合物中運動。動力法：動力法則是讓火焰焰面處于靜止?fàn)顟B(tài)，而可燃混合物氣流則以層流狀態(tài)作相反方內(nèi)運動。管子法、本生火焰法影響火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩?.混氣成分的影響2.混氣性質(zhì)的影響3.溫度的影響4.壓力的影響5.濕度和惰性氣體的影響添加氣有兩面性（1）改變混合氣的物理性質(zhì)， 如導(dǎo)熱系數(shù)催化作用火焰?zhèn)鞑舛葮O限及其測定定義：能使火焰繼續(xù)不斷傳播所必需的最低燃氣濃度，稱為火焰?zhèn)鞑舛认孪?或低限)；能使火焰繼續(xù)不斷傳播所必需的最高燃氣濃度，稱為火焰?zhèn)鞑舛壬舷?或高限)。上限和下限之間就是火焰?zhèn)鞑舛葮O限范圍，火焰?zhèn)鞑舛葮O

14、限又稱著火濃度極限、爆炸極限。影響火餡傳播濃度極限的因素1燃氣在純氧中著火燃燒時，火焰?zhèn)鞑舛葮O限范圍將擴大。2提高燃氣空氣混合物溫度，會使反應(yīng)速度加快，火焰溫度上升，從而使火焰?zhèn)鞑舛葮O限范圍擴大。 3提高燃氣空氣混合物的壓力，其分子間距縮小，火焰?zhèn)鞑舛葮O限范圍將擴大，其上限變化更為顯著。 4可燃氣體中加入惰性氣體時，火焰?zhèn)鞑舛葮O限范圍將縮小(圖425)。5含塵量、含水蒸氣量以及容器形狀和壁面材料等因素，有時也影響火焰?zhèn)鞑舛葮O限。各種燃氣的爆炸極限如下燃氣類別爆炸下限（%）爆炸上限（%）天然氣515人工煤氣520.73173液化石油氣1.59.5第五章燃氣燃燒方法一次空氣：在燃燒前預(yù)先

15、與燃氣混合的那部分空氣。一次空氣系數(shù)：一次空氣與燃燒所需要的理論空氣量之比。燃氣燃燒方法擴散式燃燒： 燃氣和空氣不預(yù)混，一次空氣系數(shù)a0大氣式燃燒： 燃氣和一部分空氣預(yù)先混合 a0.20.8完全預(yù)混式燃燒： 燃氣和空氣完全預(yù)混a1本生燈火焰根部有一環(huán)形平面火焰，起著固定點火源的作用，稱之為點火環(huán)；點火環(huán)形成的原因及作用分析：點火環(huán)形成的原因是由于靠近射流壁面附近氣流速度及火焰?zhèn)鞑ニ俣确植疾痪鶆虻木壒?。部分預(yù)混層流火焰的穩(wěn)定穩(wěn)定：混氣流速恰當(dāng)時火焰掛在管口上。 離焰、脫火：增加混氣流速，火焰錐變長?；鹧嬖谝欢ň嚯x以外燃燒；流速進一步加大時，火焰錐會被吹滅即脫火。 回火：混氣流速減小時，火焰錐變短

16、。當(dāng)流速減小時，則會發(fā)生回火。黃焰： 燃燒不完全有黑煙產(chǎn)生。 脫火極限 ： 對于某一定組成的燃氣空氣混合物，在燃燒時必定存在一個火焰穩(wěn)定的上限，氣流速度達到此上限值便產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，該上限稱為脫火極限?；鼗饦O限：燃氣空氣混合物還存在一個火焰穩(wěn)定的下限，氣流速度低于下限值便產(chǎn)生回火現(xiàn)象，該下限稱為回火極限。部分預(yù)混層流火焰的穩(wěn)定的影響因素（1）一次空氣系數(shù)的影響a,v脫火 a,v回火 先后（2）燃燒器直徑的影響 d ,v脫火 ， v回火 （3）燃氣性質(zhì)的影響 燃氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣却?，易回火，速度慢易脫火?（4）周圍空氣質(zhì)量與流動狀況的影響。完全預(yù)混式燃燒燃燒特點：（1）容積熱強度大；（2）火焰清潔

17、（3）火焰短（4）氮氧化物少缺點：發(fā)生回火 熄火：熱負荷小于1/3額定熱負荷燃燒過程強化的途徑（1）預(yù)熱燃氣和空氣（2）加強紊動（3）煙氣再循環(huán)（4）應(yīng)用旋轉(zhuǎn)射流減少氮氧化物的主要途徑：降低火焰溫度、減少過?？諝庀禂?shù)強化方法（1）分段燃燒：空氣分燃燒器、燃燒室上方兩部分送入（2）煙氣再循環(huán)：低溫?zé)煔馀c燃燒用空氣在燃燒器前混合（3）設(shè)計新型燃燒器（4）采用催化燃燒第六章擴散式燃燒器燃燒器的分類(一)按一次空氣系數(shù)分類 1擴散式燃燒器： 燃氣和空氣不預(yù)混，一次空氣系數(shù)a=0。 2大氣式燃燒器： 燃氣和一部分空氣預(yù)先混合，a=0208。 3完全預(yù)混式燃燒器 ：燃氣和空氣完全預(yù)混，a1。(二)按空氣的

18、供給方法分類 1引射式燃燒器：空氣被燃氣射流吸人或者燃氣被空氣射流吸人。2鼓風(fēng)式燃燒器：用鼓風(fēng)設(shè)備將空氣送入燃燒系統(tǒng)。 3自然引風(fēng)式燃燒器：靠爐膛中的負壓將空氣吸人燃燒系統(tǒng)。(三)按燃氣壓力分類1低壓燃燒器： 燃氣壓力在5000Pa以下。 2高(中)壓燃燒器：燃氣壓力在5000Pa至3x105Pa之間。第七章大氣式燃燒器大氣式燃燒器的構(gòu)造及工作原理燃燒器由兩大部分組成：引射器和頭部工作原理：燃氣引射一次空氣 引射器的作用有以下三方面：第一、以高能量的氣體引射低能量的氣體，并使兩者混合均勻。第二、在引射器末端形成所需的剩余壓力。第三、輸送一定的燃氣量，以保證燃燒器所需的熱負荷。引射器一般由四部分

19、組成: 燃料噴嘴、吸氣收縮管、混合管和擴壓管。 （1）噴嘴的流量計算大氣式燃燒器的頭部設(shè)計原則 1.穩(wěn)定燃燒：不離焰、不回火、不出現(xiàn)黃焰 2.滿足加熱工藝的需要火孔燃燒能力：火孔能穩(wěn)定和完全燃燒的燃氣量。通常用火孔熱強度和氣流速度表示。燃燒器頭部的靜壓力：混合氣體在頭部必須有一定的靜壓力，該靜壓力由引射器提供，是燃燒器的重要設(shè)計參數(shù)。 靜壓力消耗于三個方面：克服流動阻力、克服熱阻、獲得所要求的流出速度質(zhì)量引射系數(shù)的計算引射器的特性方程式最佳無因次面積：最大無因次壓力：大氣式燃燒器的自動調(diào)節(jié)特性燃燒器的引射能力只與燃燒器的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與燃燒工況無關(guān)。燃氣引射空氣量隨工作狀況不同而自動調(diào)節(jié)。燃燒器常

20、數(shù) 燃氣流量、密度、壓力變化對燃燒器工作參數(shù) 一次空氣系數(shù)、質(zhì)量引射系數(shù)、 氣流速度的影響。第十章燃氣互換性燃氣的互換性：設(shè)某一燃具以a燃氣為基準(zhǔn)進行設(shè)計和調(diào)整，由于某種原因要以s燃氣置換a燃氣，如果燃燒器此時不加任何調(diào)整而能保證燃具正常工作，則表示s燃氣可以置換a燃氣，或稱s燃氣對a燃氣而言具有“互換性”。a燃氣稱為“基準(zhǔn)氣”，s燃氣稱為“置換氣” 反之如果燃具不能正常工作，則稱s燃氣“對a燃氣而言沒有互換性。燃具適應(yīng)性：指燃具對燃氣性質(zhì)變化的適應(yīng)能力。如果燃具在燃氣性質(zhì)變化較大的范圍情況下仍能正常工作，就稱為適應(yīng)性大，反之稱為適應(yīng)能力小?；Q性主要考慮燃氣在民用燃具上能夠互換。燃氣在互換時

21、的兩個評價指標(biāo)：熱負荷（華白數(shù)）、燃燒穩(wěn)定（燃燒勢）華白數(shù)華白數(shù)是代表燃氣特性的一個參數(shù)，華白數(shù)又稱熱負荷指數(shù)。華白數(shù)相同的燃氣在同一壓力、同一燃具上燃燒熱負荷相同。結(jié)論：1.燃具的熱負荷與華白數(shù)成正比2.燃具的一次空氣系數(shù)與華白數(shù)成反比。3.燃氣互換時華白數(shù)W的變化范圍不大于±5%-10%。燃燒勢對于互換性研究來說，最主要的因素是燃氣性質(zhì)和一次空氣系數(shù)，這兩者在很大程度上決定了燃燒速度。內(nèi)焰高度是一個表示燃燒工況的重要參數(shù)它與火焰穩(wěn)定性和燃燒完全度有密切關(guān)系離焰、回火和CO三條極限取決于與內(nèi)焰高度有關(guān)的因素。燃氣按其燃燒特性可以分為三族。第一族為傳統(tǒng)的人工煤氣類型。第二族為天然氣類型。第三族為液化石油氣類型。不同族的燃氣是不能完全互換的。同一族的兩種燃氣則有可能完全互換。在qp-a圖判定燃氣互換性