第一章第1節(jié)燃燒機(jī)理

1、第一章 燃燒過程及燃燒設(shè)備l燃燒過程的基本理論 l氣體燃料的燃燒過程及燃燒設(shè)備 l液體燃燒的燃燒過程及燃燒設(shè)備l 固體燃料的氣化過程及設(shè)備第一節(jié) 燃燒過程的基本理論 燃燒定義及燃燒類型著火溫度著火濃度范圍火焰?zhèn)鞑ニ俣龋怏w燃料的燃燒速度）燃燒機(jī)理一、燃燒定義及燃燒類型定義：燃料中的可燃物與空氣產(chǎn)生劇烈的氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量并伴隨著強(qiáng)烈的發(fā)光現(xiàn)象。可燃物可歸納為二類，即：固態(tài)炭和可燃?xì)怏w氣體燃料：可燃?xì)怏w液體燃料：加熱氣化，大分子氣態(tài)烴高溫裂化固態(tài)炭和小分子烴或氮?dú)猓扇細(xì)怏w）固體燃料：受熱揮發(fā)出可燃?xì)怏w，剩下固態(tài)炭粒燃燒類型普通燃燒： 靠燃燒層熱氣體傳導(dǎo)傳熱給鄰近的冷可燃?xì)怏w混合物而進(jìn)行火

2、焰的傳播。火焰?zhèn)鞑ニ俣刃?，僅為幾米/秒；壓力變化小，可視為等壓燃燒過程。一般窯爐內(nèi)進(jìn)行的燃燒過程均屬于普通燃燒過程。爆炸性燃燒： 靠壓力波將冷可燃?xì)怏w混合物加熱到著火溫度以上而燃燒。火焰?zhèn)鞑ニ俣却?，約為10004000米/秒；通常在高溫、高壓下進(jìn)行。原子彈爆炸屬于爆炸性燃燒。 燃燒過程及條件：過程： 燃料和空氣預(yù)熱著火溫度燃燒火焰?zhèn)鞑l件： 燃料、空氣 著火溫度 著火濃度二、著火溫度定義： 任何燃料的燃燒都有“著火”和“燃燒”兩 個階段，由緩慢氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯×已趸磻?yīng)的瞬間叫著火，轉(zhuǎn)變時的最低溫度稱為著火溫度（在一定條件下燃料穩(wěn)定燃燒的最低溫度） 。影響著火溫度的因素（1）氧化速率加大或散熱

3、速率減小，著火溫度降低；（2）與可燃?xì)怏w的組成及參數(shù)有關(guān)，壓力高，著火溫度低；可燃組分多，著火溫度低；（3）與散熱條件有關(guān)，周圍介質(zhì)溫度高著火溫度低；（4）與空氣系數(shù)有關(guān)，燃料與接近理論需要量的空氣混合著火溫度低；表4-20某些氣體或燃料在空氣中的著火溫度范圍。工業(yè)窯爐內(nèi)著火的特點(diǎn) 自然著火： 容器內(nèi)整個氣體溫度同時達(dá)到著火溫度的過程，煤氣爆炸屬于這種過程。 強(qiáng)迫著火： 在冷混合物中，用一個不大的點(diǎn)火熱源，在某一局部地方點(diǎn)火，先引起局部著火燃燒，然后自動向其他地方傳播，最終使整個混合物都在達(dá)到著火燃燒。工業(yè)窯爐內(nèi)燃燒屬于強(qiáng)制點(diǎn)火過程。 “點(diǎn)不著”現(xiàn)象 為什么？ “熄滅”現(xiàn)象為什么 三、著火濃度

4、范圍定義：氣體燃料與空氣的比例，必須在一定的范圍內(nèi)才能進(jìn)行燃燒，這一范圍叫著火濃度范圍或著火濃度極限。為什么？如果煤氣與空氣在容器內(nèi)混合均勻，且在著火濃度范圍內(nèi)，當(dāng)有明火存在時，瞬間會產(chǎn)生溫度很高的燃燒產(chǎn)物，壓力急劇增大，可產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象，故著火濃度極限又叫爆炸極限。 可燃?xì)怏w含量低于下限時，由于可燃?xì)怏w量太少，局部點(diǎn)燃時，其氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不足以使鄰近氣體加熱至著火溫度以上而燃燒。 可燃?xì)怏w含量高于上限時，由于氧量太少，局部點(diǎn)燃時，其氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不足以使鄰近氣體加熱至著火溫度以上而燃燒。各種氣體的著火濃度范圍見表4-21影響著火濃度范圍的因素（1）空、煤氣噴入高溫空間時，不受著火濃度的

5、限制；（2）預(yù)熱空、煤氣混合物，著火濃度范圍擴(kuò)大；（3）煤氣與純氧混合燃燒時，著火濃度范圍擴(kuò)大。天然氣的濃度范圍很小，說明什么問題？火焰的傳播 火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象：通過熱量傳遞使燃燒逐漸向前推進(jìn)的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)說明 正在燃燒著的氣體稱為燃燒前沿面，也簡稱燃燒前沿。如圖53所示。 混合物以速度自左向右推進(jìn)，產(chǎn)生燃燒前沿（火焰前沿），如果 均勻，則燃燒前沿為一平面并以速度自右向左推移。 燃燒前沿對管壁的相對位移有三種可能的情況： 火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懸蛩?燃料的發(fā)熱量及成分、煤氣與空氣的混合比例、可燃混合物的初始溫度等。 可燃性氣體的熱值高，火焰的傳播速度快。 可燃?xì)怏w的熱導(dǎo)率越大，火焰?zhèn)鞑ニ俣染驮娇臁？扇細(xì)?/p>

6、體的濃度（或表示為空氣過剩系數(shù)） 當(dāng)超過一定范圍時，火焰將不能傳播。 注意：正常傳播速度的最大值在a1的某個地方。 可燃混合物的初始溫度越高，火焰?zhèn)鞑ニ俣染驮酱蟆?生產(chǎn)實(shí)踐中常常將空氣和煤氣在燃燒前進(jìn)行預(yù)熱。 火焰?zhèn)鞑ニ俣冗€與氣流的湍流強(qiáng)度及傳熱條件有關(guān)： 湍流強(qiáng)度越大，火焰?zhèn)鞑ニ俣染驮酱蟆?在絕熱情況下，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快； 當(dāng)向外界散熱較強(qiáng)時，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小。四、燃燒機(jī)理可燃?xì)怏w的燃燒機(jī)理固態(tài)炭的燃燒機(jī)理可燃?xì)怏w的燃燒機(jī)理可燃?xì)怏w主要是指氫氣、一氧化碳和烴類 反應(yīng)過程的實(shí)質(zhì)按鏈鎖反應(yīng)進(jìn)行的，中間活化物的存在是鏈鎖反應(yīng)進(jìn)行的條件，H2的剌激物是H、OH、CO的剌激物是H、OH，烴類的剌激物是

7、0。剌激物的產(chǎn)生過程及特點(diǎn)氣體間分子之間互相碰撞、氣體分子在高溫下分解、電火花激發(fā)均能產(chǎn)生上述活化物，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。 幾種氣體燃料的鏈鎖反應(yīng)過程延遲著火現(xiàn)象（氣體燃料的燃燒特點(diǎn)）氣體燃料的燃燒是按鏈鎖反應(yīng)進(jìn)行的，當(dāng)氣體燃料與空氣的混合物加熱至著火溫度后，要經(jīng)過一定的感應(yīng)期后才能迅速燃燒，在感應(yīng)期內(nèi)不斷產(chǎn)生含有高能量的鏈鎖剌激物,此時并不放出大量的熱量，故不能立即使鄰近層氣體溫度升高而燃燒，這種現(xiàn)象叫延遲著火現(xiàn)象。延遲著火的時間與氣體燃料的種類、溫度、壓力有關(guān)，溫度和壓力升高，延遲時間短。固態(tài)炭的燃燒機(jī)理炭的燃燒反應(yīng)過程氣-固兩相的物理化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過程如下：O2擴(kuò)散炭粒表面化學(xué)反應(yīng)生成CO

8、和CO2，CO和CO2從炭粒表面擴(kuò)散達(dá)反應(yīng)達(dá)平衡。炭的燃燒速度燃燒速度：單位時間內(nèi)單位炭粒表面所燒掉的炭量。化學(xué)反應(yīng)速度:單位時間內(nèi)，單位炭粒表面上氧化反應(yīng)消耗的氧量。式中： 化學(xué)反應(yīng)速度系數(shù) 炭粒表面氣相中O2的濃度，2OkCVg k2OC擴(kuò)散速度: 單位時間內(nèi)，擴(kuò)散至單位炭粒表面的氧量 式中： 氣流中心氧的濃度， 擴(kuò)散速度系數(shù) 平衡條件下： OOdCCVdOCdVVdVg整理后得： 設(shè)： 則：222OOdOCCkC222111OOdOCKKCkCVdkK111mVVcdOkmCmVVc112三個燃燒區(qū)：動力燃燒區(qū)(800以下)低溫時，化學(xué)反應(yīng)速度非常小，即： 動力燃燒區(qū)內(nèi)，燃燒速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度，與擴(kuò)散速度無關(guān)，即：燃燒速度隨溫度的升高而急劇增加，與氣流速度無關(guān)。dkdk11kK 2OCmkVc 擴(kuò)散燃燒區(qū)（1000以上）高溫時，擴(kuò)散速度系數(shù)非常小，即： 擴(kuò)散燃燒區(qū)內(nèi)，燃燒速度取決于擴(kuò)散速度，與化學(xué)反應(yīng)速度無關(guān)，即：氣流速度增大，燃燒速度加快，不隨燃料性質(zhì)而變，與溫