燃燒過程的基本理論

1、1燃燃 燒燒 過過 程程 基基 本本 理理 論論第第 四四 節(jié)節(jié)2 研究燃料的燃燒機(jī)理主要著手于兩種基研究燃料的燃燒機(jī)理主要著手于兩種基本成分的燃燒：本成分的燃燒：固定碳和可燃?xì)怏w固定碳和可燃?xì)怏w（對(duì)不同（對(duì)不同的氣體進(jìn)行分析）的氣體進(jìn)行分析）第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論燃燒基本條件：燃燒基本條件：(2) (2) 達(dá)到著火溫度達(dá)到著火溫度(1) (1) 燃料與助燃空氣混合燃料與助燃空氣混合對(duì)燃燒過程的研究，可從以下幾方面入手：對(duì)燃燒過程的研究，可從以下幾方面入手：3(3)(3) 從氣體流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方面，研究火焰?zhèn)鞑ニ俣群突鹧鎻臍怏w流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方面，研究火焰?zhèn)鞑ニ俣群突?/p>

2、焰 穩(wěn)定問題；穩(wěn)定問題；(4) (4) 從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，研究燃料燃燒完全程度或燃燒室熱效率；從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，研究燃料燃燒完全程度或燃燒室熱效率；(5) (5) 從環(huán)保方面，研究燃燒產(chǎn)物（煙氣）對(duì)環(huán)境污染或輻射問題。從環(huán)保方面，研究燃燒產(chǎn)物（煙氣）對(duì)環(huán)境污染或輻射問題。(1)(1) 從熱力學(xué)和化學(xué)平衡方面（傳熱），可研究著火點(diǎn)、著火從熱力學(xué)和化學(xué)平衡方面（傳熱），可研究著火點(diǎn)、著火 濃度范圍；濃度范圍；(2) (2) 從化學(xué)動(dòng)力學(xué)和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方面從化學(xué)動(dòng)力學(xué)和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方面( (傳質(zhì)傳質(zhì)) )，研究各種可燃物，研究各種可燃物 燃燒反應(yīng)的機(jī)制；燃燒反應(yīng)的機(jī)制；第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論

3、4一 著火溫度由緩慢的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成劇烈的氧化反應(yīng)由緩慢的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成劇烈的氧化反應(yīng)（即燃燒）的瞬間叫（即燃燒）的瞬間叫著火著火，轉(zhuǎn)變時(shí)的最低溫度，轉(zhuǎn)變時(shí)的最低溫度叫叫著火溫度著火溫度。 著火溫度不是固定值，它與燃料的性質(zhì)和著火溫度不是固定值，它與燃料的性質(zhì)和燃燒條件有關(guān)。燃燒條件有關(guān)。第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論5各種燃料的著火過程有所不同各種燃料的著火過程有所不同: :液體燃料：加熱時(shí)，由閃點(diǎn)液體燃料：加熱時(shí)，由閃點(diǎn)燃點(diǎn)燃點(diǎn)著火點(diǎn)著火點(diǎn) 要想穩(wěn)定燃燒，要想穩(wěn)定燃燒，t t 著火點(diǎn)著火點(diǎn)固體燃料：受熱后，先析出揮發(fā)分，然后在一定固體燃料：受熱后，先析出揮發(fā)分，然后在一定

4、溫度下?lián)]發(fā)分先燃著，固定碳（即焦溫度下?lián)]發(fā)分先燃著，固定碳（即焦 炭）后燃著。炭）后燃著。V Vdafdaf著火點(diǎn)著火點(diǎn) 氣體燃料：著火溫度取決于燃料的組成、觸媒、氣體燃料：著火溫度取決于燃料的組成、觸媒、 加熱條件等。加熱條件等。第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論6二二 著火濃度范圍著火濃度范圍 氣體燃料與助燃空氣的比例，必須在一定范氣體燃料與助燃空氣的比例，必須在一定范圍內(nèi)才能燃燒圍內(nèi)才能燃燒( (著火著火) )，這一范圍叫，這一范圍叫著火濃度范圍著火濃度范圍。并有可能在瞬間并有可能在瞬間 t t ，使氣體壓力陡然，使氣體壓力陡然，甚至，甚至引起爆炸！引起爆炸！煤氣在空氣中的著

5、火濃度范圍煤氣在空氣中的著火濃度范圍煤氣種類煤氣種類混合氣體中煤氣的含量混合氣體中煤氣的含量/ /體積體積% %下下 限限上上 限限發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐煤氣焦焦 爐爐 煤煤 氣氣天天 然然 氣氣21216 64 4747431311515第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論7三三 固態(tài)碳的燃燒固態(tài)碳的燃燒固態(tài)碳的燃燒是兩相反應(yīng)的固態(tài)碳的燃燒是兩相反應(yīng)的物理物理化學(xué)過程。化學(xué)過程。 首先氧氣擴(kuò)散至炭粒表面并與炭作用生成首先氧氣擴(kuò)散至炭粒表面并與炭作用生成COCO、COCO2 2氣體，氣體，COCO、COCO2 2氣體再從表面擴(kuò)散出來。氣體再從表面擴(kuò)散出來。關(guān)于碳的燃燒反應(yīng)機(jī)理到目前為止研究

6、還不十關(guān)于碳的燃燒反應(yīng)機(jī)理到目前為止研究還不十分成熟，長久以來存在著三種見解：分成熟，長久以來存在著三種見解： 第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論8有關(guān)反應(yīng)式（如圖）：有關(guān)反應(yīng)式（如圖）：第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論C + O2 CO2xC + yO2 CxOy12C + O2 CO12CO + O2 CO212C+O2CO2C + O2 CO2CxOy + O2 CO+ CO2CxOy+O2mCO2nCO C CCOCO、COCO2 2、C Cx xO Oy y空氣膜空氣膜9根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，在根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，在9001 200時(shí)，生時(shí)，生成成CO與與CO2的比例是的

7、比例是1 1，在，在1 450以上以上時(shí)生成的時(shí)生成的CO與與CO2之比為之比為2 1。所以高溫時(shí)。所以高溫時(shí)CO的含量高些，這對(duì)于我們是有實(shí)際意義的含量高些，這對(duì)于我們是有實(shí)際意義的。的。第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論10四四 可燃?xì)怏w（可燃?xì)怏w（H H2 2、COCO、C Cm mH Hn n）的燃燒）的燃燒 可燃?xì)怏w的燃燒是鏈鎖反應(yīng)，必須有中間可燃?xì)怏w的燃燒是鏈鎖反應(yīng)，必須有中間活性物（如活性物（如H H、O O及及OHOH等）作鏈鎖刺激物。等）作鏈鎖刺激物。第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論、H H2 2的鏈鎖反應(yīng)的鏈鎖反應(yīng)H H2 2的分支鏈鎖反應(yīng)過程：的

8、分支鏈鎖反應(yīng)過程：11H H2 2H + OH + O2 2 H HO + HO + H2 2H HH H2 2O OH HOH + HOH + H2 2OH + HOH + H2 2H H2 2O OH H總反應(yīng)：總反應(yīng)：H + OH + O2 2 + 3H + 3H2 2 2H 2H2 2O + 3HO + 3H結(jié)論：一個(gè)刺激物可產(chǎn)生三個(gè)刺激物。刺激物結(jié)論：一個(gè)刺激物可產(chǎn)生三個(gè)刺激物。刺激物 增生，使燃燒反應(yīng)加速。增生，使燃燒反應(yīng)加速。第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論12第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論、的鏈鎖反應(yīng)的鏈鎖反應(yīng)H H2 2的分支鏈鎖反應(yīng)過程：的分支

9、鏈鎖反應(yīng)過程：H + OH + O2 2 O +O + OH +OH +H H總反應(yīng)：總反應(yīng)：H + OH + O2 2 + + 2 2O O + H+ H實(shí)踐證明：實(shí)踐證明：在在COCO的燃燒反應(yīng)中混合物加入的燃燒反應(yīng)中混合物加入7%9%7%9%的水汽對(duì)它的反應(yīng)是很有利的。的水汽對(duì)它的反應(yīng)是很有利的。13第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論、烴類的鏈鎖反應(yīng)、烴類的鏈鎖反應(yīng)烴類的燃燒比較復(fù)雜，今以甲烷為例烴類的燃燒比較復(fù)雜，今以甲烷為例說明其鏈鎖反應(yīng)過程說明其鏈鎖反應(yīng)過程: :實(shí)踐證明：實(shí)踐證明：O是發(fā)生鏈鎖反應(yīng)的活化中心，所以，甲醛的存在，能產(chǎn)生氧原子，對(duì)烴類的燃燒是有利的。 CH

10、4O2CH4OO2 O CH4O2 H2O HCHO+O2 HCOOH O H2O COOCO2 14五五 火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣? (如圖如圖) )wf火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?，即前焰面移?dòng)速度。單位：，即前焰面移動(dòng)速度。單位： m m3 3/m/m2 2.s.s = m/s = m/sQ QV V = = wf A A 是單位時(shí)間內(nèi)在面積是單位時(shí)間內(nèi)在面積A A上燒掉的可上燒掉的可 燃?xì)怏w的量。單位：燃?xì)怏w的量。單位：m m3 3/s/s第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論A可燃混合氣體可燃混合氣體電火花電火花wf前焰面鋒前焰面鋒燃燒產(chǎn)物燃燒產(chǎn)物15火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊懸蛩兀夯鹧鎮(zhèn)?/p>

11、播速度影響因素：(1) (1) 氣體的種類氣體的種類(2) (2) 氣體濃度、惰性物含量氣體濃度、惰性物含量(3) (3) 管徑等因素管徑等因素(4) (4) 氣體溫度氣體溫度第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論16應(yīng)用：應(yīng)用：火焰?zhèn)鞑ニ俣葘?duì)火焰穩(wěn)定有極大關(guān)系，若氣流速度火焰?zhèn)鞑ニ俣葘?duì)火焰穩(wěn)定有極大關(guān)系，若氣流速度（w）與之不適應(yīng)，則可能出現(xiàn)回火、脫火甚至吹熄。）與之不適應(yīng)，則可能出現(xiàn)回火、脫火甚至吹熄。wwfw wf ，易引起，易引起脫火或脫火或熄火熄火； w wf ，易引起，易引起回火或回火或爆炸爆炸； w wf ，正常狀態(tài)，正常狀態(tài)，火焰穩(wěn)定。火焰穩(wěn)定。第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基

12、本理論燃燒過程基本理論17不同氣體燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣榷伎蛇M(jìn)行測量，不同氣體燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣榷伎蛇M(jìn)行測量，如圖：如圖： 1 1）H H2 2的火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h(yuǎn)比的火焰?zhèn)鞑ニ俣冗h(yuǎn)比CHCH4 4大的大的多，主要是因?yàn)槎?，主要是因?yàn)镠 H2 2的導(dǎo)溫系數(shù)較大的導(dǎo)溫系數(shù)較大所致。所致。（2 2）氣體混合物只有在一定濃度范）氣體混合物只有在一定濃度范圍內(nèi)火焰才能傳播，隨著可燃?xì)怏w圍內(nèi)火焰才能傳播，隨著可燃?xì)怏w與空氣混合物含量的不同，火焰?zhèn)髋c空氣混合物含量的不同，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫膊煌?，在空氣過剩系數(shù)播速度也不同，在空氣過剩系數(shù)略小于略小于1 1時(shí)，最大。時(shí)，最大。第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論1

13、8燃燒設(shè)備的基本作用和要求是燃燒設(shè)備的基本作用和要求是: :合理組織燃燒過程，保證物料的良好加熱和經(jīng)濟(jì)效果。合理組織燃燒過程，保證物料的良好加熱和經(jīng)濟(jì)效果。(1)(1) 技術(shù)上應(yīng)保證：當(dāng)溫度和熱負(fù)荷在相當(dāng)大范技術(shù)上應(yīng)保證：當(dāng)溫度和熱負(fù)荷在相當(dāng)大范 圍內(nèi)變化時(shí)，均能使燃燒穩(wěn)定進(jìn)行；圍內(nèi)變化時(shí)，均能使燃燒穩(wěn)定進(jìn)行；(2) (2) 能達(dá)到預(yù)定的燒成工藝要求；能達(dá)到預(yù)定的燒成工藝要求；(3) (3) 經(jīng)濟(jì)性；經(jīng)濟(jì)性； (4) (4) 注意改善勞動(dòng)條件，保證安全生產(chǎn)，便于操注意改善勞動(dòng)條件，保證安全生產(chǎn)，便于操 作和管理，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。作和管理，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。具體要求：具體要求：第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程基本理論燃燒過程基本理論19六六燃燒過程中氧化氮生成機(jī)理燃燒過程中氧化氮生成機(jī)理 工業(yè)窯爐煙氣中含有的氧化氮（工業(yè)窯爐煙氣中含有的氧化氮（NONOx x）對(duì)人體、）對(duì)人體、動(dòng)植物都有極大的危害，是造成大氣污染的主要有害動(dòng)植物都有極大的危害，是造成大氣污染的主要有害氣體之一。氣體之一。NOx的生成條件是的生成條件是: 高溫和富氧。高溫和