第一节燃烧机理(热工工艺).ppt

第一章 燃烧过程及燃烧设备 燃烧过程的基本理论 气体燃料的燃烧过程及燃烧设备 液体燃烧的燃烧过程及燃烧设备 固体燃料的气化过程及设备 第一节 燃烧过程的基本理论 燃烧定义及燃烧类型 着火温度 着火浓度范围 燃烧机理 火焰传播速度（气体燃料的燃烧速度） 一、燃烧定义及燃烧类型 定义： 燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生 大量的热量并伴随着强烈的发光现象。 可燃物可归纳为二类，即：固态炭和可燃气体 气体燃料：可燃气体 液体燃料：加热气化，大分子气态烃高温裂化固态炭 和小分子烃或氮气（可燃气体） 固体燃料：受热挥发出可燃气体，剩下固态炭粒 燃烧类型 普通燃烧： 靠燃烧层热气体传导传热给邻近的冷可燃气体 混合物而进行火焰的传播。火焰传播速度小，仅为 几米/秒；压力变化小，可视为等压燃烧过程。一般 窑炉内进行的燃烧过程均属于普通燃烧过程。 爆炸性燃烧： 靠压力波将冷可燃气体混合物加热到着火温度 以上而燃烧。火焰传播速度大，约为1000～4000米 /秒；通常在高温、高压下进行。原子弹爆炸属于爆 炸性燃烧。 燃烧过程及条件： 过程： 燃料和空气预热—着火温度燃烧—火焰传播 条件： 燃料、空气 着火温度 着火浓度 二、着火温度 定义： 任何燃料的燃烧都有“着火”和“燃烧”两 个阶段，由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应的瞬间叫着火，转变时的最低温度称为着火温度（在一定条件下燃料稳定燃烧的最低温度） 。 用一容器内煤气与空气的氧化反应加以说明 氧化反应 产生热量 容器内混合物温度升高 温度高于外部环境 向外散热 热平衡 讨论： 当TA＜T＜TB时，Ｑ放＞Ｑ散 ，T下降 TA（Ｑ放=Ｑ散） 当T＜TA时，Ｑ放＞Ｑ散，T上升 TA（Ｑ放=Ｑ散） A点是稳定点，是低温点，反应速度慢，属于缓慢氧化。称为熄火点。 当T＜TB时，Ｑ放＞Ｑ散，T下降TA（熄火） 当T＞TB时，Ｑ放＞Ｑ散，T上升着火 B点是不稳定点，高温点，反应剧烈。称为着火点 T0 上升，（T- T0）下降，Ｑ散下降 ，散热曲线与放热曲线线交点靠近两曲线相切于C点, C点是稳定点的极限。 T0 再上升，散热曲线与放热曲线无相交点，Ｑ放＞Ｑ散，反应剧烈，甚至于自燃。 影响着火温度的因素 （1）与可燃气体的组成及参数有关，压力高 着火温度低；可燃组分多着火温度低； （2）与散热条件有关，周围介质温度高着火温度 低； （3）与空气系数有关，燃料与接近理论需要量的 空气混合着火温度低。 表4-20某些气体或燃料在空气中的着火温度范围。 三、着火浓度范围 定义 气体燃料与空气的比例，必须在一定的范围内才能 进行燃烧，这一范围叫着火浓度范围或着火浓度极 限。 如果煤气与空气在容器内混合均匀，且在着火浓度 范围内，当有明火存在时，瞬间会产生温度很高的 燃烧产物，压力急剧增大，可产生爆炸现象，故着 火浓度极限又叫爆炸极限。 可燃气体含量低于下限时，由于可燃气体量 太少，局部点燃时，其氧化反应产生的热量 不足以使邻近气体加热至着火温度以上而燃 烧。 可燃气体含量高于上限时，由于氧量太少， 局部点燃时，其氧化反应产生的热量不足以 使邻近气体加热至着火温度以上而燃烧。 各种气体的着火浓度范围见表4-21 影响着火浓度范围的因素 （1）空、煤气喷入高温空间时，不受着火浓度的限制； （2）预热空、煤气混合物，着火浓度范围扩大； （3）煤气与纯氧混合燃烧时，着火浓度范围扩大。 四、燃烧机理 固态炭的燃烧机理 可燃气体的燃烧机理 固态炭的燃烧机理 炭的燃烧反应过程 气-固两相的物理化学反应，反应过程如下： O2扩散炭粒表面化学反应生成CO和CO2，CO和CO2从炭粒表面扩散达反应达平衡。 炭的燃烧速度 燃烧速度：单位时间内单位炭粒表面所烧掉的炭量。 化学反应速度:单位时间内，单位炭粒表面上氧化反应消耗的氧量。 式中： ––化学反应速度系数 ––炭粒表面气相中O2的浓度， 扩散速度: 单位时间内，扩散至单位炭粒表面的氧量 式中： –––气流中心氧的浓度， –––扩散速度系数 平衡条件下： 整理后得： 设： 则： 三个燃烧区： 动力燃烧区(800℃以下) 低温时，化学反应速度非常小， 即： 动力燃烧区内，燃烧速度取决于化学反应速度，与扩 散速度无关，即： 燃烧速度随温度的升高而急剧增加，与气流速度无关。 扩散燃烧区（1000℃以上） 高温时，扩散速度