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第5章 燃烧方式及燃烧设备(西交大 锅炉原理 考研复试) 第5章 燃烧方式及燃烧设备 1. 何谓燃烧？燃烧的基本条件有哪些？ 所谓燃烧是燃料中的可燃物质与氧气发生剧烈的、伴随发光发热的一种化学反应。 为了使燃烧过程能持续进行，除了必须有燃料和燃烧所需要的足够数量的氧气外，还必须有：(1)足够高的温度；（2）足够的传质动力，以使需要的氧气能及时到达燃烧区域；（3）足够的时间，以使反应能够完成。 2. 何谓化学反应速度？影响化学反应速度的主要因素有哪些？是如何影响的？ 所谓的化学反应速度是指单位时间内反应物质(或生成物质)浓度的变化。 研究表明，浓度、温度和压力以及是否有催化剂等影响化学反应速度。 反应物浓度对化学反应速度的影响可用质量作用定律来说明，即温度不变时，化学反应速度与该瞬间各反应物浓度幂的乘积成正比。 实验证实，温度对化学反应速度的影响很大。常温下，温度每提高10℃，反应速度约提高2～4倍。同时，温度对反应速度的影响也很复杂，既存在某些反应的速度随温度的增加而增加，同时又存在少数反应的速度随温度的增加而减小。燃烧过程中化学反应的速度几乎都随温度的升高而迅速增大。 在反应容积不变的情况下，反应系统压力的增高，就意味着反应物浓度增加了，从而使化学反应速度增加。 催化剂可以影响化学反应速度，但化学反应中催化剂本身并未改变。催化剂虽然也可以参加化学反应，但在另一个反应中又被还原，所以到反应终了时，它本身的化学性质并未发生变化。所有的催化作用都有一个共同的特点，即催化剂在一定条件下，仅能改变化学反应的速度，而不能改变反应在该条件下可能进行的限度，即不能改变平衡状态，而只能改变达到平衡的时间。从活化能的观点看，催化剂可以改变反应物的活化能。 3. 试述着火的机理并分析着火温度的影响因素。 着火的反应机理有二：其一是热力着火。可燃混合物由于自身的氧化反应放热或者由于外部热源的加热，使得温度不断升高，导致氧化反应加快，从而聚积更多的热量，最终导致着火。其二是链式着火。可燃物反应过程中存在链载体，当链产生的速度超过其销毁的速度，或者反应本身为支链反应，由于链载体的大量产生，使反应速度迅速增大，同时又产生更多 的链载体，最终使反应物着火. 着火温度的影响因素有燃料的物理化学性质和系统的热力条件。 4. 分析煤粉气流着火的特点。如何强化煤粉气流的着火与燃烧? 煤粉空气混合物经燃烧器以射流方式被喷入炉膛后，通过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，被迅速加热，当达到一定温度后就开始着火。试验发现，煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高一些。 为了将煤粉气流更快地加热到煤粉颗粒的着火温度，一般并不是将煤粉燃烧所需的全部空气都与煤粉混合来输送煤粉，而只是用其中一部分来输送煤粉。这部分空气称为一次风，其余的空气称为二次风和三次风。 5. 阐述炉拱、二次风对链条炉的燃烧和燃尽过程中作用。 炉拱在链条炉中主要起加快新燃料的引燃和促进炉膛内气体混合的作用。炉拱通过强化传热和控制炉内气体流动这两种方式来起作用。炉拱控制气体流动的直接效应是强化混合，间接的效应是强化着火区的传热。 二次风的主要作用是扰乱炉内气流，使之自相混合，从而使气体不完全燃烧损失和炉膛内的过量空气系数都得以降低。与炉拱相比，二次风的优点是布置灵活，调节方便，而且炉膛结构也不会因之复杂化。但二次风要消耗一定能量。一般情况下，二次风配合炉拱使用，以取得最佳效果。 6. 说明直流燃烧器和旋流燃烧器的工作原理及其优缺点。 （1）旋流燃烧器是指总的出口气流为一股绕燃烧器轴线旋转的射流的一类燃烧器。 旋转射流通过各种型式的旋流器来产生。气流在出燃烧器之前，在圆管中作螺旋运动，当它一旦离开燃烧器后，如果没有外力的作用，它应当沿螺旋线的切线方向运动，形成辐射状的环状气流。 旋转射流具有如下特点： (a) 旋转射流不但具有轴向速度，而且有较大的切向速度，从旋流燃烧器出来的气体质点既有旋转向前的趋势，又有从切向飞出的趋势，因此，气流的初期扰动非常强烈。 (b) 射流不断卷吸周围气体，其切向速度的旋转半径不断增大，切向速度衰减得很快，所以射流的后期扰动不够强烈。最大轴向速度也由于卷吸周围气体而衰减得很快，因而使旋 转射流的射程比较短。 (c) 旋转射流离开出口一段距离后的轴向速度为负值，说明射流有一个回流区。这在燃烧器中能回流高温烟气，帮助煤粉气流着火。因此，旋流燃烧器从两方面卷吸周围高温烟气。一方面从回流区回流高温烟气；另一方面旋转射流也从射流的外边界卷吸周围高温烟