固体废物燃烧传播过程教学PPT.ppt

第十章燃烧传播过程 1 燃烧前沿 面 实际燃烧室内燃烧前沿面应该驻定而不移动 回火与脱火 2 火焰传播速度 1 正常 层流 传播速度 ul 当可燃混合物为层流流动或静止不动时所得到的燃烧前沿传播速度 这时 火焰前沿是一平整的形状 2 紊流传播速度 ut 当可燃混合物为紊流流动时所得到的燃烧前沿传播速度 这时 火焰前沿是不平整的 是紊乱的 曲折的 这也是实际条件下得到的 第二节燃烧前沿正常传播速度 燃烧前沿的传播过程质量交换热量交换化学反应描写燃烧前沿的方程式导热方程扩散方程 燃烧前沿导热微分方程的建立 预热区 反应区 x dx x 设可燃混合物的初始温度为t0 最终达到的燃烧温度为tk 反应区与预热区交接处的温度为tb则反应区的热平衡关系 该单元体 单位面积 中的热收入项 化学反应放热单元体下游 x dx 界面向该单元体传入热量 该单元体 单位面积 中的热支出项 由单元体向上游边界传出的热量 该单元体温度升高消耗的热量 根据收支平衡 简化假设 化学反应只是在温度接近于最终温度的较窄范围内进行 那么反应区温度升高所消耗的热量dq4便忽略不计 1 对二阶齐次方程求解 令 则 1 式变为 为常物项 又由于 所以 定解条件反应高温区间为 tb tk 且 t tb y y1 t tk y y2 在此条件下对微分方程积分得 2 y1即为通过t tb 的热流 因为y2 0 且在反应区温度升高而消耗的热量已忽略不计 故热流应与反应区放出的热量相等 即 3 另 2 式等于 3 式 即得正常传播速度为 qw为单位时间单位体积的反应释热量 即单位体积的释热速度 根据化学动力学的原理 这一释热速度与温度的关系如图10 3 可以得到 因为 由图得到 正常传播速度的影响因素 一 绝热条件下 近似绝热条件 1 可燃气体种类影响ul 正常传播速度的影响因素 2 可燃气体浓度 空气消耗系数 的影响 注意 正常传播速度的最大值并不是在n 1 0的地方 而是在n 1 0的地方 这是应为 在煤气浓度偏高的条件下 燃烧链锁反应的活化中心的浓度较大 因而燃烧反应进行较快 即得到较大的传播速度 正常传播速度的影响因素 3 氧化剂含氧量的影响 如下图 ul 正常传播速度的影响因素 4 可燃混合物的初始温度的影响 见下图 t0ul1 可以从计算ul的公式看出2 气体的导热系数随温度的升高而增加3 密度随温度的升高而减少 正常传播速度的影响因素 二 强化冷却系统中 散热系统 管径的影响 以管中燃烧传播为例 管子直径越小 相对冷却表面积越大 所以 当管子直径减少时 燃烧传播速度将减少 火焰传播临界直径 熄灭直径 当直径小于某一个值时 便不能进行燃烧反应 这时所得到的直径称为 燃烧传播临界直径 或称 熄灭直径 5 影响正常火焰传播速度的因素 1 可燃气体的浓度 空气消耗系数 2 氧化剂中的含氧量3 可燃混合物的温度4 散热条件 紊流燃烧前沿的传播 紊流流动特点流体内的传热 传质以及燃烧过程得到加强燃烧传播速度远远大于层流不仅与燃料物理化学性质有关 更与流动状态有关 紊流燃烧前沿的传播 紊流燃烧前沿火焰前沿面厚很多火焰面是紊乱的 毛刷状 伴有噪声和脉动 紊流燃烧前沿是一个近似的几何面紊流燃烧前沿传播速度紊流燃烧前沿法向相对于新鲜可燃气体的运动速度 紊流燃烧前沿的传播 紊流燃烧前沿传播速度增加的原因 1 紊流流动可能使火焰前沿变形 皱折 反应表面增加 皱折表面任一处法向速度与层流相等 2 紊流 加剧了热传导速度或活性物质的扩散速度 法向速度增加 3 紊流使可燃混和气与燃烧产物之间快速混和 使火焰本质上成为均匀预混可燃混和物 紊流燃烧前沿的传播 皱折表面燃烧理论容积燃烧理论 紊流燃烧前沿的传播 皱折表面理论紊流火焰中 存在许多大小不同的微团在不规则运动 如果这些不规则运动的微团平均尺寸相对的小于可燃预混气的层流燃烧前沿厚度时 称为小尺度紊流 反之称为大尺度紊流 紊流燃烧前沿的传播 小尺度紊流火焰 较规则的燃烧前沿面 只是燃烧前沿面厚度略大于层流火焰 大尺度紊流 大尺度弱紊流 ul u 大尺度强紊流 ul u 紊流燃烧前沿的传播 小尺度紊流火焰传播速度 邓克尔 谢尔金 紊流燃烧前沿的传播 大尺度弱紊流火焰传播速度 邓克尔 紊流火焰传播之所以比层流大 是由于紊流脉动促使火焰紊流皱折变形而使燃烧面积增大的结果 计算火焰传播速度即是计算皱折火焰表面积来确定 紊流燃烧前沿的传播 谢尔金 假设紊流火焰由无数锥形组成 所以紊流火焰传播速度与层流火焰传播速度之比等于微元锥体侧表面与锥体底面之比 提高实际工程中预混气的燃烧速度 使用ul大的预混气 提高紊流强度 提高混合气体的压力和温度 第十一章火焰的结构及其稳定 一 火焰1 定义 由前沿面 燃烧 和正在燃烧区的质点所包围的区域 2 分类 1 按燃料种类分 2 按燃料和氧化剂 空气 的预混程度分 3 按气体流动的性质分 4 按火焰中的相成分分 5 按火焰的几何形状分 二 层流预混火焰 点火圈 锥形前沿的锥底联在喷口附近 锥底面比喷口断面略大一点 并会有一小段水平段 点火后 这一水平段形成一个 点火圈 形成点火圈的原因 作用 连续点火的作用 1 正常传播速度ul 1o ul的分布 燃烧前沿面上任何一点 w cos ul 2o 火焰高度 简化 设ul c c 正锥体 锥体底面的半径与管口半径相等 可以通过流量测定的办法计算出来 3o 火焰长度 流速 火焰传播速度间的关系 火焰稳定的条件 3 回火及脱火条件 1 在0 0面 若有wnul则脱火 2 预混火焰的稳定基本原理 避免脱火和回火 脱火会造成可燃气体在燃烧室及其周围环境中的积累 一旦再遇到明火便会造成大量燃气迅速着火 从而造成大规模的爆燃 同时燃气的毒性也会影响人员安全回火容易引起燃烧器乃至储存燃气的容器发生爆炸 造成严重的设备事故或人员伤亡 4 边界速度梯度 回火 脱火的临界条件 设管内可燃混合气体的流速分布符合管中层流分布 管内气体体积流量 边界速度梯度 5 燃料浓度与回火 脱火的关系 二 紊流火焰1 火焰结构 1 结构特点 燃烧前沿厚 2 浓度变化特点 变化缓慢 3 火焰结构大致可分为三个区域 紊流预混火焰 2 主要问题 脱火保证不脱火的措施 由于质点不同方向的运动 正在燃烧的质团或高温燃烧产物返回到新鲜的可燃混合物处高强度燃烧时 采用附加手段使更多的燃烧产物回到火焰根部 或者增加附加烧嘴 防脱火措施 燃烧通道做成突扩式钝体型稳定器辅助性点火烧嘴或安置高温砌体 气流出口速度大于回火临界速度出口断面速度均匀 避免气流受外界扰动燃烧能力大的烧嘴 将烧嘴头进行冷却 烧嘴口径较小时可用空气冷却 烧嘴口径较大时用水冷 保焰技术 防回火 火焰监视和保焰技术 火焰监视系统的作用 对点火过程进行程序控制 提供切实可行的点火措施和确认点火的成功与否 核实燃烧所需的正常条件 使燃料和空气的比例及压力始终处在火焰稳定范围内 执行经常性的火焰监视任务 当火焰熄灭时 能立即作出反应 发出警报 并切断通向该燃烧装置的燃料供应系统 火焰监视和保焰技术 火焰的监视方法 直接监视法反映不及时整流棒式火焰监视装置利用火焰导电和整流作用的装置紫