工程燃烧学 复习思考题(10111).doc

工 程 燃 烧 学 复 习 思 考 题1、 自然界有哪几种能量形式？说明自然界的太阳能转变为其他能量形式的过程和热力发电厂中能量的转化过程？ 机械能（位能、动能）、电能、化学能、热能（温度）、风能（速度）、光能（强度）、声能、核能、生物质能 核能太阳能生物质能（光合作用 ）; 矿物质的（煤、油、天然气）的化学能; 空气密度变化空气流动风能; 水蒸气升高空气运动雨落下高位水流动水力能; 加热各种物质（水）热能; 半导体光电效应电能（光电效应） 燃烧 传热发电厂中，煤、油、天然气的化学能-烟气的热能-工质的内能- 流动 冲击 空气炉内 电磁感应 在炉内 -工质的动能-叶片的动能-电能喷管 叶轮 发电机2、 热能利用主要表现在哪些方面？常用热能利用设备的种类和特点？通常对一个燃烧器和燃烧室各有哪些具体要求？ 热能的利用燃料得化学能（煤、石油、天然气）-高温烟气的热能 -蒸汽 -能机械能-电能 -生产（蒸煮、加热、干燥、漂洗、反应、保温）采暖通风、制冷、生活用气。 燃烧室的基本要求： 燃烧效率高完全燃烧程度、取决于燃料、燃烧方式、燃烧过程组织管理。 燃烧强度大单位时间、空间、面积上的燃烧量，结构空间小、耗材少。 燃烧稳定性好火焰正常着火、传播、稳定燃烧、不产生脱火、回火、超温、冲墙等。 燃烧污染少不产生SO2、NOx粉尘和碳黑，与燃料种类、燃烧方式、末部烟气处理有关。 燃烧器基本要求： 1）能够实现良好的混合（速差、相交、旋转）对重油、油渣、煤灰、水煤浆尤为重要。 2）点火容易，火焰稳定（点火环多头交叉，稳焰罩） 3）结构紧凑，重量轻，安装操作方便3、 何谓燃料的燃烧？完全燃烧所需要条件？气、液、固三种燃料的燃烧过程燃烧和特点？工程燃烧过程中主要存在的问题和解决的途径？工程燃烧重点研究课题有哪些？燃烧是一种复杂的物理化学过程，其本质是燃料与氧化剂发生剧烈发光发热反应。 燃烧条件有足够的温度（达到着火温度），有足够的空气和良好的混合，有足够的时间和空间，及时输入和排出燃烧产物。 主要存在的问题和解决方法 ： 可利用矿物质的燃料资源有限（煤300年，油50年，天然气50年）存在能源危机。解决方法有：大力开发新的可再生能源 能源利用率低（仅为1/2-1/3）以煤为主，燃烧技术落后，各种能量转化和传递的热工设备落后。解决方法有：开发各种高效清洁的燃烧技术，开发高效的各种热工传质设备（锅炉、冷机、换热器）。 生产的大量污染. 解决方法有：控制总量排放、达标排放、高效的脱硫脱硝和除尘过程。 存在各种安全隐患：气体燃料开采，输送，储运过程引起大火和灾难的后果、中毒；煤的开采过程中发生瓦斯爆炸，透水等恶性事故。解决方法：加强安全教育、提高防范意识，提高安全技术措施，定期检查和集中大检查4、 固体燃料种类？煤分类的依据和种类？煤的工业分析成分和性能指标？标准煤的概念和应用？石油制品的种类、成分和性能指标？气体燃料的种类、来源、成分和性能指标？ 工业分析 ： 水分（M）+灰分（A）+可挥发分（V）+固定碳（C)=100%. 特性指标:发热量（热值）单位燃料(kg、m3)完全燃烧时所释放的热量（kJ/kg），有高低位热值之分，相差值为燃烧产物中蒸气的汽化潜热。 标准煤Qgw=70004.18kJ/kg,称理想的标准煤，用于各种能量消耗的比较和统计。5、 燃料燃烧计算的基本原则？理论空气量和理论烟气量的计算？何谓空气过剩系数？当变化时对燃料燃烧有何影响？通常气、液、固燃料燃烧时的取值范围？ 理论空气量单位燃料完全燃烧所需要的最少空气量（kga/kgf）、 （Nm3/kgf） 过量空气系数 变化是分析：=1时 理论上，燃料可完全氧化燃烧，燃料与空气之比称为化学当量比。 1时 能达到空气燃烧（充分混合），但不能太大增加排烟损失，降低炉温、影响 燃烧。 6、 燃料的理论燃烧温度和理论发热温度有区别？提高实际燃烧温度有何作用？可采取哪些措施来提高燃烧温度？怎样计算烟气的焓值？在哪些情况下要考虑飞灰的焓？理论燃烧温度 : 大大增加燃烧反应速度、缩短燃烧时间和节约燃烧空间;大大增加烟气的辐射换热量， 增加200，换热量可增加90%;增加NOX的产生量，增加污染物的产生.7、 何谓化学反应速度？怎样来确定化学反应速度？主要影响反应速度的因素有哪些？在工程燃烧过程中，通常可采取哪些方法来提高化学反应速度？ 化学反应速率W单位时间内参与反应的初始反应物或最终生成物浓度的变化率。 a.温度对W的影响:当T时，对W提高的作用减少，低温时利用T来使W更有利;EW,高温对高活化能更有 利煤的燃烧，重油的燃烧。 b.活化能E : 活化能E 活化分子数增加 反应速度W,可采用各种催化剂、将饱和分子分解成离子、根、原子，从而使NE W. c.反应压力P:在燃气轮机中，采用压缩空气燃烧使W,循环增压比最大达到25，可使燃烧室体积和燃烧时间大大缩短。d.反应物浓度C1、C2、C3:增加反应物的浓度增加接触反应面积（液体和固体）液体雾化，固体粉化 ，从而使We.混合物不可燃组分对W的影响:当燃烧气体中渗有不可燃气体（N2、CO2时）W要受到影响。因此得到纯氧和富氧燃烧时，燃烧速度增加很多，切割、火箭上升等采用纯氧燃烧.8、 何谓活化能？当活化能变化时对化学反应有何影响？可采用何种方法来降低活化能？ 活化能: 普通分子变为活化分子需要吸收的最小能量 E=83700418700J/gmol;破坏旧健和建立新健所需的最少能量H2健能431200J/gmol.9、何谓链式反应？它一般有哪几个过程组成？请举例说明？ 链锁反应：采用某种方法，一旦使这个反应引发，就会发生一系列反复循环的连串反应，使反应自动进行下去，只要链载体（活化中心原子、离子、根）不消失，反应就不会停止。 链锁反应的三个过程： 链的形成光、高能电磁辐射、引入微量催化剂。 链的增长式传递，单链传递（不分枝）传递，反应速度取决于开始活化中心。分枝传递反应，速度迅速增加而引起爆炸。 链的中断，活化中心相互碰撞(P较高时)或与容器碰撞（P较低时）而消失。通常增加S/V值，P增加，引入抑制剂使链的中断加快。 10、请解释化学物理概念：预混合可燃气体、着火、热自燃、链式自燃、点燃、爆炸；热着火的机理、条件、温度和界限？链式自燃的机理、条件？请解释着火半岛现象？ 预混气体气体燃料与氧化剂（空气）均匀混合的气体。 着火把燃烧化学反应速度W剧烈增长的现象称着火。 热自燃由自身温度的不断提高，使活化分子的数量增多，而引起W剧烈增长的现象。 链锁自燃由于分枝链锁反应而使活化中心迅速增殖，而引起W剧烈增长的现象。 点燃由于外界能量的输入（电火化、电弧、炽热物体、火焰）使局部气体强烈着火，然后局部火 焰扩展到整个空间（整个点燃过程伴随着火焰的传播过程）。 爆炸化学反应速度剧烈增长，整个反应在瞬间完成。 着火机理：在一定的外界条件下，可燃物释放的热量Q1对周围散失的热量Q2时,由于内部热量不 断积聚而使活化分子不断增多，温度不断增高。这样不断加速导致着火。 系统的（临界)着火条件： 链锁自燃由于某种原因，而使活化中心数量随时间剧烈增殖引起W剧烈增长的现象。 链锁反应速度W: 活化中心浓n-热运动产生的结果，与温度有关而与链锁反应几乎无关 w1;链锁分枝反应的结果，与活化中心n浓度有关，W2=nf;活化中心自身碰撞消失（P很高时）和与壁面碰撞消失（P很低时）W3=ng .11、点燃和自燃相比有何特点？点燃方式种类和应用？使可燃混合气体易于点燃，工程上可采取哪些措施？ 自燃发生在整个容积内，从局部开始后扩散到整个空间。点燃过程伴随着火焰的传播过程，进展取决于是否能传播点燃温度比自燃温度高得多，T1000K 点燃方式和应用:用炽热物体（电阻丝，炉壁、耐火砖面）点燃，用于实验室和工业炉上。电火花和电弧点燃，是利用高压放电现象点燃可燃气体，用于打火机、燃烧器、汽油发动机等。局部火焰点燃，利用高温气体回流点燃，用于锅炉、大型燃烧器，工业炉窖。自燃方法点燃，利用活塞绝热压缩可燃气体到高温高压引起自燃，用于柴油机上。12、火焰传播的概念、机理？火焰传播的速度和影响因素？常用气体的火焰传播速度？ 火焰传播点燃局部气体着火燃烧（传播） 邻近气体燃烧（传播） 火焰传播机理在火焰前锋内进行剧烈的燃烧反应，使边界上产生很大的浓度梯度和温度梯度引起强烈的能量和质量交换邻近气体着火燃烧化学反应在空间的移动。火焰传播速度：火焰前峰法向相对于新鲜气体的移动速度用SL表示。13、平面火焰的稳定条件？为什么说平面火焰在实际过程中几乎不存在？曲面火焰的稳定条件和稳定机理？工程上常用的火焰稳定方法（图）？ a.采用各种钝体而形成的低速区.b.采用多股交叉进行点燃.c.采用气流旋转|中间形成负压,使高温气体回流.d.采用空扩在根部造成回流区并采用耐火材料进行加热点火. e.采用低速点火出口处形成低速区;f.采用逆向喷射.14、气体射流混合的种类和特点？强化燃料和空气混合的技术措施？使流体产生旋转有哪几种方法？旋流强度计算和影响因素？ a.自由射流气体由喷射入静止空气的不受空间限制的流动。特点：由于不断卷吸周围的气流，射流边界不断变宽，中心速度不断变化变小，最后淹没在大气中。 b.同轴多股射流特点:用于低压燃气具有大流量的燃烧器，相互混合着火，火焰稳定，大多用于预混合气体的无焰燃烧。 c. 相交射流 相交射流的混合更强烈，可将燃烧分成多股小流喷入空气中，也可将空气分为多股流喷入火焰中。多数用于天然气和水煤气等热值较高的燃料。 d.旋转射流 旋转作用，其扩散角很大，射程短，混合强烈中间出现一个回流区，将燃烧后的高温气体回流点火。回流区的存在对燃料的着火燃烧有很重要的作用，因此很广，几乎所有难以燃烧的燃料（重油、水浆、煤粉）都采用。 15、预混气体燃烧和气体扩散燃烧各有什么特点？怎样来组织预混气体的燃烧过程？ 预混合气体燃烧的特点: 度高2550106Kcal/nm3, 小到1.05仍能完全燃烧，辐射能力强，火焰混度高， 一般无化学不完全燃烧，燃烧效率高，污染少， 燃烧稳定性差，易发生回火和脱火，需采取措施稳焰， 预热温度受到限制， 需较高的燃气引射力，不适合与低燃气压力燃烧， 火焰为蓝色不发光火焰，黑度小，辐射力受到一定的影响，而且火焰集中在喷口附近，不易控制，主要用于环保要求高的场合。 扩散燃烧的主要特点: a) 稳定性好，不发生回火，也不易发生脱火；b) 结构简单，不需预先混合；c) 可用低压燃气，预热温度不受限制；d) 火焰强度低，火焰长，需要较大的燃烧空间；e) 值较大，=1.11.2，燃烧温度低，辐射力受到影响；f) 存在着化学不完全燃烧，污染物较多；g) 火焰为发光焰，黑度大，辐射能力增强；16、大气引射式燃烧器的原理、结构特点、性能指标？怎样进行设计计算？ 17、气体射流扩散燃烧种类？自由射流层流扩散燃烧有何特点（图）？当射流速度变化时，其火焰的长度和形状将发生什么变化（图）？为什么说化学不完全燃烧是扩散燃烧不可避免的？18、常见的燃气燃烧器有的种类、特点和应用？19、液体燃料燃烧种类？油滴燃烧过程要经过哪几个阶段？为什么说雾化过程是液体燃料燃烧的关键？ 燃烧过程的进展取决于受热蒸发、扩散混合、着火燃烧三个过程，其中最慢的过程蒸发过程是液 体燃料燃烧关键因素。 油滴的蒸发速度: S0表面积、D扩散系数、油密度、dY/dx表面的浓度梯度;D油性质决定，不易改变；dY/dx加强混合，对流和辐射传热；S0将油雾化成很小的颗粒是增强液体燃烧的最有效的方法。20、液体燃料雾化的机理、主要影响因素、质量评价指标、雾化方法？工程上常用的雾化器的种类、原理、结构、特点和应用？ 雾化机理: 外力油压形成的推进力、介质的作用力是破坏原来形状的力；内力有表面张力和粘性力，维持原来的现状的力。雾化过程：当外力内力油滴分裂，此时外力下降而内力上升，直到两种力达到平衡。 影响因素: 油压P：P上升推进力上升W上升湍流扰动大，雾化更细，用于机械雾化。 油温t：t上升粘度下降内摩擦力下降有利于雾化，一般加热100以上降低。 雾化介质的作用力（面，时间，速度差）油滴的剪切力增加雾化更细。 雾化器结构、形状、尺寸液滴速度，介质速度，相互作用面、力、时间等。质量评价指标:雾化角;喷雾射程;雾化细度;雾化均匀度;燃料的流量密度分布.雾化方法:机械雾化;气体介质雾化;旋转机械式油雾化.21、单液滴蒸发和燃烧的特点和影响因素？滴状燃烧和滴间燃烧？液滴群燃烧的特点？为了使液体燃料能稳定完全燃烧，在工程上可采取哪些技术措施？ 滴状燃烧当dd1时，油滴燃烧可保持独立的火焰面，燃烧情况与单液滴燃烧相同。滴间燃烧当dd1时，油滴燃烧不能保持独立的火焰面，油气混合物只能在油滴间进行燃烧。油滴群燃烧的特点：（1）相互之间有热量交换，减少了散热损失，强化燃烧；（2)相邻油滴同时燃烧，相互竞争氧气，延长燃烧时间；（3）具有比均匀混合可燃气燃烧更为宽广的着火界限和稳定工作范围。22、为什么说研究固体燃料燃烧很重要？煤粒的燃烧过程和需要的条件？碳粒燃烧的五个阶段、机理？燃烧速度和温度的关系？为强化固体燃料燃烧工程上常用的技术措施？碳粒燃烧机理 :表面反应:2C+O22CO ;C+O2CO2;初级反应，一次反应 气相反应:CO+O2CO2; CO2+CCO ;次级反应，二次反应 强化炭粒燃烧的措施： 低温时，要加强换热过程（高温烟气回流、高温炉墙的反射等）。 高温阶段时要加强扩散过程、交叉混合流、增加颗粒表面（粉碎增加表面积和混合过程） 加入催化剂（金属粉末），油煤混燃烧、助燃、富氧燃烧等。 23、固体燃料的燃烧方式？手烧炉、链条炉、循环流化炉、煤粉炉的原理、结构、工作特点和应用？煤粉燃烧器的种类、特点和在炉内的布置？层床燃烧-固定炉排; 层床燃烧-链条炉排; 沸腾燃烧; 悬浮燃烧;旋风燃烧 24、工程燃烧过程中烟尘产生的机理、影响因素？消除或降低烟尘的措施？常用除尘器的种类、原理、特点和应用？烟灰控制的方法:A.燃烧过程改善:a)气体燃料选择合适值，并加强混合，一般采用半预混合燃烧，采用燃料分流，空气旋转混合。b)液体燃料合理选择雾化器，采用合理的加热方式（回流、辐射面加热）提供中心风和二次风。c)固体燃料选择合理的颗粒度和水分（必要时适当加水），控制值和混合方式。 B.根据燃烧方式和锅炉容量的大小选择合理的除尘器 . C.沸腾管煤粉