可燃气体燃烧的分类

,燃烧学,可燃气体燃烧的分类,2,可燃性气体：指能够与空气（或氧气）在一定的浓度范围内均匀混合形成预混气，遇到火源会发生爆炸的，燃烧过程中释放出大量能量的气体，例如氢气、甲烷、乙烯、丙烷等。,燃烧学,气相燃烧是最主要的燃烧形式。【思考】为什么这么说？,燃烧学,答：液体或固体可燃物受热后一般先发生蒸发或者热解产生可燃蒸气或可燃热解气，然后与氧化剂混合燃烧。,预混燃烧概念,燃料和氧（或空气）预先混合成均匀的混合气，此可燃混合气称为预混合气，预混合气在燃烧器内进行着火、燃烧的过程称为预混合燃烧。,燃烧学,根据可燃气体与氧化剂在燃烧的状态不同，可燃气体燃烧分为预混燃烧和扩散燃烧。,典型预混合燃烧装置,燃烧学,【思考】预混燃烧器有哪些优缺点？,燃烧学,优点：在点火点之前就完成了氧化剂（空气）和燃料的混合，混合气到达燃烧区后能在瞬间燃烧完毕，燃烧充分，形成短火焰，火焰温度高。缺点：存在回火的可能性，调节比有限，空气/燃料比受限。,按火焰传播的形式分按燃料与氧化剂混合模式分按流动状态分,缓燃火焰爆轰火焰（爆震）,预混火焰扩散火焰,层流火焰湍流火焰,燃烧学,可燃气体燃烧分类,燃烧学,缓燃：依靠导热与分子扩散使未燃混合气体温度升高，并进入反应区引起化学反应，进而使燃烧波不断向未燃混合气推进。传播速度一般不大于13m/s，且传播过程是稳定的。,燃烧学,爆轰：是通过激波的压缩作用使未燃混合气的温度不断升高而引起化学反应。爆轰的传播速度常大于1000m/s。,消防关于爆轰的定义：爆轰：以冲击波为特征，超音速传播的爆炸。爆炸：由于物质急剧氧化或分解反应产生温度、压力增加或两者同时增加的现象。,10,爆炸浓度范围：通常情况下，气体混合物中可燃成分的浓度处于一定范围内时，才会发生爆炸现象。能够发生爆炸的最低浓度叫爆炸浓度下限，而能够发生爆炸的最高浓度叫做爆炸浓度上限。,燃烧学,11,燃烧学,当可燃物含量很稀或很浓时，化学反应进行很慢，单位时间内放出的总化学反应能量较小，就不能支持前沿冲击波去激发下层混合气体的化学反应。即使没有任何能量耗散，也不能使爆轰波稳定传播。,燃烧学,在混合气体的爆炸浓度范围内，存在一个最佳浓度，爆速最大、压力和反应放出热也最大。从安全角度看，最佳浓度时的威力最大、破坏效应也最严重。,浓度和爆速的关系（C2H2O2）,燃烧学,爆炸浓度极限与点火能、初始温度、压力等因素有关。点火能一般来说，点火能量越大，传给周围可燃混合物的能量越多，引起临层爆炸的能力越强，火焰越易自行传播，从而爆炸浓度范围变宽。即a,b中的a变小，b变大。但当点火能达到一定程度时，爆炸浓度范围变化就不明显了。,燃烧学,下表为甲烷和空气混合物在不同能量的点火条件下爆炸浓度极限的实验结果。当点火能达到一定程度时，对爆炸浓度极限的影响就不明显了。点火能对甲烷空气混合气体爆炸浓度极限的影响,燃烧学,初始温度初始温度升高，会使化学反应的速度加快。在相同的点火能下，可燃气体混合物的初始温度越高，燃烧反应越快，于是单位时间放热越多，火焰越易传播，因而爆炸极限范围变宽。,燃烧学,温度对爆炸极限的影响,燃烧学,压力混合气体压力提高，爆炸浓度范围扩大。处于高压下的气体，其分子比较密集，单位体积中所含混合气分子较多，分子间传热和发生化学反应比较容易，反应速度加快，而散热损失显著减少，因此爆炸浓度范围扩大。压力对爆炸浓度上限的影响较大。,燃烧学,压力对甲烷空气混合气体爆炸极限的影响,燃烧学,在减压的情况下，随着压力的降低，爆炸范围不断缩小。当压力降到某一数值时，则会出现上限浓度和下限浓度重合。如果压力再继续下降，则混合气便不会爆炸了，这一压力称为爆炸极限的临界压力。,燃烧学,惰性气体在可燃混合气中添加惰性气体，可使混合气体爆炸范围缩小。当惰性气体大于一定浓度时，混合气体便不能发生燃烧、爆炸。,燃烧学,CO2对汽油蒸气爆炸浓度极限的影响,燃烧学,按化学计量浓度估算可燃气体爆炸极限可燃混合物中的可燃物与氧或空气中的氧燃烧时到达完全氧化反应的浓度称为化学计量浓度。设可燃气体的分子式为：CaHbOc+n0O2aCO2+b/2H2O则n0=a+b/4-c/2,燃烧学,如果把空气中氧气的浓度取为20.9%，则可燃气体在完全燃烧的情况下，空气中的化学计量浓度的计算式如下：在氧气中，则为：于是，爆炸浓度极限可估算如下：,燃烧学,注意：该式可用来估算烷烃以及其它有机可燃气体的爆炸浓度极限，但不适用于乙炔以及氢、硫、氯等无机气体。,【例】C3H8+5O2=3CO2+4H2O解：n0=5在空气中：（实测值为2.1%）（实测值为9.5%）,燃烧学,在氧气中：,燃烧学,多组分可燃气体混合物的爆炸浓度极限如果多组分可燃气体反应特性接近或为同系物时，它们与空气构成的爆炸性混合物的爆炸浓度极限可根据理查特里法则计算，即式中分别为第i种组分在可燃物中的浓度。分别为第i种组分的爆炸浓度极限（下限或上限）。,燃烧学,上式需满足以下条件：各组分间不发生化学反应且爆炸时不发生催化作用；各组分的爆炸浓度极限已知。,燃烧学,【例】某天然气含甲烷80，乙烷15，丙烷4，丁烷1，求天然气的爆炸浓度极限。设A、B、C、D分别表示甲烷、乙烷、丙烷、丁烷已知,燃烧学,爆炸浓度下限：爆炸浓度上限：,以上公式均没考虑温度、压力等因素的影响,燃烧学,31,影响气体爆轰传播的因素主要有：气体爆轰波的传播速度与盛气体管子的放置方法（垂直或水平、或倾斜）、起爆源的种类、引爆端是闭口还是开口等无关，与管子的形状有关。,燃烧学,混合气体的初始温度对爆轰波速度影响很小，随温度升高，爆速稍微下降，这是因为温度高使气体密度减小所造成的。如爆鸣气（2H2O2）初始温度为100C时，测出的爆速值为2821m/s，而1000C时为2790m/s。