10.冶金燃烧装置课件

冶金热工基础及设备,材料教研室,10.1燃烧基础知识,要控制燃烧的化学反应速度。就需要研究影响燃烧反应速度的因素。即：燃烧物质温度压力反应物混合比,燃烧过程分为三种类型：扩散燃烧动力燃烧扩散动力燃烧,10.1.1燃烧理论,燃烧过程两个阶段：着火阶段燃烧阶段,一、着火过程及方式,任何燃烧反应均有一个从反应的引发到急剧反应的反应加速过程。,1.着火的方式,自燃着火（自燃）强迫着火（点燃或点火）,把一定体积的混合气预热到某一温度，在该温度下混合气的反应速率自动加速，急剧增大直到着火。整体加热。,可燃混合气内的某一处用点火热源点着相邻一层混合气，然后燃烧波自动的传播到混合气的其余部分。局部加热。,自燃和点燃过程统称为着火过程。,2.着火机理主要分为：,热自燃机理利用外部热源加热，反应物温度不断升高，促使反应加快，直到着火。链式自燃机理链的分支使得活化中心迅速增殖，反应不断加快，直到着火。,着火温度着火延迟期,3.着火反应的两大特征:,1.热自燃过程分析：,(1)只考虑热自燃反应，忽略链式自燃反应的影响；(2)容器内混合气的成分、温度、压力是均匀的；(3)容器壁温度Tw环境温度Ts定值；(4)容器与环境之间有对流换热，对流传热系数常数(不随温度变化)；(5)反应放出的热量Q为定值。,二、热自燃过程,容器内可燃混合气化学反应的放热速率q1为：,式中：K0燃烧反应的碰撞因子;Pi反应物的分压，Pa；n反应级数；Q混合气的反应热；V容器的体积；E总反应的活化能。,式中散热系数；容器表面积；可燃混合气温度（是变量）；容器壁温。,容器壁的散热速率q2为：,第一种工况：q1与q2相交于两点第二种工况：q1与q2不相交也不相切第三种工况：q1与q2相切,一般情况下放热率q1曲线和散热率q2直线有两个交点A点和C点。A点稳定。当外界有微小扰动时，T，则q2q1，散热放热，T，回到A点;当T，q2q1,散热放热，T，回到A点。A点温度低，称为熄灭状态。C点不稳定。轻微扰动将使C点失去平衡。C点以下熄灭，C点以上着火。,q1与q2相交：,q1始终大于q2，一定能引起可燃混合气的着火。所以，这种工况是不稳定的。,q1与q2相离：,B点是临界状态，也是不稳定的。只要环境介质温度略高于T0，则q1和q2没有交点，必然导致反应混合气的着火。,图中B点为着火临界点Tb为着火温度T0为自燃温度T0Tb之间的时间为着火延迟期,q1与q2相切：,2.着火温度求解,B是着火临界点：（1）（2）,3.谢苗诺夫公式,当n1时，,A0.217E,当n2时，,A0.11E,与,的关系是线性的，其直线斜率为A,气体压力和自燃温度的关系式,热自燃温度与压力的关系Pi：T0易热自燃Pi：T0不易热自燃,应用：内燃机在高原地区，航空发动机在高空时着火性能不好。,（1）热自燃界限图对于一定的可燃混合气和反应容器，A、B均为常数。将方程式用T0pi图来表示，,（2）热自燃温度与混合气组分的关系（着火的可燃界限）,只有x1x2的浓度范围内混合气才可能着火。x2浓限（富油）；x1稀限(贫油)。,（3）着火的临界压力与容器尺寸的关系,结论：增大容器的尺寸，可以降低着火临界压力。应用：高原地区不宜用小尺寸的燃烧室。,若T0及其余参数不变，假设容器是球形，D是球直径。设n1，则PiD=定值，即着火的临界压力与容器直径成反比。,三、链式着火理论,所有的链反应都是由三个基本步骤组成的：(1)链的引发。(2)链的传递。(3)链的终止。,1.链式反应速度,假设C0为反应开始时由于热作用而生成活化中心的速率，f为链分支反应的动力学系数，g为链中断反应的动力学系数，c为活化中心的浓度，t为反应时间。,如果以a表示一个活化中心参加反应后生成最终产物的分子数，,反应速率,在低温时，f-g0，活化中心不能自动积累以加速反应；,四、强迫着火（点燃）,一般指用炽热的高温物体引燃火焰。,常用点火方法:（1）炽热物体点火（2)电火花或电弧点火(3)火焰点火,点火的可燃界限,混合比对最小点火能的影响,（1）混合气的组成为化学计量比时，Emin最小；（2）混合气变得较稀或较浓，Emin开始缓慢增加，然后陡然升高；（3）混合气存在一浓度界限x1和x2，只有浓度在x1x2范围内才可能着火，（4）小于x1或大于x2，即非常稀或非常浓时，在任何Emin下也无法着火。,研究不同着火方式的着火机理。,着火过程及方式,链反应速度,链反应的发展过程,着火的热自燃理论,着火的链式反应理论,强迫着火,强迫着火过程,常用点火方法,电火花点火,链反应的延迟期,烃类空气混合物着火（自燃）特性,着火方式与机理,着火温度,热自燃过程分析,着火温度求解,谢苗诺夫公式,热自燃界限,热自燃的延迟期,点火的可燃界限,着火概念、方式和机理，谢苗诺夫热自燃理论，链式反应理论，着火界限,谢苗诺夫热自燃理论,链式反应理论,10.1.2冶金燃料,对燃料的要求为：(1)在当前技术条件下，单位质量燃料燃烧时所放出的热量在工业上能有效地加以利用；(2)燃烧生成物呈气体状态，燃烧后的热量绝大部分含于其生成物中，并可以在放热地点加以利用生成物中所含的热量；(3)燃烧产物的性质没有毒性和侵蚀作用；(4)燃烧过程易于控制；(5)有足够的蕴藏量，便于开采。,10.1.2冶金燃料,一、燃料的性质,燃料的化学成分和燃料的发热量是燃料的两个基本特性。也是评定燃料的两个主要指标。,燃料的分类:,1.气体燃料的组成及表示方法,不可燃成分N2、CO2、SO2和H2O等,A燃料的化学组成,2.液体燃料和固体燃料的基本组成,以各种化合物形式存在的有机物质，组成元素有C、H、O、N、S、A、W等七种组成物。,A由Si02，A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等矿物杂质组成的灰分。W含有的一部分水分。,工业分析法,燃料中的碳氢化合物V，燃料着火温度低，燃烧速度快，燃烧火焰长,C，燃料发热量高,可燃成分,B液体燃料和固体燃料的分析方法,C固体和液体燃料成分的表示方法,C+H+O+N+S+A+W=100,因组成成分的内容不同，采用四种成分表示方法：供用质成分干燥质成分可燃质成分有机质成分：供用质成分是把实际供给使用的燃料中全部组成都包括在内的表示方法。,D燃料的发热量Q,单位质量或体积的燃料完全燃烧所放出的热量。,高发热量QH产物中水蒸气全部凝结为0水,低发热量QL产物中的水以20蒸气存在,当燃烧产物冷却到燃烧前的温度,A气体燃料,二、冶金用燃料的性质,冶金生产中的气体燃料主要是煤气.,天然煤气：CH4、少量C2H6等高炉煤气：CO、CO2、N2、H2、CH4等焦炉煤气：H2、CH4、少量的CO。,（3）凝固点：一般随蜡及水的含量的增加而提高。我国生产的重油的凝固点一般为3045。,B液体燃料重油,（1）粘度：对重油输送及雾化影响较大，重油常用的粘度标准是以恩氏粘度（0E）来表示，我国重油的牌号是以50时油的恩氏粘度来分类的。,（2）闪点、燃点、着火点：重油的重要性能指标，关系到用油的安全技术及燃烧条件。,C固体燃料,常用的固体燃料有煤、焦炭和粉煤。,煤有泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤。,焦炭是将煤在炼焦炉内经高温干馏煤中的挥发物、焦油、水分等挥发出去后剩下的产物。,粉煤是将煤屑