第一章第1节燃烧机理

1、第一章 燃烧过程及燃烧设备 l燃烧过程的基本理论 l气体燃料的燃烧过程及燃烧设备 l液体燃烧的燃烧过程及燃烧设备 l 固体燃料的气化过程及设备 第一节 燃烧过程的基本理论 燃烧定义及燃烧类型 着火温度 着火浓度范围 火焰传播速度（气体燃料的燃烧速度） 燃烧机理 一、燃烧定义及燃烧类型 定义： 燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生 大量的热量并伴随着强烈的发光现象。 可燃物可归纳为二类，即：固态炭和可燃气体 气体燃料：可燃气体 液体燃料：加热气化，大分子气态烃高温裂化固态炭 和小分子烃或氮气（可燃气体） 固体燃料：受热挥发出可燃气体，剩下固态炭粒 燃烧类型 普通燃烧： 靠燃烧层热气体传导

2、传热给邻近的冷可燃气体 混合物而进行火焰的传播。火焰传播速度小，仅为 几米/秒；压力变化小，可视为等压燃烧过程。一般 窑炉内进行的燃烧过程均属于普通燃烧过程。 爆炸性燃烧： 靠压力波将冷可燃气体混合物加热到着火温度 以上而燃烧。火焰传播速度大，约为10004000米 /秒；通常在高温、高压下进行。原子弹爆炸属于爆 炸性燃烧。 燃烧过程及条件： 过程： 燃料和空气预热着火温度燃烧火焰传播 条件： 燃料、空气 着火温度 着火浓度 二、着火温度 定义： 任何燃料的燃烧都有“着火”和“燃烧”两 个阶段，由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应的 瞬间叫着火，转变时的最低温度称为着火温度 （在一定条件下燃料稳定

3、燃烧的最低温度） 。 影响着火温度的因素 （1）氧化速率加大或散热速率减小，着火温度降低； （2）与可燃气体的组成及参数有关， 压力高，着火温度低；可燃组分多，着火温度低； （3）与散热条件有关，周围介质温度高着火温度低； （4）与空气系数有关，燃料与接近理论需要量的 空气混合着火温度低； 表4-20某些气体或燃料在空气中的着火温度范围。 工业窑炉内着火的特点 自然着火： 容器内整个气体温度同时达到着火温度的过程， 煤气爆炸属于这种过程。 强迫着火： 在冷混合物中，用一个不大的点火热源，在某一 局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后自动 向其他地方传播，最终使整个混合物都在达到着 火燃烧。工业

4、窑炉内燃烧属于强制点火过程。 “点不着”现象 为什么？ “熄灭”现象为什么 三、着火浓度范围 定义： 气体燃料与空气的比例，必须在一定的范围内才能 进行燃烧，这一范围叫着火浓度范围或着火浓度极 限。为什么？ 如果煤气与空气在容器内混合均匀，且在着火浓度 范围内，当有明火存在时，瞬间会产生温度很高的 燃烧产物，压力急剧增大，可产生爆炸现象，故着 火浓度极限又叫爆炸极限。 可燃气体含量低于下限时，由于可燃气体量 太少，局部点燃时，其氧化反应产生的热量 不足以使邻近气体加热至着火温度以上而燃 烧。 可燃气体含量高于上限时，由于氧量太少， 局部点燃时，其氧化反应产生的热量不足以 使邻近气体加热至着火温

5、度以上而燃烧。 各种气体的着火浓度范围见表4-21 影响着火浓度范围的因素 （1）空、煤气喷入高温空间时，不受着火浓度的限制； （2）预热空、煤气混合物，着火浓度范围扩大； （3）煤气与纯氧混合燃烧时，着火浓度范围扩大。 天然气的浓度范围很小，说明什么问题？ 火焰的传播 火焰传播现象：通过热量传递使燃烧逐渐 向前推进的现象。实验说明 正在燃烧着的气体称为燃烧前沿面，也简 称燃烧前沿。如图53所示。 混合物以速度自左向右推进，产生燃烧前 沿（火焰前沿），如果 均匀，则燃烧前沿 为一平面并以速度自右向左推移。 燃烧前沿对管壁的相对位移有三种可能的 情况： 火焰传播速度的影响因素 燃料的发热量及成分

6、、煤气与空气的混合比例、 可燃混合物的初始温度等。 可燃性气体的热值高，火焰的传播速度快。 可燃气体的热导率越大，火焰传播速度就越快。 可燃气体的浓度（或表示为空气过剩系数） 当 超过一定范围时，火焰将不能传播。 注意：正常传播速度的最大值在a1的某个地 方。 可燃混合物的初始温度越高，火焰传播速度 就越大。 生产实践中常常将空气和煤气在燃烧前进行 预热。 火焰传播速度还与气流的湍流强度及传热条件 有关： 湍流强度越大，火焰传播速度就越大。 在绝热情况下，火焰传播速度较快； 当向外界散热较强时，火焰传播速度减小。 四、燃烧机理 可燃气体的燃烧机理 固态炭的燃烧机理 可燃气体的燃烧机理 可燃气体

7、主要是指氢气、一氧化碳和烃类 反应过程的实质 按链锁反应进行的，中间活化物的存在是链锁反应 进行的条件，H2的剌激物是H、OH、CO的剌激物 是H、OH，烃类的剌激物是0。 剌激物的产生过程及特点 气体间分子之间互相碰撞、气体分子在高温下分 解、电火花激发均能产生上述活化物，该反应是吸 热反应。 几种气体燃料的链锁反应过程 延迟着火现象（气体燃料的燃烧特点） 气体燃料的燃烧是按链锁反应进行的，当气 体燃料与空气的混合物加热至着火温度后， 要经过一定的感应期后才能迅速燃烧，在感 应期内不断产生含有高能量的链锁剌激物,此 时并不放出大量的热量，故不能立即使邻近 层气体温度升高而燃烧，这种现象叫延迟

8、着 火现象。 延迟着火的时间与气体燃料的种类、温度、 压力有关，温度和压力升高，延迟时间短。 固态炭的燃烧机理 炭的燃烧反应过程 气-固两相的物理化学反应，反应过程如下： O2扩散炭粒表面化学反应生成CO和CO2，CO和 CO2从炭粒表面扩散达反应达平衡。 炭的燃烧速度 燃烧速度：单位时间内单位炭粒表面所烧掉的炭量。 化学反应速度:单位时间内，单位炭粒表面上氧化反应消耗的氧量。 式中： 化学反应速度系数 炭粒表面气相中O2的浓度， 2 O kCVg k 2 O C 扩散速度: 单位时间内，扩散至单位炭粒表面的氧量 式中： 气流中心氧的浓度， 扩散速度系数 平衡条件下： OOd CCVd O C

9、 d VVdVg 整理后得： 设： 则： 222 OOdO CCkC 2 22 111 O O d O CK K C k C V d k K 11 1 m V Vc d O k mC mVVc 11 2 三个燃烧区： 动力燃烧区(800以下) 低温时，化学反应速度非常小， 即： 动力燃烧区内，燃烧速度取决于化学反应速度，与扩 散速度无关，即： 燃烧速度随温度的升高而急剧增加，与气流速度无关。 d k d k 11 kK 2 O CmkVc 扩散燃烧区（1000以上） 高温时，扩散速度系数非常小， 即： 扩散燃烧区内，燃烧速度取决于扩散速度， 与化学反应速度无关，即： 气流速度增大，燃烧速度加快，不随燃料性 质而变，与温度关系也不大。 k