工程燃烧学1绪论

1、欢迎大家来到欢迎大家来到工程燃烧学工程燃烧学课堂！课堂！课程名称：课程名称：工程燃烧学工程燃烧学课号：课号：0183100310-1School of Energy and Power Engineering课程属性：热能与动力工程学科专业基础课程必修课程课程属性：热能与动力工程学科专业基础课程必修课程教材：工程燃烧学，汪军、马其良、张振东，中国电力出版社教材：工程燃烧学，汪军、马其良、张振东，中国电力出版社任课教师：牛胜利任课教师：牛胜利 副教授副教授 山东大学能源与动力工程学院热能工程研究所山东大学能源与动力工程学院热能工程研究所动力生产动力生产：人类所需的动力生产几乎都涉及固体、液体或气

2、体燃料的燃烧，：人类所需的动力生产几乎都涉及固体、液体或气体燃料的燃烧，如电站锅炉、各种交通工具（汽车、飞机、船舶）发动机的燃料如电站锅炉、各种交通工具（汽车、飞机、船舶）发动机的燃料燃烧。燃烧。燃烧的重要性燃烧的重要性School of Energy and Power Engineering工业生产工业生产；钢、铁、有色金属、玻璃、陶瓷和水泥扥工程材料的生产过程，；钢、铁、有色金属、玻璃、陶瓷和水泥扥工程材料的生产过程，石油炼制、化肥生产、炼焦生产等加工过程都伴随有燃烧现象。石油炼制、化肥生产、炼焦生产等加工过程都伴随有燃烧现象。日常生活日常生活：在许多地方的住宅、工厂、办公室、医院及其他

3、建筑物均需要：在许多地方的住宅、工厂、办公室、医院及其他建筑物均需要采暖，多数情况下，优先的热源仍是燃料的燃烧。采暖，多数情况下，优先的热源仍是燃料的燃烧。环境保护环境保护：燃烧燃烧直接引起大气污染，精心控制燃烧过程减少污染，已：燃烧燃烧直接引起大气污染，精心控制燃烧过程减少污染，已成为近年来燃烧学研究的重要课题。成为近年来燃烧学研究的重要课题。燃烧与人们的生产、生活紧密！燃烧与人们的生产、生活紧密！燃烧的研究与探索，对社会文明进程和人类历史发燃烧的研究与探索，对社会文明进程和人类历史发展推动作用巨大！展推动作用巨大！School of Energy and Power Engineering

4、能源的概念及分类能源的概念及分类工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备火与燃烧火与燃烧工程燃烧设备工程燃烧设备工程燃烧设备的基本性能要求工程燃烧设备的基本性能要求工程燃烧的研究及发展工程燃烧的研究及发展知识知识要点要点1绪论绪论School of Energy and Power Engineering知识知识要点要点液体燃料液体燃料气体燃料气体燃料燃料分析方法燃料分析方法燃料试样的采集和制取燃料试样的采集和制取燃料的工业分析燃料的工业分析燃料的元素分析燃料的元素分析气体燃料的成分分析气体燃料的成分分析燃料热值的测定燃料热值的测定燃料的概念与分类燃料的概念与分类燃料的概念燃料的概念燃料的分类燃料

5、的分类燃料的组成和特性燃料的组成和特性燃料的组成燃料的组成燃料元素分析的成分基准及换算燃料元素分析的成分基准及换算燃料成分分析的表示基准燃料成分分析的表示基准燃料的热值燃料的热值固体燃料固体燃料煤的种类煤的种类煤的挥发分及焦炭特性煤的挥发分及焦炭特性煤灰的熔融特性及其他使用性能煤灰的熔融特性及其他使用性能2燃料概论燃料概论School of Energy and Power Engineering知识知识要点要点燃烧过程的化学反应燃烧过程的化学反应燃烧燃烧空气量的空气量的计算计算理论空气量理论空气量实际空气量和过量空气系数实际空气量和过量空气系数漏风系数和空气平衡漏风系数和空气平衡燃烧烟气量的

6、燃烧烟气量的计算计算理论烟气量的计算理论烟气量的计算完全燃烧时的实际烟气量计算完全燃烧时的实际烟气量计算不完全燃烧时烟气量的计算不完全燃烧时烟气量的计算烟气中三原子气体容积分数和烟气中三原子气体容积分数和飞灰浓度计算飞灰浓度计算3工程燃烧计算工程燃烧计算燃烧温度计算燃烧温度计算燃烧温度的几种表示方法燃烧温度的几种表示方法烟、风比热容和焓及燃烧温烟、风比热容和焓及燃烧温度的计算度的计算燃烧检测及燃烧效率燃烧检测及燃烧效率烟气成分的测定烟气成分的测定燃烧方程式燃烧方程式过量空气系数的检测计算过量空气系数的检测计算燃烧效率及不完全燃烧损失燃烧效率及不完全燃烧损失知识知识要点要点School of E

7、nergy and Power Engineering燃烧反应的热力学基础燃烧反应的热力学基础燃烧反应过程能量转换的数量关系燃烧反应过程能量转换的数量关系化学反应过程问题化学反应过程问题化学平衡化学平衡燃烧反应的化学动力学基础燃烧反应的化学动力学基础活化分活化分子碰撞理论子碰撞理论燃烧的反应速度燃烧的反应速度反应速度的活化分子碰撞理论反应速度的活化分子碰撞理论活化络合物的过渡态理论活化络合物的过渡态理论链锁反应理论链锁反应理论直链反应直链反应分枝链反应分枝链反应4燃烧理论基础燃烧理论基础燃烧过程中的射流特性及其混合燃烧过程中的射流特性及其混合过程过程平面自由射流平面自由射流同向平行流中的射流同

8、向平行流中的射流多股平行射流多股平行射流交叉射流交叉射流环形射流和同轴射流环形射流和同轴射流旋转射流旋转射流知识知识要点要点School of Energy and Power Engineering5气体燃料的燃烧气体燃料的燃烧气体燃料燃烧原理及特点气体燃料燃烧原理及特点预混可燃气体的着火预混可燃气体的着火和燃烧和燃烧预混可燃气体的着火和燃烧预混可燃气体的着火和燃烧预混可燃气体的燃烧预混可燃气体的燃烧气体燃料的扩散燃烧气体燃料的扩散燃烧层流扩散燃烧层流扩散燃烧湍流扩散燃烧湍流扩散燃烧扩散燃烧火焰的稳定扩散燃烧火焰的稳定气体燃料燃烧装置气体燃料燃烧装置全预混无焰燃烧器全预混无焰燃烧器半预混燃烧

9、器半预混燃烧器自然引风式扩散燃烧器自然引风式扩散燃烧器强制送风式扩散燃烧器强制送风式扩散燃烧器特种气体燃烧器特种气体燃烧器气体燃料的置换气体燃料的置换燃气互换性和燃烧适应性燃气互换性和燃烧适应性华白数华白数火焰的稳定性火焰的稳定性气体燃料置换的判别方法气体燃料置换的判别方法液体燃料燃烧原理液体燃料燃烧原理液体燃料的燃烧方式液体燃料的燃烧方式液体燃料的蒸发过程液体燃料的蒸发过程液体燃料的燃烧过程液体燃料的燃烧过程液体燃料的雾化过程及装置液体燃料的雾化过程及装置雾化原理及方法雾化原理及方法雾化性能及质量的评定雾化性能及质量的评定雾化的方式及常用的雾化装置雾化的方式及常用的雾化装置School of

10、 Energy and Power Engineering6 6液体燃料的燃烧液体燃料的燃烧知识知识要点要点配风原理及装置配风原理及装置配风原理配风原理配风器主要类型配风器主要类型液体燃料雾化燃烧的组织及布置液体燃料雾化燃烧的组织及布置液体燃料雾化燃烧的组织液体燃料雾化燃烧的组织油燃烧器的布置油燃烧器的布置固体燃料的燃烧过程及特点固体燃料的燃烧过程及特点煤的燃烧过程煤的燃烧过程煤的燃烧方式煤的燃烧方式煤的层状燃烧技术及装置煤的层状燃烧技术及装置层状燃烧过程及工作特性层状燃烧过程及工作特性层燃炉的特性参数层燃炉的特性参数层燃炉的主要类型及设备层燃炉的主要类型及设备煤的悬浮燃烧技术及装置煤的悬浮燃

11、烧技术及装置煤粉特性及燃烧煤粉特性及燃烧煤粉制备煤粉制备煤粉燃烧器的主要类型及设备煤粉燃烧器的主要类型及设备知识知识要点要点School of Energy and Power Engineering7固体燃料的燃烧固体燃料的燃烧煤的旋风燃烧技术及装置煤的旋风燃烧技术及装置旋风燃烧原理旋风燃烧原理旋风炉的工作原理及形式旋风炉的工作原理及形式煤的沸腾燃烧技术及装置煤的沸腾燃烧技术及装置固体燃料的流态化固体燃料的流态化沸腾燃烧的主要形式及其燃烧过程沸腾燃烧的主要形式及其燃烧过程沸腾燃烧装置沸腾燃烧装置煤燃烧新技术及发展趋势煤燃烧新技术及发展趋势煤粉燃烧中稳燃技术的研究和发展煤粉燃烧中稳燃技术的研究

12、和发展低低NOx煤粉燃烧技术的研究和发展煤粉燃烧技术的研究和发展知识知识要点要点垃圾焚烧技术原理垃圾焚烧技术原理垃圾的来源和分类垃圾的来源和分类垃圾的特点和性质垃圾的特点和性质垃圾焚烧过程和技术原理垃圾焚烧过程和技术原理垃圾焚烧的烟气、飞灰和炉渣垃圾焚烧的烟气、飞灰和炉渣垃圾焚烧的工艺流程垃圾焚烧的工艺流程垃圾焚烧系统和设备垃圾焚烧系统和设备垃圾焚烧炉类型和工作原理垃圾焚烧炉类型和工作原理机械炉排焚烧炉燃烧设备机械炉排焚烧炉燃烧设备垃圾焚烧烟气净化技术垃圾焚烧烟气净化技术9垃圾焚烧技术及装置垃圾焚烧技术及装置School of Energy and Power Engineering燃烧污染物

13、排放及控制标准燃烧污染物排放及控制标准燃烧污染物的排放现状燃烧污染物的排放现状燃烧污染物的排放控制标准燃烧污染物的排放控制标准烟尘污染与控制技术烟尘污染与控制技术烟尘种类及生成机理烟尘种类及生成机理烟尘控制技术烟尘控制技术SOx污染与控制技术污染与控制技术SOx的种类及生成机理的种类及生成机理SOx控制技术控制技术NOx污染与控制技术污染与控制技术NOx的生成机理的生成机理NOx的控制技术的控制技术知识知识要点要点School of Energy and Power Engineering10燃烧污染物控制和燃烧安全技术燃烧污染物控制和燃烧安全技术燃烧噪声与控制技术燃烧噪声与控制技术燃烧噪声燃

14、烧噪声燃烧噪声的控制燃烧噪声的控制回火及脱火的预防回火及脱火的预防回火与脱火回火与脱火防止回火的主要方法防止回火的主要方法防止脱火的主要方法防止脱火的主要方法School of Energy and Power Engineering1绪论绪论知识知识要点要点能源的概念及分类能源的概念及分类工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备火与燃烧火与燃烧工程燃烧设备工程燃烧设备工程燃烧设备的基本性能要求工程燃烧设备的基本性能要求工程燃烧的研究及发展工程燃烧的研究及发展能源的概念与分类能源的概念与分类School of Energy and Power Engineering能源能源是可从其获得热、光和动力

15、之类能量的是可从其获得热、光和动力之类能量的资源资源。科学技术百科全科学技术百科全书书能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量手段便可让它为自己提供所需的能量。大英百科全书大英百科全书在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源。日本大日本大百科全书百科全书能源是可以直接或经转换提供人类所需的光

16、、热、动力等任一形式能量的能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源载能体资源。中国中国能源百科全书能源百科全书按照能源转换和利用的层次，分为一次能源、二次能源和终端能源按照能源转换和利用的层次，分为一次能源、二次能源和终端能源。能源的概念与分类能源的概念与分类School of Energy and Power Engineering一次能源（自然能源）一次能源（自然能源）：从自然界取得的未经加工或转换的能源，如原煤、：从自然界取得的未经加工或转换的能源，如原煤、原油和天然气等矿物燃料，树木、农作物、草和水生植物等生物质燃料，原油和天然气等矿物燃料，树木、农作

17、物、草和水生植物等生物质燃料，以及太阳能、风能、水能、核能等；以及太阳能、风能、水能、核能等；二次能源二次能源：一次能源经过加工或者转换而得到的电力、各种石油产品、焦：一次能源经过加工或者转换而得到的电力、各种石油产品、焦炭、煤气、煤液、热水、蒸汽等；炭、煤气、煤液、热水、蒸汽等；终端能源终端能源：二次能源经过输送和分配，在各种用能设备中使用。：二次能源经过输送和分配，在各种用能设备中使用。天然气是少数可用作终端能源使用的一次能源。天然气是少数可用作终端能源使用的一次能源。能源的概念与分类能源的概念与分类一次能源分为可再生能源与非再生能源一次能源分为可再生能源与非再生能源。School of

18、Energy and Power Engineering可再生能源可再生能源：能够重复产生的自然资源，可供人类长期使用而不会枯：能够重复产生的自然资源，可供人类长期使用而不会枯竭，包括竭，包括太阳能、风能、水能、海洋能、潮汐能、地热能、生物质能太阳能、风能、水能、海洋能、潮汐能、地热能、生物质能等。等。非再生能源非再生能源：不能重复产生的自然资源，随着使用不断减少，短期内：不能重复产生的自然资源，随着使用不断减少，短期内不会重复产生，最终将会枯竭，包括不会重复产生，最终将会枯竭，包括煤炭、石油、天然气、核燃料等煤炭、石油、天然气、核燃料等。按照在当代人类社会经济生活中的地位，能源分为常规能源和

19、新能源。按照在当代人类社会经济生活中的地位，能源分为常规能源和新能源。常规能源常规能源：技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起：技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源，包括着重要作用的能源，包括煤炭、石油、天然气、水能、核裂变能等煤炭、石油、天然气、水能、核裂变能等。新能源新能源：虽已得到利用，或已引起人们重视，但尚未被人类大规模利：虽已得到利用，或已引起人们重视，但尚未被人类大规模利用，或在利用技术方面有待进一步研究和开发的能源，包括用，或在利用技术方面有待进一步研究和开发的能源，包括太阳能、太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能、核聚变能等风能、海洋

20、能、地热能、生物质能、核聚变能等。能源的概念与分类能源的概念与分类School of Energy and Power Engineering能源的概念与分类能源的概念与分类按照能源的使用对环境的影响情况，分为清洁能源和非清洁能源按照能源的使用对环境的影响情况，分为清洁能源和非清洁能源。School of Energy and Power Engineering非清洁能源非清洁能源：煤炭、石油等固体和液体燃料在燃烧时，会产生较大的：煤炭、石油等固体和液体燃料在燃烧时，会产生较大的污染，一般均属于非清洁能源；污染，一般均属于非清洁能源；清洁能源清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能、地热能等非燃料

21、能源基本：太阳能、风能、水能、海洋能、地热能等非燃料能源基本上不产生污染，天然气、液化石油气等气体燃料燃烧时产生的污染较上不产生污染，天然气、液化石油气等气体燃料燃烧时产生的污染较小，属于清洁能源。小，属于清洁能源。按照能源的性质和利用方式，分为燃料能源和非燃料能源。按照能源的性质和利用方式，分为燃料能源和非燃料能源。燃料能源燃料能源：包括矿物燃料（煤炭、石油、天然气等）、生物质燃料：包括矿物燃料（煤炭、石油、天然气等）、生物质燃料（木柴、植物秸秆、沼气、有机废物等）、化工燃料（甲醇、乙醇、（木柴、植物秸秆、沼气、有机废物等）、化工燃料（甲醇、乙醇、丙烷、苯胺、废塑料等）和核燃料（铀、钍、钚等

22、）四种。丙烷、苯胺、废塑料等）和核燃料（铀、钍、钚等）四种。非燃料能源非燃料能源：风能、水能、潮汐能、海洋波浪能等具有机械能，太阳：风能、水能、潮汐能、海洋波浪能等具有机械能，太阳能、地热能、海水温差能等具有热能。能、地热能、海水温差能等具有热能。能源的概念与分类能源的概念与分类School of Energy and Power Engineering2011年，我国年，我国GDP约占世界的约占世界的8.6%，但能源消耗占世界的，但能源消耗占世界的19.3%。2011年我国能源消费总量年我国能源消费总量34.78亿吨标准煤，比前一年增加亿吨标准煤，比前一年增加7%，居世界第，居世界第二位，能

23、源自给率为二位，能源自给率为90.5%，比，比2010年降低年降低0.86个百分点；我国人均能源个百分点；我国人均能源消费消费2.59吨标准煤，为世界平均水平吨标准煤，为世界平均水平。School of Energy and Power Engineering据测算，我国一次能源生产总量到据测算，我国一次能源生产总量到2050年可达到年可达到35.4亿吨标准煤，其中原亿吨标准煤，其中原煤煤33.5亿吨，原油亿吨，原油2.3亿吨，天然气亿吨，天然气1500亿立方米，水电亿立方米，水电11540亿千瓦时。亿千瓦时。能源的概念与分类能源的概念与分类工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School o

24、f Energy and Power Engineeringu火与燃烧火与燃烧定义定义：一般：一般指某些物质（通常是木柴、煤炭、石油、天然气等燃料）指某些物质（通常是木柴、煤炭、石油、天然气等燃料）在较高温度时与氧气化合而发生激烈氧化反应并释放出大量热量的现在较高温度时与氧气化合而发生激烈氧化反应并释放出大量热量的现象，是一些不同的物理和化学现象相互作用的结果象，是一些不同的物理和化学现象相互作用的结果。燃烧煤炭、石油和天然气等矿物燃料将化学能转化为热能，是人类获燃烧煤炭、石油和天然气等矿物燃料将化学能转化为热能，是人类获取大量热能、机械能和电能的主要途径。取大量热能、机械能和电能的主要途径。

25、（1）化学反应）化学反应：燃烧过程中最主要的基本现象，任何一个燃烧过程都：燃烧过程中最主要的基本现象，任何一个燃烧过程都会同时发生许多种类的化学反应。会同时发生许多种类的化学反应。（2）热量传递）热量传递：燃烧过程中必然发生的物理现象，燃烧化学反应将提：燃烧过程中必然发生的物理现象，燃烧化学反应将提高火焰介质的温度，而且这些化学反应本身对温度的敏感性也很高。高火焰介质的温度，而且这些化学反应本身对温度的敏感性也很高。在燃烧所产生的火焰中，热量的传递通过导热、辐射以及由湍流涡旋在燃烧所产生的火焰中，热量的传递通过导热、辐射以及由湍流涡旋运动而引起的热扩散进行。运动而引起的热扩散进行。School

26、 of Energy and Power Engineering工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备（3）传质）传质现象现象：广泛存在于燃烧过程中，包括：广泛存在于燃烧过程中，包括形成火焰的部分或所有气形成火焰的部分或所有气体的对流传质；火焰中某些组分相对于其他组分的分子或湍流扩散体的对流传质；火焰中某些组分相对于其他组分的分子或湍流扩散。火焰中的气体流动可能是由于火焰本身的流动所引起，也可由于浮力作火焰中的气体流动可能是由于火焰本身的流动所引起，也可由于浮力作用而产生。用而产生。火焰中的炽热气体由于浮力效应而不断上升，从而卷吸较冷的气体来加火焰中的炽热气体由于浮力效应而不断上升，从而卷吸较冷

27、的气体来加以补充，结果形成以补充，结果形成气体的对流气体的对流。燃烧中的燃烧中的扩散现象扩散现象是由于火焰中气体组分浓度的显著差异而引起的。是由于火焰中气体组分浓度的显著差异而引起的。分子扩散：分子扩散：因分子无规则热运动使火焰中气体组分由浓度较高处传递至因分子无规则热运动使火焰中气体组分由浓度较高处传递至浓度较低处的现象。浓度较低处的现象。湍流扩散：湍流扩散：在湍流火焰中，凭借气体质点的湍动来进行质量传递的现象。在湍流火焰中，凭借气体质点的湍动来进行质量传递的现象。School of Energy and Power Engineering工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备蜡烛成分主要为石

28、蜡，且常加入硬脂酸蜡烛成分主要为石蜡，且常加入硬脂酸C17H35COOH以提高软化点。以提高软化点。蜡烛燃烧的主要反应物是空气中的氧气和由蜡烛芯蒸发出来的气态可燃成蜡烛燃烧的主要反应物是空气中的氧气和由蜡烛芯蒸发出来的气态可燃成分。分。224622217352222674446261818C HOCOH OC H COOHOCOH O蜡烛燃烧与蜡烛燃烧与O、OH、CH3、HCHO等有关，通过在火焰内部进行精确测等有关，通过在火焰内部进行精确测量或者简单观察量或者简单观察火焰中出现的少量蓝色火焰中出现的少量蓝色来证实。来证实。燃烧过程中各种化学反应生成的燃烧过程中各种化学反应生成的CO2和水蒸气

29、，并提高介质温度。和水蒸气，并提高介质温度。某些情况下也会产生烟炱，而且火焰中的烟炱量多于火焰上方，由于某些情况下也会产生烟炱，而且火焰中的烟炱量多于火焰上方，由于炽热炽热烟炱颗粒发出黄光烟炱颗粒发出黄光，所以才可用肉眼识别。，所以才可用肉眼识别。School of Energy and Power Engineering从石油或页岩油的含蜡馏分经冷榨或溶剂脱蜡从石油或页岩油的含蜡馏分经冷榨或溶剂脱蜡而制得，主要有正二十二烷而制得，主要有正二十二烷C22H46和正二十八烷和正二十八烷C28H56，含碳量约，含碳量约85%，含氢量约，含氢量约14%。由由CH原子团引发的可见光辐射原子团引发的可见

30、光辐射工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备传热过程传热过程：蜡烛蜡烛燃烧时产生的黄色火焰以光辐射形式满足照明燃烧时产生的黄色火焰以光辐射形式满足照明需要；需要；产生产生的高温以辐射传热方式使蜡烛顶部被加热和液化，进一步使液的高温以辐射传热方式使蜡烛顶部被加热和液化，进一步使液态石蜡蒸发而产生在火焰中进行反应的气态燃料组分态石蜡蒸发而产生在火焰中进行反应的气态燃料组分。School of Energy and Power Engineering传质作用传质作用：与化学反应和传热作用一起将燃烧反应物带入火焰中；与化学反应和传热作用一起将燃烧反应物带入火焰中；炽热气体和燃烧产物由于浮力效应不断上升，

31、并由卷吸而来的冷空炽热气体和燃烧产物由于浮力效应不断上升，并由卷吸而来的冷空气以及来自蜡芯的气态燃料组分所替代；气以及来自蜡芯的气态燃料组分所替代；气体燃料组分与空气通过分子扩散在火焰中均匀混合，反应物分子气体燃料组分与空气通过分子扩散在火焰中均匀混合，反应物分子之间以及反应物分子与燃烧过程中产生的原子和原子团之间充分接触，之间以及反应物分子与燃烧过程中产生的原子和原子团之间充分接触，使化学反应得以发生。使化学反应得以发生。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备蜡烛的化学反应区将包含氧化性气蜡烛的化学反应区将包含氧化性气体的气态介质与包含还原性气体的体的气态介质与包含还原性气体的气体混合物分割开

32、来，形成所谓气体混合物分割开来，形成所谓扩扩散火焰散火焰或称或称非预混火焰非预混火焰。School of Energy and Power Engineering燃烧过程中，参与燃烧的是两种不燃烧过程中，参与燃烧的是两种不同类型的物质，氧化剂和还原剂，同类型的物质，氧化剂和还原剂，由不同空间位置进入燃烧反应区，由不同空间位置进入燃烧反应区，相互接触而发生燃烧反应。相互接触而发生燃烧反应。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备化学反应化学反应在火焰中发生，在火焰中发生，O2与与CH4之间的之间的反应与蜡烛火焰情况相似。火焰反应与蜡烛火焰情况相似。火焰的蓝色特征表明反应区中存在的蓝色特征表明反应区中

33、存在CH原子团。原子团。School of Energy and Power Engineering若玻璃瓶中若玻璃瓶中CH4含量很高，所含量很高，所产生的火焰将发黄光（炽热产生的火焰将发黄光（炽热烟炱颗粒引起）。烟炱颗粒引起）。预混火焰预混火焰参与燃烧的氧化剂（通常为空气）和还原剂（燃料）在到达反应区之前已参与燃烧的氧化剂（通常为空气）和还原剂（燃料）在到达反应区之前已完成混合过程，即混合过程先于燃烧过程，在化学反应、传热和传质方面完成混合过程，即混合过程先于燃烧过程，在化学反应、传热和传质方面与扩散火焰作用方式不同。与扩散火焰作用方式不同。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备传热过程传热过

34、程燃烧产生燃烧产生的火焰并非用于照明或者使燃料蒸发，而是用于加热包括预的火焰并非用于照明或者使燃料蒸发，而是用于加热包括预混的空气和混的空气和CH4在内的气体介质。在内的气体介质。燃烧过程形成一个向瓶底方向迁移的火焰锋面，将其下游区域中的可燃烧过程形成一个向瓶底方向迁移的火焰锋面，将其下游区域中的可燃混合物与其上游区域中燃烧产物隔开燃混合物与其上游区域中燃烧产物隔开。School of Energy and Power Engineering传质现象传质现象燃烧产物在传热的同时，向火焰锋面前方附近的可燃混合物中扩散；燃烧产物在传热的同时，向火焰锋面前方附近的可燃混合物中扩散；加热引起气体体积膨

35、胀，使得瓶内气体加速喷出瓶口。加热引起气体体积膨胀，使得瓶内气体加速喷出瓶口。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备u工程燃烧设备工程燃烧设备工程工程燃烧燃烧：通过有效的人为控制并在确定的燃烧设备中进行的：通过有效的人为控制并在确定的燃烧设备中进行的燃烧过燃烧过程，燃料（煤炭、石油、天然气等）和氧化剂（空气或氧气）通过一程，燃料（煤炭、石油、天然气等）和氧化剂（空气或氧气）通过一定的途径输送至燃烧空间（炉膛、燃烧室等燃烧设备）中，并按照预定的途径输送至燃烧空间（炉膛、燃烧室等燃烧设备）中，并按照预定方式混合，进而发生燃烧反应并释放出大量热量，以满足预定工业定方式混合，进而发生燃烧反应并释放出大量

36、热量，以满足预定工业过程的需要。过程的需要。燃烧方式及设备：燃烧方式及设备：火床（层状）燃烧（粒径为几十毫米的煤粒在炉排火床（层状）燃烧（粒径为几十毫米的煤粒在炉排上静止不动，或者靠机械外力作用移动，燃烧设备主要有固定炉排、上静止不动，或者靠机械外力作用移动，燃烧设备主要有固定炉排、链条炉排、往复炉排、振动炉排等链条炉排、往复炉排、振动炉排等）；）；流化流化床（沸腾）燃烧（燃煤粒径为床（沸腾）燃烧（燃煤粒径为0.2-3mm）；）；火火室（悬浮）燃烧（煤粉粒径小于室（悬浮）燃烧（煤粉粒径小于100微米，燃烧器组织煤粉气流，喷微米，燃烧器组织煤粉气流，喷入炉膛悬浮燃烧，形成类似于气体燃料燃烧时具有

37、明显轮廓的火焰）。入炉膛悬浮燃烧，形成类似于气体燃料燃烧时具有明显轮廓的火焰）。School of Energy and Power Engineering固体燃料固体燃料：烟煤、无烟煤、褐煤等天然矿物质燃料，以及木柴、焦炭、：烟煤、无烟煤、褐煤等天然矿物质燃料，以及木柴、焦炭、木炭、植物秸秆等。木炭、植物秸秆等。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备燃烧设备燃烧设备：流动性好，与工程燃烧过程常用的氧化剂空气同为气相，：流动性好，与工程燃烧过程常用的氧化剂空气同为气相，两者均通过管道送入燃烧空间；两者均通过管道送入燃烧空间；主要主要包括燃烧器（组织燃烧反应物混合并喷入炉膛或燃烧室的装置）包括燃烧

38、器（组织燃烧反应物混合并喷入炉膛或燃烧室的装置）和炉膛（发生燃烧反应的空间）。和炉膛（发生燃烧反应的空间）。气体燃料气体燃料：天然气（气田气、油田气）、液化石油气、人造煤气（焦：天然气（气田气、油田气）、液化石油气、人造煤气（焦炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气）、沼气等人工燃料；炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气）、沼气等人工燃料；燃烧设备燃烧设备：流动性较好，但燃料的沸点低于燃点，必须先蒸发成燃料：流动性较好，但燃料的沸点低于燃点，必须先蒸发成燃料蒸气，然后与氧化剂空气混合，发生燃烧。蒸气，然后与氧化剂空气混合，发生燃烧。通常通常采用燃烧器（油烧嘴）将液体燃料破碎成大量粒径为几微米至几采用燃烧器（油烧

39、嘴）将液体燃料破碎成大量粒径为几微米至几百微米的小液滴，使其悬浮于空气中边蒸发边发生燃烧。百微米的小液滴，使其悬浮于空气中边蒸发边发生燃烧。液态燃料液态燃料：石油及其炼制加工产品，包括汽油、煤油、柴油、重油和：石油及其炼制加工产品，包括汽油、煤油、柴油、重油和渣油，以及甲醇、乙醇、植物油等。渣油，以及甲醇、乙醇、植物油等。School of Energy and Power Engineering工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备燃用气体、液体或固体燃料所获取热能的利用燃用气体、液体或固体燃料所获取热能的利用方式方式School of Energy and Power Engineering

40、采用采用热机热机，直接利用燃烧反应产生的高温高压燃气作为工质推动活，直接利用燃烧反应产生的高温高压燃气作为工质推动活塞（活塞式内燃机，如柴油机、汽油机、煤气机等）或叶轮（燃气轮塞（活塞式内燃机，如柴油机、汽油机、煤气机等）或叶轮（燃气轮机），将热能转变为机械功。机），将热能转变为机械功。活塞式内燃机和燃气轮机的燃烧空间一般容积不大，统称为活塞式内燃机和燃气轮机的燃烧空间一般容积不大，统称为燃烧室燃烧室。采用采用燃烧炉燃烧炉，利用火焰以及燃烧生成物来产生蒸汽或热水（蒸汽或，利用火焰以及燃烧生成物来产生蒸汽或热水（蒸汽或热水锅炉）推动蒸汽轮机输出机械功或者用于供暖；或利用火焰及燃热水锅炉）推动蒸汽

41、轮机输出机械功或者用于供暖；或利用火焰及燃烧生成物加热物料（工业炉窑），以满足金属冶炼、锻造加工、热处烧生成物加热物料（工业炉窑），以满足金属冶炼、锻造加工、热处理以及玻璃、陶瓷、建材等熔化、煅烧、烧成、烧结、干燥等材料加理以及玻璃、陶瓷、建材等熔化、煅烧、烧成、烧结、干燥等材料加工处理过程的需要。工处理过程的需要。燃烧加热炉的燃烧空间一般容积较大，通常称为燃烧加热炉的燃烧空间一般容积较大，通常称为炉膛炉膛。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering一、锅炉一、锅炉产生蒸汽或热水的热能动力设备，由锅和炉两大部分组成产生蒸汽或

42、热水的热能动力设备，由锅和炉两大部分组成；锅是容纳水和蒸汽并传递热量的容器，包括锅筒和由大量钢管制成的炉锅是容纳水和蒸汽并传递热量的容器，包括锅筒和由大量钢管制成的炉膛水冷壁、过热器、再热器等膛水冷壁、过热器、再热器等；炉是燃料燃烧的空间，即锅炉炉膛。燃料在炉膛中燃烧所产生的高温烟炉是燃料燃烧的空间，即锅炉炉膛。燃料在炉膛中燃烧所产生的高温烟气。通过气。通过辐射、对流和导热辐射、对流和导热三种传热方式，将烟气中的热量传递给锅内的三种传热方式，将烟气中的热量传递给锅内的水，从而产生热水或蒸汽。水，从而产生热水或蒸汽。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and P

43、ower Engineering按照用途不同按照用途不同，锅炉可分为供暖锅炉、工业锅炉、舰船锅炉和电站，锅炉可分为供暖锅炉、工业锅炉、舰船锅炉和电站锅炉锅炉；按照所燃用的燃料不同按照所燃用的燃料不同，锅炉可分为燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅，锅炉可分为燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉；炉；按照锅炉蒸发受热面中工质循环方式不同按照锅炉蒸发受热面中工质循环方式不同，锅炉可分为自然循环锅，锅炉可分为自然循环锅炉、多次强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉；炉、多次强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉；按照燃烧方式不同按照燃烧方式不同，锅炉可分为火床，锅炉可分为火床( (层燃层燃) )炉、流化床炉、流化床( (

44、沸腾沸腾) )炉和火炉和火室室( (室燃室燃) )炉炉；根据燃用煤粒的大小根据燃用煤粒的大小，燃煤锅炉可分别采用层燃、沸腾和室燃方式。燃煤锅炉可分别采用层燃、沸腾和室燃方式。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering（1）燃用煤粉的室燃炉称为煤粉炉燃用煤粉的室燃炉称为煤粉炉目前电站锅炉主要的燃烧设备目前电站锅炉主要的燃烧设备；煤粉和空气通过燃烧器喷人炉膛，全部燃料在炉膛空间内悬浮燃烧煤粉和空气通过燃烧器喷人炉膛，全部燃料在炉膛空间内悬浮燃烧，形成火炬并产生高温烟气形成火炬并产生高温烟气；煤粉燃烧器按其出口流动特性可分为旋流燃

45、烧器和直流燃烧器煤粉燃烧器按其出口流动特性可分为旋流燃烧器和直流燃烧器；燃烧器的主要作用是组织煤粉气流，加强一、二次风气流的混合，燃烧器的主要作用是组织煤粉气流，加强一、二次风气流的混合，保证煤粉气流及时、稳定着火以及煤粉火焰的稳定。保证煤粉气流及时、稳定着火以及煤粉火焰的稳定。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering（2）层燃炉相应的燃烧设备主要有翻转炉排、链条炉排、往复炉排、层燃炉相应的燃烧设备主要有翻转炉排、链条炉排、往复炉排、振动炉排等振动炉排等大部分煤在炉排上的大部分煤在炉排上的燃料燃料层中燃烧，少量煤粒或可燃气

46、体在燃料层层中燃烧，少量煤粒或可燃气体在燃料层上方空间中燃上方空间中燃；某些锅炉采用的燃烧方式某些锅炉采用的燃烧方式介于介于层燃和室燃之间，如风力抛煤机炉、层燃和室燃之间，如风力抛煤机炉、机械抛煤机炉、抛煤机链条炉等机械抛煤机炉、抛煤机链条炉等；抛煤过程对燃料造成分选作用，使许多抛煤过程对燃料造成分选作用，使许多细小煤粒悬浮在炉膛空间中细小煤粒悬浮在炉膛空间中燃烧，而较粗的煤粒则落在火床上进行燃烧燃烧，而较粗的煤粒则落在火床上进行燃烧；采用抛煤机的炉子中实际上是层燃与悬浮燃烧的综合燃烧过程，形采用抛煤机的炉子中实际上是层燃与悬浮燃烧的综合燃烧过程，形成火炬一层燃炉。成火炬一层燃炉。工程燃烧与燃

47、烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering（3）采用流化床采用流化床(沸腾沸腾)燃烧方式的燃煤锅炉燃烧方式的燃煤锅炉，又称为沸腾炉又称为沸腾炉主要燃烧设备有布风主要燃烧设备有布风装装置置(炉箅炉箅)和炉膛和炉膛；布风装置的主要作用是均匀地分配空气，使其沿着炉膛底部截面均布风装置的主要作用是均匀地分配空气，使其沿着炉膛底部截面均匀地进入炉内，以保证煤粒的均匀流化匀地进入炉内，以保证煤粒的均匀流化；由进料口加人炉子沸腾段的煤粒受到气流的流化作用迅速与沸腾、由进料口加人炉子沸腾段的煤粒受到气流的流化作用迅速与沸腾、燃烧着的燃烧层中的颗粒混合，

48、形成沸腾床，并在上下翻滚运动中着燃烧着的燃烧层中的颗粒混合，形成沸腾床，并在上下翻滚运动中着火和燃烧火和燃烧；一部分细粉被上升气流吹出沸腾段，一部分细粉被上升气流吹出沸腾段，进入进入沸腾段之上的悬浮段，进沸腾段之上的悬浮段，进行悬浮燃烧行悬浮燃烧。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering燃油锅炉和燃气锅炉燃油锅炉和燃气锅炉均为室燃炉，炉膛结构与煤粉炉基本上相同，均为室燃炉，炉膛结构与煤粉炉基本上相同，燃油和气体燃料全部燃油和气体燃料全部在炉膛空间内做悬浮燃烧在炉膛空间内做悬浮燃烧；燃油锅炉中，燃油总是先雾化成细小油滴后再喷

49、入炉膛内进行燃烧燃油锅炉中，燃油总是先雾化成细小油滴后再喷入炉膛内进行燃烧（极大地增大燃料的表面积，以便通过空间燃烧达到燃烧迅速和完全极大地增大燃料的表面积，以便通过空间燃烧达到燃烧迅速和完全的目的的目的）；油燃烧器是将燃油雾化并进行合理配风的装置，主要由雾化器和配油燃烧器是将燃油雾化并进行合理配风的装置，主要由雾化器和配风器组成风器组成；燃油通过雾化器雾化成细小油滴，以一定的雾化角喷入护膛燃油通过雾化器雾化成细小油滴，以一定的雾化角喷入护膛；具有一定形状和速度分布的空气流由配风器具有一定形状和速度分布的空气流由配风器送入送入，形成有利的空气，形成有利的空气动力场，使空气与雾化油滴流相混合，达

50、到及时着火，充分燃尽。动力场，使空气与雾化油滴流相混合，达到及时着火，充分燃尽。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering燃油锅炉采用的雾化器主要有机械式雾化器燃油锅炉采用的雾化器主要有机械式雾化器( (包括离心式和旋杯式包括离心式和旋杯式) )和和介质式雾化器介质式雾化器( (以蒸汽或空气为介质以蒸汽或空气为介质) )两大类，以两大类，以采用离心式机械雾化器采用离心式机械雾化器为最多为最多；配风器按照气流流动的方式可分为旋流式和直流式两大类配风器按照气流流动的方式可分为旋流式和直流式两大类；旋流式配风器根据旋流叶片的结构可

51、分为轴向叶片式和切向叶片式旋流式配风器根据旋流叶片的结构可分为轴向叶片式和切向叶片式；直流式配风器又可分为平流式和纯直流式两种直流式配风器又可分为平流式和纯直流式两种；对于油燃烧器，必须提高雾化质量、保证均匀配风、保持雾化器在对于油燃烧器，必须提高雾化质量、保证均匀配风、保持雾化器在配风器中的合理位置、使雾化特性与空气动力特性相适应，才能保证配风器中的合理位置、使雾化特性与空气动力特性相适应，才能保证获得稳定、完全、低污染的燃烧。获得稳定、完全、低污染的燃烧。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering燃气锅炉燃气锅炉燃用的气

52、体燃料主要是天然气和高炉煤气燃用的气体燃料主要是天然气和高炉煤气；气体燃料的燃烧属气相反应，着火和燃烧要比固体燃料容易得多，气体燃料的燃烧属气相反应，着火和燃烧要比固体燃料容易得多，燃烧速度和燃烧的完全程度主要取决于气体燃料与空气的混合燃烧速度和燃烧的完全程度主要取决于气体燃料与空气的混合；气体燃料的燃烧方式主要有扩散燃烧和动力燃烧两种气体燃料的燃烧方式主要有扩散燃烧和动力燃烧两种；扩散燃烧是指气体燃料与空气在燃烧前无混合的燃烧扩散燃烧是指气体燃料与空气在燃烧前无混合的燃烧；动力燃烧是气体燃料与空气在着火前即混合动力燃烧是气体燃料与空气在着火前即混合；所采用的燃烧器有旋流式天然气燃烧器、多枪进

53、气平流式天然气燃所采用的燃烧器有旋流式天然气燃烧器、多枪进气平流式天然气燃烧器、中心管进气天然气燃烧器、高炉煤气无焰燃烧器等。烧器、中心管进气天然气燃烧器、高炉煤气无焰燃烧器等。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering二、工业炉窑二、工业炉窑对物料进行加热的设备对物料进行加热的设备；加热的目的是改变物料的物理、化学和机械性质，使物料便于加工加热的目的是改变物料的物理、化学和机械性质，使物料便于加工成所需要的产品成所需要的产品；主要用于钢铁和有色金属工业、机械工业、建材陶瓷工业以及化学主要用于钢铁和有色金属工业、机械工业、建

54、材陶瓷工业以及化学工业等领域中，以完成材料的熔化、精炼、热加工、热处理以及烧成、工业等领域中，以完成材料的熔化、精炼、热加工、热处理以及烧成、烧结等工艺过程烧结等工艺过程；在实际应用中，习惯上在实际应用中，习惯上将用于金属加热、熔化、熔炼和热处理的设将用于金属加热、熔化、熔炼和热处理的设备称为工业炉备称为工业炉，而，而将用于水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐类材料加热、煅将用于水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐类材料加热、煅烧、熔化、烧成、烧结的设备称为炉窑烧、熔化、烧成、烧结的设备称为炉窑。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering工程燃烧与

55、燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering按照用途不同，工业炉窑可分为按照用途不同，工业炉窑可分为加热炉加热炉和和熔炼炉熔炼炉两大类。两大类。 加热炉是在炉内使某种物料得到加热的设备加热炉是在炉内使某种物料得到加热的设备，如轧制加热炉、锻造，如轧制加热炉、锻造加热炉、热处理炉、焙烧炉、炼焦炉、煤气发生炉、裂解炉、干燥炉加热炉、热处理炉、焙烧炉、炼焦炉、煤气发生炉、裂解炉、干燥炉等；等； 熔炼炉是在炉内使物料加热并熔炼的设备熔炼炉是在炉内使物料加热并熔炼的设备，如高炉、转炉、冲天炉、，如高炉、转炉、冲天炉、玻璃熔窑等。玻璃熔窑等。按照应

56、用工业领域和被加热物料类型不同，工业炉窑可分为金属熔按照应用工业领域和被加热物料类型不同，工业炉窑可分为金属熔炼熔化炉、金属加热炉、化学工业炉、水泥窑、玻璃窑和陶瓷窑。炼熔化炉、金属加热炉、化学工业炉、水泥窑、玻璃窑和陶瓷窑。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering按照加热热源不同，工业炉窑分为按照加热热源不同，工业炉窑分为燃料炉和电加热炉燃料炉和电加热炉。燃料炉分为燃用煤、焦炭、粉煤等的燃料炉分为燃用煤、焦炭、粉煤等的固体燃料炉固体燃料炉，燃用重油、柴油，燃用重油、柴油等的等的液体燃料炉液体燃料炉，燃用天然气、煤气等的，

57、燃用天然气、煤气等的气体燃料炉气体燃料炉。在燃料炉中，加热过程依靠燃烧火焰来实现，按照加热方式不同，在燃料炉中，加热过程依靠燃烧火焰来实现，按照加热方式不同，燃料炉分为燃料炉分为直接加热直接加热和和间接加热间接加热。 直接加热直接加热（即明火加热即明火加热）指燃烧生成物直接与被加热物料相接触，指燃烧生成物直接与被加热物料相接触， 间接加热指燃烧生成物不直接接触被加热物料，而借助于某种间壁间接加热指燃烧生成物不直接接触被加热物料，而借助于某种间壁式元件式元件（如辐射加热管、对流加热管、马弗罩等如辐射加热管、对流加热管、马弗罩等）实现热量传递。实现热量传递。一般来说，工业炉窑的炉温多数比锅炉炉温高

58、，而且炉内温度分布一般来说，工业炉窑的炉温多数比锅炉炉温高，而且炉内温度分布比较均匀比较均匀。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering燃用气体燃料的工业炉窑采用煤气燃烧器燃用气体燃料的工业炉窑采用煤气燃烧器 ( (或称煤气烧嘴或称煤气烧嘴) )使使燃气燃气与空与空气混合燃烧。气混合燃烧。按煤气与空气的混合方式按煤气与空气的混合方式，分为，分为内部混合、外部混合和半混合式烧内部混合、外部混合和半混合式烧嘴。嘴。内部混合式内部混合式( (完全预混型完全预混型) )烧嘴的特点是煤气燃烧所需要的全部空气已烧嘴的特点是煤气燃烧所需要

59、的全部空气已预先在烧嘴内完全混合好，可燃气体混合物由烧嘴喷出后即可燃烧，预先在烧嘴内完全混合好，可燃气体混合物由烧嘴喷出后即可燃烧，不需要用二次空气助燃不需要用二次空气助燃； 又称又称无焰烧嘴无焰烧嘴，产生无色火焰，并能快速燃烧，产生无色火焰，并能快速燃烧； 通过设定煤气与空气的混合比例，采用这种烧嘴可形成所需要的炉通过设定煤气与空气的混合比例，采用这种烧嘴可形成所需要的炉内气氛。内气氛。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与燃烧设备School of Energy and Power Engineering煤气和空气在烧嘴外部以扩散方式混合并燃烧的烧嘴称为外部混合煤气和空气在烧嘴外部以扩散方式混合并燃

60、烧的烧嘴称为外部混合式式(或称扩散燃烧型或称扩散燃烧型)烧嘴，烧嘴， 也称也称有焰烧嘴有焰烧嘴； 燃烧调节范围较宽，而且没有回火的危险。燃烧调节范围较宽，而且没有回火的危险。半混合式半混合式(或称部分预混型或称部分预混型)烧嘴是使煤气和一部分助燃空气预先混烧嘴是使煤气和一部分助燃空气预先混合并从喷头喷出烧嘴，再将必要数量的二次空气在烧嘴外予以补足后合并从喷头喷出烧嘴，再将必要数量的二次空气在烧嘴外予以补足后进行燃烧。进行燃烧。 一次空气量占助燃空气总量的一次空气量占助燃空气总量的30%70%，调节一次空气量可改变，调节一次空气量可改变火焰长度和亮度。火焰长度和亮度。工程燃烧与燃烧设备工程燃烧与