气体燃料的燃烧ppt课件

1、第五章第五章 气体燃料的熄灭气体燃料的熄灭章节安排章节安排 5.1 气体燃料熄灭原理及特点气体燃料熄灭原理及特点 5.2 预混可燃气体的着火和熄灭预混可燃气体的着火和熄灭 5.3 气体燃料的分散熄灭气体燃料的分散熄灭5.1 气体燃料熄灭原理及特点气体燃料熄灭原理及特点气体燃料的熄灭过程气体燃料的熄灭过程完成熄灭化学反响完成熄灭化学反响混合后可燃气体混合物混合后可燃气体混合物的加热和着火阶段的加热和着火阶段燃气和空气的混合阶段燃气和空气的混合阶段三个阶段三个阶段两种类型两种类型预混熄灭预混熄灭分散熄灭分散熄灭全预混熄灭全预混熄灭半预混熄灭半预混熄灭预混熄灭预混熄灭 熄灭前已与燃气混合的空气量与该

2、燃气熄灭的实熄灭前已与燃气混合的空气量与该燃气熄灭的实际空气量之比，称为一次空气系数，当一次空气际空气量之比，称为一次空气系数，当一次空气系数大于系数大于0而小于而小于1时，称为半预混熄灭；当一次时，称为半预混熄灭；当一次空气系数大于或等于空气系数大于或等于1时，称为全预混熄灭时，称为全预混熄灭5.2 预混可燃气体的着火和熄灭预混可燃气体的着火和熄灭预混可燃气体的熄灭过程预混可燃气体的熄灭过程 有两个根本阶段有两个根本阶段 着火阶段着火阶段 熄灭的预备阶段，主要是积累热量和活化分子熄灭的预备阶段，主要是积累热量和活化分子 着火后的熄灭阶段着火后的熄灭阶段预混可燃气的着火方法预混可燃气的着火方法

3、着火方法着火方法自燃自燃点燃点燃由于外界能量的参与，而使预混由于外界能量的参与，而使预混可燃气体的化学反响速度急剧加可燃气体的化学反响速度急剧加快所引起的着火快所引起的着火由于本身温度的升高而导致化学由于本身温度的升高而导致化学反响速度自行加速所引起的着火反响速度自行加速所引起的着火爆炸式化学反响爆炸式化学反响反响机理反响机理热爆燃热爆燃链锁爆燃链锁爆燃由于链锁反响的分指由于链锁反响的分指使活化中心迅速添加，使活化中心迅速添加，导致化学反响速度急导致化学反响速度急剧增大剧增大系统内热量的积聚，使系统内热量的积聚，使温度升高，引起化学反温度升高，引起化学反响速度按阿累尼乌斯指响速度按阿累尼乌斯指

4、数规律迅速添加数规律迅速添加热自燃热自燃链锁自燃链锁自燃热自燃实际热自燃实际 又称谢苗诺夫热着火实际又称谢苗诺夫热着火实际某一反响体系在初始条件下，进展缓慢的氧化复原反某一反响体系在初始条件下，进展缓慢的氧化复原反响，反响产生热量，同时向环境散热，当产生的热量响，反响产生热量，同时向环境散热，当产生的热量大于散热时，体系的温度升高，化学反响速度加快，大于散热时，体系的温度升高，化学反响速度加快，产生更多的热量，反响体系的温度进一步升高，直至产生更多的热量，反响体系的温度进一步升高，直至着火熄灭。着火熄灭。根本思想根本思想即自热体系着火胜利与否取决于其放热要素和散热要即自热体系着火胜利与否取决于

5、其放热要素和散热要素的相互关系。素的相互关系。发生热自燃时的温度称为热自燃温度或着火温度。发生热自燃时的温度称为热自燃温度或着火温度。研讨对象：预混可燃气体，闭口系研讨对象：预混可燃气体，闭口系简化假设简化假设: : 体积为体积为V,V,外表积为外表积为S,S,壁温壁温=T0=T0 混合气初始温度为混合气初始温度为T0T0 容器对环境的总换热系数容器对环境的总换热系数不变不变 着火前容器内可燃物浓度均匀不变着火前容器内可燃物浓度均匀不变/10nE RTAQq k C e 20()SQTTV/1E RTQAe20()QB TT 放热速率放热速率 散热速率散热速率Q1TQT01T02ABC改动散热

6、条件时改动散热条件时改动初始温度时改动初始温度时Q1Q1Q2Q2改动发热曲线时改动发热曲线时Q1Q1Q2Q2热自燃条件热自燃条件 系统发生热自燃的条件是系统发生热自燃的条件是Q1=Q2。当发热曲线。当发热曲线与散热曲线只需一个切点时，此切点称为着火点与散热曲线只需一个切点时，此切点称为着火点，其对应的温度即为着火温度，其对应的温度即为着火温度着火温度是不是物性参数？着火温度是不是物性参数？着火温度的计算着火温度的计算1212CCCCT TT TT TT TQQQQTT 02CCERTCERTCA eB TTEAeBRT04122CRTEETRRE0222000222122CR TRTRTEET

7、TRREEE200CRTTTE热自燃实际的运用热自燃实际的运用 着火感应期着火感应期 着火极限：浓度极限、压力极限、温度极限着火极限：浓度极限、压力极限、温度极限 爆炸极限爆炸极限 爆炸浓度极限，如：甲烷爆炸浓度极限，如：甲烷/ /空气：空气：5 515%15% 爆炸压力极限，如：甲烷爆炸压力极限，如：甲烷/ /空气：小于空气：小于0.065MPa0.065MPa，不爆炸，不爆炸 爆炸温度极限，如：甲烷爆炸温度极限，如：甲烷/ /空气：小于空气：小于690690，不爆炸，不爆炸热自燃的感应期热自燃的感应期 定义定义预混可燃气体从初始温度加热到着火温度预混可燃气体从初始温度加热到着火温度所需的时

8、间所需的时间一切的着火过程都有感应期，长短不一，一切的着火过程都有感应期，长短不一，与温度和气体成分有关与温度和气体成分有关提高预混气体的温度和压力，或提高燃气提高预混气体的温度和压力，或提高燃气浓度，感应期可缩短浓度，感应期可缩短着火极限着火极限在自燃临界形状：1212CCCCT TT TT TT TQQQQTT 00cBERTabAcK QV C C eS TT/02()CE RTabABCEK QVCC eSRT12210CCABERTabcT TRTQK QVC C EeSE两式相除有两式相除有20CCRTTTE带入带入1得得两边取对数、整理， 得： 设反响物总摩尔浓度为C， 即CCA

9、CB xA为燃料的摩尔分数，xB为空气氧摩尔分数AACxCBBCxCccPCRT1201lnln2(1)nncnan accAAPESRTRTK QVExx20cABERTabcRTK QVC C EeSE012(1)CEnRTan acAAnnCQVK PSxxeRTE谢苗诺夫方程谢苗诺夫方程根据此方程，假设根据此方程，假设、S,VS,V、E E、Q Q、K0 K0 知，知，n=2n=2，可以，可以将上式简化为：将上式简化为：21lnln2(1)cccAAPABTTxx着火界限着火界限 反响级数为反响级数为2时的简化谢苗诺夫方程时的简化谢苗诺夫方程21lnln2(1)cccAAPABTTxx

10、压力与温度的关系浓度不变压力与温度的关系浓度不变 根据热自燃实际，在一定浓度下，着火温度与系根据热自燃实际，在一定浓度下，着火温度与系统的压力成反比统的压力成反比非着火区着火区PcTc物资名称 自燃点（） 0.1MPa 0.15MPa 0.20MPa 0.25MPa 0.30MPa 0.40MPa 汽油蒸汽 480 350 310 290 280 250 一定压力下的着火极限一定压力下的着火极限Tc100% xAx1x2着火PC=const 存在着火的浓度极限存在着火的浓度极限 温度升高，浓度极限范围增大，反之减小。温度升高，浓度极限范围增大，反之减小。 温度下降至某一值，系统失去爆炸性温度下

11、降至某一值，系统失去爆炸性存在着火的存在着火的温度极限温度极限 一定温度下的着火极限一定温度下的着火极限 存在着火的浓度极限存在着火的浓度极限 压力升高，浓度极限范围增大，反之减小。压力升高，浓度极限范围增大，反之减小。 压力下降至某一值，系统失去爆炸性压力下降至某一值，系统失去爆炸性存在着火的存在着火的压力极限压力极限 Pc100% xAPcx1x2T0=const链锁自燃实际链锁自燃实际烃类气体熄灭的烃类气体熄灭的“冷焰景象冷焰景象卤代烷的高效灭火性能卤代烷的高效灭火性能氢氢/氧体系的着火氧体系的着火“半岛半岛热自燃实际无热自燃实际无法解释的景象法解释的景象链锁自燃实际的根本思想链锁自燃实

12、际的根本思想在氧化反响体系中，使反响加速不一定要靠热量的积累，在氧化反响体系中，使反响加速不一定要靠热量的积累，也可以经过分支的链锁反响，迅速添加活化中心自在也可以经过分支的链锁反响，迅速添加活化中心自在基浓度，来促使反响不断加速直至着火爆炸基浓度，来促使反响不断加速直至着火爆炸 链锁自燃实际的根本出发点：链锁反响体系着火与链锁自燃实际的根本出发点：链锁反响体系着火与否取决于该体系自在基的生成速度和销毁速度之间的否取决于该体系自在基的生成速度和销毁速度之间的关系。关系。1 1温度不变，降低压力温度不变，降低压力 自在基器壁消毁速度加快自在基器壁消毁速度加快, ,当当压力下降到某一数值后，销毁速

13、压力下降到某一数值后，销毁速度等于生成速度，即到达了自燃度等于生成速度，即到达了自燃的第一极限的第一极限2 2温度不变，升高压力温度不变，升高压力 自在基气相消毁速度加快自在基气相消毁速度加快, ,当当压力升高到某一数值后，销毁速压力升高到某一数值后，销毁速度等于生成速度，到达了第二极度等于生成速度，到达了第二极限限3 3温度不变，压力再升高温度不变，压力再升高 反响放热越来越显著，放热反响放热越来越显著，放热大于散热，热量积累而使反响自大于散热，热量积累而使反响自动加速引发热自燃动加速引发热自燃点燃实际点燃实际第一，强迫着火仅仅在混合气部分点火源附近中进第一，强迫着火仅仅在混合气部分点火源附

14、近中进展，而自燃着火那么在整个混气空间进展。展，而自燃着火那么在整个混气空间进展。第二，自燃着火是全部混合气体都处于环境温度第二，自燃着火是全部混合气体都处于环境温度T0T0包围包围下，由于反响自动加速，使全部可燃混合气体的温度逐下，由于反响自动加速，使全部可燃混合气体的温度逐渐提高到自燃温度而引起。强迫着火时，混合气处于较渐提高到自燃温度而引起。强迫着火时，混合气处于较低的温度形状，为了保证火焰能在较冷的混合气体中传低的温度形状，为了保证火焰能在较冷的混合气体中传播，点火温度普通要比自燃温度高播，点火温度普通要比自燃温度高第三，可燃混合气能否被点燃，不仅取决于炽热物体附第三，可燃混合气能否被

15、点燃，不仅取决于炽热物体附面层内部分混合气能否着火，而且还取决于火焰能否在面层内部分混合气能否着火，而且还取决于火焰能否在混合气中自行传播混合气中自行传播点燃与自燃的主要区别点燃与自燃的主要区别点燃过程点燃过程0WdTdn点火临界条件：可燃混合物的点火浓度界限可燃混合物的点火浓度界限 点火浓度界限在工业上比较常用，与着火浓度界点火浓度界限在工业上比较常用，与着火浓度界限相近限相近100iiixVx预混可燃气体的熄灭预混可燃气体的熄灭 预混可燃气体的熄灭过程就是火焰的传播过程预混可燃气体的熄灭过程就是火焰的传播过程当可燃混合气的某一部分点燃着火时，将构成一个薄层火当可燃混合气的某一部分点燃着火时

16、，将构成一个薄层火焰面，火焰面产生的热量加热临近层的混合气，使其温度焰面，火焰面产生的热量加热临近层的混合气，使其温度升高至着火温度而发生熄灭。这样一层一层地着火熄灭，升高至着火温度而发生熄灭。这样一层一层地着火熄灭，把熄灭扩展到整个混合气，称为火焰传播把熄灭扩展到整个混合气，称为火焰传播熄灭化学反响只在一个薄层火焰面内进展，火焰将已燃气熄灭化学反响只在一个薄层火焰面内进展，火焰将已燃气体和未燃气体分隔开来，并非在整个混合气内同时进展体和未燃气体分隔开来，并非在整个混合气内同时进展根据流动情况，预混熄灭可以分为层流熄灭和湍流熄灭两根据流动情况，预混熄灭可以分为层流熄灭和湍流熄灭两种种一、层流熄

17、灭一、层流熄灭正在进展猛烈发光反响的气体薄层正在进展猛烈发光反响的气体薄层火焰前锋火焰前锋层流流动下火焰前锋的传播速度沿法线方向称为层流流动下火焰前锋的传播速度沿法线方向称为“正常传播速度或正常传播速度或“层流传播速度层流传播速度焰锋构造焰锋构造 正锥形火焰前锋正锥形火焰前锋 球面火焰前锋球面火焰前锋 抛物线形火焰前锋抛物线形火焰前锋 倒锥形火焰前锋倒锥形火焰前锋层流火焰传播实际层流火焰传播实际热力实际热力实际分散实际分散实际火焰中化学反响主要是由于热量的导入火焰中化学反响主要是由于热量的导入使分子热活化而引起的，所以火焰前沿使分子热活化而引起的，所以火焰前沿的反响区在空间中的挪动决议于从反响

18、的反响区在空间中的挪动决议于从反响区向新颖预混可燃气体传热的传导率区向新颖预混可燃气体传热的传导率火焰中的化学反响主要是由活化中心向火焰中的化学反响主要是由活化中心向新颖预混可燃气体分散，促使其链锁反新颖预混可燃气体分散，促使其链锁反响开展所致响开展所致热力实际不否认火焰中有活化中心存在和分散，但以为热力实际不否认火焰中有活化中心存在和分散，但以为活化中心的分散对反响速度的影响不是主要的。热力实活化中心的分散对反响速度的影响不是主要的。热力实际与实践较为接近际与实践较为接近层流火焰传播速度层流火焰传播速度 层流火焰传播速度与预混可燃气体的热分散系数层流火焰传播速度与预混可燃气体的热分散系数a的

19、平方根成正比，与平均化学反响时间的平方根成正比，与平均化学反响时间t 的平方的平方根成反比根成反比 火焰前锋面厚度火焰前锋面厚度d与火焰传播速度成反比与火焰传播速度成反比2LaSLaS层流火焰传播速度的影响要素层流火焰传播速度的影响要素可燃气体混合物的性质可燃气体混合物的性质燃料分子的构造燃料分子的构造过量空气系数过量空气系数可燃混合气的压力可燃混合气的压力mm层流火焰传播速度的影响要素层流火焰传播速度的影响要素可燃混合气的初始温度可燃混合气的初始温度混合气中的惰性气体混合气中的惰性气体多组分燃气混合物多组分燃气混合物SL计算计算例题例题 知煤气中各成分体积组成 又知其中各可燃气体组分在25m

20、m管中的最大火焰传播速度和相应燃气浓度 求煤气在25mm管中的最大火焰传播速度H2COCH4C2H4CO2O2N238.7510.9123.865.718.780.31.7H2COCH4C2H4SLi(m/s)4.831.250.671.42li(%)38.59.845.07.1 煤气中可燃成分的组成为100-18.78+0.3+1.7=79.22% 不思索不可燃气体的可燃气组成含量为 H2:38.75/79.22=48.91(%) CH4:30.12(%) CO:13.77(%) C2H4:7.20(%) 因此燃气的最大火焰传播速度为 思索不可燃的惰性气体后的实践火焰传播速度为Lmax48.

21、9130.1213.777.24.830.671.251.4238.59.8457.148.9130.1213.777.238.59.8457.1 =1.75 (m/s)SLLmax22(1 0.010.012) =1.75 (1-0.01 1.7-0.012 18.78) =1.33 (m/s)SSNCO二、湍流熄灭二、湍流熄灭火焰长度缩短，焰锋变宽，并火焰长度缩短，焰锋变宽，并有明显的噪声，焰锋不再是光滑有明显的噪声，焰锋不再是光滑的外表，而是抖动的粗糙外表，的外表，而是抖动的粗糙外表，火焰传播快。火焰传播快。 湍流火焰：湍流火焰：火焰锋面光滑，焰锋厚度火焰锋面光滑，焰锋厚度很薄，火焰传播

22、速度小。很薄，火焰传播速度小。层流火焰：层流火焰：湍流火焰传播实际湍流火焰传播实际皱折外表熄灭实际皱折外表熄灭实际容积熄灭实际容积熄灭实际湍流的脉动作用使火焰前沿面发生弯曲和皱折，显著地增湍流的脉动作用使火焰前沿面发生弯曲和皱折，显著地增大了已燃气体与未燃气体相接触的焰锋外表积，使反响速大了已燃气体与未燃气体相接触的焰锋外表积，使反响速度加快，从而使火焰传播速度度加快，从而使火焰传播速度STST增大；同时由于湍流作用增大；同时由于湍流作用使得热传导速度及活性物质分散速度加快，也促使使得热传导速度及活性物质分散速度加快，也促使STST增大；增大；湍流的脉动使燃气与熄灭产物快速混合，使火焰本质上成

23、湍流的脉动使燃气与熄灭产物快速混合，使火焰本质上成为均匀可燃混合物为均匀可燃混合物容积熄灭实际容积熄灭实际湍流对熄灭的影响以分散为主，由于分散迅速，不存在将湍流对熄灭的影响以分散为主，由于分散迅速，不存在将未燃可燃物和已燃气体分开的火焰面；每个湍动的气团内，未燃可燃物和已燃气体分开的火焰面；每个湍动的气团内，温度和浓度是均匀的，但不同气团的温度和浓度是不同的；温度和浓度是均匀的，但不同气团的温度和浓度是不同的；在整个微团内存在着快慢不同的熄灭反响，到达着火的微在整个微团内存在着快慢不同的熄灭反响，到达着火的微团整体熄灭，未到达着火条件的微团在脉动中被加热并到团整体熄灭，未到达着火条件的微团在脉动中被加热并到达着火熄灭；火焰不是延续的薄层，但四处都有；各气团达着火熄灭；火焰不是延续的薄层，但四处都有；各气团间相互浸透混合，不时构成新微团，进展不同程度的容积间相互浸透混合，不时构成新微团，进展不同程度的容积化学反响化学反响均相预混气体火焰的稳定均相预混气体火焰的稳定 1火焰稳定的两个根本条件火焰稳定的两个根本条件必需满足余弦定理必