4.4燃烧过程基本理论

1、4.4 燃烧过程的基本理论概念 燃烧: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有强烈的发光现象。 可燃物质组成：可燃气体、固定碳 燃烧条件：燃料、空气、着火温度4.4.1 着火温度 燃烧过程两个阶段：“着火”及“燃烧” 着火温度 着火、燃烧过程： 热源燃料局部被加热、引燃传热给周围的燃料温度升高到着火温度周围燃料持续燃烧 影响着火温度的因素：燃料性质、散热条件1T01QTQ散Q放T121点1之前，Q1Q2 ，系统被加热，温度逐渐升高；点1处Q1=Q2，过程稳定下来；点1后， Q2Q1 ，系统受到冷却重新回到1点点1处温度不高，不能自动加速到自然着火。例：处于储存期的燃料。反

2、应放热量与系统散热量之间发生平衡 热自燃着火的充分条件低温稳定点T01QTQ1Q2T1T1不是31-2之间Q2Q1，1点过渡到2点必须有外界热量加入2点，Q1=Q2，当过程稍向左，系统被冷却到1点稍向右，系统能着火12Q2Q1Q2T01T02QT高温不稳定点T2T2T2直线与曲线有一个交点和两个交点均不能发生自燃14C点处Q1=Q2;C点左边， Q1Q2 ;C点右边， Q1Q2 ;C点为热自然着火发生的临界点，称为着火点，TC称为着火温度。Q2Q1Q2Q2T01T02T03TCQT2C着火临界条件： Q1=Q2；5初始温度为 时， Q1Q2 这种工况下，尽管可以发生自燃着火，但所对应初始条件却

3、并非自然着火的临界条件。Q2Q1Q2Q2T01T02T03TCQTT03Q2初始温度的增加有利于自燃着火的发生C6QTQ1Q2T01改变散热条件Q2Q2加强系统的散热，即增大 ，将使原有自然着火条件被破坏。例如：易燃、易爆物品仓库加强通风7QTQ2Q1Q1Q1提高系统的压力，或者浓度，将有利于发生自然着火；例如：柴油机气缸内预混可燃气高压下自然着火。影响临界着火条件因素化学动力学因素：燃料性质、混气成分、环境温度流体力学因素：气流速度、燃烧室结构尺寸8各种燃料的着火过程有所不同 加热时，由闪点燃点着火点 要想稳定燃烧，t 着火点固体燃料：受热后，先析出挥发分，然后在一定温度下挥发分先燃着，固定

4、碳（即焦炭）后燃着。Vdaf着火点气体燃料：着火温度取决于燃料的组成、触媒、加热条件等。液体燃料：94.4.2 着火浓度范围概念：气体燃料与空气混合后，体积比必须在一定的范围内，才能着火燃烧，这一范围称为着火浓度范围或着火极限(爆炸极限)。影响因素： 混合物温度，着火浓度范围 气体燃料组成：着火浓度范围随燃料组成 变化而变化104.4.3 固态炭的燃烧4.4.3.1 固态碳的燃烧机理反应机理一 C + O2 = CO2 （一次反应） CO2 + C = 2CO （二次反应）反应机理二 2C + O2 = 2CO （一次反应） 2CO + O2 = 2CO2 （二次反应）11= mCO + nC

5、O2 xC +(1/2)yO2 = CxOy CxOy CxOy + O2 m、n与温度有关9001200： 4C +3O2 = 2CO + 2CO2 1450以上： 3C +2O2 =2CO + CO2反应机理三：氧向碳表面扩散碳与氧反应的化学反应产物向外扩散 C的燃烧过程：12 炭的燃烧时氧化过程与扩散过程的结合，其燃烧速度与化学反应速度和扩散速度有关。化学反应速度扩散速度平衡时4.4.3.2 固态碳的燃烧速度13 燃烧速度常用单位时间内单位表面积燃烧的炭量表示（Vc）,而炭的消耗量与氧的消耗量之比决定于燃烧产物中CO及CO2的数量。m取值在0.3750.75内变化当燃烧产物中只有CO时，

6、m=0.75当燃烧产物中只有CO2时，m=0.375总的燃烧速度系数14低温时，化学反应速度系数小， 此时燃烧速度决定于化学反应速度系数k，燃烧速度随温度升高而急剧增加，与气流速度无关：动力燃烧区温度较高时，化学反应速度系数扩散速度系数， 此时燃烧速度决定于扩散能力，燃烧速度与气流速度有关：扩散燃烧区15燃烧速度的影响因素碳的氧化反应速度空气燃烧产物扩散速度碳粒的形状燃料与空气的混合程度表面温度1000时，为扩散燃烧164.4.4 可燃气体的燃烧 可燃气体的燃烧按链锁反应的方式进行的。H、O、OH等为连锁反应刺激物，是反应进行的必要条件生成连锁刺激物的反应如下： H22HO22OH+O2OH+

7、OO+H2OH+H174.4.4.1 氢的燃烧 链锁反应过程 （产生三个刺激物H原子） H O+H2 H2O H +O2 OH+H2 H2 OH+H2 H2O H H H 总反应 H+3H2+O22H2O+3H 184.4.4.2 一氧化碳的燃烧H和OH为链锁刺激物 O + CO CO2 H + O2 OH +CO CO2 H 连锁反应过程总反应 2CO+O2 +H2C2O+H 氢气和水气所产生的刺激物H、OH可加速一氧化碳的燃烧 193.3.4.3 气态烃的燃烧CH4的连锁反应过程 O CH4 + O CH4O + O2 H2O H2O CH4O2 HCOOH HCHO + O2 CO +

8、O CO2 O总反应：O活性原子为链锁反应的刺激物 O+ CH4+2O2 2 H2O +CO2+O气体燃烧特点：按连锁反应进行混合并加热到着火温度之后，要经过一定的感应期，才能迅速燃烧延迟着火现象203.3.5 火焰传播速度 概念火焰传播燃烧焰面不断向未燃气体移动的现象称为火焰的传播（扩散）现象火焰传播速度 燃烧焰面向未燃气体移动的速度f或：单位时间内，在火焰单位面积上所烧掉的气体体积。获得稳定火焰的条件：流速与火焰传播速度大小相等、方向相反影响火焰传播速度的因素：混合物的组成、温度、压力、水分及燃烧管道的尺寸等21可燃气体的含量与火焰传播速度之间的关系 A、H2的火焰传播速度比甲烷（CH4）

9、、乙烷（C2H6）大的很多，因H2的导温系数远大于后者；B、存在着火焰传播的极限值；C、空气过剩系数接近于1而略小于1时，速度最大； D、提高气体混合物的温度、增加燃烧管的尺寸、减少燃烧的热损失，均能使邻近的可燃气体较快地达到着火温度而燃烧，从而提高火焰传播的速度。E、回火与脱火几种可燃气体组成的可燃气体，其最大法向火焰传播速度 22例 发生炉煤气的温度为50，其体积百分组成（%）为： CO H2 CH4 CO2 N2 O2 30.6 13.2 4.0 3.4 48.6 0.2求管径为50mm时该煤气燃烧时的最大法向火焰传播速度23解:发生炉煤气的可燃物含量为： 30.6+13.2+4.0=47.8