燃烧学14气体燃料的简

燃烧方法与燃烧装置对于燃烧装置的要求：在燃烧能力满足规定的负荷条件下保证燃料的合理燃烧和着火、燃烧过程稳定能组织火焰，使火焰具有一定的方向、外形、刚性具有足够的、满足规定负荷的燃烧能力结构简单，坚固耐用，安全性好，使用寿命长调节合理，方便操作，管理维护方便合理、清洁、高效燃烧燃烧学第十四讲气体燃料的燃烧第十四讲气体燃料的燃烧无焰燃烧、有焰燃烧无焰燃烧的特征与特点有焰燃烧的特征与特点有焰燃烧装置无焰燃烧装置火焰稳定性防止回火措施防止脱火措施气体燃料的燃烧过程煤气与空气的混合－－需要消耗能量和时间混合后可燃气体的加热与着火完成燃烧化学反应，反应速度非常快根据煤气与空气在燃烧前的混合情况有焰燃烧法－－扩散燃烧不预先混合，火焰较长，稳定性好，燃烧时间长，火焰有鲜明的轮廓，其混合情况决定了火焰的长度无焰燃烧法－－动力燃烧混合均匀，燃烧速度取决于着火和燃烧反应速度，火焰短，无明显的火焰轮廓半无焰燃烧法－－燃烧前部分混合均匀影响煤气燃烧速度的主要因素气体燃料的燃烧过程－有焰燃烧有明显的火焰轮廓，火焰较长；由于燃料中的碳氢化合物的热解，生成较多的固体碳粒，火焰中碳黑粒子多，火焰黑度大，辐射强；特点煤气与空气可独立预热到较高的温度而不受着火温度的限制，利于用低热值煤气获得较高的燃烧温度和充分利用废气余热节约燃料；火焰稳定性好，安全，易控制；烧嘴能力范围较大，单机功率大，应用广泛。燃烧速度主要取决于煤气和空气的混合速度，与可燃气体的物理化学性质无关；气体燃料的燃烧过程－有焰燃烧适用于：各种工业炉窑的燃烧设备，特点是大容量气体烧嘴。炉子的燃料消耗量大、需要长而亮的火焰、燃料热值较低影响因素混合条件不同，火焰长度不同预热条件不同，燃烧强度不同烧嘴结构决定了火焰的形状气体燃料的燃烧过程－无焰燃烧燃烧速度比有焰燃烧快得多，整个燃烧过程在烧嘴砖内就可以结束；空气消耗系数小(1.02-1.05)，预混均匀，动力燃烧；适用于：小容量燃烧室－－燃机燃气燃烧，高炉燃气燃烧特点燃烧速度快，燃烧温度比有焰燃烧高，燃烧室空间热强度比有焰燃烧大100-1000倍；易回火，燃烧稳定性差，为防止回火和爆炸，烧嘴的燃烧能力不能太大。没有明显的火焰轮廓，火焰很短，火焰黑度小；几乎看不见；预热温度不能太高，一般控制在500以下；气体燃料的燃烧过程－气体燃烧器分类方式燃烧器类型燃气与空气混合方式预混合无焰燃烧扩散有焰燃烧大气式烧嘴（半预混合）燃气种类天燃气烧嘴各类煤气烧嘴液化石油气烧嘴燃烧能力小型烧嘴中型烧嘴大型烧嘴火焰长度短焰烧嘴长焰烧嘴流股形状扁平流烧嘴盘形流烧嘴圆形流烧嘴控制方式手动调节烧嘴比例调节烧嘴自动调节烧嘴有焰燃烧通过改变煤气和空气的混合速度，来强化燃烧和组织火焰将煤气和空气分成许多股细流使空气和煤气以不同角度相遇旋流装置来强化气流的混合改变燃烧器的结构实现这个目的氧气浓度(v/v)有焰燃烧为煤气和空气充分充分混合提供必要条件在规定负荷变化范围内保证火焰的稳定，不脱火不回火保证在规定的负荷条件下燃料完全燃烧性能良好的喷嘴的要求氧气浓度(v/v)有焰燃烧烧嘴的分类按发热量燃烧能力火焰长度火焰长度的可调性混合方法混合地点煤气和空气配比的调节方法流股形式空气与煤气预热情况燃料使用范围典型的有焰烧嘴套筒式烧嘴带涡流片的涡流式烧嘴扁缝涡流式烧嘴环缝涡流式烧嘴带旋流室的预混烧嘴火焰长度可调式烧嘴烧脏发生炉煤气烧嘴天然气烧嘴平焰烧嘴高速烧嘴自身预热式烧嘴低氧化氮烧嘴有焰燃烧－自然引风式扩散燃烧器燃气靠自身压力流入各类管式容器，然后从管子上的火孔喷射到周围空气中燃烧管式扩散燃烧器有焰燃烧－自然引风式扩散燃烧器燃气靠自身压力流入各类管式容器，然后从管子上的火孔喷射到周围空气中燃烧优点：燃烧稳定，易点火，不回火，运行可靠；结构简单，制造容易；不用鼓风，操作方便，适合低压燃气缺点：燃烧热强度低，需要较大的燃烧室；过量空气系数大，燃烧温度低有焰燃烧－强制送风式扩散燃烧器燃气燃烧所需空气由鼓风机供给，燃烧强度和火焰长度取决于燃气与空气的混合强度套管式烧嘴有焰燃烧－强制送风式扩散燃烧器导流叶片式旋流式烧嘴(DW-Ⅰ型)：中心进气蜗壳式旋流燃烧器有焰燃烧－强制送风式扩散燃烧器扁缝涡流式烧嘴(DW－Ⅱ型)环缝涡流式烧嘴：有焰燃烧－强制送风式扩散燃烧器带旋流室的预混烧嘴有焰燃烧－天然气烧嘴烧天然气烧嘴－缝状烧嘴天然气热值高燃烧时需要大量的空气；着火范围小，燃烧温度高如何混合：煤气小股进入空气中，或二者混合物形成旋涡运动，保证混合7～10个直径很小的成直线布置的小喷口喷出煤气，空气通过位于煤气喷口下方的一条狭缝喷出，在燃烧通道的前方设有耐火材料制成的栅墙有焰燃烧－平焰燃烧器螺旋叶片式平焰烧嘴：空气由螺旋片切向旋转，经大张角喇叭形烧嘴砖喷出。煤气轴向喷出，靠空气旋转时形成的负压引入平展气流。边混边烧，形成平面火焰，即向四面展开的圆盘形火焰，紧贴炉墙或炉顶内表面，将其均匀加热到很高的温度，形成辐射传热能力很强的炉墙或炉顶。有焰燃烧－平焰燃烧器平焰形成原因：1、由于旋转气流具有较大的离心力，使气流有较大的径向速度；2、由于附壁效应，气体向炉墙表面靠拢，形成平展气流有焰燃烧－低NOx烧嘴空气中氮燃料中氮氧NOxN2ONONO2N2O3NO3N2O4N2O5主要产物危害：NO对血液中血色素具有强烈亲和性(比CO大1000倍)，导致缺氧，损害中枢神经系统，引起麻痹NO2对呼吸器官有强烈的刺激作用，引起肺泡组织的化学病变NOx光化学烟雾人类植物金属构件美国日本英国有焰燃烧－低氧化氮烧嘴NOx热力型瞬发型燃料型空气中氮，在1000℃时，热力型NO高达12％，随温度下降，热力型NO迅速下降，在800℃时基本消失在有碳氢化合物存在的情况下火焰中CH+N2HCN+NC+N2CN+N，HCN与CN氧化生成NO固体燃料中的氮(75～95％)有焰燃烧－低氧化氮烧嘴***有焰燃烧－低氧化氮烧嘴废气自身循环式低NOx烧嘴：部分烟气循环到燃烧区，降低煤气浓度，防止局部高温，减少NOX生成有焰燃烧－低氧化氮烧嘴二段燃烧式低NOx烧嘴：一次空气供氧不足，造成还原区，降低燃烧温度。二次空气外围送入，火焰尾部达到完全燃烧。分段燃烧避免高温集中，减少NOX生成。有焰燃烧1总结烧嘴结构的变化主要就是为了改变煤气和空气的混合条件以适应不同情况下所需要的燃烧速度和火焰长度分析和选择有焰喷嘴的主要依据：根据煤气和空气的混合条件及其空气动力学特性来分析烧嘴的结构特点有焰烧嘴的计算设计新烧嘴煤气发热量煤气工作压力烧嘴燃烧能力确定煤气喷口、空气喷口、混合气体喷出口的断面尺寸确定烧嘴前的空气压力验算旧烧嘴根据已知烧嘴尺寸和煤气压力计算烧嘴的燃烧能力根据已知烧嘴尺寸和所需的燃烧能力计算应有的煤气压力和空气压力烧嘴流量系数和阻力系数断面尺寸和空气压力无焰燃烧-喷射式无焰燃烧特点及烧嘴结构无焰燃烧：空气和煤气在进入燃烧室或炉膛之前必须达到均匀混合利用喷射器，以煤气作为喷射介质，空气作为被喷射介质，依靠燃气的动能吸入燃烧所需的空气，二者通过喷射器达到均匀混合－－喷射式无焰燃烧器，简称喷射式烧嘴，过量空气系数约为1.05-1.10。煤气喷口空气调节阀空气吸入口混合管扩压管喷头燃烧坑道无焰燃烧-喷射式无焰燃烧特点及烧嘴结构低热值煤气喷射式烧嘴－热风式：设计与使用注意事项：空气和煤气的预热温度不得超过所允许的最高温度，以免引起煤气在烧嘴内部提前着火燃烧。空气和煤气最高允许温度应该根据混合气体的着火温度来决定；还受到煤气中碳氢化合物在高温下发生热分解的限制，所以，空气预热温度不的超过500℃，煤气预热温度不得超过300℃空气煤气预热后，火焰传播速度有所提高，容易发生回火，因此应相应地提高混合气体的出口速度。无焰燃烧-半预混燃烧器---大气引射型燃烧器引射器：由吸气收缩段、混合段、扩压段组成，利用高速喷射的燃气引射空气，使两者进行良好的混合，并使引射器末端具有足够的余压，使可燃混合气能够克服火孔的流阻以较大的流速稳定喷出。a<1,(0.45~0.75)a>1燃气喷嘴：收缩形，以增大燃气的喷射速度，并使出口断面上气流分布均匀，提高引射效率燃烧器头部：将可燃半预混气均匀地分配到各个火孔中，并使二次风能够均匀地到达各个火孔，以实现高效稳定燃烧火焰的稳定性－回火稳定性：在规定的燃烧条件下，火焰能保持一定的位置和体积，既不回火，也不脱火回火的根本原因：火焰传播速度与气流喷出速度之间的动平衡遭到破坏，火焰传播速度大于气流喷出速度所致。防止回火的措施：可燃混合气体从烧嘴流出的速度必须大于某一临界速度，后者与煤气成分、预热温度、烧嘴口径及气流性质等有关；当空气或煤气预热时，其出口速度还应该提高；注意保证出口断面上速度的均匀分布，避免使气流受到外界的扰动；对于燃烧能力大的烧嘴，需用气冷或水冷将烧嘴头进行冷却。火焰的稳定性－断火(火焰脱离和熄灭)有焰燃烧时的火焰比无焰燃烧时稳定，原因：在扩散燃烧时，烧嘴出口附近的煤气和空气在混合过程中能形成各种浓度的可燃混合气体，其中包括火焰传播速度最大的气体，因而有利于构成稳定的点火热源；而无焰燃烧时，从烧嘴流出的是已经按照化学当量比例混合好的可燃气体，甚至是稍贫的气体(空气过剩系数大于1)，这种气体由于受到燃烧后气体的冲淡，火焰传播速度显著下降，容易造成火焰的脱离和熄灭。防止断火的措施：使气体的喷出速度与火焰传播速度相适应；采取措施构成强有力的点火源火焰的稳定性－断火(火焰脱离和熄灭)燃烧通道突扩保证部分高温烟气回流到火焰根部火焰的稳定性－断火(火焰脱离和熄灭)在燃烧器上安装辅助点火烧嘴或者在烧嘴前方设置起点火作用的高温砌体14复习题燃烧设备的基本性能要求是什么？什么叫无焰燃烧？无焰燃烧的特征与特点是什么？预混合气体燃烧是否是动力燃烧？非预混合燃烧是否就是扩散燃烧？什么叫有焰燃烧？有焰燃烧的特征与特点是什么？什么是火焰的稳定性？回火的根本原因及防止回火的措施？为什么有焰燃烧时的火焰比无焰燃烧时稳定，不容易发生脱火？防止断火(脱火)的措施？煤粉燃烧过程中NOx的生成类