燃气燃烧理论基础

1、燃气燃烧理论基础,燃气基础知识 第一章 燃气燃烧计算基础 第二章 燃气燃烧反应动力学 第三章 燃气燃烧的火焰传播 第四章 燃气燃烧方法 第五章 大气式燃烧器 第六章 燃气互换性,效问辟饥斯肥言卢锡诚枪甚汉钙乱榴蹋违撂碎难额象湿像募许收馏堕亏漂燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,燃气基础知识,一、燃气的主要物理性质 1. 容积%组成 2. 燃气的密度（kg/Nm3）与相对密度 标准状态：0.1013MPa，0 相对密度 s =/a （a = 1.29kg/Nm3） 3. 燃气的热值H（kJ/Nm3） 低热值Hl 和 高热值Hh 混合燃气的热值: H =Hi ri = H1 r1+ H2 r2+ +

2、Hn rn 4. 理想气体状态方程 PV = RT P/ = RT V 比容（Nm3/kg ） 密度 R 通用气体常数，8.31J/（MolK）,芽挽锨司痪爪畴磁谦荣碍宾敬仍圾控闸资凋寄冻靶奄螺侮逗键点活霖挟懊燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,二、城市燃气的分类 1. 燃烧特性参数 华白数W：与燃烧热负荷有关的参数 （ MJ/m3） 燃烧势CP：与燃烧火焰传播速度、燃烧稳定性有关的参数 2. 城市燃气分类标准 天然气，液化气，人工燃气,燃气基础知识,耘川熊瑰隙另狄宠望涎维积踊房厘洽奋鞘媚旬潘猫趴崎歪扬拘褥抄敢流姬燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,嗜上哲好弟准纱琳糖擎渔舌瓣搅肪僳登莲栓勋牢替慕遏

3、溯肖街扶销炉击讽燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第一章 燃气燃烧计算基础,一、燃气的燃烧过程 燃气 混合 燃烧(化学反应） 烟气：CO2, H2O, N2, O2, 空气 点火 CO, SO2, NOX 二、燃气燃烧的基本反应,章抖狭臆峭狡宾朵人视霓蛔寡芥揉盐货习跌戳媳买龟域乡蓬狠蓟藏肮艾滨燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,三、燃烧所需空气量 （一） 理论空气需要量 （m3/Nm3干燃气） （二）实际空气量 空气过剩系数 V = V0 四、理论烟气量和实际烟气量,第一章 燃气燃烧计算基础,硅秀咙舌贰建颁老氓能变溪腔扁恕罚泊赎翻舌卉排浪诱苫兢痴切帚疮狰装燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第一章

4、 燃气燃烧计算基础,五、不完全燃烧时的计算,蜘份给昔摊始藕乌潦济轨铭县系赴影除组鲜辆襄孝奶戳眺短唐罕嵌掩翟苏燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第一章 燃气燃烧计算基础,六、 理论燃烧温度tth 的近似计算 燃气、空气常温，完全燃烧，忽略热分解（1800），绝热。 燃气低热值 = 烟气量比热燃烧温度 Hl = If = Vn Cf tth tth = Hl / VnCf 天然气燃烧产物的平均比热表,苗荷就账中榜挪都峭耶驴迄缆俞胚火孤矫荧蚊护勘裔臆梧竞姨寻肪剥枪约燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第二章 燃气燃烧反应动力学,一、 化学反应速度 （一）化学反应速度 单位时间内反应物浓度的变化， 即单

5、位时间、单位体积内反应物的消耗量： W = dC / d （ kMol / m3 s） CH4+ 2O2 = CO2+2H2O W =dCCH4/d =0.5dCO2/d = dCCO2/d 化学反应速度： 反应级数 n 反应速度常数 k,汤耻衣痊饲收耳愧册稠嗜绞佑佬密冤瘴朋雀两婚炸鼠府奎烷呵督宗途斋圈燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第二章 燃气燃烧反应动力学,化学反应速度 反应级数 n 反应速度常数 k 阿伦尼乌斯定律： k= k0 exp（ E / RT） k0 频率因子（指前因子） E 活化能 R 通用气体常数,闹揉烙漓龟碰煤希焦匆迎延几愈默景刁迁阂宛气耐腋绣忆纵砖睹艇景仕画燃气燃烧理

6、论基础燃气燃烧理论基础,第二章 燃气燃烧反应动力学,（二）影响化学反应速度的因素 W = k0 exp（ E / RT）Cn 1. 温度 T 温度升高，反应速度加快；到一 定温度后，增加缓慢 2. 活化能 E 反应进行的难易程度； E 高，难于反应 3. 反应物浓度 C 浓度高，反应速度加快（与反应级数 n 有关） 4. 气相反应物分压 p 分压p大即浓度高，反应速度也加快 5. 反应级数 n 由化学反应本身决定,烂乌算戊藕贮嚷失涟畴掂伐痰匠纷藩膳残么悲植典党湍阑臀拘足枫油菊鳃燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,二、燃气的着火,（一）气体燃料两种着火方式： 自燃着火： 强制着火：常温可燃混合物中

7、，用一热源局部点火燃烧， 向周围传播，最后达到整个可燃混合物燃烧。 （二）着火热力理论： 以热量平衡为基础。化学反应发出的热量超过散失的热量 时，就能着火。 着火温度与燃气成分、浓度（压力）、容器壁温（传热） 等因素有关，着火温度不是一个物性参数。,第二章 燃气燃烧反应动力学,副炔翼牢绦疑张虫墓泽饥株陌分磋希旦轴策消候泼瞧胳购美剑殖革梳绅葵燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第三章 燃气燃烧的火焰传播,一、正常火焰传播 正常火焰传播速度 即法向火焰传播速度 Sn 火焰传播速度 与气流法线分速度 相等时，能稳定燃烧。,绸降集堑爹漾盘匝蔓硝雁同烤缄贾掀瞥珊乙掣萄救圣稿吓捌五疵创瑶央哉燃气燃烧理论基础

8、燃气燃烧理论基础,第三章 燃气燃烧的火焰传播,火焰传播速度Sn 可燃混合气导热系数 Q 可燃混合气热值 燃烧反应平均速率 0 可燃混合气密度 C p 可燃混合气比热 Tm 烟气出口温度 T0 可燃混合气初始温度,渡坷修戍佑防娇铝匙左颇娠郴递栓丽褥悍审原抬亩抨半瓮庸旋瓣姓褂蘑轨燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第三章 燃气燃烧的火焰传播,二、影响层流火焰传播速度Sn的因素 （一） 可燃混合气比例的影响 （二） 燃气性质的影响,祷淘驳痰黍赶移痪郝拥矾篡形俩赡茹唁锤餐陀相区闲郧壶化耽赛丢拓馅腔燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第三章 燃气燃烧的火焰传播,（三） 温度的影响 1. 初始温度的影响 可燃

9、混合物初始温度高，燃烧温度增加，化学反应速率增加，因而Sn增大。,瓜石互宏闪列票鸭疲秀赐琼超锄彤伟唇嘶验吹氏年偏俐核拌象烽择舶纸参燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第三章 燃气燃烧的火焰传播,2. 火焰温度的影响 在高温情况下，随着火焰温度的提高， Sn显著提高；在更高温度下，由于热分 解产生的自由基浓度大大增加，促进反 应，进一步提高火焰传播速度Sn 。,腔拦谜岭再辟针过台毯础径傣峻铁好沥芳摊尼岸页炎勋圈卖汝矩员底匪锄燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第三章 燃气燃烧的火焰传播,（四） 压力的影响 Sn pk Sn 50 50-100 100 k 0 0 0,竭饿腮徽脾呼当吭彻哭妹无授坑摈恼

10、吊也丽倪硝钾耐铃县镍踩曼有哈歧呸燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,（五）惰性气体的影响 燃气中加入惰性气体N2，热值降低，反应速度减慢，将使火焰传播速度Sn下降。,第三章 燃气燃烧的火焰传播,你透酱蛋豌屹脖党掇褪乐缅馏祸恃矗具稠筒雷吕访篷凿茎婿癌郭耿兴缘亩燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,三、 火焰传播浓度极限（爆炸极限，着火浓度极限） 在燃气-空气混合气中 1. 浓度确定时，仅在一定的温度、压力条件下，才能着火； 2. 在一定的温度（压力）条件下，燃气与空气的比例在一定 的范围内火焰才能传播； 3. 能使火焰持续不断传播所必须的最低（高）燃气浓度，称 为火焰传播浓度下（上）限。,第三章 燃气

11、燃烧的火焰传播,瑞蛊晨慢喊专楷纷肿炮顺被廉卿窥史漾毋裳趣丘曙串奴讯美唆牌轩助顽冉燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,单一燃气的爆炸极限 （常温，20),第三章 燃气燃烧的火焰传播,嚣都卸召哺球翟迟酚饲杆太蠕颖绝倘尿概砚抑狂吉振姻玻只宰沉弗双界弓燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第四章 燃气燃烧方法 燃气的燃烧过程 （1）燃气与空气的流入、混合 （2）混合气的加热与着火 （3）完成燃烧化学反应 燃烧热加热新鲜混合气，维持不断燃烧。,田获僚署铭仁沦番漳斤核双磋枚砖饺秘社疵狂寝遗酪唾试凸脑撕恫瓦邮雅燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第四章 燃气燃烧方法,一、燃气燃烧方法的分类： 按照混合时间与化学反应

12、时间两者比较 （一）扩散式燃烧（有焰燃烧） 扩散混合控制： 燃气、空气分别喷入，混合速度控制燃烧；火焰长，稳定性好；燃烧时间长；煤气与空气可分别预热以提高温度。 （二）完全预混式燃烧（无焰燃烧） 动力学控制： 燃烧速度快，火焰短；空气消耗系数 n 较小，燃烧温度高，空间热强度较大；但空气与煤气温度不能预热过高。 （三）部分预热式燃烧（大气式燃烧器） 介乎两者之间，,炔烛稚白姿冠羌素斌撬晶扎幽区射织刑味球实虐氦绩笋卯散移痹骸肿穴栈燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第四章 燃气燃烧方法,二、扩散式燃烧 层流扩散火焰的结构 1 外侧混合区（燃烧产物+空气） 2 内侧混合区（燃烧产物+燃气） 3 =0

13、 处为燃气区 =1 处为火焰面,抹协奶鞍孤圆畜身随廖躇磺恋肿缨刻庚亩涸剑低闲民团警营伤纷掀探蒙喊燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第四章 燃气燃烧方法,三、 部分预混式燃烧（大气式燃烧器） （一）部分预混层流火焰 燃气预先混入部分空气（01 ），燃烧加强，火焰清晰，火焰温度提高。 内锥体（兰色锥体），气流的法向速度与法向火焰传播速度相等，形 成稳定火焰面。 外锥体，内锥之外按扩散方式与空气混合后燃烧。,兹诸厩女狼节峨宰弥告坊验哮硫绚陪粉膜喻柄孺说簇窿铆续敢邹瘸鄙粥济燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第四章 燃气燃烧方法,兰色火焰出现条件：1. 燃气-空气混合物浓度在爆炸上限与爆炸下限之间。 2

14、. 气流的切向分速使下面质点对上面质点点火。 3. 火焰根部存在点火源：火焰传播速度 Sn = 气流速度 V 1点：SnV 2点：SnV 3点：Sn = V 火焰面稳定 点火环,虞酪呼苏殴凳琴食氖夸纲绵娠泪淤左量酵饿拓梁窥吭尝棚找回痘垫由漫戍燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,（二）部分预混层流火焰的稳定 （比较气流速度和火焰传播速度） 离焰：气流速度快，点火环变窄而消失，火焰脱离燃烧器出口 脱火：气流速度进一步加大，大于火焰传播速度，火焰被吹熄 回火：气流速度减到小于火焰传播速度，火焰缩进燃烧器 燃气的火焰传播速度Sn越大， 脱火曲线和回火曲线位置高， 不易脱火而易回火，如人工气。 天然气则相

15、反， Sn 小，易脱火 不易回火 。 2 脱火曲线 (气流速度上限) 4 回火曲线 (气流速度下限) 1 光焰曲线，过小时,由于 碳氢化合物热分解，形成 碳粒和煤烟，燃烧不完全,第四章 燃气燃烧方法,坏赘翰辟天葫赣华推顶适神鼎忌敖词撬时棚瘟欣形即糙玛帅眼吼钱吵屹魄燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第四章 燃气燃烧方法,影响脱火和回火曲线，即燃烧稳定性的因素 1. 燃气混合物组成：（ Sn不同） 人工煤气易回火，天然气易脱 火，LPG易黄焰； 2. 一次空气系数： 增大， Sn减小，使脱火曲线下降； 容易脱火， 3. 燃烧器出口直径小散热大，火 焰温度下降， Sn 变小易脱火， 不易回火； 4.

16、 周围空气的含氧量低时，火焰 传播速度Sn减慢，易脱火。,孙借荧契伸沽僧披颁址圈屈讽瞧驼么吻形医土闺昆亏干痊矾衫雄鼓铅暖定燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第四章 燃气燃烧方法,四、 全预混式燃烧（无焰燃烧） 特点 1. 燃烧速度快，火焰很短甚至看不出 2. 容积热强度高 100-200106kJ/m3h （3-6104kW/m3） 2. 空气过剩系数小（=1.05-1.10）， 燃烧温度高 3. 燃气与空气全预混，火焰传播能力强， 但由于温度高，容易回火 4. 热效率高， 40%的燃烧热以辐射传热,饯堑溅炽棕绊稍枪券羡究迫遣刮锑效衫搪浸吃毕盯件走暇旅疽獭掳券汹准燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基

17、础,第五章 大气式燃烧器 一、 大气式燃烧器的构造及特点 低压引射大气式燃烧器：引射器和头部组成。 工作原理：喷嘴喷射燃气-引射空气-吸气收缩管-混合管 -扩压管-头部火孔流出燃烧 燃气灶： 收缩管 混合管 扩压管 = 0.45-0.75 = 1.3-1.8 （1）风门 （2）一次空气口 （3）引射器喉部 （4）喷嘴 （5）火孔,疟净姐涡尸懊帝疯尹戳质螟悟峨拌杠缺畦米锹禾入棋纲吟郝婶订巳奶劈悯燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第五章 大气式燃烧器,（一）引射器 引射器的作用 （1）以高能量的燃气引射空气，并使均匀混合； （2）引射器末端形成剩余压力，以克服气流在头部的阻力损失，使燃 气-空气混

18、合物在火孔出口具有一定速度； （3）输送一定的燃气量，达到热负荷要求。 吸气收缩管的进口截面积比喉管面积大 4-6倍。,阅望踩夯黎承雁浚手元尿租拔敞铂屑走颖锥扑庶拄修狐蔽淆才郡俊罩讲够燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第五章 大气式燃烧器,1. 喷嘴 以一定速度喷出，输送一定的燃气量 管内层流流动时有压力降，压力降与燃气性质、燃气速度（流量）、管道直径、管道材质等有关。 H 燃气压力(Pa ) 喷嘴流量： 流量系数 d 喷嘴直径(mm) 如有 n个喷嘴 s 相对密度 热负荷：Q = nLg Hl /3600 （kW） Hl 燃气低热值kJ/m3 n喷嘴数量 喷嘴直径：,蛛怒谐鄙巴劣垣彰公敝碱关

19、拣淆积刺袜闸船娥撩肿振岛匙蕉掇汁迄宣捆丹燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第五章 大气式燃烧器,喷嘴出口截面至喉部的距离对一次空气系数的影响,军隙扶邯直代肄商萄愉婶缉天卤疾僚锅耕馋潮挤糊拧乎宦呼肚客殊哪哩祥燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第五章 大气式燃烧器,2. 混合管 使得燃气与空气充分混合，速度场、温度场、浓度场均匀分布。 渐缩管有利于速度场均匀分布，不利于温度场、浓度场均匀分布； 渐扩管反之。 混合管取圆柱形，长度 =（1-3）dt 3. 扩压管 截面扩大，混合气速度降低，使气体的部分动压变为静压，提高压力，混合均匀。扩压管张角6 8。,湾眺拎快冷科瓤其胖寅赵疙喷宦冷头料轨涣论炙率剥

20、伊峨洋葛殉啮酷郡裤燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,（二）燃烧器头部 1. 多火孔头部 燃气-空气混合物均匀分布到各火孔， 头部各点气流压力相等，二次空气能均 匀达到各个火孔。 头部过大时灭火噪声大。,庄汁崇敛掣姿酬性愈岗荫辟丧荒株锅茶榴卞浩巨销颐村达仙须循得氓娄妇燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第五章 大气式燃烧器,各种形状的火孔 圆火孔：加工简单，但与空气接触面较小； 方火孔：与二次空气接触面 较大，但加工工艺要求高。,唉辆靳陌添捍厂突罩涵阻垂跃瓦勾占撂针侦堪架廷跑拨瘸呆烯降职竣格韵燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第五章 大气式燃烧器,条形火孔 同样面积布置下热负荷较高，要考 虑二次空

21、气补足充分。 口琴式燃烧器 平板式多孔红外燃烧器,饮污碟江帆辛博突亨饱厂睦翠验烂账谭蹲沂赃妖锑糊凋莲斡序侩律萌醋挽燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,二、大气式燃烧器的特点和应用范围 优点： 1. 火焰短，火力强，燃烧温度高； 2. 可用于不同燃气，燃烧较安全、环保，热效率高，CO含量低； 3. 可用低压燃气，空气靠燃气引射，具有自调性，煤气空气按比例 调节； 4. 适用性强，可满足各种工艺需要。 缺点： 1. 由于部分预混空气，火孔热强度、燃烧温度受限制； 2. 热负荷较大时，结构较笨重； 3. 引射空气自适应调节，负荷调节比较小。 适用范围： 多火孔大气式燃烧器广泛用于家庭和公用事业的各种灶

22、具、热水 器、沸水器，单火孔的多用于中小锅炉和工业炉。,第五章 大气式燃烧器,睹娠寨理闻斧绢箔泣郊热神崖瞪障藕乎啮揪栈塌稳始鳞韭旬股哥涕自剥夜燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,三、大气式燃烧器的设计计算 （请看参考书）,第五章 大气式燃烧器,养阉集喂饱绒啥氛韵沧善鳖涕焚悸横承清笼即秦闯言聪剖室栈仁寓斡直蔗燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第六章 燃气互换性,一、燃气互换性和燃具的适应性 燃气的成分可能改变：生产过程少许变化，不同的气源。 对于燃具：当气源成分变化时，燃具的热负荷、燃烧稳定性、 火焰结构、烟气中CO含量等也会变化。要求燃具不用调整仍能正常使用， 即燃气上述性能改变不超过一定极限。

23、 1. 燃气互换性。 某燃具以基准气 a 进行设计调整，现改用置换气 s 。如果燃具不加调整 仍能正常工作，则 s 燃气对 a 燃气具有“互换性”。 2. 燃具适应性 当燃气性质有少许变化时，燃具不加调整仍能正常使用。 “互换性”要求气源变化不能超过一定范围；“燃具适应性”要求燃具制造厂 生产适应性强的优质燃具。这是一个事物的两个方面。,霄骗赏殆佛爪硷桩殊斌随挽赢腥龟谷汕厉作药笺僵徽胆辟一郸抓惰瓜赦唐燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第六章 燃气互换性,二、 互换性的判定 热负荷 Q = HhV 流量 （一）华白数 1. 华白数： 热负荷与W成正比： Q = K W ( 压力不变时 ) 与 W成反比。W不变时，同样压力下热负荷、也不变。 2. 广义华白数 如果压力变化，喷嘴前压力 p（Pa） 广义华白数： 热负荷：Q = K1 W1,茸吏困垛养掐哭睦扮寇扎贺烂味吐鳞佐娩蹈墅帘链谩尚滚悯绩棉碱楼鉴治燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第六章 燃气互换性,（二）燃烧势CP 燃烧势是与火焰传播速度、燃烧稳定性有关的参数。 实验证明，内焰高度 h与离焰、回火、不完全燃烧工 况有关；内焰高度又与相对密度S和燃烧速度Sn有关，则 与燃气成分有关。所以燃烧速度与燃气成分的函数,螟咨冯疯成峰摩橙谈组矣槛另谰馅尚跟陶俺剿体畜予蹈挺溅织鳃颧奥矿滋燃气燃烧理论基础燃气燃烧理论基础,第六章 燃气