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第一章 燃烧过程及燃烧设备l燃烧过程的基本理论 l气体燃料的燃烧过程及燃烧设备 l液体燃烧的燃烧过程及燃烧设备l 固体燃料的气化过程及设备燃烧机理第一节 燃烧过程的基本理论 •燃烧定义及燃烧类型•着火温度•着火浓度范围•燃烧机理•火焰传播速度（气体燃料的燃烧速度）燃烧机理一、燃烧定义及燃烧类型•定义：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着强烈的发光现象可燃物可归纳为二类，即：固态炭和可燃气体气体燃料：可燃气体液体燃料：加热气化，大分子气态烃高温裂化固态炭和小分子烃或氮气（可燃气体）固体燃料：受热挥发出可燃气体，剩下固态炭粒燃烧机理•燃烧类型普通燃烧： 靠燃烧层热气体传导传热给邻近的冷可燃气体混合物而进行火焰的传播火焰传播速度小，仅为几米/秒；压力变化小，可视为等压燃烧过程一般窑炉内进行的燃烧过程均属于普通燃烧过程爆炸性燃烧： 靠压力波将冷可燃气体混合物加热到着火温度以上而燃烧火焰传播速度大，约为1000～4000米/秒；通常在高温、高压下进行原子弹爆炸属于爆炸性燃烧燃烧机理 燃烧过程及条件：过程： 燃料和空气预热—着火温度燃烧—火焰传播条件： 燃料、空气 着火温度 着火浓度燃烧机理二、着火温度•定义： 任何燃料的燃烧都有“着火”和“燃烧”两 个阶段，由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应的瞬间叫着火，转变时的最低温度称为着火温度。

即：在一定条件下燃料稳定燃烧的最低温度燃烧机理•用一容器内煤气与空气的氧化反应加以说明 氧化反应 产生热量容器内混合物温度升高 温度高于外部环境 向外散热 热平衡燃烧机理燃烧机理•讨论：当TA＜T＜TB时，Ｑ放＞Ｑ散 ，T下降 TA（Ｑ放=Ｑ散）当T＜TA时，Ｑ放＞Ｑ散，T上升 TA（Ｑ放=Ｑ散）A点是稳定点，是低温点，反应速度慢，属于缓慢氧化称为熄火点当T＜TB时，Ｑ放＞Ｑ散，T下降TA（熄火）当T＞TB时，Ｑ放＞Ｑ散，T上升着火B点是不稳定点，高温点，反应剧烈称为着火点燃烧机理 T0 上升，（T- T0）下降，Ｑ散下降 ，散热曲线与放热曲线线交点靠近两曲线相切于C点 C点是稳定点的极限 T0 再上升，散热曲线与放热曲线无相交点，Ｑ放＞Ｑ散，反应剧烈，甚至于自燃燃烧机理影响着火温度的因素（1）与可燃气体的组成及参数有关，压力高着火温度低；可燃组分多着火温度低；（2）与散热条件有关，周围介质温度高着火温度低；（3）与空气系数有关，燃料与接近理论需要量的空气混合着火温度低表4-20为某些气体或燃料在空气中的着火温度范围燃烧机理燃烧机理三、着火浓度范围•定义气体燃料与空气的比例，必须在一定的范围内才能进行燃烧，这一范围叫着火浓度范围或着火浓度极限。

如果煤气与空气在容器内混合均匀，且在着火浓度范围内，当有明火存在时，瞬间会产生温度很高的燃烧产物，压力急剧增大，可产生爆炸现象，故着火浓度极限又叫爆炸极限燃烧机理各种气体的着火浓度范围见表4-21燃烧机理•天然气管道、测量仪表、装置必须密封，不能漏气•影响着火浓度范围的因素（1）气体种类（2）空、煤气混合物的温度高，着火浓度范围扩大燃烧机理四、燃烧机理•固态炭的燃烧机理•可燃气体的燃烧机理燃烧机理固态炭的燃烧机理炭的燃烧反应过程炭与氧的反应是气-固两相的物理化学反应，具体反应过程如下：O2扩散炭粒表面化学反应生成CO和CO2，CO和CO2从炭粒表面扩散达反应达平衡燃烧机理•炭的燃烧速度燃烧速度：单位时间内单位炭粒表面所烧掉的炭量化学反应速度:单位时间内，单位炭粒表面上氧化反应消耗的氧量式中： ––化学反应速度系数 ––炭粒表面气相中O2的浓度，燃烧机理•扩散速度: 单位时间内，扩散至单位炭粒表面的氧量 式中： –––气流中心氧的浓度， –––扩散速度系数 平衡条件下： 燃烧机理整理后得： 设： 则：燃烧机理•三个燃烧区：动力燃烧区(800℃以下)低温时，化学反应速度非常小，即： 动力燃烧区内，燃烧速度取决于化学反应速度，与扩散速度无关，即：燃烧速度随温度的升高而急剧增加，与气流速度无关。

燃烧机理燃烧机理•扩散燃烧区（1000℃以上）高温时，扩散速度系数非常小，即： 扩散燃烧区内，燃烧速度取决于扩散速度，与化学反应速度无关，即：气流速度增大，燃烧速度加快，不随燃料性质而变，与温度关系也不大燃烧机理•过渡区（800～1000℃）介于动力燃烧区和扩散燃烧区之间，与化学反应速度及扩散速度均有关系，情况复杂，影响因素较多•窑炉中实际燃烧情况：一般在扩散燃烧区内进行，强化燃烧的途径：加强煤粉与空气的混合；提高空气与煤气的相对速度 燃烧机理可燃气体的燃烧机理可燃气体主要是指氢气、一氧化碳和烃类•反应过程的实质按链锁反应进行的，中间活化物的存在是链锁反应进行的条件，H2的剌激物是H、OH、CO的剌激物是H、OH，烃类的剌激物是0剌激物的产生过程及特点气体间分子之间互相碰撞、气体分子在高温下分解、电火花激发均能产生上述活化物，该反应是吸热反应燃烧机理•几种气体燃料的链锁反应过程燃烧机理燃烧机理燃烧机理•延迟着火现象（气体燃料的燃烧特点）气体燃料的燃烧是按链锁反应进行的，当气体燃料与空气的混合物加热至着火温度后，要经过一定的感应期后才能迅速燃烧，在感应期内不断产生含有高能量的链锁剌激物,此时并不放出大量的热量，故不能立即使邻近层气体温度升高而燃烧，这种现象叫延迟着火现象。

延迟着火的时间与气体燃料的种类、温度、压力有关，温度和压力升高，延迟时间短燃烧机理五、火焰传播速度（气体燃料）•火焰传播现象及速度在静止的可燃气体与空气的混合物中，当某一局部地区着火燃烧时，在燃烧处会形成焰面，并放出大量的热，使焰面处温度升高，并以导热的方式传热给邻近一层气体，使其达到着火温度而燃烧，并形成新的燃烧焰面，这种焰面不断向末燃气体方向移动的现象叫火焰传播现象燃烧机理燃烧速度（火焰传播速度） 单位时间内，在火焰单位面积上所烧掉的气体的体积流动气体燃烧时获得稳定火焰的条件：混合制气体与空气混合物以一定速度流动时，当气流速度与火焰传播速度方向相反，数值相等时，即可得到稳定的燃烧火焰燃烧机理•影响火焰传播速度的因素单一组成的气体 混合物中可燃气体的含量、气体种类，燃烧温度，燃烧管道尺寸影响火焰传播速度见图4-6：燃烧机理燃烧机理•H2的火焰传播速度最大，远大于CH4•由曲线可以看到，只有在一定浓度范围内，火焰才能传播，该范围就是着火浓度极限CH4、C2H8的范围小；•火焰传播速度存在一极值，常在接近于1而略小于1附近；见表4-22燃烧机理燃烧机理•混合物的初温提高，可使邻近层气体较早达着火温度而燃烧，火焰传播速度加快；•增加燃烧管道尺寸，单位体积气体的散热量相对减少，火焰传播速度提高；•压力的影响，一般窑内压力在1个大气压左右，其影响较小，可以不考虑。