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第十三章 气体燃料的燃烧,学习重点 1. 燃烧装置的一般要求 2. 燃气燃烧方法分类，燃气燃烧过程 3. 层流和紊流扩散火焰，层流和紊流预混火焰特点 4. 典型的有焰和无焰燃烧器，特点、组成 5. 气体燃料置换的概念,§1 气体燃料的燃烧特点,一、对于燃烧装置的一般要求 1. 热负荷（输入功率）；2. 工艺要求：温度，火焰方向、外型和刚性，气氛，均匀性；3. 运行要求：安全可靠，燃烧稳定，自动控制，调节性能好，经久耐用，便于维修；4. 经济性：造价低，节能，操作运行费少；5. 污染少，环保好二、气体燃料的燃烧过程 （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§1 气体燃料的燃烧特点,三、燃气燃烧方法分类（1）有焰燃烧（扩散燃烧）：燃气、空气分别喷入，混合速度控制；火焰长，稳定性好；燃烧时间长；燃气与空气可分别预热以提高温度2）无焰燃烧（预混燃烧，动力燃烧）： 燃烧速度快，火焰短；燃烧温度高，空间热强度较大；但空气与燃气温度不能预热过高3）半预混燃烧（大气式燃烧器）：介于两者之间的中间燃烧。

2017/11/4,41,§1 气体燃料的燃烧特点,四、气体燃料的着火着火：燃烧的开始阶段 不稳定燃烧过程. 着火的条件 燃料和空气浓度，和温度着火机理：自燃:在成份、温度均匀的条件下,可燃混合气的各部分同时发生燃烧化学反应叫自燃.点燃:由外力作用在某个特定区发生燃烧化学反应叫点燃§1气体燃料的燃烧特点,五、气体燃料的燃烧组织过程1.燃烧装置： 燃烧器——燃烧反应物的输入装置 燃烧室（炉膛）—— 燃烧反应的空间2.气相燃料的输送： 燃气：专用管道 空气：环境大气提供、风机供给自然引风式扩散燃烧：燃气由小孔直接喷入环境大气而发生的燃烧，是一种最简单的应用形式引射式预混燃烧：利用燃气的动量卷吸一部分空气，并使两者在一定装置内实现混合，然后喷出燃烧对于大功率燃烧设备，通常使用风机提供燃烧空气，这时可以采取扩散燃烧方式，也可以采取预混燃烧方式3.燃烧方式的选择： 燃气压力：较低 — 只能实现半预混燃烧 较高 — 实现全预混燃烧 燃气热值：高 — 需空气量大，需要强化燃烧 低 — 燃烧不稳定，需用稳焰措施,一、预混火焰 1. 层流火焰, >1只有外锥，  <1 有外锥、内锥、点火圈 CO燃烧时沿火焰中心的CO2%  =1,§2 无焰燃烧（预混燃烧，动力燃烧）,2.紊流火焰,（1）中心部分 未燃的可燃混合物 （2）燃烧带 紊流燃烧前沿，大部分燃气燃烧区 （3）燃烬带 达到完全燃烧,二、预混火焰 的传播与稳定,1.预混火焰的传播 （1）火焰面的位置 火焰传播速度与气流速度的相对大小决定（2）预混火焰 的速度 层流火焰速度 湍流火焰速度 气体的流动状态决定（3）层流火焰速度： 由可燃混合气的物性决定（4）湍流火焰速度 ： 气体的物性和湍流状态——实际燃烧处于湍流状况,火焰:火焰是燃料和氧化剂在气相状态下,在反应区所发生激烈化学反应的外部表现.火焰传播：描述均匀混合气燃烧快慢的参数,火焰传播速度 (m/s)；燃烧速率（kg/s.m2 ),2.预混火焰的稳定条件（1）火焰的绝对速度气流速度与火焰传播速度的之差值,,火焰面将向混合气来流方向传播,：火焰面将被气体吹向下游,：火焰面在一定位置稳定,利用此可进行火焰稳定,§2 无焰燃烧（预混燃烧，动力燃烧）,（2）火焰在喷口处的稳定条件,,u变化， SL不变，则可改变cos，保持 u·cos＝SL,据火焰稳定条件得： u·cos＝SL,u增， 增， 则可保持 u·cos＝SL, ＝90º时 ，u增， 则可U>SL 脱火（吹脱）－－火焰吹离喷口,u减， 减， 则可保持 u·cos＝SL, ＝0º时 ，u减， 则可U

脱火：造成可燃气体在燃烧室及其周围环境中的积累，一旦遇到明火时会使大量燃气迅速着火，从而造成大规模的爆燃：燃气的毒性影响人员安全回火：容易引起燃烧器乃至储存燃气的容器发生爆炸,§2 无焰燃烧（预混燃烧，动力燃烧）,（4）预混气体燃烧时火焰的稳定范围,A） 燃气在混合气体中的浓度是影响火焰稳定范围的基本因素,燃气浓度增大，火焰的稳定范围加宽即使气流速度在很大的范围内变化，火焰仍不会被吹脱回火界限呈倒U字形，燃料较浓或较稀都不容易回火，燃料与空气的混合越接近化学当量比，就越容易回火，原因是此时的火焰传播速度增大,2017/11/4,131,B ）燃烧器喷口的直径对火焰稳定范围存在一定影响由图，喷口面积增大，火焰稳定范围减小，更容易发生回火，主要原因是大口径喷口处的气流流场不均匀，易发生湍动，而导致火焰传播速度发生变化C ）燃烧区的压力和温度对火焰稳定范围也有影响在通常的工程燃烧工况下，燃烧区压力变化不太大， 影响不明显温度的变化影响大，火焰稳定范围随温度升高而加宽，基本原因是温度升高改善燃料的着火性能，从而使其着火浓度极限加宽D）不同燃料的火焰稳定范围不同－－主要取决于燃料的燃烧性能火焰传播速度较大的燃料(如H2)的火焰稳定范围较宽－－ CO较窄,三、预混气体燃烧器的构成,1、预混燃烧器：混合室－－－混合烧头－－－组织燃烧强制送风预混燃烧器：需风机系统,2、大气式引射燃烧器,1.燃气喷嘴 2.风门 3.空气吸入口 4.混合管 5.扩压管 6.喷头 7.燃烧坑道,1)燃气喷嘴 常做成收缩形，以增大燃气的喷射速度，将燃气的压力能尽量多地转变为动能，提高引射一次空气的能力。

2)吸气收缩段其作用是减小空气进入时的阻力损失，一般做成流线型或锥型3)混合段 促使燃气与空气充分混合4)扩压段 其主要作用是使部分动压转变为静压，以提高气体由烧头喷出的工作压力，同时促使空气与燃料进一步混合2、大气式引射燃烧器,优点：1.具有自调性，燃气、空气按比例变化 2.混合均匀，装置简单可靠 3.燃烧速度快 4.不需风机，控制调节简单 缺点： 1.尺寸大，安装操作不便 2.需燃气压力高（10kPa） 3. 空气 、燃气预热温度受限制 4. 负荷调节比小 5. 对燃气热值、炉压、预热温度波动较敏感,3.烧头,烧头的作用是将可燃混合气均匀分配到各个火孔上，以便实现稳定与完全的燃烧要求混合气在头部各点的压力相等，并要求二次空气能均匀地到达每个火孔处大气式预混燃烧器的烧头可做成单火孔式，也可做成多火孔式单火孔烧头适用于要求火力集中和火孔强度较高民用燃烧器常用多火孔烧头，图4-2-8为几种多火孔烧头的形式。

图4-2-9为二种单火孔烧头的示意图它由火孔、二次空气孔和火道三部分,4、全预混燃烧器的烧头 引射式单火道全预混燃烧器,全预混燃烧器的烧头主要有火道式、无火道式和多孔板式三种类型对于有火道烧头的燃烧器，燃烧在耐火材料制成的单火道或多火道内进行图4-2-10是一种引射式单火道全预混燃烧器的构造简图燃气由喷嘴喷出．依靠本身的动能吸入燃烧所需的全部空气，并在引射器内混合可燃混合气经烧头进入火道燃烧4、全预混燃烧器的烧头,对于无火道头部的燃挠器，火焰将由其头部射到炉膛内，图4-2-11为一种无火道燃烧器,可燃混合气从烧头头部射出后，与炉内炽热的耐火材料发生撞击而引起燃烧这种燃烧方式简便，常在某些加热炉中使用红外辐射板燃烧,全预混燃烧器的头部由多孔陶瓷板或多层耐高温丝网组成孔眼小于一定值时，火焰不会回窜入孔眼内，燃烧在多孔板表面进行可燃混合气以很低的速度流出多孔板，经过孔眼时得到预热，燃烧速度加快，在离开孔板表面附近距离全部燃烧，无焰特性多孔板表面呈红色，燃烧产生的热量有40％以上以辐射热的形式散发，因而又称红外辐射板燃烧第三节 气体燃料的扩散燃烧（有焰燃烧）,扩散燃烧：燃料和氧化剂相互扩散边混和边进行氧化反应叫扩散燃烧。

一、层流扩散火焰 分4 区： 1. 纯燃气区 2.燃气+燃烧产物区 3. 空气+燃烧产物区 4. 纯空气区课本p117 图4-3-1,二、紊流扩散火焰,管内流动时： Re = udρ/μ 一般气体 Re > 2  103 城市煤气 3-4  103 天然气 3  103燃烧时温度很高，使得密度ρ提高，粘度μ降低，因而与冷态差不多的速度达到紊流时，Re变大了。

二、紊流扩散火焰,（1）层流区 火焰外形轮廓规整，w  — L  （2）过度区 火焰顶部颤动，上部紊流火焰， L 略减短 （3）紊流区 紊流火焰，L 基本不变 （流量增加，使火焰变长； 混合速度加快，使火焰变短）紊流火焰没有明显的燃烧前沿面。