燃气燃烧过程

1、 建环建环21101 潘宏达潘宏达一一.燃气燃烧反应机理燃气燃烧反应机理 （一）化学反应 分子运动论是经典物理学的重要基础理论，它把物质的宏观现象和微观本质联系起来，是人类正确认识到了物质的结构和运动的一般规律。分子运动论从物质的微观结构出发来阐述热现象规律，也是研究化学反应的重要基础。分子运动论的主要内容有：分子运动论的主要内容有： （一）一切物体都是由大量分子构成的，分子之间有空隙。 （二）分子处于永不停息的无规则运动状态，这种运动称为热运动。 （三）分子间存在着相互作用着的分子力（引力和斥力）。 实际上，构成物质的基本单元是多种的，或者原子（金属），或者离子（盐类），或者分子（有机物）。

2、由于这些微粒做热运动时遵从相同的规律，在热力学中统称分子。 化学键是分子或者晶体内相邻原子（或离子）间强烈的相互作用，存在于离子化合物，共价化合物，金属单质等的原子（或离子）间。化学反应通常和化学键的形成与断裂有关。化学反应的实质就是旧的化学键断裂，分子破裂成原子，原子重新排列组合形成新的化学键从而生成新物质的过程。（二）基元反应速率理论（二）基元反应速率理论 反应物分子通过一次碰撞即直接转化为生成物分子的反应称为基元反应。 绝大多数的化学反应都不是基元反应，往往中间要经历若干个基元反应过程，产生各种中间活性产物（或称活化中心），才能最后转化为生成物。 根据分子运动论的观点，反应物分子之间的“

3、碰撞”是反应进行的必要条件，但并不是所有“碰撞”都会引起反应。是否能反应还取决于能量等因素，与碰撞时具体变化过程密切相关。 碰撞理论主要适用于气体双分子碰撞理论主要适用于气体双分子基元反应，其基本假设如下：基元反应，其基本假设如下： （1）分子为硬球型； （2）反应物分子必须相互碰撞才能发生反应； （3）分子之间发生反应，碰撞只是必要条件，只有发生有效碰撞的分子才能发生反应，反应速率的快慢和单位时间内的有效碰撞次数成正比 （4）只有那些能力超多普通分子平均能量且空间方位适宜的活化分子的碰撞才能起反应。 根据分子运动论的观点，构成物体的大量分子时刻处于无规则的热运动中，分子之间的碰撞时刻都在发生

4、，但不是每次的碰撞都可以发生反应。只有能量足够高的分子在适宜空间方位的碰撞过程中能够打破旧的化学键的束缚，才可能发生原子的重新组合而形成新的物质。而不具备这种能量的分子之间的碰撞只不过是互不伤害的跳来蹦去而已。能够发生化学反应的碰撞称为有效碰撞，而具有较高能量，能够发生有效碰撞而引起化学反应的分子称为活化分子。（三）化学反应速率（三）化学反应速率 化学动力学上用”化学反应速率“的概念来反映化学反应进行的快慢。 化学反应速率可以用任何一种反应物的反应速率或生成物的生成速率来表示。 化学反应速率与浓度的关系质量作用定律 化学反应速率与温度的关系阿累尼乌斯定律（四）链反应（四）链反应 有一些反应在低

5、温下仍然可以以很高的化学反应速率进行。 物质能量在分子间的分布总是不均匀的，总存在一些不稳定的分子。 通过活化中心与稳定分子的反应，又会不断形成新的中间活性产物。 燃烧反应过程中，如果每一链环都有两个或者更多个活化中心可以引出新链环，链形分支，使反应速度急剧增长，这种链反应称为支链反应。燃烧反应都属于支链反应，一旦着火，既具有不断分支，自动加速的特性。二二.着火（点火）着火（点火） 所谓着火，通常是指由于能量（或活化中心）的积聚，预混的可燃气体自发发生燃烧反应的起始瞬间，又称自燃。按照着火现象的不同成因，可以分为热力着火（或热自燃）和支链着火（链锁自燃）。三三.燃气燃烧的火焰传播燃气燃烧的火焰

6、传播 （一）火焰的传播方式 火焰的传播有三种方式：正常的火焰传播，爆炸和爆燃。 （二）火焰传播的速度Sn 火焰在管内静止或层流可燃气体混合物中的传播速度与气流向管壁的散热有关。影响法向火焰传播速度影响法向火焰传播速度Sn的因的因素主要有以下几个方面：素主要有以下几个方面： （1）可燃混合物的性质 （2）燃气浓度 （3）可燃混合物起始温度 （4）可燃混合物的压力 （5）添加剂（三）火焰传播浓度极限（三）火焰传播浓度极限 火焰传播浓度极限又称为着火浓度极限。 由于火焰传播浓度极限范围内的可燃气体混合物，在一定条件下会瞬间完成着火而形成爆炸，因此火焰传播浓度极限又称为爆炸极限。影响火焰传播浓度极限的

7、因素影响火焰传播浓度极限的因素 （1）燃气在纯氧中着火燃烧时，火焰传播浓度极限范围扩大； （2）提高燃气-空气混合物温度，火焰传播浓度极限范围扩大； （3）提高燃气-空气混合物压力，火焰传播浓度极限范围扩大； （4）燃气中加入惰性气体时，火焰传播浓度极限范围缩小； （5）含尘量，含水蒸气以及容器形状和壁面材料等因素，有时也会影响火焰传播浓度极限。四四.燃烧过程的强化燃烧过程的强化 在工程上，为了满足工艺的需要或者提高加热效率，往往需要对基本的燃烧过程进行一定的强化，以获得较高的加热温度，减小炉膛空间和加热时间。 强化燃烧过程主要应从提高温度和加强气流混合两方面来考虑。（一）预热燃气和空气（一）预热燃气和空气 预热燃气和空气，可以提高火焰传播速度，从而提高燃烧温度，增大燃烧强度。（二）加强气流紊动（二）加强气流紊动 燃气燃烧的化学反应速度要远大于燃气分子与氧气分子之间的相互扩散混合的速度，因此，制约燃烧速度提高的主要因素是燃气-空气之间的混合过程。如果能够提高燃气-空气之间混合的强度，将会极大