燃烧学总复习 题

1、燃 烧1、着火是指：燃料和氧化剂混合后，由无化学反应、缓慢的化学反应向稳定的强烈放热状态的过渡过程，最终在某个瞬间、空间中某个部分出现火焰的现象。2、热自燃孕育期即为着火延迟期：它的直观意义是指可燃物质由可以反应到燃烧出现的一段时间，更确切的是在可燃物质已达到着火条件下，由初始状态到温度骤升的瞬间所需时间。3、火焰传播是指：当混合气的某一局部点燃着火时，将形成一个薄层火焰面，火焰面产生的热量将加热临近层的可燃混合气，使其温度升高至着火燃烧，这样一层一层的着火燃烧，把燃烧逐渐扩展到整个可燃混合气的现象。4、燃烧温度：燃料在炉内实际燃烧后烟气所达到的温度(有散热)，它是在边燃烧边传热的情况下烟气达

2、到的温度，在高度方向和炉膛截面的不同处，其燃烧温度是不相同的；此外还与燃烧完全程度及燃料是否热解有关。5、理论燃烧温度(绝热燃烧温度)：假定炉膛边界不传热(绝热系统)时，燃料完全燃烧(不完全燃烧热损失为零)时炉内烟气所能达到的最高温度(a不等于1，燃料和空气均可预热)。理论燃烧温度是燃料燃烧的一个重要指标，为某种燃料在某一燃烧条件下所能达到的最高温度，其对于炉内过程分析和热工计算都是一个极其重要的依据，对于燃料与燃烧条件的选择，温度水平的估计和炉内换热计算，都有实际意义。6、理论发热温度：假定炉膛边界不传热(绝热系统)时，燃料完全燃烧(不完全燃烧热损失为零)，燃料和空气均不预热时，空气消耗系数

3、为1时，炉内烟气能达到的温度称为理论发热温度。理论发热温度只和燃料性质有关，是从燃烧温度的角度评价燃料性质的一个指标。7、均相燃烧：燃料和氧化剂的物态相同，如气体燃料在空气中的燃烧，燃料和氧化剂都是气体，属于同相燃烧。8、异相燃烧：燃料和氧化的物态不同，如固体燃料在空气中的燃烧属于异相燃烧。9、动力燃烧：燃料与氧化剂混合时间远小于燃料与氧化剂的混合物为达到开始燃烧反应的温度时所需的加热时间和完成化学反应所需时间之和，扩散性能远远超过化学反应性能，燃烧速度取决于化学反应性能，而与扩散性能无关。此时，扩散性能很强，燃料表面有足够的氧气，阻碍燃烧的是不能迅速进行化学反应。如预先混合好的可燃气体与空气

4、混合物的燃烧过程、层燃炉尾部燃烬区的燃烧过程、细小颗粒煤粉的燃烧过程和煤粉炉尾部的燃烧等，即动力燃烧不只在气体燃料燃烧时才存在。其主要影响因素是可燃物与氧的化学反应速度，化学反应速度与反应空间的压力、温度、反应物质浓度有关。对于锅炉的实际燃烧，影响化学反应速度的主要因素是炉内温度，炉温高，化学反应速度快。10、扩散燃烧：燃料与氧化剂混合时间远大于燃料与氧化剂的混合物为达到开始燃烧反应的温度时所需的加热时间和完成化学反应所需时间之和，化学反应性能远远超过扩散性能时，燃烧速度取决于扩散性能，而与化学反应能力无关，化学反应能力很强，只要氧气扩散到燃料表面，就能立即燃烧掉，阻碍燃烧的是氧气供给不足。如

5、气体燃料与空气分别由两个喷口进入燃烧室的燃烧过程和大颗粒煤的燃烧过程。对于扩散燃烧，对其燃烧进行强化的主要方法是加强燃料与空气的混合，其次是提高二者的温度等。11、何为阿累尼乌斯定律？何为活化能E？活化能与何因素有关？阿累尼乌斯定律：阿累尼乌斯通过对反应过程中浓度随时间的变化关系的研究发现，温度对反应速率的影响，集中反映在反应速率常数k上，即。阿累尼乌斯定律说明了燃料本身的活性与反应温度对化学反应速度的影响。阿累尼乌斯定律是实验得出的结果，并不是所有的化学反应都符合阿累尼乌斯定律。活化能(E)：根据活化分子碰撞理论，活化分子所具有的平均能量(Ee)与反应物分子的平均能量(Em)之差称为活化能(

6、 Activation Energy, 用Ea表示)，表明反应物分子由普通分子转化为活化分子所需要吸收的平均能量，单位kJ·mol-1 。在一定温度下，某一燃料的活化能越小，其反应能力越强，反应速度受温度的影响也就越小，在较低的温度下也容易着火与燃尽；活化能越大的燃料，其反应能力越差，反应速度受温度的影响越大，不但着火困难，而且需要在较高的温度下经过长时间才能燃尽。活化能的水平是决定燃烧反应速度的内因条件。活化能的影响因素：反应物性质及浓度、温度、压力、反应混合物中惰性物质、催化剂等。12、何为质量作用定律？化学反应速度与哪些因素有关？ 质量作用定律反映了参加反应物质的浓度对化学反应

7、速度的影响，其意义为：对于均相反应，在一定温度下，简单反应或复杂反应的基元反应，其反应速率与各反应物浓度以其化学计量系数为指数幂的乘积成正比，即。影响因素：温度、活化能、反应物浓度、压力、混合气组成、反应混合气中不可燃气体组成。13、影响煤粉气流着火的主要因素有哪些？a 燃煤特性：挥发份含量越高的煤，着火所需热量越少，火焰传播速度越高，着火越容易、稳定；水分、灰分含量越高，着火所需热量越多，着火越困难；灰分含量高的煤，其火焰传播速度越低，着火越不稳定。b煤粉气流的初始温度：煤粉气流初始温度越高，着火所需热量越少，着火越容易。c煤粉细度：煤粉越细，温升越快，着火越容易；同时，由于煤粉表面积大，燃

8、烧释放的热量越多，着火越迅速。d一次风风率：一次风风率为一次风量占炉膛总风量(包括炉膛漏风在内)的百分比。一次风风率增大，煤粉气流着火所需热量增加，着火延迟。对于着火困难的煤，一次风风率应选得很低，但是必须满足输送煤粉及煤粉着火后燃烧的需要。e着火区的烟气温度：着火区烟气温度越高，着火越迅速稳定。f炉内高温烟气组织：组织好炉内高温烟气的合理流动是改善着火性能的重要措施。14、煤粉炉燃烧器基本要求是什么？常用煤粉燃烧器有几类？旋流式粉煤燃烧器：蜗壳型旋流式燃烧器，分为单蜗壳、双蜗壳和三蜗壳型；叶片型旋流式粉煤燃烧器，分为切向叶片型和轴向叶片型直流式煤粉燃烧器：按一、二次风喷口的布置方式分为均等配

9、风、分级配风和侧二次风等。煤粉炉燃烧的基本要求：组织良好的空气动力场，使煤粉气流能够及时稳定地着火；着火以后，一、二次风能及时合理混合，确保较高的燃烧效率；炉内温度场及热负荷均匀，火焰在炉内的充满程度好，且不会冲墙贴壁，避免结渣和高温腐蚀；有较好的燃料适应性和负荷调节范围，运行可靠；阻力较小；能减少NOx的生成，减少对环境的污染。对于大型煤粉锅炉，炉膛的深度和宽度较大，宜采用矩形喷口燃烧器。因为由于大型煤粉锅炉炉膛深度和宽度较大，必须保证射流具有足够的穿透深度，因此，射流衰减速度必须降低。为了减弱射流速度的衰减，宜采用直流式煤粉燃烧器。根据动量守恒原理，射流每个断面上的动量总和不变，射流范围扩

10、大，卷入射流的气体量增加，射流流速就会衰减。但是，如果继续降低射流的衰减速度，则可采用喷口是扁矩形的喷口燃烧器，此时起主要作用的是矩形两个短边，扩散角很小，只能从气流外边缘的边界层卷吸热烟气，射流卷吸能力差，被带入射流的周围气体数量少，早期混合较弱；燃烧器结构简单，通风阻力小，气流出口速度高，射流动量大，刚性大，衰减较慢，射流穿透深度大，气流在炉内的后期混合较好。15、何为火焰稳定性？何谓回火？何谓脱火？工程上如何防止回火和脱火？火焰稳定性：火焰传播速度与新鲜可燃混合气的流动速度两者大小相等，方向相反。回火：预混可燃气体的火焰传播速度UL大于新鲜可燃混合气的流动速率W，火焰前沿位置将向新鲜可燃

11、物的上游方向移动，则火焰向预混气体内部烧去称为回火。回火不仅仅发生于预混可燃气体的燃烧过程中，在固体燃料如煤粉燃烧过程中，也会发生回火。在工程上采用小孔或缩口等方法减小喷口直径、均匀喷口流速及冷却喷口等措施防止回火。具体措施如下：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。脱火：预混可燃气体的火焰传播速度UL远小于新鲜可燃混合气的流动速率W，火焰前沿位置将向燃烧产物的下游方向移动，则

12、火焰被吹息或吹脱称为脱火。工程上采用各种形式的气流稳焰器或组织大小适中的高温回流区、合理控制预混气体流速W、各种形式的钝体等综合措施来防止脱火。具体措施如下：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，如：燃烧通道突扩保证部分高温烟气回流到火焰根部；采用带涡流稳定器或带点火环的烧；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。16、理论燃烧温度与哪些因素有关？提高理论燃烧温度的措施？理论燃烧温度(绝热燃烧温度)：假定炉膛边界不传热(绝热系统)时，燃料完全燃烧(不完全燃烧热损失为零)时炉内烟气所能达到的最高温度(a不等于1，燃料和空气均可预热)。理论燃烧

13、温度是燃料燃烧的一个重要指标，为某种燃料在某一燃烧条件下所能达到的最高温度，其对于炉内过程分析和热工计算都是一个极其重要的依据，对于燃料与燃烧条件的选择，温度水平的估计和炉内换热计算，都有实际意义。其影响因素如下：燃料的种类和发热量，理论燃烧温度的增加正比于Qnet/Vy；空气消耗系数；空气或燃料的预热温度；空气的富氧程度，氧气浓度在30%以下增加氧气浓度效果明显；燃烧速度及减少散热。提高理论燃烧温度的措施：提高空气和燃料的预热温度；选择合适的空气消耗系数，在较小的烟气排放量下保证燃料的快速燃烧与燃尽；提高氧气浓度等。17、什么是着火温度和着火？什么是点火温度和点火？着火与点火的相同点与不同点

14、是什么？预混可燃气体由于自身温度的升高而导致可燃混合物系统化学反应自行加速、不需要外界作用而引起的着火燃烧称为“自燃着火”或“着火”；可燃混合物热自燃需要有一定的能量储存过程。可燃混合物系统化学反应可以自动加速、不需要外界作用而达到自燃着火的最低温度称为“着火温度”。对某一可燃混合物来说，着火温度随着具体的热力条件变化而变化，并不是一个物性参数。用小火焰或高温气体、炽热物体、电火花等外界能量强迫可燃混合物的化学反应速度急剧加快所引起的着火过程，即用一个不大的点热源，使某一局部可燃混合物着火燃烧，依靠火焰传播使整个可燃混合物达到着火燃烧称“被迫着火”或“强制点火”，简称“点火”。能使可燃混合物点

15、燃的最低温度称为“点火温度”。影响预混可燃气体点燃的主要因素有：可燃混合物的性质(发热量、导热系数、活化能、浓度、流速、温度、化学反应常数等)；点火热源的性质(点火能量、固体表面的比表面积、形状大小与催化性质等)；可燃混合物的流速及速度场分布等。自燃和点燃的相同之处在于燃烧反应都有低速度突然加速为极高速度的过程；不同之处：a. 点燃促使混合气体局部(点火源附近)化学反应加速，而自燃则在整个预混可燃气体内进行；b. 点燃温度一般高于自燃温度；c. 预混可燃气体能否点燃不仅取决于点火源附近局部预混气体能否着火，而且取决于火焰能否在混合气中顺利传播。18、何谓火焰传播速度？火焰传播的特征是什么？按照

16、气体的流动状况，预混可燃气体中的火焰传播可分为哪几种？火焰传播速度：当一个炽热物体或电火花将可燃混合气的某一局部点燃着火时，将形成一个薄层火焰面。火焰面将未燃气体与已燃的烟气分隔开来，燃烧反应只在火焰面内进行。火焰面产生的热量将加热临近层的未燃混合气，使其温度升高直至着火燃烧。这样一层层地着火燃烧，把燃烧逐渐扩展到整个混合气，这种现象称为火焰传播。火焰前沿面在其表面的法线方向上相对于新鲜混合气的移动速度称为火焰传播速度。火焰传播的特征：燃烧反应不是在整个混合气体内同时发生，而是集中在火焰面内进行并逐层传播、逐层进行，传播速度的大小取决于预混气体的物理化学性质与气体的流动状况。按照流动状况，预混

17、可燃气体中的火焰传播可分为层流火焰传播(层流燃烧)和湍流火焰传播(湍流燃烧)。其中层流气流的火焰传播速度是预混可燃气体的物性参数，即其大小取决于预混气体的物理化学性质。19、层流火焰传播速度(正常火焰传播速度)的主要影响因素是什么？ 主要影响因素：可燃气体的种类不同，则其密度、发热量、反应速度、热容等性质均不相同，其层流火焰传播速度不同；可燃气浓度(或空气消耗系数a)影响大，存在最大值及不可传播区域；可燃气体的正常火焰传播速度与导热系数成正比，导热系数大的可燃气体，火焰传播速度UL也大；燃料分子结构；含惰性气体N2等，可使火焰传播速度UL变小：UUL(1-0.01N2-0.012CO2)；氧化

18、剂中含氧量，富氧燃烧，火焰传播速度UL变大；提高可燃气初始温度，火焰传播速度UL变大；在冷却系统中，火焰传播速度UL变小，甚至熄灭。20、影响湍流预混火焰长度的主要因素有哪些？如何保证其稳定性？主要因素：湍流预混火焰的长度与气流速度、燃烧传播速度以及喷嘴尺寸有关。气流速度增加，火焰长度增加；燃烧传播速度增加，火焰长度缩短；当烧嘴尺寸变大时，如果气流速度不变，则流量增加，火焰长度增加。湍流预混火焰的稳定性问题主要是脱火问题，因为此时气流速度已经增大到回火临界速度之上，不会再发生回火。湍流预混气体燃烧时，由于质点向不同方向的脉动，正在燃烧的微团或高温燃烧产物，可能返回新鲜的可燃混合物中，因此，这些

19、高温质点便起到连续点火的热源的作用。但是，在高强度燃烧时，即气流速度更大的情况下，单靠火焰内部自然形成的回流微团的点火将不足以维持火焰的稳定。此时，通常采用一些附加手段，如采用稳定火焰的装置“稳焰器”，使燃烧产物更多低循环回流到火焰根部，或采用附加的点火小烧嘴，以强化点火21、影响湍流扩散火焰长度的主要因素有哪些？如何保证其稳定性？主要因素：湍流扩散火焰的长度主要取决于煤气的种类和燃烧器的结构尺寸。热值高的燃料，燃烧时所需的理论空气需要量越大，火焰越长；当喷口尺寸增加时，火焰长度增加，因为如果流量一定，则流速减小，燃气与氧化剂的扩散混合减弱，火焰变长，流速一定，煤气流量增加，必然需要更长的路程

20、才能与所需要的空气量混合，火焰长度增加；旋流火焰长度比不旋流的短，其减少的数值与旋流数成正比。湍流扩散火焰的稳定性问题主要是脱火问题。煤气或空气的流出速度过大，喷口直径过小，都会产生脱火。因此必须采取稳定火焰的措施，如高温燃烧产物回流、旋转气流、采用稳焰器等。在提高扩散火焰的燃烧强度的时候，必须保证火焰的稳定性。22、什么叫无焰燃烧？无焰燃烧的特征与特点是什么？燃气与空气预先混合均匀后，再送入燃烧室燃烧，称为预混可燃气体的燃烧。此时，预混气体的燃烧速度主要取决于着火和燃烧反应速度，此时的火焰没有明显的轮廓，又称为无焰燃烧。特征：无焰燃烧属于动力燃烧，其燃烧速度主要取决于预混可燃气体的化学反应速

21、度。特点：没有明显的火焰轮廓，火焰很短，几乎看不见，火焰温度高，火焰黑度低；空气消耗系数小(1.021.05)，预混均匀，属于动力燃烧；燃烧速度快，燃烧室热强度比有焰燃烧大1001000倍；容易回火，燃烧稳定性差；空气与煤气温度不能预热过高以防止回火；为了防止回火和爆炸，烧嘴的燃烧能力不能太大；常用于小容量燃烧室燃机燃气燃烧，高炉燃气燃烧。23、什么叫有焰燃烧？有焰燃烧的特征与特点是什么？燃气和氧化剂预先不混合，而是通过各自的单独管道分别进入燃烧室，此时燃气内部无一次空气，燃气与空气在燃烧室内边混合边燃烧，燃烧速度受气体扩散混合速度的限制，为气相扩散燃烧。扩散燃烧的火焰比预混火焰长，亮度大，有

22、明显的轮廓，又称为有焰燃烧。特征：扩散燃烧大都属于有焰燃烧，其燃烧速度主要取决于煤气与空气的混合扩散速度。特点：煤气与空气的混合速度控制，与可燃气体的物理化学性质无关；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，火焰中碳黑粒子多，火焰黑度大，辐射强；不会产生回火，火焰稳定性好，安全、易控制；单机功率大，应用广泛；煤气与空气可分别预热以提高温度，烧嘴能力范围大。24、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？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

23、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。25、什么是热着火？什么是链式着火？简述其区别？解：(1)热着火可燃混合物由于本身氧化反应放热大于散热，或由于外部热源加热，温度不断升高导致化学反应不断自动加速，积累更多能量最终导致着火的现象称为热着火。(2)链式着火由于某种原因，可燃混合物中存在活化中心，活化中心产生速率大于销毁速率时，在分支链式反应的作用下，导致化学反应不断加速，最终实现着火的现象称为链式着火。热着火与链式着火的区别：(1)热着火和链式着火的微观机理不同热着

24、火过程中，传递能量(也就是微观动能)并使得化学反应继续进行的载体是系统中所有的反应物分子，而链式着火有效的反应能量只在活化中心之间传递。(2)热着火通常比链式着火过程强烈得多这是因为热着火的过程中，系统中的温度整体上升，这就意味着所有分子的平均动能是整体同步提高的，将使得系统中整体的分子动能增加，超过活化能的活化分子数按指数规律增加，导致整个系统的化学反应速率会急剧上升。(3)热着火和链式着火的外部条件也有所不同热着火通常需要良好的保温条件，使得系统中化学反应产生的热量能够逐渐积聚，最终引起整个系统温度的升高，从而反过来使得化学反应加速。26、简述谢苗诺夫自燃理论，写出该理论的基本出发点，并给

25、出该理论所遵循的三个基本方程，下图是当压力和对流换热系数保持不变时的温度热量图，试分析该燃烧体系在哪些情况下是稳定的？哪些情况是缓慢氧化？哪些情况是能够发生自燃的？解：谢苗诺夫自燃理论（热自燃理论）的基本出发点：自热体系着火成功与否取决于其放热因素和散热因素的相互关系，放热速率方程： 散热速度方程：能量守恒： 工况： 温度较低：曲线相交a、b两点，TTa,T上升至Ta；TTa，T下降到Ta,a点是稳定点，处于低温氧化态；TTb，T下降至Ta点，TTb，T继续上升，b点非稳定点，但是热力学非自发状态。相交工况：体系只能稳定在交点处作低温、缓慢的氧化反应，反应无法加速，体系不能着火。温度上升：曲线

26、相切，临界状态，相切工况：体系处于能否着火的临界状态。温度较高：曲线相离，气体温度始终上升，相离工况：体系肯定能着火。自然准则：临界条件：壁温T02是个极限值，超过这个温度，反应就会不断加速直至着火，该温度称为临界环境温度，用Ta,cr表示。 切点C的意义：C点标志着体系处 于由维持低温、稳定氧化反应状态到不能维持这种状态（即到加速反应状态）的过渡状态，体现了体系热自燃着火条件。27、在层燃炉中的燃烧过程中，经常在炉膛中加入前后炉拱，如图示，试分析加入炉拱的原因？解：前拱: 前拱位于炉排的前部，主要起引燃作用。通过吸收来自火焰和高温烟气的辐射热量，并加以集中辐射到新煤上，使之升温、着火。故前拱也称为辐射拱。后拱: 后拱位于炉排的后部。引导高温烟气，故属于对流型炉拱。a. 引燃： 输送高温烟气至前拱区，提高那里的炉温，强化前拱的辐射引燃。这种引燃是通过前拱起作用的。因而可称之为间接引燃。 引导灼热炭粒（飞灰）至前端，并使之散落在新煤上产生明火引燃的作用，可称之为直接引燃。后拱的引燃作用以间接引燃为主。由此可见，从引燃来看，前拱是主要的，后拱通过前拱起作用，因而是辅助的。b. 混合： 后拱输送富氧的烟气至前拱区，使之与那里的可燃气体相混合。这是炉内气体大尺度混合的主要方式。由于前拱一般不很长，因此后拱的输气路程较长。同时，由于后拱烟气的流动速度高，因而所产生的扰动混合也