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1、第一篇 燃料概论 燃料的概念： 各种有机和无机复杂化合物的混合物，经过熄灭可以将其化学能转变为热能的物质，同时在技术上是可行的，经济上是合理的。 规范煤的概念: 规范煤是指每千克运用基低位热值为29.27兆焦MJ相当于7000卡的煤。第一章 固体燃料 一、煤的种类：泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤 1、泥煤 地质年代最近的煤，含水量40以上，风干堆积密度300-450kg/m3，在化学成分上氧含量高达30%左右，含炭量相对较低。挥发分高，可燃性较好。含硫量较低，机械强度低。主要用于锅炉和汽化原料。 褐煤 由泥煤进一步变化而成，完成了植物遗体的炭化过程，密度较大，含炭量较高，含氢和氧量较少，挥发分产率低

2、，吸水性小，机械强度较大。 第一章 固体燃料 .烟煤 由褐煤进一步变化而成，密度大，含炭量较高，含氢和氧量较少，挥发分产率低，吸水性强，堆积密度750-800kg/m3，机戒强度较大，最大特点是粘接性好。烟煤运用范围广，是冶金和动力工业不可短少的燃料，也是炼焦的主要原料。 无烟煤 炭化程度最高，地质年代最长远的煤，含炭量最高，密度大，机戒强度大，挥发分极少，吸水性小，热值高，灰分少，含硫量低。第一章 固体燃料CHON泥煤57.05.236.81.0褐煤65.04.030.01.0烟煤88.05.35.01.7无烟煤94.02.91.91.2二、煤的化学组成煤都是由七种成分组成无机物矿物质 A，

3、水分 M 有机物 C，H，O，N，S元素方式第一章 固体燃料三、煤的成分表示基准及其换算 应 用 基ar 空气枯燥基ad 干 燥 基 d 可 燃 基daf A C H O N S M A FC V M 灰分 固定炭 挥发分 水分 运用基成分： Cy %+ Hy %+Oy %+ Ny %+ Sy %+Ay+My=100% 枯燥基成分： Cg %+ Hg %+Og%+ Ng %+ Sg %+Ag=100% 可燃基成分： Cr %+ Hr %+Or %+ Nr %+ Sr %=100% 第一章 固体燃料四、煤的主要特性 (一) 煤的发热量热值 1煤的发热量的根本概念 煤的发热量是评价燃料质量的重要目

4、的，也是计算熄灭温度和燃料耗费量的重要根据。 高发热量QhMJ/kg：燃料完全熄灭后熄灭产物冷却到使其中的水蒸气凝结成0的水时放出的热量。 低发热量QlMJ/kg：燃料完全熄灭后熄灭产物冷却到20时放出的热量。第一章 固体燃料 五、煤的主要特性 (一) 煤的发热量热值 二煤的比热和导热系数 (三) 粘结性和结焦性 四 热稳定性 五反响性和可燃性煤的活性 石油产品 液化石油气、汽油、煤油、轻柴油、重柴油、重油、残渣油等。 汽油、煤油、轻柴油主要用于各种发动机的燃料；重柴油、重油普通用于各种工业窑炉和锅炉的燃料；液化石油气主要用于民用燃料。 一、 油的化学组成 成分： C，H，O，N，S；A，M

5、C H O + N S 85-88% 10-13% 0.5-1.0% 0.2-1.0% 第二章 液体燃料二、油的运用性能 燃油的闪点、燃点和着火点是液体燃料的非常重要的性能目的，关系到用油的平安技术和熄灭条件。 1闪点、燃点和着火点闪点：遇小火能发生闪火的温度80-130 C。燃点：遇小火闪火后能继续熄灭的温度闪点+10 C。着火点：温度继续升高并发生自燃的温度500-600C。 第二章 液体燃料2. 重油的粘度3重油的密度 20 = 0.92-0.98 t/m34比热和导热系数 Cp=1.31.7 kj/kg. 5重油的发热量 QL = 39.942.0 MJ/kg5重油的含硫量 重油含硫量

6、不能大于1%。第二章 液体燃料 一、城市燃气 符合国家城市燃气规范的气体燃料叫城市燃气(城市燃气分类GB/T11-92)。 1人工煤气 RManufactured gas 焦炉煤气：炼焦过程的副产品 油制气：利用重油进展热裂解和催化裂解获得的气 体燃料。 主要成分：H2 CO CH4 CmHn N2 CO2 O2 第三章 气体燃料第三章 气体燃料2天然气 T气田气和油田气Natural gas 一种从气田或者油田直接开采的天然气体燃料主要成分 CH4=9098%。 主要成分： CH4 CmHn N2 CO2 微量H2O， H2S QL=3500037000 kJ/Nm3 8000-10000

7、kCal /Nm3 密度：0.70.8 kJ/Nm3 3液化石油气YLPG Liquified Petroleum Gas 石油炼制过程的副产品，主要成分为C3 和C4的烃类主要是丙烷、丁烷和丁烷、丁烯，在常温下加压大约1.6MP就可以液化，可以用高压储罐储存，减压就可以汽化。 主要成分： C3H8 C4H8 C3H10 C4H10 CmHn 气态热值： QL=87900108900 kJ/Nm3 21000-26000 kCal /Nm3 液态热值： QL=4520046100 kJ/Nm3 气态密度： 1.952.36 kJ/Nm3 第三章 气体燃料 二、气体燃料的组分 1可燃组分气体：H

8、2，CO，CH4，CmHn， 2不可燃组分气体：N2，CO2，O2， H2O 3杂质：有机硫， H2S，NH3， 焦油蒸汽等 第三章 气体燃料三、气体燃料成分的表示方法 气体燃料都是由各单一气体组成的混合物。燃气的来源和种类不同他们的组成和发热量也不同。 1.成分表示方法 气体燃料的组成是用所含各单一气体的体积百分数来表示的，有所谓“湿成分和“干成分两种表示方法。湿成分：COS %+ HS2% +CHS4% +COS2%+NS2% +OS2% +H2OS =100 %干成分：COg %+ Hg2% +CHg4% +COg2%+Ng2% + Og2 % =100 % 第三章 气体燃料 第二篇 燃

9、料熄灭计算熄灭计算的根本原理： 燃料 + 氧化剂 = 熄灭产物 煤、油、燃气 空气/氧气 CO2、H2O、SO2、N2 、O2 ，灰 不完全熄灭产物还有： CO、H2、 CH4，C 计算的主要根据： 质量守衡 物料平衡 计算空气量和烟气量 能量守衡 热量平衡计算熄灭温度 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量一、固体和液体燃料的实际空气需求量计算实际空气量：按化学计量比计算的单位燃料完全熄灭所需求的空气量叫实际空气量Nm3/kg；Nm3/ Nm3。燃料成分为： C % + H % + O % + N % + S % + A % + W % = 100 % 可燃组分为： C ，H， S 其中碳的熄灭

10、： C + O2 = CO2 数量关系： 12 + 32 = 44 kg每公斤碳熄灭的需氧量为： 1 + 8/3 = 11/3 kg / kg 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量对于氢的熄灭： H2 + 0.5 O2 = H2O 数量关系： 2 + 16 = 18 kg每公斤氢熄灭的需氧量为： 1 + 8 = 9 kg / kg 硫熄灭时： S + O2 = SO2 数量关系： 32 + 32 = 64 kg每公斤氢熄灭的需氧量为： 1 + 1 = 2 kg / kg 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量因此，每公斤燃料完全熄灭所需求的实际氧气质量为： kg / kg (4-2)在规范形状下1k

11、g mol的气体体积量为22.4 Nm3，所以标准形状下氧的密度为32/22.4=1.429 Nm3/kg 。 故每公斤燃料完全熄灭所需求的实际氧气体积量为： Nm3 / kg (4-3)1001)838(2. 0OSHCGO1001)838(429. 112. 0OSHCLO 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量普通的工业熄灭都是在空气中熄灭，熄灭所需求的实际空气量为： Nm3 / kg (4-5)或者可以写为： Nm3/kg (4-5a)1001)838(21. 0429. 11. 0OSHCL)33. 333. 367.2689. 8(01. 0. 0OSHCL 第四章 空气需求量及熄灭产

12、物生成量二、气体燃料的实际空气需求量 气体燃料的体积百分数成分组成为：CO % + H2% + CH4 % + CnHm% + H2S % +CO2 % +O2% +N2 % +H2O % =100 % 各可燃组分的化学反响方程式为： 其中CO的熄灭： CO +0.5O2 = CO2 氢的熄灭： H2+0.5O2 = H2O 碳氢化合物的熄灭： 硫化氢的熄灭： H2S + 1.5O2 = H2O + SO2222mnCO2m OnH )O4m (n HC 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量1 Nm3燃气完全熄灭的实际空气量为： Nm3/Nm3(4-8) 小结：1、实际空气量的大小与燃料的元素成

13、分或气体的成分有关，不同的燃料其实际空气量不同。2、对于液体燃料其元素成分主要是碳和氢，而且含量大致一样，因此液体燃料的实际空气量根本相等。如：汽油 L0=11.43Nm3 / kg，煤油 L0=11.34Nm3 / kg，重馏分油 L0=11.25Nm3 / kg。 2222105 . 1)4(5 . 05 . 0 76. 4OSHHCmnHCOmn22220105 . 1)4(5 . 05 . 0 21. 01OSHHCmnHCOLmn 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量 三、实践空气需求量与过剩空气系数 过剩空气系数：n=Ln/L0 实践空气量： Ln=nL0 过剩空气量： Ln-L0=

14、 nL0-L0=(n-1) L0 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量 过剩空气系数对实践熄灭过程的影响: 1、当n大于1时，实践空气量Ln大于实际空气需求量L0，空气量有富有，可以满足完全熄灭的需求。但是假设n过大，熄灭剩余的空气量过多，会呵斥熄灭温度降低，烟气量添加和排烟热损失增大。 2、当n小于1时，实践空气量Ln小于实际空气需求量L0，空气量过小会呵斥燃料的不完全熄灭，熄灭温度也会降低。 3、当n=1时，Ln=L0 ，实践空气量Ln等于实际空气需求量L0，实际上燃料可以完全熄灭，无多余燃料也无多余的空气，此时熄灭的温度最高。这时的燃料与空气之比叫化学当量比。 第四章 空气需求量及熄灭产物

15、生成量 完全熄灭的烟气量计算 熄灭产物的量可以根据熄灭反响前后的物质平衡关系进展计算。完全燃时单位燃料熄灭后的产物包括：CO2 ，SO2 ，H2O，O2 ，N2 Nm3 / kg或者Nm3 / Nm3 (4-11) 22222ONOHSOCOnVVVVVV 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量一、固体和液体燃料的烟气量对于固体和液体燃料，根据4-1可以得到以下各生成物的数量关系： Nm3 / kg4-13000) 1(10021100791001.284 .22.00124. 01001.184 .22).9(1004 .22.321001.644 .2221004 .2212444 .2210

16、0131122222LnVnLNVgnLMHVSSVCCVONOHSOCO 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量将以上代入式4-11整理后可以得到燃料完全熄灭的实践烟气量为： Nm3 / kg4-14-a 当 n=1时，得到燃料完全熄灭的实际烟气量为： Nm3/kg4-14-b0000124. 0)10021(1004 .22)281823212(gnLLnNMHSCVn00000124. 0100791004 .22)281823212(gnLLNMHSCV 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量当不计空气中的水分时，燃料完全熄灭的实际烟气量为： Nm3 / kg4-15完全熄灭的实践烟气量与实际

17、烟气量的数量关系为： Nm3 / kg 4-12-a00) 1(LnVVn00100791004 .22)281823212(LNMHSCV 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量 二、气体燃料的烟气量对于气体燃料，由4-6根据物质平衡关系可以得到： Nm3/ Nm3 4-1600022222) 1(10021100791001.00124. 01001).2(1001.1001).(22222LnVnLNVgnLOHSHHCmHVSHVCOHnCCOVONmnOHSOmnCOnL 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量完全熄灭时气体燃料的实践烟气量为： 实际烟气量n=1时，不思索空气的水分为： 气体

18、燃料的实践烟气量也同样可以写为： 002222200124. 0)10021(100102)2(gnLLnHNCOSHHCmnHCOVmnn022222010079100102)2(LHNCOSHHCmnHCOVmn00) 1(LnVVn第四章 空气需求量及熄灭产物生成量关于V0、Vn的影响要素以及与n之间的关系分析： 1、实际烟气量V0的大小与燃料的元素成分或气体的成分有关，不同的燃料其实际实际烟气量不同；燃料中可燃成分越高，发热量越大，实际烟气量V0也就越大。 2、实践烟气量Vn的大小除与燃料的元素成分或气体的成分有关外，还与过剩空气系数n的大小有直接关系，n值越大Vn也就越大。 3、熄灭

19、烟气的成分比例与燃料的元素成分有关，也与过剩空气系数n有关，n值越大，过剩空气量添加，烟气中过剩的O2 ，N2的比例增大。 3 不完全熄灭的烟气量计算 呵斥不完全熄灭的根本缘由主要是： 空气供应缺乏；燃料与空气混合不均匀； 燃料油雾化不良 ；熄灭设备的其它问题。 完全熄灭产物：CO2 、SO2 、H2O、N2、O2 不完全熄灭还能够有：CO、H2、CH4忽略H2S、CmHn 处理问题的方法：计算对于部分问题； 实验测定无法计算的 第四章 空气需求量及熄灭产物生成量第五章 熄灭温度 熄灭温度即熄灭产物所到达的温度，熄灭温度与燃料种类及组成、熄灭条件、传热条件等要素有关。熄灭温度的高低取决于熄灭过

20、程中的热量收支的平衡关系。 熄灭温度计算原理： 热量平衡方程式以1kg或1m3燃料为单位： Qd+ Q空+ Q燃 = Q产 + Q传 + Q不 + Q分 Q产 = VnC产t产 t产 为熄灭温度 Q空 =Lnc空t空 Q燃= c燃t燃 第五章 熄灭温度 由热平衡方程可以得到熄灭烟气的温度为： 1实践熄灭温度 ： t产 = Qd +Q燃 +Q空 Q传 Q不 Q分/ VnC产 实践熄灭温度影响要素很多，随炉子的工艺过程、热工过程和炉子的构造不同而变化。由于情况复杂，实践熄灭温度是不能简单计算出来的。第五章 熄灭温度 2实际熄灭温度假设：绝热 ，完全熄灭 t理 = Qd +Q燃 +Q空 Q分/ Vn

21、C产 实际熄灭温度是燃料熄灭过程的重要目的，它阐明燃料在绝热条件下完全熄灭可以到达的最高温度。 第五章 熄灭温度 3量热计温度 假设：绝热，完全熄灭，忽略热分解 t 量 = Qd +Q燃 +Q空 / VnC产 量热计温度温度是不思索任何热损失的实际熄灭温度。 第五章 熄灭温度 4燃料实际发热温度假设 n = 1，完全熄灭，燃料 与空气都不预热，绝热，忽略热分解： t 热 = Qd / V0C产 是燃料性质评价目的，由燃料性质所决议。 燃料实际发热温度和实际熄灭温度可以根据燃料性质和熄灭条件计算出来。 第五章 熄灭温度 影响实际熄灭温度的要素： 一、燃料的性质 Qd / V0提高， t 理 也提

22、高 二、空气耗费系数n n添加， t 理降低。 三、空气或煤气预热 提高了Q空Q燃， t 理 也提高。 四、空气富氧程度的影响 富氧程度提高 t 理 提高 第六章 空气耗费系数及不完全熄灭 热损失的检测计算 1 熄灭产物成分的测定和验证 一、熄灭产物成分的测定: 采用烟气成分测定方法测定烟气成分： 完全熄灭产物： RO2CO2、SO2、H2O、N2、O2 不完全熄灭产物：RO2CO2 、SO2 、H2O、N2、O2 、 CO、H2、CH4 第六章 空气耗费系数及不完全熄灭 热损失的检测计算 二、烟气的RO2 max气体含量 RO2 max = 21 /1+ 当烟气中的SO2含量很低时： CO2

23、 max = 21 /1+ 为燃料特性系数，只于燃料成分特性有关。而烟气中的RO2max仅与有关，实践上也与燃料成分直接相关. 对于一定的燃料，其值和熄灭烟气的RO2 max都是常数. 第六章 空气耗费系数及不完全熄灭 热损失的检测计算 三、烟气的不完全熄灭产物CO气体含量 6-16 当完全熄灭时CO=0： 当n=1完全熄灭时CO=0： (烟气中的最大CO2含量) 605. 0)1 (2122COOCO12122OCO121max2CO 第六章 空气耗费系数及不完全熄灭 热损失的检测计算 2 空气耗费系数 n 的检测计算 过剩空气系数n对熄灭过程有很大影响，是熄灭过程的一个重要目的。设计炉子和

24、熄灭器时，n值的大小按阅历选取，炉子运转时的实践n值的大小只能根据燃料特性和烟气成分计算。 根据燃料特性和烟气成分，用氧平衡/氮平衡原理可以计算空气耗费系数 n 第六章 空气耗费系数及不完全熄灭 热损失的检测计算 当完全熄灭时： 6-28 对于含氮和含氢量很小的燃料如焦碳、无烟煤等，N2=79那么： 过剩空气系数只与烟气中的过剩氧有关。22.217911NOn22121On 第七章 气体射流的混合过程 5 5 旋转射流旋转射流 一、旋转射流的特点：一、旋转射流的特点：1 1、具有轴向、径向和切向、具有轴向、径向和切向速度分量速度分量2 2、在流场的径向和轴向都、在流场的径向和轴向都有压力梯度，

25、当轴向压有压力梯度，当轴向压力梯度大并且为负值时力梯度大并且为负值时流体将会产生回流构成流体将会产生回流构成回流区。回流区。3 3、回流区使烟气倒流构成、回流区使烟气倒流构成中心高温。中心高温。二、旋转射流的作用：二、旋转射流的作用： 在熄灭技术中利用旋在熄灭技术中利用旋流的特流的特点来控制火焰长度、强化点来控制火焰长度、强化熄灭过熄灭过程和改善火焰的稳定性。程和改善火焰的稳定性。 第七章 气体射流的混合过程 5 5 旋转射流旋转射流 三、旋流强度和旋流数：三、旋流强度和旋流数： 旋转射流的旋转强度旋转射流的旋转强度叫旋流强度，而旋流强叫旋流强度，而旋流强度的强弱用旋流数度的强弱用旋流数S S

26、的大的大小来断定。小来断定。 旋流数：旋流数：G- G- 旋转自在射流的角动旋转自在射流的角动量量Gx - Gx - 旋转自在射流的轴向旋转自在射流的轴向动量动量R - R - 旋流器出口半径旋流器出口半径 RGGxS0o/vu 第八章 熄灭反响速度和反响机理 1 化学反响速度 一、化学反响速度 单位时间内反响物浓度的变化叫化学反响速度： W = dC/d kMol/ m3s 例如： CO + H2O = CO2 + H2(复原反响) W = dCCO2/d = dCH2/d = - dCCO/d = - dCH2O/d 生成物的生成速度等于反响物的反响速度。 第八章 熄灭反响速度和反响机理

27、二、影响化学反响速度的要素 W = K0 exp E/RTCn 1. 温度 T 温度升高，反响速度加快；到一定温度10000 K 后，添加缓慢； 2. 活化能 E (分子活化所必需的分子能量) 反响本身固有性质；E 高，难于反响； 3. 反响物浓度 C 浓度高，反响速度加快与反响级数 n 有关； 4. 反响物分压 分压大即 浓度也高，反响速度也加快 5. 反响级数 n 由化学反响本身决议 。 第八章 熄灭反响速度和反响机理 2 可燃气体的熄灭反响机理 一、链锁反响机理 1、链的构成过程-即反响物由于热力活化或其他作用而构成初始活化分子的过程。2、链的传送过程-活化分子与反响物相互化合而产生反响

28、产物的同时,又再生新的活化分子,在分支链锁反响过程中,再生的新的消化分子数目要大于耗费的活化分子数目。3、链的断裂过程-亦即为活化分子与器壁,或与惰性分子相碰后而失去能量,活化分子销毁的过程。 第八章 熄灭反响速度和反响机理 4 熄灭过程中NOX的生成机理 一、 NOX 的生成机理 烟气中NOX来源于空气以及燃料中N在熄灭的高温下生成，是呵斥大气环境污染的主要有害气体之一。 包括 NO、 NO2 、 NO3 、 N2O 、 N2O3 、 N2O4 、 N2O5等各种氮的氧化物，主要是NO和NO2。 1. NO 生成机理直链反响 N2 + O = NO + N N + O2 = NO + O N

29、2 + O 2 = 2 NO Q 第八章 熄灭反响速度和反响机理 NO生成速度与O2 、N2浓度和反响区温度有亲密关系。 当有水蒸气时，N + OH H + NO 2. NO2 生成机理 NO 的氧化 O2 + M = 2O + M M 为活化分子，M 为惰性分子 NO + O + M = NO2 + M NO + HOO = NO2 + OH HOO 羥基 第八章 熄灭反响速度和反响机理 二、NOX 生成的影响要素 1主要在火焰最高温度区熄灭带或之后生成 2烟气在熄灭室停留时间 3火焰中N2 、 O2 的浓度，控制 n 4燃料中N NOX的生成主要与火焰中的最高温度、氧和氮的浓度、以及气体在

30、高温下停留的时间有关。 第八章 熄灭反响速度和反响机理 四、降低烟气中NOX的方法 1降低熄灭温度程度，防止部分高温 2控制过剩空气系数 n 3缩短烟气在高温区停留时间 4采用低 N 燃料 5低NOX熄灭方法： 二段熄灭法 烟气循环法 沸腾熄灭法 第三篇 熄灭根本原理 第九章 预混气的热力着火 第九章 预混气的热力着火 自燃着火有两个条件: (1) 可燃混合物应有一定的能量储存过程。 (2) 在可燃混合物的温度不断提高，以及活化分子的数量不断积累后，其反响从不显著的反响速度自动地转变到猛烈的反响速度。 热力着火实际：以热量平衡为分析根底。化学反响发出的热量超越散失的热量，反响系统中当热量的集聚

31、到达着火温度就能着火。着火温度与燃料成分、浓度压力、容器壁温等要素有关，着火温度不是一个物性参数。 第九章 预混气的热力着火 1 着火过程与着火温度 假设简化模型：闭口体系，容积V，壁面温度 T0 ，可燃混 合物温度 T，浓度 C，并且均匀不变。 反响发热量： Q1 = q W = q k0 Cn exp E / RT= A exp E /RT kj/m3 . s 系统散热量： Q2 = FT T0/V = BT T0 kj/m3 . s 式中： A= q k0 Cn B= F/V 为常数。其中：q 反响的热效应；V 混合物的容积 ；E 活化能；Cn 反响物浓 度；R 气体常数；k0 前指数因

32、子；T 化学反响温度； 对流 放热系数 F 放热面积 T0 可燃混合物的初温；W 化学反响 速度。 第九章 预混气的热力着火 1 着火过程与着火温度 一、热力着火的过程分析 可燃混合物的化学反响在有限空间进展时，其化学反响不断放热的同时也会向系统以外散热。在有散热的情况下，系统内部热量的增量应该等于系统放热量与散热量之差。因此，反响系统的能量平衡方程可以写为： 21QQddTCv 第九章 预混气的热力着火 1 着火过程与着火温度 一、热力着火的过程分析 只需当系统的放热量大于散热量时才会有热量的聚集,并且温度不断升高到达着火熄灭。因此热力着火的首要条件是反响系统热量的增量必需大于0，即： 经过

33、分析反响系统的放热和散热情况以及热量的平衡关系，可以确定热力着火点的条件和位置。 详细分析如下:021QQddTCv 第九章 预混气的热力着火一、热力着火的过程分析 1平衡点1 在平衡点1以下，反响的放热量Q1总是大于散热量Q2，混合气的温度会不断升高，同时散热也逐渐增大，在1点到达平衡形状Q1- Q2=0。假设温度继续升高，散热将会强于反响放热，过程将会重新向1点挪动。1点是稳定平衡点，在此点化学反响不能够自动加速，也就不能够自燃着火其反响是等温反响。 第九章 预混气的热力着火一、热力着火的过程分析 2平衡点2 当温度稍低于T2时，由于Q2 Q1温度就会不断下降直到1点才会重新平衡；假设温度

34、稍高于T2，这时Q1Q2温度将不断提高，反响不断加速，最后产生热力着火。但这不是属于自燃着火。由于可燃混合物从T0开场升温，不能够自行超越1点，也就无法自动到达2点而着火熄灭。 因此2点是不稳定平衡点。 第九章 预混气的热力着火 一、热力着火的过程分析 3改动系统环境温度T0 Q1 = A exp E /RT Q2 = BT T0 假设提高容器壁温度T0，散热线将向右边平行挪动，假设两条线相交，那么不论什么温度下一直Q1Q2，系统内将不断有热量聚集，混合物的温度将不断提高，反响速度不断加快直到着火。 第九章 预混气的热力着火 一、热力着火的过程分析 4平衡点B 放热线与散热线相切与B点，在 B

35、点Q1- Q2=0，也是不稳定点，当温度 稍高于Tc时，反响将急剧加速而引起爆 燃。 Q1 = A exp E /RT Q2 = BT T0 B点是发生热自燃的临界形状点又 叫着火点，B点所处的温度TB称为着火 温度，而对应于该反响的初始环境温 度T0就是可以引起着火的最低环境温度。 第九章 预混气的热力着火一、热力着火的过程分析 5改动系统散热条件 Q1 = A exp E /RT Q2 = BT T0 B= F/V减小 实现热力着火 第九章 预混气的热力着火一、热力着火的过程分析 6提高混合物压力 Q1 = A exp E /RT Q2 = BT T0 A=q k0 Cn提高 实现热力着火

36、 第九章 预混气的热力着火 一、热力着火的过程分析 在上述各种能够的热力着火条件下，引起着火的温度点是不同的。在不同的外界条件下，可以经过不同的途径实现着火。燃料的热力着火温度不是物性常数而是受许多要素影响的变数。 实现热力着火的能够途径： 1.提高混合气的初始温度T0 2.改动散热条件 F/V 3.添加可燃预混气的压力( P ) 第九章 预混气的热力着火 一、热力着火的过程分析 在上述各种能够的热力着火条件下，引起着火的最低温度是不同的。因此燃料的热力着火温度不是物性常数而是受许多要素影响的变数。 热力着火温度的高低与以下各种要素有关： 燃料和氧化剂的性质物性 q E K0 环境温度T0和压

37、力Cn 容器的外形和大小F V 散热条件 F/V 第九章 预混气的热力着火 1 着火过程与着火温度 二、热力着火温度 1、 热力着火的必要条件 根据以上分析，可燃混合气要产生热自燃着火必需满足： a. 在着火点系统的放热量等于散热量： b. 在着火点的放热量与散热量随系统温度变化的速率相等在着火点两曲线的斜率一样。 即： BBBBdTdQdTdQQQ)()()()(2121 第九章 预混气的热力着火 2 强迫点火过程 一、 可燃混合气的点燃 自燃着火：需求均匀加热混合气到一定的温度；自燃过程在整个容器中同时进展；自燃过程能否胜利与环境 温度、散热条件亲密相关。 强迫点燃：采用外加热源作为点火源

38、；点火只是在混合气的部分进展；部分火焰的传播点燃全部；点燃能否胜利取决于点火源的性质、火焰传播的情况；气流的流动情况等；点燃温度比自燃温度高。 第九章 预混气的热力着火 2 强迫点火过程 三、炽热物体点燃的热力实际 炽热小物体置于低速或者静止 可燃混合物气流中，分析其部分点 燃和火焰传播的过程如下: 1、当炽热颗粒的温度为T1较低时，颗粒 附面层内可燃混气的反响生成热较 少，放热大于散热，温度会沿附面 层厚度向外逐渐降低。 温度梯度dT/dx|w0 第九章 预混气的热力着火 2 强迫点火过程 三、炽热物体点燃的热力实际 炽热小物体置于低速或者静止 可燃混合物气流中，分析其部分点 燃和火焰传播的

39、过程如下: 2、当炽热颗粒的温度升高为T2时，颗粒 附面层内可燃混气的反响生成热添加， 放热等于散热，附面层内外温度趋于 一致并接近T2，温度梯度dT/dx|w=0。 第九章 预混气的热力着火 2 强迫点火过程 三、炽热物体点燃的热力实际 炽热小物体置于低速或者静止可燃混合 物气流中，分析其部分点燃和火焰传播: 3、略微再提高炽热颗粒的温度为T3时，颗 粒附面层内可燃混气的反响生成热继 续增大，放热将大于散热，附面层内 温度也将大于T3，并快速升高到达着 火温度，实现强迫着火。 温度梯度dT/dx|w0。 4、强迫点火的临界条件：dT/dx|w=0 第九章 预混气的热力着火 四、强迫点火温度及

40、其影响要素 由于鲁谢尔数 Nu=(d)/ 故上式可以写为： 可以归纳为：Tw=f(，Qd,E,K0, T0,C0, d)wTTwudTTCwqTTdN),(2)(00 第九章 预混气的热力着火 四、强迫点火温度及其影响要素 强迫点火温度Tw的影响要素： 1、可燃混气的物理化学性质，Qd,E,K0 2、可燃混气初温度 T0 3、可燃物的浓度 C0 4、可燃混气的流动形状 5、炽热体的大小和外形 d 第九章 预混气的热力着火 3 着火浓度界限 实际研讨和实验阐明，无论是自燃着火还使强迫点火，其着火条件都与可燃物的浓度有关，而浓度又直接决议于系统的压力和可燃混合物的成分比例。因此。除了温度条件外，着

41、火也只能在一定的压力和成分条件下才干实现。 第九章 预混气的热力着火 3 着火浓度界限 3、着火的浓度界限 令 Pi=常数 得 T0i=f(xA) 令 T0i =常数 得 Pi =f(xA) 第九章 预混气的热力着火 3 着火浓度界限 3、着火的浓度界限 对着火浓度界限的分析： 1着火浓度界限图形呈道U形，U 形里面是着火区，外面是非着火区。 2在一定的温度和压力下，并非 一切的浓度范围都能引起着火，而是 存在一着火浓度的上限和下限，当燃 料浓度高于上限或者低于下限时，混 合气都不能着火。 第九章 预混气的热力着火 3 着火浓度界限 3、着火的浓度界限 3着火浓度界限随散热程度 F/ V的加大

42、而减少,为了使可燃 混合气快速着火，无论是提高温度或 者提高压力都是有效的。 第九章 预混气的热力着火 3 着火浓度界限 3、着火的浓度界限 4随着温度或压力的降低，着 火浓度界限范围变窄。当温度或压力 降到一定程度时，着火浓度界限就会 消逝，这时对混合气的任何浓度组成 都不能着火。因此，对于给定的可燃 混气，在一定的散热条件下存在一个 极限的着火温度或压力，低于此 极限的温度或压力混合气的任何 组成浓度都不能着火。 第十章 熄灭传播过程 二、 熄灭火焰传播机理 层流火焰传播速度：在层流气流中焰面沿其法线方向挪动层流火焰传播速度：在层流气流中焰面沿其法线方向挪动的速度称为层流火焰传播速度。的速

43、度称为层流火焰传播速度。 第十章 熄灭传播过程 火焰的传播、焰面的挪动与稳定： 1、火焰传播的方向总是逆气流方向； 2、火焰面的前方是未燃气体，后方为熄灭产物，火焰 面是分界面； 3、当|u|w|时火焰面将向气流上游方向挪动； 当|u|w|时火焰面将向气流下游方向挪动； 4、当|u|=|w|时，火焰面将静止不动稳定熄灭。 第十章 熄灭传播过程 2 层流火焰传播速度 一、建立根本方程导热方程 火焰面厚度 p预热区 c反响区第十章 熄灭传播过程 2 层流火焰传播速度 一、建立根本方程热平衡方程 dx微元的热平衡方程：两侧面导入热量 + 反响热 = 微元体热焓增量 dTGCWqdxdxdTdxdTP

44、dxxx)|(|第十章 熄灭传播过程 2 层流火焰传播速度 一、建立根本方程热平衡方程 dTGCWqdxdxdTdxdTPdxxx)|(|dxdxdTdxddxdTdxdTdxx)(|其中：0)(WqdxdTGCdxdTdxdP代入平衡方程得：dxdxdTGCdTGCPP)(第十章 熄灭传播过程 二、两区物理模型 预热区：忽略化学反响，W = 0 反响区：温度接近熄灭温度， dT/dx = 0第十章 熄灭传播过程 三、方程求解 1. 在预热区 忽略反响热wqdx=0 边境条件 x=x0：T = T0 x=x1：T = TB 设 Y= dT/dx x=x0：Y0=0 那么方程可写为： 0)(dx

45、dTGCdxdTdxdP有：dxdTGCdxdYP)(0010TTGCdTGCdYBPTTPxxB)()(|00011TTCuTTGCdxdTYBPLBPx得：第十章 熄灭传播过程 2. 在反响区 dT/dx=0 温度梯度为0 边境条件: x=x1：T = TB, x=x2：T = TK dT/dx = 0 Y2=0 由于 Y= dT/dx 得: dx = /YdT微分方程改写为： dY/dx + Wq = 0 dY= - Wq dx -YdY=Wq dT积分： 0)(WqdxdTdxd有：21xxTTdTWqYdYKBdTWqYKBTTxx21)|21(2dTWqYKBTT21221, 0Y

46、积分上式得：因为211)2(|1dTWqdxdTYKBTTx所以：第十章 熄灭传播过程 3、计算层流火焰传播速度 根据以上计算，在预热区与反响区交界面的温度梯度为： 预热区： 反响区： 故 或者 )(|001TTCudxdTBPLx211)2(|dTWqdxdTKBTTxKBTTBPLqWdTTTCu2)(00KBTTBPLqWdTTTCu2)(100第十章 熄灭传播过程 在全部反响区域应该满足： 而在预热区: 因此: 由于着火温度与熄灭温度非常接近 ： 因此: 得层流火焰传播速度数模分析解如下： KBTT 00BKKBTTTTTTwqdTwqdTwqdT00BTTwqdTKKBTTTTwqd

47、TwqdT000TTTTKBKTTKPLqWdTTTCu02)(100第十章 熄灭传播过程 3、计算层流火焰传播速度 层流火焰传播速度的定性表达式： 可以改写为： 10-10 上式具有重要的实际价值，它提示了层流火焰的传播机理，详细反映了火焰传播速度与各种影响要素的关系。实践上可燃混合气的正常火焰传播速度的详细数值是由实验测定的。KTTKPLqWdTTTCu02)(10000)(21TTqWCuKPL平均 第十章 熄灭传播过程 4、对层流火焰传播速度的分析 (1)火焰传播速度与其平均导热系数的平方根成正比例，而与其定压比热Cp的平方根成反比例，因此层流火焰传播速度与气体混合物的物理常数有关；

48、(2)层流火焰传播速度随着差值TK-T0的减小而添加，因此假设将气体预先加热然后再送入熄灭室，那么其火焰传播速度能得以提高。第十章 熄灭传播过程 4、对层流火焰传播速度的分析 (3)可燃气体混合物的热效应及化学反响速度也显著地影响熄灭速度，当可燃气体混合物的热效应及化学反响速度低的情况下，那么层流火焰传播速度数值也小； (4)可燃气体混合物的过剩空气系数也将影响其熄灭速度,当可燃混合物中的空气含量缺乏n1都会使熄灭温度Tr降低，因此也降低层流火焰传播速度。 第十章 熄灭传播过程 四、对 uL 的影响要素 层流火焰传播速度 ： 实际分析证明，层流火焰传播速度是可燃气体的一个物理化学特性参数，它主

49、要遭到可燃混合气本身的特性、压力、温度、添加剂、惰性气体含量、组成构造等各种要素的影响。 00)(21TTqWCuKPL平均第十章 熄灭传播过程 四、对 uL 的影响要素 1. 可燃混合气性质的影响 组分不同，0、CP 、q、W 都不同。 分析：a.化学反响速度W大的燃料， 层流火焰传播速度 uL也大， 凡 是可以使W增大的要素， 也能使uL增大； b.凡是活化能E小的燃料，W就 大，这时uL也大； c.提高温度可以使反响加速， 也能使uL添加。 第十章 熄灭传播过程 四、对 uL 的影响要素 2. 可燃气体浓度n值的影响 a.可燃混合气的uL将随着过剩空气系数n 而改动。 b.各种可燃混合气的最大的uL值处于可 燃物浓度 比化学当量的比例稍大的 混合物中即n1。 c.碳氢化合物的最大uL值发生在n 0.96处，且该值不随压力与温度改动。 第十章 熄灭传播过程 四、对uL 的影响要素 2. 可燃气体浓度 n值 的影响 第十章 熄灭传播过程 四、层流火焰传播速度 uL 的影响要素 3. 氧化剂中O2含量的影响 氧气浓度，W，因此 uL 提高氧化剂中氧的含量，相当于 减少了可燃混合气中的惰性气体，能 够明显添加火焰传播的进程，因此采 用富氧或纯氧熄灭，可以显著提高燃 烧强度。第十章 熄灭传播过程 四、对四、对 uL uL