燃烧过程的基本理论

1、1燃燃 烧烧 过过 程程 基基 本本 理理 论论第第 四四 节节2 研究燃料的燃烧机理主要着手于两种基研究燃料的燃烧机理主要着手于两种基本成分的燃烧：本成分的燃烧：固定碳和可燃气体固定碳和可燃气体（对不同（对不同的气体进行分析）的气体进行分析）第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论燃烧基本条件：燃烧基本条件：(2) (2) 达到着火温度达到着火温度(1) (1) 燃料与助燃空气混合燃料与助燃空气混合对燃烧过程的研究，可从以下几方面入手：对燃烧过程的研究，可从以下几方面入手：3(3)(3) 从气体流动的运动动力学方面，研究火焰传播速度和火焰从气体流动的运动动力学方面，研究火焰传播速度和火

2、焰 稳定问题；稳定问题；(4) (4) 从经济观点，研究燃料燃烧完全程度或燃烧室热效率；从经济观点，研究燃料燃烧完全程度或燃烧室热效率；(5) (5) 从环保方面，研究燃烧产物（烟气）对环境污染或辐射问题。从环保方面，研究燃烧产物（烟气）对环境污染或辐射问题。(1)(1) 从热力学和化学平衡方面（传热），可研究着火点、着火从热力学和化学平衡方面（传热），可研究着火点、着火 浓度范围；浓度范围；(2) (2) 从化学动力学和扩散动力学方面从化学动力学和扩散动力学方面( (传质传质) )，研究各种可燃物，研究各种可燃物 燃烧反应的机制；燃烧反应的机制；第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论

3、4一 着火温度由缓慢的氧化反应转变成剧烈的氧化反应由缓慢的氧化反应转变成剧烈的氧化反应（即燃烧）的瞬间叫（即燃烧）的瞬间叫着火着火，转变时的最低温度，转变时的最低温度叫叫着火温度着火温度。 着火温度不是固定值，它与燃料的性质和着火温度不是固定值，它与燃料的性质和燃烧条件有关。燃烧条件有关。第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论5各种燃料的着火过程有所不同各种燃料的着火过程有所不同: :液体燃料：加热时，由闪点液体燃料：加热时，由闪点燃点燃点着火点着火点 要想稳定燃烧，要想稳定燃烧，t t 着火点着火点固体燃料：受热后，先析出挥发分，然后在一定固体燃料：受热后，先析出挥发分，然后在一定

4、温度下挥发分先燃着，固定碳（即焦温度下挥发分先燃着，固定碳（即焦 炭）后燃着。炭）后燃着。V Vdafdaf着火点着火点 气体燃料：着火温度取决于燃料的组成、触媒、气体燃料：着火温度取决于燃料的组成、触媒、 加热条件等。加热条件等。第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论6二二 着火浓度范围着火浓度范围 气体燃料与助燃空气的比例，必须在一定范气体燃料与助燃空气的比例，必须在一定范围内才能燃烧围内才能燃烧( (着火着火) )，这一范围叫，这一范围叫着火浓度范围着火浓度范围。并有可能在瞬间并有可能在瞬间 t t ，使气体压力陡然，使气体压力陡然，甚至，甚至引起爆炸！引起爆炸！煤气在空气中的着

5、火浓度范围煤气在空气中的着火浓度范围煤气种类煤气种类混合气体中煤气的含量混合气体中煤气的含量/ /体积体积% %下下 限限上上 限限发生炉煤气发生炉煤气焦焦 炉炉 煤煤 气气天天 然然 气气21216 64 4747431311515第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论7三三 固态碳的燃烧固态碳的燃烧固态碳的燃烧是两相反应的固态碳的燃烧是两相反应的物理物理化学过程。化学过程。 首先氧气扩散至炭粒表面并与炭作用生成首先氧气扩散至炭粒表面并与炭作用生成COCO、COCO2 2气体，气体，COCO、COCO2 2气体再从表面扩散出来。气体再从表面扩散出来。关于碳的燃烧反应机理到目前为止研究

6、还不十关于碳的燃烧反应机理到目前为止研究还不十分成熟，长久以来存在着三种见解：分成熟，长久以来存在着三种见解： 第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论8有关反应式（如图）：有关反应式（如图）：第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论C + O2 CO2xC + yO2 CxOy12C + O2 CO12CO + O2 CO212C+O2CO2C + O2 CO2CxOy + O2 CO+ CO2CxOy+O2mCO2nCO C CCOCO、COCO2 2、C Cx xO Oy y空气膜空气膜9根据实验研究，在根据实验研究，在9001 200时，生时，生成成CO与与CO2的比例是的

7、比例是1 1，在，在1 450以上以上时生成的时生成的CO与与CO2之比为之比为2 1。所以高温时。所以高温时CO的含量高些，这对于我们是有实际意义的含量高些，这对于我们是有实际意义的。的。第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论10四四 可燃气体（可燃气体（H H2 2、COCO、C Cm mH Hn n）的燃烧）的燃烧 可燃气体的燃烧是链锁反应，必须有中间可燃气体的燃烧是链锁反应，必须有中间活性物（如活性物（如H H、O O及及OHOH等）作链锁刺激物。等）作链锁刺激物。第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论、H H2 2的链锁反应的链锁反应H H2 2的分支链锁反应过程：的

8、分支链锁反应过程：11H H2 2H + OH + O2 2 H HO + HO + H2 2H HH H2 2O OH HOH + HOH + H2 2OH + HOH + H2 2H H2 2O OH H总反应：总反应：H + OH + O2 2 + 3H + 3H2 2 2H 2H2 2O + 3HO + 3H结论：一个刺激物可产生三个刺激物。刺激物结论：一个刺激物可产生三个刺激物。刺激物 增生，使燃烧反应加速。增生，使燃烧反应加速。第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论12第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论、的链锁反应的链锁反应H H2 2的分支链锁反应过程：的分支

9、链锁反应过程：H + OH + O2 2 O +O + OH +OH +H H总反应：总反应：H + OH + O2 2 + + 2 2O O + H+ H实践证明：实践证明：在在COCO的燃烧反应中混合物加入的燃烧反应中混合物加入7%9%7%9%的水汽对它的反应是很有利的。的水汽对它的反应是很有利的。13第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论、烃类的链锁反应、烃类的链锁反应烃类的燃烧比较复杂，今以甲烷为例烃类的燃烧比较复杂，今以甲烷为例说明其链锁反应过程说明其链锁反应过程: :实践证明：实践证明：O是发生链锁反应的活化中心，所以，甲醛的存在，能产生氧原子，对烃类的燃烧是有利的。 CH

10、4O2CH4OO2 O CH4O2 H2O HCHO+O2 HCOOH O H2O COOCO2 14五五 火焰传播速度火焰传播速度( (如图如图) )wf火焰传播速度火焰传播速度，即前焰面移动速度。单位：，即前焰面移动速度。单位： m m3 3/m/m2 2.s.s = m/s = m/sQ QV V = = wf A A 是单位时间内在面积是单位时间内在面积A A上烧掉的可上烧掉的可 燃气体的量。单位：燃气体的量。单位：m m3 3/s/s第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论A可燃混合气体可燃混合气体电火花电火花wf前焰面锋前焰面锋燃烧产物燃烧产物15火焰传播速度影响因素：火焰传

11、播速度影响因素：(1) (1) 气体的种类气体的种类(2) (2) 气体浓度、惰性物含量气体浓度、惰性物含量(3) (3) 管径等因素管径等因素(4) (4) 气体温度气体温度第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论16应用：应用：火焰传播速度对火焰稳定有极大关系，若气流速度火焰传播速度对火焰稳定有极大关系，若气流速度（w）与之不适应，则可能出现回火、脱火甚至吹熄。）与之不适应，则可能出现回火、脱火甚至吹熄。wwfw wf ，易引起，易引起脱火或脱火或熄火熄火； w wf ，易引起，易引起回火或回火或爆炸爆炸； w wf ，正常状态，正常状态，火焰稳定。火焰稳定。第四节第四节 燃烧过程基

12、本理论燃烧过程基本理论17不同气体燃烧火焰传播速度都可进行测量，不同气体燃烧火焰传播速度都可进行测量，如图：如图： 1 1）H H2 2的火焰传播速度远比的火焰传播速度远比CHCH4 4大的大的多，主要是因为多，主要是因为H H2 2的导温系数较大的导温系数较大所致。所致。（2 2）气体混合物只有在一定浓度范）气体混合物只有在一定浓度范围内火焰才能传播，随着可燃气体围内火焰才能传播，随着可燃气体与空气混合物含量的不同，火焰传与空气混合物含量的不同，火焰传播速度也不同，在空气过剩系数播速度也不同，在空气过剩系数略小于略小于1 1时，最大。时，最大。第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论1

13、8燃烧设备的基本作用和要求是燃烧设备的基本作用和要求是: :合理组织燃烧过程，保证物料的良好加热和经济效果。合理组织燃烧过程，保证物料的良好加热和经济效果。(1)(1) 技术上应保证：当温度和热负荷在相当大范技术上应保证：当温度和热负荷在相当大范 围内变化时，均能使燃烧稳定进行；围内变化时，均能使燃烧稳定进行；(2) (2) 能达到预定的烧成工艺要求；能达到预定的烧成工艺要求；(3) (3) 经济性；经济性； (4) (4) 注意改善劳动条件，保证安全生产，便于操注意改善劳动条件，保证安全生产，便于操 作和管理，容易实现机械化和自动化。作和管理，容易实现机械化和自动化。具体要求：具体要求：第四节第四节 燃烧过程基本理论燃烧过程基本理论19六六燃烧过程中氧化氮生成机理燃烧过程中氧化氮生成机理 工业窑炉烟气中含有的氧化氮（工业窑炉烟气中含有的氧化氮（NONOx x）对人体、）对人体、动植物都有极大的危害，是造成大气污染的主要有害动植物都有极大的危害，是造成大气污染的主要有害气体之一。气体之一。NOx的生成条件是的生成条件是: 高温和富氧。高温和