工程燃烧学绪论

欢迎大家来到《工程燃烧学Ⅰ》课堂！课程名称：工程燃烧学Ⅰ课号：0183100310-1SchoolofEnergyandPowerEngineering课程属性：热能与动力工程学科专业基础课程必修课程教材：工程燃烧学，汪军、马其良、张振东，中国电力出版社任课教师：牛胜利副教授山东大学能源与动力工程学院热能工程研究所动力生产：人类所需的动力生产几乎都涉及固体、液体或气体燃料的燃烧，如电站锅炉、各种交通工具（汽车、飞机、船舶）发动机的燃料燃烧。燃烧的重要性SchoolofEnergyandPowerEngineering工业生产；钢、铁、有色金属、玻璃、陶瓷和水泥扥工程材料的生产过程，石油炼制、化肥生产、炼焦生产等加工过程都伴随有燃烧现象。日常生活：在许多地方的住宅、工厂、办公室、医院及其他建筑物均需要采暖，多数情况下，优先的热源仍是燃料的燃烧。环境保护：燃烧燃烧直接引起大气污染，精心控制燃烧过程减少污染，已成为近年来燃烧学研究的重要课题。燃烧与人们的生产、生活紧密！燃烧的研究与探索，对社会文明进程和人类历史发展推动作用巨大！SchoolofEnergyandPowerEngineering能源的概念及分类工程燃烧与燃烧设备—火与燃烧—工程燃烧设备工程燃烧设备的基本性能要求工程燃烧的研究及发展知识要点1绪论SchoolofEnergyandPowerEngineering知识要点液体燃料气体燃料燃料分析方法—燃料试样的采集和制取—燃料的工业分析—燃料的元素分析—气体燃料的成分分析—燃料热值的测定燃料的概念与分类—燃料的概念—燃料的分类燃料的组成和特性—燃料的组成—燃料元素分析的成分基准及换算—燃料成分分析的表示基准—燃料的热值固体燃料—煤的种类—煤的挥发分及焦炭特性—煤灰的熔融特性及其他使用性能2燃料概论SchoolofEnergyandPowerEngineering知识要点燃烧过程的化学反应燃烧空气量的计算—理论空气量—实际空气量和过量空气系数—漏风系数和空气平衡燃烧烟气量的计算—理论烟气量的计算—完全燃烧时的实际烟气量计算—不完全燃烧时烟气量的计算—烟气中三原子气体容积分数和飞灰浓度计算3工程燃烧计算燃烧温度计算—燃烧温度的几种表示方法—烟、风比热容和焓及燃烧温度的计算燃烧检测及燃烧效率—烟气成分的测定—燃烧方程式—过量空气系数的检测计算—燃烧效率及不完全燃烧损失知识要点SchoolofEnergyandPowerEngineering燃烧反应的热力学基础—燃烧反应过程能量转换的数量关系—化学反应过程问题—化学平衡燃烧反应的化学动力学基础—活化分子碰撞理论—燃烧的反应速度—反应速度的活化分子碰撞理论活化络合物的过渡态理论链锁反应理论—直链反应—分枝链反应4燃烧理论基础燃烧过程中的射流特性及其混合过程—平面自由射流—同向平行流中的射流—多股平行射流—交叉射流—环形射流和同轴射流—旋转射流知识要点SchoolofEnergyandPowerEngineering5气体燃料的燃烧气体燃料燃烧原理及特点预混可燃气体的着火和燃烧—预混可燃气体的着火和燃烧—预混可燃气体的燃烧气体燃料的扩散燃烧—层流扩散燃烧—湍流扩散燃烧—扩散燃烧火焰的稳定气体燃料燃烧装置—全预混无焰燃烧器—半预混燃烧器—自然引风式扩散燃烧器—强制送风式扩散燃烧器—特种气体燃烧器气体燃料的置换—燃气互换性和燃烧适应性—华白数—火焰的稳定性—气体燃料置换的判别方法液体燃料燃烧原理—液体燃料的燃烧方式—液体燃料的蒸发过程—液体燃料的燃烧过程液体燃料的雾化过程及装置—雾化原理及方法—雾化性能及质量的评定—雾化的方式及常用的雾化装置SchoolofEnergyandPowerEngineering6液体燃料的燃烧知识要点配风原理及装置—配风原理—配风器主要类型液体燃料雾化燃烧的组织及布置—液体燃料雾化燃烧的组织—油燃烧器的布置固体燃料的燃烧过程及特点—煤的燃烧过程—煤的燃烧方式煤的层状燃烧技术及装置—层状燃烧过程及工作特性—层燃炉的特性参数—层燃炉的主要类型及设备煤的悬浮燃烧技术及装置—煤粉特性及燃烧—煤粉制备—煤粉燃烧器的主要类型及设备知识要点SchoolofEnergyandPowerEngineering7固体燃料的燃烧煤的旋风燃烧技术及装置—旋风燃烧原理—旋风炉的工作原理及形式煤的沸腾燃烧技术及装置—固体燃料的流态化—沸腾燃烧的主要形式及其燃烧过程—沸腾燃烧装置煤燃烧新技术及发展趋势—煤粉燃烧中稳燃技术的研究和发展—低NOx煤粉燃烧技术的研究和发展知识要点垃圾焚烧技技术原理—垃圾的来源源和分类—垃圾的特点点和性质—垃圾焚烧过过程和技术术原理—垃圾焚烧的的烟气、飞飞灰和炉渣渣—垃圾焚烧的的工艺流程程垃圾焚烧系系统和设备备—垃圾焚烧炉炉类型和工工作原理—机械炉排焚焚烧炉燃烧烧设备—垃圾焚烧烟烟气净化技技术9垃圾焚烧技技术及装置置SchoolofEnergyandPowerEngineering燃烧污染物物排放及控控制标准—燃烧污染物物的排放现现状—燃烧污染物物的排放控控制标准烟尘污染与与控制技术术—烟尘种类及及生成机理理—烟尘控制技技术SOx污染与控制制技术—SOx的种类及生生成机理—SOx控制技术NOx污染与控制制技术—NOx的生成机理理—NOx的控制技术术知识要点SchoolofEnergyandPowerEngineering10燃烧污染物物控制和燃燃烧安全技技术燃烧噪声与与控制技术术—燃烧噪声—燃烧噪声的的控制回火及脱火火的预防—回火与脱火火—防止回火的的主要方法法—防止脱火的的主要方法法SchoolofEnergyandPowerEngineering1绪论知识要点能源的概念念及分类工程燃烧与与燃烧设备备—火与燃烧—工程燃烧设设备工程燃烧设设备的基本本性能要求求工程燃烧的的研究及发发展能源的概念念与分类SchoolofEnergyandPowerEngineering能源是可从其获获得热、光光和动力之之类能量的的资源。——《科学技术百百科全书》能源是一个个包括着所所有燃料、、流水、阳阳光和风的的术语，人人类用适当当的转换手手段便可让让它为自己己提供所需需的能量。——《大英百科全全书》在各种生产产活动中，，我们利用用热能、机机械能、光光能、电能能等来作功功，可利用用来作为这这些能量源源泉的自然然界中的各各种载体，，称为能源源。——《日本大百科科全书》能源是可以以直接或经经转换提供供人类所需需的光、热热、动力等等任一形式式能量的载载能体资源源。——中国《能源百科全全书》按照能源转转换和利用用的层次，，分为一次次能源、二二次能源和和终端能源源。能源的概念念与分类SchoolofEnergyandPowerEngineering一次能源（（自然能源源）：从自然界界取得的未未经加工或或转换的能能源，如原原煤、原油油和天然气气等矿物燃燃料，树木木、农作物物、草和水水生植物等等生物质燃燃料，以及及太阳能、、风能、水水能、核能能等；二次能源：一次能源源经过加工工或者转换换而得到的的电力、各各种石油产产品、焦炭炭、煤气、、煤液、热热水、蒸汽汽等；终端能源：二次能源源经过输送送和分配，，在各种用用能设备中中使用。天然气是少少数可用作作终端能源源使用的一一次能源。。能源的概念念与分类一次能源分分为可再生生能源与非非再生能源源。SchoolofEnergyandPowerEngineering可再生能源源：能够重复复产生的自自然资源，，可供人类类长期使用用而不会枯枯竭，包括括太阳能、风风能、水能能、海洋能能、潮汐能能、地热能能、生物质质能等。非再生能源源：不能重复复产生的自自然资源，，随着使用用不断减少少，短期内内不会重复复产生，最最终将会枯枯竭，包括括煤炭、石油油、天然气气、核燃料料等。按照在当代代人类社会会经济生活活中的地位位，能源分分为常规能能源和新能能源。常规能源：技术上比比较成熟，，已被人类类广泛利用用，在生产产和生活中中起着重要要作用的能能源，包括括煤炭、石油油、天然气气、水能、、核裂变能能等。新能源：虽已得到到利用，或或已引起人人们重视，，但尚未被被人类大规规模利用，，或在利用用技术方面面有待进一一步研究和和开发的能能源，包括括太阳能、风风能、海洋洋能、地热热能、生物物质能、核核聚变能等等。能源的概念念与分类SchoolofEnergyandPowerEngineering能源的概念念与分类按照能源的的使用对环环境的影响响情况，分分为清洁能能源和非清清洁能源。SchoolofEnergyandPowerEngineering非清洁能源源：煤炭、石石油等固体体和液体燃燃料在燃烧烧时，会产产生较大的的污染，一一般均属于于非清洁能能源；清洁能源：太阳能、、风能、水水能、海洋洋能、地热热能等非燃燃料能源基基本上不产产生污染，，天然气、、液化石油油气等气体体燃料燃烧烧时产生的的污染较小小，属于清清洁能源。。按照能源的的性质和利利用方式，，分为燃料料能源和非非燃料能源源。燃料能源：包括矿物物燃料（煤煤炭、石油油、天然气气等）、生生物质燃料料（木柴、、植物秸秆秆、沼气、、有机废物物等）、化化工燃料（（甲醇、乙乙醇、丙烷烷、苯胺、、废塑料等等）和核燃燃料（铀、、钍、钚等等）四种。。非燃料能源源：风能、水水能、潮汐汐能、海洋洋波浪能等等具有机械械能，太阳阳能、地热热能、海水水温差能等等具有热能能。能源的概念念与分类SchoolofEnergyandPowerEngineering2011年，我国GDP约占世界的的8.6%，但能能源消消耗占占世界界的19.3%。2011年我国国能源源消费费总量量34.78亿吨标标准煤煤，比比前一一年增增加7%，居世世界第第二位位，能能源自自给率率为90.5%，比2010年降低低0.86个百分分点；；我国国人均均能源源消费费2.59吨标准准煤，，为世世界平平均水水平。SchoolofEnergyandPowerEngineering据测算算，我我国一一次能能源生生产总总量到到2050年可达达到35.4亿吨标标准煤煤，其其中原原煤33.5亿吨，，原油油2.3亿吨，，天然然气1500亿立方方米，，水电电11540亿千瓦瓦时。。能源的的概念念与分分类工程燃燃烧与与燃烧烧设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering火与燃燃烧—定义：一般般指某些些物质质（通通常是是木柴柴、煤煤炭、、石油油、天天然气气等燃燃料））在较较高温温度时时与氧氧气化化合而而发生生激烈烈氧化化反应应并释释放出出大量量热量量的现现象，，是一一些不不同的的物理理和化化学现现象相相互作作用的的结果果。燃烧煤煤炭、、石油油和天天然气气等矿矿物燃燃料将将化学学能转转化为为热能能，是是人类类获取取大量量热能能、机机械能能和电电能的的主要要途径径。（1）化学学反应应：燃烧烧过程程中最最主要要的基基本现现象，，任何何一个个燃烧烧过程程都会会同时时发生生许多多种类类的化化学反反应。。（2）热量量传递递：燃烧烧过程程中必必然发发生的的物理理现象象，燃燃烧化化学反反应将将提高高火焰焰介质质的温温度，，而且且这些些化学学反应应本身身对温温度的的敏感感性也也很高高。在燃烧烧所产产生的的火焰焰中，，热量量的传传递通通过导导热、、辐射射以及及由湍湍流涡涡旋运运动而而引起起的热热扩散散进行行。SchoolofEnergyandPowerEngineering工程燃燃烧与与燃烧烧设备备（3）传质质现象：广泛泛存在在于燃燃烧过过程中中，包包括形成火火焰的的部分分或所所有气气体的的对流流传质质；火火焰中中某些些组分分相对对于其其他组组分的的分子子或湍湍流扩扩散。—火焰中中的气气体流流动可可能是是由于于火焰焰本身身的流流动所所引起起，也也可由由于浮浮力作作用而而产生生。—火焰中中的炽炽热气气体由由于浮浮力效效应而而不断断上升升，从从而卷卷吸较较冷的的气体体来加加以补补充，，结果果形成成气体的的对流流。—燃烧中中的扩散现现象是由于于火焰焰中气气体组组分浓浓度的的显著著差异异而引引起的的。—分子扩扩散：：因分子子无规规则热热运动动使火火焰中中气体体组分分由浓浓度较较高处处传递递至浓浓度较较低处处的现现象。。—湍流扩扩散：：在湍流流火焰焰中，，凭借借气体体质点点的湍湍动来来进行行质量量传递递的现现象。。SchoolofEnergyandPowerEngineering工程燃燃烧与与燃烧烧设备备蜡烛成成分主主要为为石蜡蜡，且且常加加入硬硬脂酸酸C17H35COOH以提高高软化化点。。蜡烛燃燃烧的的主要要反应应物是是空气气中的的氧气气和由由蜡烛烛芯蒸蒸发出出来的的气态态可燃燃成分分。蜡烛燃燃烧与与O、OH、CH3、HCHO等有关关，通通过在在火焰焰内部部进行行精确确测量量或者者简单单观察察火焰中中出现现的少少量蓝蓝色来证实实。燃烧过过程中中各种种化学学反应应生成成的CO2和水蒸蒸气，，并提提高介介质温温度。。某些情情况下下也会会产生生烟炱炱，而而且火火焰中中的烟烟炱量量多于于火焰焰上方方，由由于炽热烟烟炱颗颗粒发发出黄黄光，所以以才可可用肉肉眼识识别。。SchoolofEnergyandPowerEngineering从石油油或页页岩油油的含含蜡馏馏分经经冷榨榨或溶溶剂脱脱蜡而而制得得，主主要有有正二二十二二烷C22H46和正二二十八八烷C28H56，含碳碳量约约85%，含氢氢量约约14%。由CH原子团团引发发的可可见光光辐射射工程燃燃烧与与燃烧烧设备备传热过过程：ⅰ蜡烛燃烧烧时时产产生生的的黄黄色色火火焰焰以以光光辐辐射射形形式式满满足足照照明明需要要；；ⅱ产生生的高高温温以以辐辐射射传传热热方方式式使使蜡蜡烛烛顶顶部部被被加加热热和和液液化化，，进进一一步步使使液液态态石石蜡蜡蒸蒸发发而而产产生生在在火火焰焰中中进进行行反反应应的的气气态态燃燃料料组组分分。SchoolofEnergyandPowerEngineering传质质作作用用：—与化化学学反反应应和和传传热热作作用用一一起起将将燃燃烧烧反反应应物物带带入入火火焰焰中中；；—炽热热气气体体和和燃燃烧烧产产物物由由于于浮浮力力效效应应不不断断上上升升，，并并由由卷卷吸吸而而来来的的冷冷空空气气以以及及来来自自蜡蜡芯芯的的气气态态燃燃料料组组分分所所替替代代；；—气体体燃燃料料组组分分与与空空气气通通过过分分子子扩扩散散在在火火焰焰中中均均匀匀混混合合，，反反应应物物分分子子之之间间以以及及反反应应物物分分子子与与燃燃烧烧过过程程中中产产生生的的原原子子和和原原子子团团之之间间充充分分接接触触，，使使化化学学反反应应得得以以发发生生。。工程程燃燃烧烧与与燃燃烧烧设设备备蜡烛烛的的化化学学反反应应区区将将包包含含氧氧化化性性气气体体的的气气态态介介质质与与包包含含还还原原性性气气体体的的气气体体混混合合物物分分割割开开来来，，形形成成所所谓谓扩散散火火焰焰或称称非预预混混火火焰焰。SchoolofEnergyandPowerEngineering燃烧烧过过程程中中，，参参与与燃燃烧烧的的是是两两种种不不同同类类型型的的物物质质，，氧氧化化剂剂和和还还原原剂剂，，由由不不同同空空间间位位置置进进入入燃燃烧烧反反应应区区，，相相互互接接触触而而发发生生燃燃烧烧反反应应。。工程程燃燃烧烧与与燃燃烧烧设设备备化学学反反应应在火火焰焰中中发发生生，，O2与CH4之间间的的反反应应与与蜡蜡烛烛火火焰焰情情况况相相似似。。火火焰焰的的蓝蓝色色特特征征表表明明反反应应区区中中存存在在CH原子子团团。。SchoolofEnergyandPowerEngineering若玻玻璃璃瓶瓶中中CH4含量量很很高高，，所所产产生生的的火火焰焰将将发发黄黄光光（（炽炽热热烟烟炱炱颗颗粒粒引引起起））。。预混混火火焰焰参与与燃燃烧烧的的氧氧化化剂剂（（通通常常为为空空气气））和和还还原原剂剂（（燃燃料料））在在到到达达反反应应区区之之前前已已完完成成混混合合过过程程，，即即混混合合过过程程先先于于燃燃烧烧过过程程，，在在化化学学反反应应、、传传热热和和传传质质方方面面与与扩扩散散火火焰焰作作用用方方式式不不同同。。工程程燃燃烧烧与与燃燃烧烧设设备备传热热过过程程燃烧烧产产生生的火火焰焰并并非非用用于于照照明明或或者者使使燃燃料料蒸蒸发发，，而而是是用用于于加加热热包包括括预预混混的的空空气气和和CH4在内内的的气气体体介介质质。。燃烧烧过过程程形形成成一一个个向向瓶瓶底底方方向向迁迁移移的的火火焰焰锋锋面面，，将将其其下下游游区区域域中中的的可可燃燃混混合合物物与与其其上上游游区区域域中中燃燃烧烧产产物物隔隔开开。SchoolofEnergyandPowerEngineering传质质现现象象燃烧烧产产物物在在传传热热的的同同时时，，向向火火焰焰锋锋面面前前方方附附近近的的可可燃燃混混合合物物中中扩扩散散；；加热热引引起起气气体体体体积积膨膨胀胀，，使使得得瓶瓶内内气气体体加加速速喷喷出出瓶瓶口口。。工程燃燃烧与与燃烧烧设备备工程燃燃烧设设备工程燃烧：通过过有效效的人人为控控制并并在确确定的的燃烧烧设备备中进进行的的燃烧过过程，，燃料料（煤煤炭、、石油油、天天然气气等））和氧氧化剂剂（空空气或或氧气气）通通过一一定的的途径径输送送至燃燃烧空空间（（炉膛膛、燃燃烧室室等燃燃烧设设备））中，，并按按照预预定方方式混混合，，进而而发生生燃烧烧反应应并释释放出出大量量热量量，以以满足足预定定工业业过程程的需需要。。燃烧方方式及及设备备：火床（（层状状）燃燃烧（（粒径径为几几十毫毫米的的煤粒粒在炉炉排上上静止止不动动，或或者靠靠机械械外力力作用用移动动，燃燃烧设设备主主要有有固定定炉排排、链链条炉炉排、、往复复炉排排、振振动炉炉排等等）；流化床（沸沸腾））燃烧烧（燃燃煤粒粒径为为0.2-3mm）；火室（悬悬浮））燃烧烧（煤煤粉粒粒径小小于100微米，，燃烧烧器组组织煤煤粉气气流，，喷入入炉膛膛悬浮浮燃烧烧，形形成类类似于于气体体燃料料燃烧烧时具具有明明显轮轮廓的的火焰焰）。。SchoolofEnergyandPowerEngineering固体燃燃料：烟煤煤、无无烟煤煤、褐褐煤等等天然然矿物物质燃燃料，，以及及木柴柴、焦焦炭、、木炭炭、植植物秸秸秆等等。工程燃燃烧与与燃烧烧设备备燃烧设设备：流动动性好好，与与工程程燃烧烧过程程常用用的氧氧化剂剂空气气同为为气相相，两两者均均通过过管道道送入入燃烧烧空间间；主要包括燃燃烧器器（组组织燃燃烧反反应物物混合合并喷喷入炉炉膛或或燃烧烧室的的装置置）和和炉膛膛（发发生燃燃烧反反应的的空间间）。。气体燃燃料：天然然气（（气田田气、、油田田气））、液液化石石油气气、人人造煤煤气（（焦炉炉煤气气、发发生炉炉煤气气、高高炉煤煤气））、沼沼气等等人工工燃料料；燃烧设设备：流动动性较较好，，但燃燃料的的沸点点低于于燃点点，必必须先先蒸发发成燃燃料蒸蒸气，，然后后与氧氧化剂剂空气气混合合，发发生燃燃烧。。通常采用燃燃烧器器（油油烧嘴嘴）将将液体体燃料料破碎碎成大大量粒粒径为为几微微米至至几百百微米米的小小液滴滴，使使其悬悬浮于于空气气中边边蒸发发边发发生燃燃烧。。液态燃燃料：石油油及其其炼制制加工工产品品，包包括汽汽油、、煤油油、柴柴油、、重油油和渣渣油，，以及及甲醇醇、乙乙醇、、植物物油等等。SchoolofEnergyandPowerEngineering工程燃燃烧与与燃烧烧设备备燃用气气体、、液体体或固固体燃燃料所所获取取热能能的利利用方式SchoolofEnergyandPowerEngineeringⅰ采用热机，直接接利用用燃烧烧反应应产生生的高高温高高压燃燃气作作为工工质推推动活活塞（（活塞塞式内内燃机机，如如柴油油机、、汽油油机、、煤气气机等等）或或叶轮轮（燃燃气轮轮机）），将将热能能转变变为机机械功功。活塞塞式式内内燃燃机机和和燃燃气气轮轮机机的的燃燃烧烧空空间间一一般般容容积积不不大大，，统统称称为为燃烧烧室室。ⅱ采用用燃烧烧炉炉，利利用用火火焰焰以以及及燃燃烧烧生生成成物物来来产产生生蒸蒸汽汽或或热热水水（（蒸蒸汽汽或或热热水水锅锅炉炉））推推动动蒸蒸汽汽轮轮机机输输出出机机械械功功或或者者用用于于供供暖暖；；或或利利用用火火焰焰及及燃燃烧烧生生成成物物加加热热物物料料（（工工业业炉炉窑窑）），，以以满满足足金金属属冶冶炼炼、、锻锻造造加加工工、、热热处处理理以以及及玻玻璃璃、、陶陶瓷瓷、、建建材材等等熔熔化化、、煅煅烧烧、、烧烧成成、、烧烧结结、、干干燥燥等等材材料料加加工工处处理理过过程程的的需需要要。。燃烧烧加加热热炉炉的的燃燃烧烧空空间间一一般般容容积积较较大大，，通通常常称称为为炉膛膛。工程程燃燃烧烧与与燃燃烧烧设设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering一、、锅锅炉炉—产生生蒸蒸汽汽或或热热水水的的热热能能动动力力设设备备，，由由锅锅和和炉炉两两大大部部分分组组成成；—锅是是容容纳纳水水和和蒸蒸汽汽并并传传递递热热量量的的容容器器，，包包括括锅锅筒筒和和由由大大量量钢钢管管制制成成的的炉炉膛膛水水冷冷壁壁、、过过热热器器、、再再热热器器等等；—炉是是燃燃料料燃燃烧烧的的空空间间，，即即锅锅炉炉炉炉膛膛。。燃燃料料在在炉炉膛膛中中燃燃烧烧所所产产生生的的高高温温烟烟气气。。通通过过辐射射、、对对流流和和导导热热三种种传传热热方方式式，，将将烟烟气气中中的的热热量量传传递递给给锅锅内内的的水水，，从从而而产产生生热热水水或或蒸蒸汽汽。。工程程燃燃烧烧与与燃燃烧烧设设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering—按照照用用途途不不同同，锅锅炉炉可可分分为为供供暖暖锅锅炉炉、、工工业业锅锅炉炉、、舰舰船船锅锅炉炉和和电电站站锅锅炉炉；—按照照所所燃燃用用的的燃燃料料不不同同，锅锅炉炉可可分分为为燃燃煤煤锅锅炉炉、、燃燃油油锅锅炉炉和和燃燃气气锅锅炉炉；；—按照照锅锅炉炉蒸蒸发发受受热热面面中中工工质质循循环环方方式式不不同同，锅锅炉炉可可分分为为自自然然循循环环锅锅炉炉、、多多次次强强制制循循环环锅锅炉炉、、直直流流锅锅炉炉和和复复合合循循环环锅锅炉炉；；—按照燃烧烧方式不不同，锅炉可可分为火火床(层燃)炉、流化化床(沸腾)炉和火室室(室燃)炉；—根据燃用用煤粒的的大小，燃煤锅炉炉可分别别采用层层燃、沸沸腾和室室燃方式式。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering（1）燃用煤粉粉的室燃燃炉称为为煤粉炉炉—目前电站站锅炉主主要的燃燃烧设备备；—煤粉和空空气通过过燃烧器器喷人炉炉膛，全全部燃料料在炉膛膛空间内内悬浮燃燃烧，形成火炬炬并产生生高温烟烟气；—煤粉燃烧烧器按其其出口流流动特性性可分为为旋流燃燃烧器和和直流燃燃烧器；—燃烧器的的主要作作用是组组织煤粉粉气流，，加强一一、二次次风气流流的混合合，保证证煤粉气气流及时时、稳定定着火以以及煤粉粉火焰的的稳定。。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering（2）层燃炉相相应的燃燃烧设备备主要有有翻转炉炉排、链链条炉排排、往复复炉排、、振动炉炉排等—大部分煤煤在炉排排上的燃料层中燃烧烧，少量量煤粒或或可燃气气体在燃燃料层上上方空间间中燃；—某些锅炉炉采用的的燃烧方方式介于层燃和室室燃之间间，如风风力抛煤煤机炉、、机械抛抛煤机炉炉、抛煤煤机链条条炉等；—抛煤过程程对燃料料造成分分选作用用，使许许多细小煤粒粒悬浮在在炉膛空空间中燃燃烧，而而较粗的的煤粒则则落在火火床上进进行燃烧烧；—采用抛煤煤机的炉炉子中实实际上是是层燃与与悬浮燃燃烧的综综合燃烧烧过程，，形成火火炬一层层燃炉。。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering（3）采用流化化床(沸腾)燃烧方式式的燃煤煤锅炉，又称为沸沸腾炉—主要燃烧烧设备有有布风装置(炉箅)和炉膛；—布风装置置的主要要作用是是均匀地地分配空空气，使使其沿着着炉膛底底部截面面均匀地地进入炉炉内，以以保证煤煤粒的均均匀流化化；—由进料口口加人炉炉子沸腾腾段的煤煤粒受到到气流的的流化作作用迅速速与沸腾腾、燃烧烧着的燃燃烧层中中的颗粒粒混合，，形成沸沸腾床，，并在上上下翻滚滚运动中中着火和和燃烧；—一部分细细粉被上上升气流流吹出沸沸腾段，，进入沸腾段之之上的悬悬浮段，，进行悬悬浮燃烧烧。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering燃油锅炉炉和燃气气锅炉—均为室燃燃炉，炉炉膛结构构与煤粉粉炉基本本上相同同，燃油和气气体燃料料全部在在炉膛空空间内做做悬浮燃燃烧；—燃油锅炉炉中，燃燃油总是是先雾化化成细小小油滴后后再喷入入炉膛内内进行燃燃烧（极大地增增大燃料料的表面面积，以以便通过过空间燃燃烧达到到燃烧迅迅速和完完全的目目的）；—油燃烧器器是将燃燃油雾化化并进行行合理配配风的装装置，主主要由雾雾化器和和配风器器组成；—燃油通过过雾化器器雾化成成细小油油滴，以以一定的的雾化角角喷入护护膛；—具有一定定形状和和速度分分布的空空气流由由配风器器送入，形成有有利的空空气动力力场，使使空气与与雾化油油滴流相相混合，，达到及及时着火火，充分分燃尽。。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering—燃油锅炉炉采用的的雾化器器主要有有机械式式雾化器器(包括离心心式和旋旋杯式)和介质式式雾化器器(以蒸汽或或空气为为介质)两大类，，以采用离心心式机械械雾化器器为最多多；—配风器按按照气流流流动的的方式可可分为旋旋流式和和直流式式两大类类；—旋流式配配风器根根据旋流流叶片的的结构可可分为轴轴向叶片片式和切切向叶片片式；—直流式配配风器又又可分为为平流式式和纯直直流式两两种；—对于油燃燃烧器，，必须提提高雾化化质量、、保证均均匀配风风、保持持雾化器器在配风风器中的的合理位位置、使使雾化特特性与空空气动力力特性相相适应，，才能保保证获得得稳定、、完全、、低污染染的燃烧烧。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering燃气锅炉炉—燃用的气气体燃料料主要是是天然气气和高炉炉煤气；—气体燃料料的燃烧烧属气相相反应，，着火和和燃烧要要比固体体燃料容容易得多多，燃烧烧速度和和燃烧的的完全程程度主要要取决于于气体燃燃料与空空气的混混合；气体燃料料的燃烧烧方式主主要有扩扩散燃烧烧和动力力燃烧两两种；—扩散燃烧烧是指气气体燃料料与空气气在燃烧烧前无混混合的燃燃烧；—动力燃烧烧是气体体燃料与与空气在在着火前前即混合合；—所采用的的燃烧器器有旋流流式天然然气燃烧烧器、多多枪进气气平流式式天然气气燃烧器器、中心心管进气气天然气气燃烧器器、高炉炉煤气无无焰燃烧烧器等。。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering二、工业业炉窑—对物料进进行加热热的设备备；—加热的目目的是改改变物料料的物理理、化学学和机械械性质，，使物料料便于加加工成所所需要的的产品；—主要用于于钢铁和和有色金金属工业业、机械械工业、、建材陶陶瓷工业业以及化化学工业业等领域域中，以以完成材材料的熔熔化、精精炼、热热加工、、热处理理以及烧烧成、烧烧结等工工艺过程程；—在实际应应用中，，习惯上上将用于金金属加热热、熔化化、熔炼炼和热处处理的设设备称为为工业炉炉，而将用于水水泥、玻玻璃、陶陶瓷等硅硅酸盐类类材料加加热、煅煅烧、熔熔化、烧烧成、烧烧结的设设备称为为炉窑。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering—按照用途途不同，，工业炉炉窑可分分为加热炉和熔炼炉两大类。。加热炉是是在炉内内使某种种物料得得到加热热的设备备，如轧制制加热炉炉、锻造造加热炉炉、热处处理炉、、焙烧炉炉、炼焦焦炉、煤煤气发生生炉、裂裂解炉、、干燥炉炉等；熔炼炉是是在炉内内使物料料加热并并熔炼的的设备，如高炉炉、转炉炉、冲天天炉、玻玻璃熔窑窑等。—按照应用用工业领领域和被被加热物物料类型型不同，，工业炉炉窑可分分为金属属熔炼熔熔化炉、、金属加加热炉、、化学工工业炉、、水泥窑窑、玻璃璃窑和陶陶瓷窑。。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering—按照加热热热源不不同，工工业炉窑窑分为燃料炉和和电加热热炉。—燃料炉分分为燃用用煤、焦焦炭、粉粉煤等的的固体燃料料炉，燃用重重油、柴柴油等的的液体燃料料炉，燃用天天然气、、煤气等等的气体燃料料炉。—在燃料炉炉中，加加热过程程依靠燃燃烧火焰焰来实现现，按照照加热方方式不同同，燃料料炉分为为直接加热热和间接加热热。直接加热热（即明火加加热）指燃烧生生成物直直接与被被加热物物料相接接触，间接加热热指燃烧烧生成物物不直接接接触被被加热物物料，而而借助于于某种间间壁式元元件（如辐射加加热管、、对流加加热管、、马弗罩罩等）实现热量量传递。。—一般来说说，工业业炉窑的的炉温多多数比锅锅炉炉温温高，而而且炉内内温度分分布比较较均匀。工程燃烧烧与燃烧烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering燃用气体体燃料的的工业炉炉窑采用用煤气燃燃烧器(或称煤气气烧嘴)使燃气与空气混混合燃烧烧。—按煤气与与空气的的混合方方式，分为内部混合合、外部部混合和和半混合合式烧嘴嘴。—内部混合合式(完全预混混型)烧嘴的特点点是煤气燃燃烧所需要要的全部空空气已预先先在烧嘴内内完全混合合好，可燃燃气体混合合物由烧嘴嘴喷出后即即可燃烧，，不需要用用二次空气气助燃；又称无焰烧嘴，产生无色色火焰，并并能快速燃燃烧；通过设定煤煤气与空气气的混合比比例，采用用这种烧嘴嘴可形成所所需要的炉炉内气氛。。工程燃烧与与燃烧设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering—煤气和空气气在烧嘴外外部以扩散散方式混合合并燃烧的的烧嘴称为为外部混合合式(或称扩散燃燃烧型)烧嘴，也称有焰烧嘴；燃烧调节范范围较宽，，而且没有有回火的危危险。—半混合式(或称部分预预混型)烧嘴是使煤煤气和一部部分助燃空空气预先混混合并从喷喷头喷出烧烧嘴，再将将必要数量量的二次空空气在烧嘴嘴外予以补补足后进行行燃烧。一次空气量量占助燃空空气总量的的30%~70%，调节一次次空气量可可改变火焰焰长度和亮亮度。工程燃烧与与燃烧设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering工业炉窑采采用的油喷喷嘴按照雾雾化方法分分类，配风风器的类型型和构造与与煤气烧嘴嘴大体相同同。主要类型有有高压雾化化喷嘴、低低压空气雾雾化喷嘴、、油压雾化化(机械雾化)喷嘴和转杯杯式喷嘴等等，采用压缩空空气或蒸汽汽作为雾化化介质的高高压雾化喷喷嘴又分为为内混式和和外混式高高压雾化喷喷嘴。工业炉窑的的炉内温度度要高于锅锅炉炉膛内内温度，油喷嘴和和煤气烧嘴嘴本体多数数采用耐热热结构，如如在烧嘴壳壳体内表面面衬以耐火火材料。工程燃烧与与燃烧设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering工业炉窑中中固体燃料料的燃烧方方式可分为为层状燃烧和粉煤燃烧两大类型。。—层状燃烧方方式类似于于层燃锅炉炉中的情况况，即不将将煤粉碎而而直接输送送至炉排上上燃烧；可用于热处处理加热炉炉、锻造加加热炉等，，常用燃烧烧设备有手手烧炉排、、水平往复复炉排、阶阶梯式往复复炉排、链链条炉排以以及下绞煤煤机等；—粉煤燃烧方方式类似于于煤粉锅炉炉中的燃烧烧，即将煤煤粉碎成细细微煤粒并并在空气中中悬浮燃烧烧；可用于水泥泥回转窑、、高炉和石化化工业加热热炉等；相比油烧嘴嘴和煤气烧烧嘴较少采采用。常用的粉煤煤喷嘴，按喷口形状状不同，分为圆形和和扁形口喷喷；按粉煤气流流流动情况况不同，分为直流和和涡流两种种类型；按送风方式式不同，有单管、双双管和多孔孔式喷嘴之之分；与采用炉排排的层状燃燃烧方式相相比，粉煤煤燃烧具有有燃烧温度度高、燃烧烧效率高、、燃烧过程程易于调节节以及火焰焰辐射能力力强等优点点。工程燃烧与与燃烧设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering三、燃气轮轮机—以连续流动动的高温燃燃气为工质质、将燃料料燃烧时释释放出来的的热能转换换为机械功功的高速回回转式叶轮轮动力机械械；—主要由压气气机、燃烧烧室和透平平等部件组组成。空气通过进进气道连续续不断地被被吸入压气气机并压缩缩，压力升升高，接着着进入燃烧室中与与喷入的燃燃料(液体或气体体燃料)混合燃烧。。所形成的高高温高压燃燃气再进入入透平中，，推动叶轮轮高速旋转转。工程燃烧与与燃烧设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering燃气轮机的的燃烧设备备是燃烧室室，它将喷入的燃燃料与压缩缩空气混合合燃烧形成成高温燃气气，通常采用用高温耐热热合金材料料制作。—现代燃气轮轮机燃烧室室按照基本本结构形式式划分：圆筒型燃烧烧室广泛应应用于固定定式燃气轮轮机中；分管型、环环管型和环环型燃烧室室在航空燃燃气轮机、、车辆和舰舰船用燃气气轮机中被被广泛采用用。—按照空气、、燃气流在在燃烧室中中的流动方方向不同，燃气轮机机燃烧室可可分为逆流流式(回流式)和顺流式(直流式)两种；—按照燃烧方方式不同，燃气轮机机燃烧室分分为扩散燃燃烧和预混混燃烧两种种基本类型型。工程燃烧与与燃烧设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering燃气轮机燃燃烧室—主要由火焰焰筒、火焰焰稳定器、、燃料喷嘴嘴、点火器器以及外壳壳、联焰管管、扩压器器、燃气导导管等部件件组成。—火焰筒是实实现燃料燃燃烧和燃气气掺冷的空空间，是燃燃烧室的关关键部件。。—按照燃用燃燃料的不同同，燃料喷嘴可分为液体体燃料喷嘴嘴、气体燃燃料喷嘴和和双燃料喷喷嘴三种。。—燃气轮机的的燃料喷嘴嘴在工作原原理上与锅锅炉和工业业炉窑油喷喷嘴和气体体燃料烧嘴嘴类似。—双燃料喷嘴嘴分别具有有气体、液液体燃料各各自的喷口口，可只烧烧天然气或或燃油，也也可在天然然气供应不不足时与燃燃油混烧。。—燃气轮机燃燃烧室中主主要采用叶片式旋流流器作为火火焰稳定器器，有轴向式式和径向式式两种。—采用旋流器器，可在火火焰筒中产产生回流区区，促使燃燃料加热和和蒸发，是是稳定火焰焰的有效手手段。工程燃烧与与燃烧设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering四、内燃机机—通过燃料在在气缸中燃燃烧产生高高温燃气，，依靠燃气气膨胀推动动活塞往复复运动将燃燃料燃烧时时释放的热热能转换为为机械功的的活塞式动动力机械；—热效率最高高的一种热热机；—核心部件为为圆筒型气气缸，内置一可可作直线往往复运动的的活塞，活活塞顶部与与气缸盖间间的小空间间构成内燃燃机燃烧室室，活塞通通过连杆与与曲轴相连连；—燃料和空气气分别由燃燃料供给系系统和配气气机构喷入入燃烧室，，形成可燃燃混合气并并迅速燃烧烧。气缸中热量量的迅速释释放产生高高温高压燃燃气，并急急剧膨胀。—推动活塞作作往复运动动，进而通通过曲柄连连杆机构带带动曲轴旋旋转，将作作用在活塞塞上的燃气气压力转变变为转矩，，通过曲轴轴向外输出出。工程燃烧与与燃烧设备备SchoolofEnergyandPowerEngineering内燃机一般般燃用轻质质液体燃料料(汽油、柴油油、甲醇、、乙醇等)和气体燃料料(天然气、液液化石油气气、发生炉炉煤气等)。按照燃料的的着火方式式不同，内内燃机可分分为外源点点火式(火花点火式式)和自燃发火火式(压燃式)两种。外源点火式式内燃机一一般采用电电火花点火火，如汽油油机和煤气气机；压燃式内燃燃机不是由由外源点火火而是靠压压缩热使燃燃料自行着着火燃烧，，如柴油机机。内燃机中可可燃混合气气的形成方方法不同，，燃烧过程程也不同。。—汽油机中可可燃混合气气往往在气气缸外形成成。雾状油油滴经蒸发发、扩散与与空气混合合(利用化油器器或电喷和和进气管)而流入气缸缸，直至压压缩行程之之末，再点点火燃烧；—柴油机中柴柴油经喷油油嘴喷人燃燃烧室，与与高温、高高压空气混混合并发生生燃烧。工程燃烧与与燃烧设备备工程燃烧设设备的基本本性能要求求（1）燃烧热强度高：强度高，，则炉膛结结构紧凑、、尺寸小、、质量轻，，但过分提提高热强度度可能导致致不完全燃燃烧损失急急剧增大，，而达到不不能允许的的程度。指标有容积积热强度（（单位炉膛膛容积在单单位时间内内燃烧燃料料所释放出出来的热量量）和面积积热强度（（单位炉膛膛横截面积积在单位时时间内燃烧烧燃料所释释放出来的的热量）。。SchoolofEnergyandPowerEngineering（2）燃烧效率率高：燃烧过程程释放出的的可用于热热力过程的的实际热量量占燃料完完全燃烧所所释放出的的理论热量量的百分比比。表示燃料燃燃烧的完全全程度，反反映燃烧设设备的经济济性。性能良好的的燃烧设备备应保证在在所有运行行工况下燃燃料能够最最大限度地地燃烧完全全，尽量减减小不完全全燃烧损失失，保证高高的燃烧效效率和不冒冒黑烟。工程燃烧设设备的基本本性能要求求SchoolofEnergyandPowerEngineering（3）燃烧稳定定性好：反映燃烧烧过程组织织合理性和和燃烧设备备运行可靠靠性的指标标。—当燃料和氧氧化剂在规规定的温度度、压力参参数下，以以预定的流流量通过一一定的途径径进入炉膛膛或燃烧室室时，应保保证两者及及时、有效效的混合，，并能及时时、稳定的的着火，火火焰长度合合适且分布布合理；—火焰稳定性性好，确保保在任何工工况下均不不会发生熄熄火、回火火或强烈的的火焰脉动动以及震荡荡燃烧现象象。燃烧器是组组织合理燃燃烧、维持持稳定燃烧烧的关键设设备，决定定燃烧室的的性能。城市垃圾焚焚烧烟气中中的污染物物主要包括括烟尘、酸酸性气体、、NOx、重金属、、CO以及有机氯氯合物等；燃煤锅炉排烟中中的污染物物主要是烟烟尘、SO2、NOx、CO等；应通过合理设设计燃烧设设备、合理理组织燃烧烧，有效降降低污染物物生成量。。燃烧设备运运行安全性性以及能否否长期可靠靠运行的指指标，影响响因素主要要有炉膛或或燃烧室的的燃烧热强强度、燃烧烧过程的组组织、火焰焰或高温烟烟气的温度度分布、高高温元件的的冷却保护护、燃烧室室结构设计计合理性等等。（4）安全性好好，使用寿寿命长：（5）燃烧产物物的污染物物排放低：：（6）管理维护护方便。SchoolofEnergyandPowerEngineering工程燃燃烧设设备的的基本本性能能要求求工程燃燃烧研研究与与燃烧烧技术术发展展要解解决的的主要要问题题：进一步步提高高燃烧烧效率率以及及进一一步降降低燃燃烧过过程中中污染染物的的生成成与排排放量量。SchoolofEnergyandPowerEngineering—电站煤粉锅锅炉采采用开开缝式式钝体体燃烧烧器、、浓淡淡分离离型燃燃烧器器、船船型燃燃烧器器、煤煤粉浓浓淡燃燃烧器器、糅糅合了了钝体体和浓浓淡分分离技技术的的WR燃烧器器、二二次风风双调调节旋旋流燃燃烧器，具有有提高高煤粉粉燃烧烧稳定定性、、提高高燃烧烧效率率以及及降低低污染染物排排放的的效果果；—发展大型循循环流流化床床锅炉炉技术：可以以燃用用常规规燃烧烧难以以燃用用的劣劣质燃燃料、、大大大降低低机械械不完完全燃燃烧损损失、、显著著提高高锅炉炉热效效率，，循环环过程程延长长与烟烟气SO2的接触触时间间，Ca/S比显著著降低低，脱脱硫效效率和和脱硫硫剂利利用率率显著著提高高；（1）燃烧烧技术术和装装置的的改进进与开开发主要围围绕提提高燃燃烧效效率和和降低低污染染物生生成与与排放放两方方面。。工程燃烧的的研究究及发发展（2）燃料料的合合理利利用SchoolofEnergyandPowerEngineering工程燃烧的的研究究及发发展—工业锅锅炉采采用炉炉拱优优化设设计：合理理组合合使用用前、、后拱拱，显显著增增强炉炉内气气流的的扰动动和混混合，，使燃燃料及及时着着火并并充分分燃尽尽，显显著提提高燃燃烧效效率；；—无焰燃燃烧和和连续续空气气分级级燃烧烧的燃燃气轮轮机技技术：保证证高效效、稳稳定运运行的的前提提下，，有效效降低低NOx、CO和未燃燃CxHy的排放放。—优质燃燃料（（天然然气、、汽油油、柴柴油、、优质质煤炭炭等））的热热值和和挥发发分高高、灰灰分和和含硫硫量低低，燃燃烧容容易组组织，，且污污染排排放量量低；；—优质燃燃料储储藏有有限，，且是是最重重要的的碳氢氢化合合物资资源，，是重重要的的化工工原料料，是是利用用更具具潜力力的一一个方方面；；—由石油油和煤煤炭制制取煤煤基化化学制制品和和高聚聚物，，如工工程塑塑料、、高温温耐热热高聚聚物、、碳/碳复合合材料料、液液晶高高聚物物、高高聚薄薄膜和和碳纤纤维材材料等等。（3）燃烧烧过程程的监监测、、诊断断与控控制。。采用计计算机机、光光电等等技术术进行行燃烧烧过程程的监监测、、诊断断与控控制，，研究究和开开发快快速、、准确确、可可靠的的自动动化、、智能能化监监测、、诊断断与控控制系系统SchoolofEnergyandPowerEngineering工程燃烧的的研究究及发发展—研发劣质煤煤、城城市垃垃圾等等劣质质燃料料的高高效、、低污污染燃燃烧技技术和和装置：劣质质煤的的热值值和挥挥发分分低、、灰分分和含含硫量量高，，燃用用时不不易稳稳定着着火，，燃烧烧过程程难以以组织织，易易积灰灰和结结渣，，造成成严重重的烟烟尘和和SO2排放；；城市市生活活垃圾圾热值值较低低、成成分复复杂、、含水水量和和灰分分高；；—研发以生物物质燃料（（木柴柴、植植物秸秸秆、、沼气气、有有机废废物等等）及及其衍生燃燃料为为代表表的代代用燃料：：资源源丰富富、分分布广广、可可再生生、污污染排排放低低。我国：：50万年前前，北北京人人开始始使用用火；；人类经历制制陶时时期（（距今今10000年）、、青铜铜时期期（公公元前前2000年）、、铁器器时期期，都都与火火有着着密切切的联联系；；汉代已已开始用用煤；；魏晋时期已已用煤冶冶铁；；1800年前已已有使使用石石油的的记载载；1000多年前前发明明了火火药。。SchoolofEnergyandPowerEngineering火是人人类最最初支支配的的自然然力，，并逐逐渐成成为人人类改改造自自然的的强大大手段段。工程燃烧的的研究究及发发展SchoolofEnergyandPowerEngineering17世纪以以后，工业业的发发展，，特别别是冶冶金和和化学学工业业的发发展，，使得得火的的使用用范围围和规规模扩扩大；；18世纪中中叶，俄国国科学学家罗罗蒙诺诺索夫夫和法法国化化学家家拉瓦瓦锡提提出了了可燃燃物质质氧化化的学学说，，真正正揭开开了火火的秘秘密；；19世纪，热力力学和和热化化学的的发展展，把把燃烧烧过程程作为为热力力学平平衡体体系，，研究究了燃燃烧反反应热热、绝绝热火火焰温温度、、燃烧烧产物物平衡衡成分分等概概念和和计算算方法法，建建立了了燃烧热力力学；20世纪初，美国化化学家路路易斯和和俄国科科学家谢谢苗诺夫夫等研究究了燃烧烧化学反反应动力力学机理理，发展展了燃烧反应应动力学学的链式机机理；国外：工程燃烧的研研究及发发展1900s-1930s，开始建建立了研研究燃烧烧动态过过程的理理论，提提出了火焰物理理的一些基基本概念念，如最最小点火火能、火火焰传播播等概念念；SchoolofEnergyandPowerEngineering1930s