燃料課程復習

1、第一篇 燃料概論 燃料的概念： 各種（有機和無機）復雜化合物的混合物，通過燃燒可以將其化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿奈镔|(zhì)，同時在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是合理的。 標準煤的概念: 標準煤是指每千克應(yīng)用基低位熱值為29.27兆焦（MJ）（相當于7000卡）的煤。第一章 固體燃料 一、煤的種類：泥煤，褐煤，煙煤，無煙煤 1、泥煤 地質(zhì)年代最近的煤，含水量40以上，風干堆積密度300-450kg/m3，在化學成分上氧含量高達30%左右，含炭量相對較低。揮發(fā)分高，可燃性較好。含硫量較低，機械強度低。主要用于鍋爐和汽化原料。 褐煤 由泥煤進一步變化而成，完成了植物遺體的炭化過程，密度較大，含炭量較高，含氫和氧量較少，

2、揮發(fā)分產(chǎn)率低，吸水性小，機械強度較大。 第一章 固體燃料 .煙煤 由褐煤進一步變化而成，密度大，含炭量較高，含氫和氧量較少，揮發(fā)分產(chǎn)率低，吸水性強，堆積密度750-800kg/m3，機戒強度較大，最大特點是粘接性好。煙煤使用范圍廣，是冶金和動力工業(yè)不可缺少的燃料，也是煉焦的主要原料。 無煙煤 炭化程度最高，地質(zhì)年代最久遠的煤，含炭量最高，密度大，機戒強度大，揮發(fā)分極少，吸水性小，熱值高，灰分少，含硫量低。第一章 固體燃料CHON泥煤57.05.236.81.0褐煤65.04.030.01.0煙煤88.05.35.01.7無煙煤94.02.91.91.2二、煤的化學組成（煤都是由七種成分組成）無

3、機物礦物質(zhì)（ A），水分 （M） 有機物 C，H，O，N，S（元素形式）第一章 固體燃料三、煤的成分表示基準及其換算 應(yīng) 用 基（ar） 空氣干燥基（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 揮發(fā)分 水分 應(yīng)用基成分： Cy %+ Hy %+Oy %+ Ny %+ Sy %+Ay+My=100% 干燥基成分： Cg %+ Hg %+Og%+ Ng %+ Sg %+Ag=100% 可燃基成分： Cr %+ Hr %+Or %+ Nr %+ Sr %=100% 第一章 固體燃料四、煤的主要特性 (一) 煤的發(fā)熱量（熱值） 1煤的發(fā)

4、熱量的基本概念 煤的發(fā)熱量是評價燃料質(zhì)量的重要指標，也是計算燃燒溫度和燃料消耗量的重要依據(jù)。 高發(fā)熱量Qh（MJ/kg）：燃料完全燃燒后燃燒產(chǎn)物冷卻到使其中的水蒸氣凝結(jié)成0的水時放出的熱量。 低發(fā)熱量Ql（MJ/kg）：燃料完全燃燒后燃燒產(chǎn)物冷卻到20時放出的熱量。第一章 固體燃料 五、煤的主要特性 (一) 煤的發(fā)熱量（熱值） （二）煤的比熱和導熱系數(shù) (三) 粘結(jié)性和結(jié)焦性 （四） 熱穩(wěn)定性 （五）反應(yīng)性和可燃性（煤的活性） 石油產(chǎn)品 液化石油氣、汽油、煤油、輕柴油、重柴油、重油、殘渣油等。 汽油、煤油、輕柴油主要用于各種發(fā)動機的燃料；重柴油、重油一般用于各種工業(yè)窯爐和鍋爐的燃料；液化石油氣

5、主要用于民用燃料。 一、 油的化學組成 成分： C，H，O，N，S；A，M C H O + N S 85-88% 10-13% 0.5-1.0% 0.2-1.0% 第二章 液體燃料二、油的使用性能 燃油的閃點、燃點和著火點是液體燃料的非常重要的性能指標，關(guān)系到用油的安全技術(shù)和燃燒條件。 1閃點、燃點和著火點閃點：遇小火能發(fā)生閃火的溫度（80-130 C）。燃點：遇小火閃火后能繼續(xù)燃燒的溫度（閃點+10 C）。著火點：溫度繼續(xù)升高并發(fā)生自燃的溫度（500-600C）。 第二章 液體燃料2. 重油的粘度3重油的密度 20 = 0.92-0.98 t/m34比熱和導熱系數(shù) Cp=1.31.7 kj/

6、kg. 5重油的發(fā)熱量 QL = 39.942.0 MJ/kg5重油的含硫量 重油含硫量不能大于1%。第二章 液體燃料 一、城市燃氣 符合國家城市燃氣標準的氣體燃料叫城市燃氣(城市燃氣分類GB/T13611-92)。 1人工煤氣 （R）（Manufactured gas） 焦爐煤氣：煉焦過程的副產(chǎn)品 油制氣：利用重油進行熱裂解和催化裂解獲得的氣 體燃料。 主要成分：H2 CO CH4 CmHn N2 CO2 O2 第三章 氣體燃料第三章 氣體燃料2天然氣 （T）（氣田氣和油田氣）（Natural gas ） 一種從氣田或者油田直接開采的天然氣體燃料（主要成分 CH4=9098%）。 主要成分：

7、 CH4 CmHn N2 CO2 （微量H2O， H2S ） QL=3500037000 kJ/Nm3 （8000-10000 kCal /Nm3） 密度：0.70.8 kJ/Nm3 3液化石油氣（Y）LPG Liquified Petroleum Gas 石油煉制過程的副產(chǎn)品，主要成分為C3 和C4的烴類（主要是丙烷、丁烷和丁烷、丁烯），在常溫下加壓（大約1.6MP）就可以液化，可以用高壓儲罐儲存，減壓就可以汽化。 主要成分： C3H8 C4H8 C3H10 C4H10 CmHn 氣態(tài)熱值： QL=87900108900 kJ/Nm3 （21000-26000 kCal /Nm3） 液態(tài)熱值

8、： QL=4520046100 kJ/Nm3 氣態(tài)密度： 1.952.36 kJ/Nm3 第三章 氣體燃料 二、氣體燃料的組分 1可燃組分氣體：H2，CO，CH4，CmHn， 2不可燃組分氣體：N2，CO2，O2， H2O 3雜質(zhì)：有機硫， H2S，NH3， 焦油蒸汽等 第三章 氣體燃料三、氣體燃料成分的表示方法 氣體燃料都是由各單一氣體組成的混合物。燃氣的來源和種類不同他們的組成和發(fā)熱量也不同。 1.成分表示方法 氣體燃料的組成是用所含各單一氣體的體積百分數(shù)來表示的，有所謂“濕成分”和“干成分”兩種表示方法。濕成分：COS %+ HS2% +CHS4% +COS2%+NS2% +OS2% +

9、H2OS =100 %干成分：COg %+ Hg2% +CHg4% +COg2%+Ng2% + Og2 % =100 % 第三章 氣體燃料 第二篇 燃料燃燒計算燃燒計算的基本原理： 燃料 + 氧化劑 = 燃燒產(chǎn)物 煤、油、燃氣 空氣/氧氣 CO2、H2O、SO2、N2 、O2 ，灰 不完全燃燒產(chǎn)物還有： CO、H2、 CH4，C 計算的主要依據(jù)： 質(zhì)量守衡 物料平衡 （計算空氣量和煙氣量） 能量守衡 熱量平衡（計算燃燒溫度） 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量一、固體和液體燃料的理論空氣需要量計算理論空氣量：按化學計量比計算的單位燃料完全燃燒所需要的空氣量叫理論空氣量（Nm3/kg；Nm3/

10、Nm3）。燃料成分為： C % + H % + O % + N % + S % + A % + W % = 100 % 可燃組分為： C ，H， S 其中碳的燃燒： C + O2 = CO2 數(shù)量關(guān)系： 12 + 32 = 44 （kg）每公斤碳燃燒的需氧量為： 1 + 8/3 = 11/3 （kg / kg） 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量對于氫的燃燒： H2 + 0.5 O2 = H2O 數(shù)量關(guān)系： 2 + 16 = 18 （kg）每公斤氫燃燒的需氧量為： 1 + 8 = 9 （kg / kg） 硫燃燒時： S + O2 = SO2 數(shù)量關(guān)系： 32 + 32 = 64 （kg）每公斤

11、氫燃燒的需氧量為： 1 + 1 = 2 （kg / kg） 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量因此，每公斤燃料完全燃燒所需要的理論氧氣質(zhì)量為： （kg / kg） (4-2)在標準狀態(tài)下1kg mol的氣體體積量為22.4 Nm3，所以標準狀態(tài)下氧的密度為32/22.4=1.429 Nm3/kg 。 故每公斤燃料完全燃燒所需要的理論氧氣體積量為： （Nm3 / kg） (4-3)1001)838(2. 0OSHCGO1001)838(429. 112. 0OSHCLO 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量一般的工業(yè)燃燒都是在空氣中燃燒，燃燒所需要的理論空氣量為： （Nm3 / kg） (4-5)

12、或者可以寫為： （Nm3/kg） (4-5a)1001)838(21. 0429. 11. 0OSHCL)33. 333. 367.2689. 8(01. 0. 0OSHCL 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量二、氣體燃料的理論空氣需要量 氣體燃料的體積百分數(shù)成分組成為：CO % + H2% + CH4 % + CnHm% + H2S % +CO2 % +O2% +N2 % +H2O % =100 % 各可燃組分的化學反應(yīng)方程式為： 其中CO的燃燒： CO +0.5O2 = CO2 氫的燃燒： H2+0.5O2 = H2O 碳氫化合物的燃燒： 硫化氫的燃燒： H2S + 1.5O2 = H2O

13、 + SO2222mnCO2m OnH )O4m (n HC 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量1 Nm3燃氣完全燃燒的理論空氣量為： （Nm3/Nm3）(4-8) 小結(jié)：1、理論空氣量的大小與燃料的元素成分或氣體的成分有關(guān)，不同的燃料其理論空氣量不同。2、對于液體燃料其元素成分主要是碳和氫，而且含量大致相同，因此液體燃料的理論空氣量基本相等。如：汽油 L0=11.43（Nm3 / kg），煤油 L0=11.34（Nm3 / kg），重餾分油 L0=11.25（Nm3 / kg）。 2222105 . 1)4(5 . 05 . 0 76. 4OSHHCmnHCOmn22220105 . 1)4

14、(5 . 05 . 0 21. 01OSHHCmnHCOLmn 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量 三、實際空氣需要量與過?？諝庀禂?shù) 過剩空氣系數(shù)：n=Ln/L0 實際空氣量： Ln=nL0 過?？諝饬浚?Ln-L0= nL0-L0=(n-1) L0 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量 過?？諝庀禂?shù)對實際燃燒過程的影響: 1、當n大于1時，實際空氣量Ln大于理論空氣需要量L0，空氣量有富裕，能夠滿足完全燃燒的需要。但是如果n過大，燃燒剩余的空氣量過多，會造成燃燒溫度降低，煙氣量增加和排煙熱損失增大。 2、當n小于1時，實際空氣量Ln小于理論空氣需要量L0，空氣量過小會造成燃料的不完全燃燒，燃燒

15、溫度也會降低。 3、當n=1時，Ln=L0 ，實際空氣量Ln等于理論空氣需要量L0，理論上燃料可以完全燃燒，無多余燃料也無多余的空氣，此時燃燒的溫度最高。這時的燃料與空氣之比叫化學當量比。 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量 完全燃燒的煙氣量計算 燃燒產(chǎn)物的量可以根據(jù)燃燒反應(yīng)前后的物質(zhì)平衡關(guān)系進行計算。完全燃時單位燃料燃燒后的產(chǎn)物包括：CO2 ，SO2 ，H2O，O2 ，N2 （Nm3 / kg）或者（Nm3 / Nm3） (4-11) 22222ONOHSOCOnVVVVVV 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量一、固體和液體燃料的煙氣量對于固體和液體燃料，根據(jù)（4-1）可以得到以下各生成物的

16、數(shù)量關(guān)系： （Nm3 / kg）（4-13）000) 1(10021100791001.284 .22.00124. 01001.184 .22).9(1004 .22.321001.644 .2221004 .2212444 .22100131122222LnVnLNVgnLMHVSSVCCVONOHSOCO 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量將以上代入式（4-11）整理后可以得到燃料完全燃燒的實際煙氣量為： （Nm3 / kg）（4-14-a） 當 n=1時，得到燃料完全燃燒的理論煙氣量為： （Nm3/kg）（4-14-b）0000124. 0)10021(1004 .22)2818232

17、12(gnLLnNMHSCVn00000124. 0100791004 .22)281823212(gnLLNMHSCV 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量當不計空氣中的水分時，燃料完全燃燒的理論煙氣量為： （Nm3 / kg）（4-15）完全燃燒的實際煙氣量與理論煙氣量的數(shù)量關(guān)系為： （Nm3 / kg） （4-12-a） 00) 1(LnVVn00100791004 .22)281823212(LNMHSCV 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量 二、氣體燃料的煙氣量對于氣體燃料，由（4-6）根據(jù)物質(zhì)平衡關(guān)系可以得到： （Nm3/ Nm3） （4-16）00022222) 1(1002110

18、0791001.00124. 01001).2(1001.1001).(22222LnVnLNVgnLOHSHHCmHVSHVCOHnCCOVONmnOHSOmnCOnL 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量完全燃燒時氣體燃料的實際煙氣量為： 理論煙氣量（n=1時，不考慮空氣的水分）為： 氣體燃料的實際煙氣量也同樣可以寫為： 002222200124. 0)10021(100102)2(gnLLnHNCOSHHCmnHCOVmnn022222010079100102)2(LHNCOSHHCmnHCOVmn00) 1(LnVVn第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量關(guān)于V0、Vn的影響因素以及與n之間

19、的關(guān)系分析： 1、理論煙氣量V0的大小與燃料的元素成分或氣體的成分有關(guān)，不同的燃料其理論理論煙氣量不同；燃料中可燃成分越高，發(fā)熱量越大，理論煙氣量V0也就越大。 2、實際煙氣量Vn的大小除與燃料的元素成分或氣體的成分有關(guān)外，還與過?？諝庀禂?shù)n的大小有直接關(guān)系，n值越大Vn也就越大。 3、燃燒煙氣的成分比例與燃料的元素成分有關(guān)，也與過?？諝庀禂?shù)n有關(guān)，n值越大，過?？諝饬吭黾?，煙氣中過剩的O2 ，N2的比例增大。 3 不完全燃燒的煙氣量計算 造成不完全燃燒的基本原因主要是： 空氣供給不足；燃料與空氣混合不均勻；空氣供給不足；燃料與空氣混合不均勻； 燃料油霧化不良燃料油霧化不良 ；燃燒設(shè)備的其它問

20、題；燃燒設(shè)備的其它問題。 完全燃燒產(chǎn)物：COCO2 2 、SOSO2 2 、H H2 2O O、N N2 2、O O2 2 不完全燃燒還可能有：COCO、H H2 2、CHCH4 4（忽略忽略H H2 2S S、C Cm mH Hn n） 解決問題的方法：計算（對于部分問題）； 實驗測定（無法計算的） 第四章 空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量第五章 燃燒溫度 燃燒溫度即燃燒產(chǎn)物所達到的溫度，燃燒溫度與燃料種類及組成、燃燒條件、傳熱條件等因素有關(guān)。燃燒溫度的高低取決于燃燒過程中的熱量收支的平衡關(guān)系。 燃燒溫度計算原理： 熱量平衡方程式（以1kg或1m3燃料為單位）： Qd+ Q空+ Q燃 = Q產(chǎn) +

21、 Q傳 + Q不 + Q分 Q產(chǎn) = VnC產(chǎn)t產(chǎn) （ t產(chǎn) 為燃燒溫度） Q空 =Lnc空t空 Q燃= c燃t燃 第五章 燃燒溫度 由熱平衡方程可以得到燃燒煙氣的溫度為： 1實際燃燒溫度 ： t產(chǎn)產(chǎn) = （Qd +Q燃燃 +Q空空 Q傳傳 Q不不 Q分分）/ VnC產(chǎn)產(chǎn) 實際燃燒溫度影響因素很多，隨爐子的工藝過程、熱工過程和爐子的結(jié)構(gòu)不同而變化。由于情況復雜，實際燃燒溫度是不能簡單計算出來的。第五章 燃燒溫度 2理論燃燒溫度（假設(shè)：絕熱 ，完全燃燒） t理理 = （Qd +Q燃燃 +Q空空 Q分分）/ VnC產(chǎn)產(chǎn) 理論燃燒溫度是燃料燃燒過程的重要指標，它表明燃料在絕熱條件下完全燃燒能夠達到的

22、最高溫度。 第五章 燃燒溫度 3量熱計溫度 （假設(shè)：絕熱，完全燃燒，忽略熱分解） t 量量 = （Qd +Q燃燃 +Q空空 ）/ VnC產(chǎn)產(chǎn) 量熱計溫度溫度是不考慮任何熱損失的理論燃燒溫度。 第五章 燃燒溫度 4燃料理論發(fā)熱溫度（假設(shè) n = 1，完全燃燒，燃料 與空氣都不預熱，絕熱，忽略熱分解）： t 熱熱 = Qd / V0C產(chǎn)產(chǎn) 是燃料性質(zhì)評價指標，由燃料性質(zhì)所決定。 燃料理論發(fā)熱溫度和理論燃燒溫度可以根據(jù)燃料性質(zhì)和燃燒條件計算出來。 第五章 燃燒溫度 影響理論燃燒溫度的因素： 一、燃料的性質(zhì) Qd / V0提高， t 理 也提高 二、空氣消耗系數(shù)n n增加， t 理降低。 三、空氣（或

23、煤氣）預熱 提高了Q空（Q燃）， t 理 也提高。 四、空氣富氧程度的影響 富氧程度提高 t 理 提高 第六章 空氣消耗系數(shù)及不完全燃燒 熱損失的檢測計算 1 燃燒產(chǎn)物成分的測定和驗證 一、燃燒產(chǎn)物成分的測定: 采用煙氣成分測定方法測定煙氣成分： 完全燃燒產(chǎn)物： RO2（CO2、SO2）、H2O、N2、O2 不完全燃燒產(chǎn)物：RO2（CO2 、SO2 ）、H2O、N2、O2 、 CO、H2、CH4 第六章 空氣消耗系數(shù)及不完全燃燒 熱損失的檢測計算 二、煙氣的RO2 max氣體含量 RO2 max = 21 /（1+） 當煙氣中的SO2含量很低時： CO2 max = 21 /（1+） 為燃料特

24、性系數(shù)，只于燃料成分特性有關(guān)。而煙氣中的RO2max僅與有關(guān)，實際上也與燃料成分直接相關(guān). 對于一定的燃料，其值和燃燒煙氣的RO2 max都是常數(shù). 第六章 空氣消耗系數(shù)及不完全燃燒 熱損失的檢測計算 三、煙氣的不完全燃燒產(chǎn)物CO氣體含量 （6-16） 當完全燃燒時（CO=0）： 當n=1完全燃燒時（CO=0）： (煙氣中的最大CO2含量) 605. 0)1 (2122COOCO12122OCO121max2CO 第六章 空氣消耗系數(shù)及不完全燃燒 熱損失的檢測計算 2 空氣消耗系數(shù) n 的檢測計算 過?？諝庀禂?shù)n對燃燒過程有很大影響，是燃燒過程的一個重要指標。設(shè)計爐子和燃燒器時，n值的大小按經(jīng)

25、驗選取，爐子運行時的實際n值的大小只能根據(jù)燃料特性和煙氣成分計算。 根據(jù)燃料特性和煙氣成分，用氧平衡/氮平衡原理可以計算空氣消耗系數(shù) n 第六章 空氣消耗系數(shù)及不完全燃燒 熱損失的檢測計算 當完全燃燒時： （6-28） 對于含氮和含氫量很小的燃料（如焦碳、無煙煤等，N2=79）則： 過剩空氣系數(shù)只與煙氣中的過剩氧有關(guān)。22.217911NOn22121On 第七章 氣體射流的混合過程 5 5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流 一、旋轉(zhuǎn)射流的特點：1、具有軸向、徑向和切向速度分量2、在流場的徑向和軸向都有壓力梯度，當軸向壓力梯度大并且為負值時流體將會產(chǎn)生回流形成回流區(qū)。3、回流區(qū)使煙氣倒流形成中心高溫。二、旋轉(zhuǎn)

26、射流的作用： 在燃燒技術(shù)中利用旋流的特點來控制火焰長度、強化燃燒過程和改善火焰的穩(wěn)定性。 第七章 氣體射流的混合過程 5 5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流 三、旋流強度和旋流數(shù)： 旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)強度叫旋流強度，而旋流強度的強弱用旋流數(shù)S的大小來判定。 旋流數(shù)：G- 旋轉(zhuǎn)自由射流的角動量Gx - 旋轉(zhuǎn)自由射流的軸向動量R - 旋流器出口半徑 RGGxS0o/vu 第八章 燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機理 1 化學反應(yīng)速度 一、化學反應(yīng)速度 單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的變化叫化學反應(yīng)速度： W = dC/d （kMol/ m3s） 例如： CO + H2O = CO2 + H2(還原反應(yīng)) W = dCCO2/d = dCH

27、2/d = - dCCO/d = - dCH2O/d 生成物的生成速度等于反應(yīng)物的反應(yīng)速度。 第八章 燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機理 二、影響化學反應(yīng)速度的因素 W = K0 exp（ E/RT）Cn 1. 溫度 T 溫度升高，反應(yīng)速度加快；到一定溫度（10000 K） 后，增加緩慢； 2. 活化能 E (分子活化所必須的分子能量) 反應(yīng)本身固有性質(zhì)；E 高，難于反應(yīng)； 3. 反應(yīng)物濃度 C 濃度高，反應(yīng)速度加快（與反應(yīng)級數(shù) n 有關(guān)）； 4. 反應(yīng)物分壓 分壓大即 濃度也高，反應(yīng)速度也加快 5. 反應(yīng)級數(shù) n 由化學反應(yīng)本身決定 。 第八章 燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機理 4 燃燒過程中NOX的生成機理 一

28、、 NOX 的生成機理 煙氣中NOX來源于空氣以及燃料中N在燃燒的高溫下生成，是造成大氣環(huán)境污染的主要有害氣體之一。 包括 NO、 NO2 、 NO3 、 N2O 、 N2O3 、 N2O4 、 N2O5等各種氮的氧化物，主要是NO和NO2。 1. NO 生成機理（直鏈反應(yīng)） N2 + O = NO + N N + O2 = NO + O N2 + O 2 = 2 NO Q 第八章 燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機理 NO生成速度與O2 、N2濃度和反應(yīng)區(qū)溫度有密切關(guān)系。 當有水蒸氣時，N + OH H + NO 2. NO2 生成機理 （ NO 的氧化） O2 + M = 2O + M （ M 為活化分

29、子，M 為惰性分子） NO + O + M = NO2 + M NO + HOO = NO2 + OH （ HOO 羥基） 第八章 燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機理 二、NOX 生成的影響因素 （1）主要在火焰最高溫度區(qū)（燃燒帶或之后）生成 （2）煙氣在燃燒室停留時間 （3）火焰中N2 、 O2 的濃度，（控制 n） （4）燃料中N NOX的生成主要與火焰中的最高溫度、氧和氮的濃度、以及氣體在高溫下停留的時間有關(guān)。 第八章 燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機理 四、降低煙氣中NOX的方法 （1）降低燃燒溫度水平，防止局部高溫 （2）控制過?？諝庀禂?shù) n （3）縮短煙氣在高溫區(qū)停留時間 （4）采用低 N 燃料 （5）低

30、NOX燃燒方法： 二段燃燒法 煙氣循環(huán)法 沸騰燃燒法 燃 料 與 燃 燒 第三篇 燃燒基本原理 第九章 預混氣的熱力著火 第九章 預混氣的熱力著火 自燃著火有兩個條件: (1) 可燃混合物應(yīng)有一定的能量儲存過程。 (2) 在可燃混合物的溫度不斷提高，以及活化分子的數(shù)量不斷積累后，其反應(yīng)從不顯著的反應(yīng)速度自動地轉(zhuǎn)變到劇烈的反應(yīng)速度。 熱力著火理論：以熱量平衡為分析基礎(chǔ)?；瘜W反應(yīng)發(fā)出的熱量超過散失的熱量，反應(yīng)系統(tǒng)中當熱量的集聚達到著火溫度就能著火。著火溫度與燃料成分、濃度（壓力）、容器壁溫等因素有關(guān)，著火溫度不是一個物性參數(shù)。 第九章 預混氣的熱力著火 1 著火過程與著火溫度 假設(shè)簡化模型：閉口體

31、系，容積V，壁面溫度 T0 ，可燃混 合物溫度 T，濃度 C，并且均勻不變。 反應(yīng)發(fā)熱量： Q1 = q W = q k0 Cn exp（ E / RT）= A exp（ E /RT） （kj/m3 . s） 系統(tǒng)散熱量： Q2 = F（T T0）/V = B（T T0） （kj/m3 . s） 式中： A= q k0 Cn B= F/V 為常數(shù)。其中：q 反應(yīng)的熱效應(yīng)；V 混合物的容積 ；E 活化能；Cn 反應(yīng)物濃 度；R 氣體常數(shù)；k0 前指數(shù)因子；T 化學反應(yīng)溫度； 對流 放熱系數(shù) F 放熱面積 T0 可燃混合物的初溫；W 化學反應(yīng) 速度。 第九章 預混氣的熱力著火 1 著火過程與著火溫

32、度 一、熱力著火的過程分析 可燃混合物的化學反應(yīng)在有限空間進行時，其化學反應(yīng)不斷放熱的同時也會向系統(tǒng)以外散熱。在有散熱的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部熱量的增量應(yīng)該等于系統(tǒng)放熱量與散熱量之差。因此，反應(yīng)系統(tǒng)的能量平衡方程可以寫為： 21QQddTCv 第九章 預混氣的熱力著火 1 著火過程與著火溫度 一、熱力著火的過程分析 只有當系統(tǒng)的放熱量大于散熱量時才會有熱量的聚集,并且溫度不斷升高達到著火燃燒。因此熱力著火的首要條件是反應(yīng)系統(tǒng)熱量的增量必須大于0，即： 通過分析反應(yīng)系統(tǒng)的放熱和散熱情況以及熱量的平衡關(guān)系，可以確定熱力著火點的條件和位置。 具體分析如下: 021QQddTCv 第九章 預混氣的熱力著火一

33、、熱力著火的過程分析 （1）平衡點1 在平衡點1以下，反應(yīng)的放熱量Q1總是大于散熱量Q2，混合氣的溫度會不斷升高，同時散熱也逐漸增大，在1點達到平衡狀態(tài)（Q1- Q2=0）。如果溫度繼續(xù)升高，散熱將會強于反應(yīng)放熱，過程將會重新向1點移動。1點是穩(wěn)定平衡點，在此點化學反應(yīng)不可能自動加速，也就不可能自燃著火（其反應(yīng)是等溫反應(yīng)）。 第九章 預混氣的熱力著火一、熱力著火的過程分析 （2）平衡點2 當溫度稍低于T2時，由于Q2 Q1溫度就會不斷下降直到1點才會重新平衡；如果溫度稍高于T2，這時Q1Q2溫度將不斷提高，反應(yīng)不斷加速，最后產(chǎn)生熱力著火。但這不是屬于自燃著火。因為可燃混合物從T0開始升溫，不可

34、能自行超過1點，也就無法自動達到2點而著火燃燒。 因此2點是不穩(wěn)定平衡點。 第九章 預混氣的熱力著火 一、熱力著火的過程分析 （3）改變系統(tǒng)環(huán)境溫度T0 Q1 = A exp（ E /RT） Q2 = B（T T0） 如果提高容器壁溫度T0，散熱線將向右邊平行移動，如果兩條線相交，則不論什么溫度下始終Q1Q2，系統(tǒng)內(nèi)將不斷有熱量聚集，混合物的溫度將不斷提高，反應(yīng)速度不斷加快直到著火。 第九章 預混氣的熱力著火 一、熱力著火的過程分析 （4）平衡點B 放熱線與散熱線相切與B點，在 B點Q1- Q2=0，也是不穩(wěn)定點，當溫度 稍高于Tc時，反應(yīng)將急劇加速而引起爆 燃。 Q1 = A exp（ E

35、/RT） Q2 = B（T T0） B點是發(fā)生熱自燃的臨界狀態(tài)點又 叫著火點，B點所處的溫度TB稱為著火 溫度，而對應(yīng)于該反應(yīng)的初始環(huán)境溫 度T0就是能夠引起著火的最低環(huán)境溫度。 第九章 預混氣的熱力著火一、熱力著火的過程分析 （5）改變系統(tǒng)散熱條件 Q1 = A exp（ E /RT） Q2 = B（T T0） （B= F/V減小） 實現(xiàn)熱力著火 第九章 預混氣的熱力著火一、熱力著火的過程分析 （6）提高混合物壓力 Q1 = A exp（ E /RT） Q2 = B（T T0） （A=q k0 Cn提高） 實現(xiàn)熱力著火 第九章 預混氣的熱力著火 一、熱力著火的過程分析 在上述各種可能的熱力著

36、火條件下，引起著火的溫度點是不同的。在不同的外界條件下，可以通過不同的途徑實現(xiàn)著火。燃料的熱力著火溫度不是物性常數(shù)而是受許多因素影響的變數(shù)。 實現(xiàn)熱力著火的可能途徑： 1.提高混合氣的初始溫度（T0） 2.改變散熱條件（ F/V ） 3.增加可燃預混氣的壓力( P ) 第九章 預混氣的熱力著火 一、熱力著火的過程分析 在上述各種可能的熱力著火條件下，引起著火的最低溫度是不同的。因此燃料的熱力著火溫度不是物性常數(shù)而是受許多因素影響的變數(shù)。 熱力著火溫度的高低與以下各種因素有關(guān)： 燃料和氧化劑的性質(zhì)（物性 q E K0） 環(huán)境溫度（T0）和壓力（Cn ） 容器的形狀和大?。‵ V） 散熱條件（ F

37、/V） 第九章 預混氣的熱力著火 1 著火過程與著火溫度 二、熱力著火溫度 1、 熱力著火的必要條件 根據(jù)以上分析，可燃混合氣要產(chǎn)生熱自燃著火必須滿足： a.在著火點系統(tǒng)的放熱量等于散熱量： b.在著火點的放熱量與散熱量隨系統(tǒng)溫度變化的速率相等（在著火點兩曲線的斜率相同）。 即： BBBBdTdQdTdQQQ)()()()(2121 第九章 預混氣的熱力著火 2 強制點火過程 一、 可燃混合氣的點燃 自燃著火：需要均勻加熱混合氣到一定的溫度；自燃過程在整個容器中同時進行；自燃過程能否成功與環(huán)境 溫度、散熱條件密切相關(guān)。 強制點燃：采用外加熱源作為點火源；點火只是在混合氣的局部進行；局部火焰的傳

38、播點燃全部；點燃能否成功取決于點火源的性質(zhì)、火焰?zhèn)鞑サ那闆r；氣流的流動狀況等；點燃溫度比自燃溫度高。 第九章 預混氣的熱力著火 2 強制點火過程 三、熾熱物體點燃的熱力理論 熾熱小物體置于低速或者靜止 可燃混合物氣流中，分析其局部點 燃和火焰?zhèn)鞑サ倪^程如下: 1、當熾熱顆粒的溫度為T1較低時，顆粒 附面層內(nèi)可燃混氣的反應(yīng)生成熱較 少，放熱大于散熱，溫度會沿附面 層厚度向外逐漸降低。 溫度梯度dT/dx|w0 第九章 預混氣的熱力著火 2 強制點火過程 三、熾熱物體點燃的熱力理論 熾熱小物體置于低速或者靜止 可燃混合物氣流中，分析其局部點 燃和火焰?zhèn)鞑サ倪^程如下: 2、當熾熱顆粒的溫度升高為T2

39、時，顆粒 附面層內(nèi)可燃混氣的反應(yīng)生成熱增加， 放熱等于散熱，附面層內(nèi)外溫度趨于 一致并接近T2，溫度梯度dT/dx|w=0。 第九章 預混氣的熱力著火 2 強制點火過程 三、熾熱物體點燃的熱力理論 熾熱小物體置于低速或者靜止可燃混合 物氣流中，分析其局部點燃和火焰?zhèn)鞑? 3、稍微再提高熾熱顆粒的溫度為T3時，顆 粒附面層內(nèi)可燃混氣的反應(yīng)生成熱繼 續(xù)增大，放熱將大于散熱，附面層內(nèi) 溫度也將大于T3，并快速升高達到著 火溫度，實現(xiàn)強制著火。 溫度梯度dT/dx|w0。 4、強制點火的臨界條件：dT/dx|w=0 第九章 預混氣的熱力著火 四、強制點火溫度及其影響因素 由于魯謝爾數(shù) Nu=(d)/

40、故上式可以寫為： 可以歸納為：可以歸納為：T Tw w=f(=f(，Q Qd d,E,K,E,K0 0, T, T0 0,C,C0 0, d), d)wTTwudTTCwqTTdN),(2)(00 第九章 預混氣的熱力著火 四、強制點火溫度及其影響因素 強制點火溫度Tw的影響因素： 1、可燃混氣的物理化學性質(zhì)（，Qd,E,K0） 2、可燃混氣初溫度 T0 3、可燃物的濃度 C0 4、可燃混氣的流動狀態(tài) 5、熾熱體的大小和形狀 d 第九章 預混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 理論研究和實驗表明，無論是自燃著火還使強制點火，其著火條件都與可燃物的濃度有關(guān)，而濃度又直接決定于系統(tǒng)的壓力和可燃混合物的

41、成分比例。因此。除了溫度條件外，著火也只能在一定的壓力和成分條件下才能實現(xiàn)。 第九章 預混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 3、著火的濃度界限 令 Pi=常數(shù) 得 T0i=f(xA) 令 T0i =常數(shù) 得 Pi =f(xA) 第九章 預混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 3、著火的濃度界限 對著火濃度界限的分析： （1）著火濃度界限圖形呈道U形，U 形里面是著火區(qū)，外面是非著火區(qū)。 （2）在一定的溫度和壓力下，并非 所有的濃度范圍都能引起著火，而是 存在一著火濃度的上限和下限，當燃 料濃度高于上限或者低于下限時，混 合氣都不能著火。 第九章 預混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 3、著火的濃度界限

42、 （3）著火濃度界限隨散熱程度 （F/ V）的加大而縮小,為了使可燃 混合氣快速著火，無論是提高溫度或 者提高壓力都是有效的。 第九章 預混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 3、著火的濃度界限 （4）隨著溫度或壓力的降低，著 火濃度界限范圍變窄。當溫度或壓力 降到一定程度時，著火濃度界限就會 消失，這時對混合氣的任何濃度組成 都不能著火。因此，對于給定的可燃 混氣，在一定的散熱條件下存在一個 極限的著火溫度（或壓力），低于此 極限的溫度（或壓力）混合氣的任何 組成濃度都不能著火。 第十章 燃燒傳播過程 二、 燃燒（火焰）傳播機理 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋簩恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣龋涸趯恿鳉饬髦醒婷嫜仄浞ň€方向移

43、動的速度稱為層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?第十章 燃燒傳播過程 火焰的傳播、焰面的移動與穩(wěn)定：火焰的傳播、焰面的移動與穩(wěn)定： 1、火焰?zhèn)鞑サ姆较蚩偸悄鏆饬鞣较颍?2、火焰面的前方是未燃氣體，后方為燃燒產(chǎn)物，火焰 面是分界面； 3、當|u|w|時火焰面將向氣流上游方向移動； 當|u|w|時火焰面將向氣流下游方向移動； 4、當|u|=|w|時，火焰面將靜止不動（穩(wěn)定燃燒）。 第十章 燃燒傳播過程 2 2 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?一、建立基本方程（導熱方程） 火焰面厚度 p預熱區(qū) c反應(yīng)區(qū)第十章 燃燒傳播過程 2 2 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?一、建立基本方程（熱平衡方程） dx微元的熱平衡

44、方程：兩側(cè)面導入熱量 + 反應(yīng)熱 = 微元體熱焓增量 dTGCWqdxdxdTdxdTPdxxx)|(|第十章 燃燒傳播過程 2 2 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?一、建立基本方程（熱平衡方程） dTGCWqdxdxdTdxdTPdxxx)|(|dxdxdTdxddxdTdxdTdxx)(|其中：0)(WqdxdTGCdxdTdxdP代入平衡方程得：dxdxdTGCdTGCPP)(第十章 燃燒傳播過程 二、兩區(qū)物理模型二、兩區(qū)物理模型 預熱區(qū)：忽略化學反應(yīng)，W = 0 反應(yīng)區(qū)：溫度接近燃燒溫度， dT/dx = 0第十章 燃燒傳播過程 三、方程求解三、方程求解 1. 在預熱區(qū) （忽略反應(yīng)熱

45、忽略反應(yīng)熱wqdx=0wqdx=0） 邊界條件 x=x0：T = T0 x=x1：T = TB 設(shè) Y= dT/dx x=x0：Y0=0 則方程可寫為： 0)(dxdTGCdxdTdxdP有：dxdTGCdxdYP)(0010TTGCdTGCdYBPTTPxxB)()(|00011TTCuTTGCdxdTYBPLBPx得：第十章 燃燒傳播過程 2. 2. 在反應(yīng)區(qū)在反應(yīng)區(qū) （dT/dx=0 dT/dx=0 溫度梯度為溫度梯度為0 0） 邊界條件: x=x1：T = TB, x=x2：T = TK dT/dx = 0 Y2=0 因為 Y= dT/dx 得: dx = （/Y）dT微分方程改寫為：

46、 dY/dx + Wq = 0 dY= - Wq dx -YdY=Wq dT積分： 0)(WqdxdTdxd有：21xxTTdTWqYdYKBdTWqYKBTTxx21)|21(2dTWqYKBTT21221, 0Y積分上式得：因為211)2(|1dTWqdxdTYKBTTx所以：第十章 燃燒傳播過程 3 3、計算層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?、計算層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?根據(jù)以上計算，在預熱區(qū)與反應(yīng)區(qū)交界面的溫度梯度為： 預熱區(qū)： 反應(yīng)區(qū)： 故 或者 )(|001TTCudxdTBPLx211)2(|dTWqdxdTKBTTxKBTTBPLqWdTTTCu2)(00KBTTBPLqWdTTTCu2)(100第十

47、章 燃燒傳播過程 在全部反應(yīng)區(qū)域應(yīng)該滿足：在全部反應(yīng)區(qū)域應(yīng)該滿足： 而在預熱區(qū): 因此: 由于著火溫度與燃燒溫度非常接近 ： 因此: 得層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋〝?shù)模分析解）如下： KBTT 00BKKBTTTTTTwqdTwqdTwqdT00BTTwqdTKKBTTTTwqdTwqdT000TTTTKBKTTKPLqWdTTTCu02)(100第十章 燃燒傳播過程 3 3、計算層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?、計算層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩ㄐ员磉_式： 可以改寫為： （10-10） 上式具有重要的理論價值，它揭示了層流火焰的傳播機理，上式具有重要的理論價值，它揭示了層流火焰的傳播機理，具體反映了火焰?zhèn)鞑ニ?/p>

48、度與各種影響因素的關(guān)系。實際上可燃混具體反映了火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c各種影響因素的關(guān)系。實際上可燃混合氣的正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊木唧w數(shù)值是由實驗測定的。合氣的正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊木唧w數(shù)值是由實驗測定的。KTTKPLqWdTTTCu02)(10000)(21TTqWCuKPL平均 第十章 燃燒傳播過程 4 4、對層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆治?、對層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆治?(1)火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c其平均導熱系數(shù)的平方根成正比例，而與其定壓比熱Cp的平方根成反比例，因此層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c氣體混合物的物理常數(shù)有關(guān)； (2)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著差值（TK-T0）的減小而增加，因此如果將氣體預先加熱然后再送入燃燒室，則其火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

49、能得以提高。第十章 燃燒傳播過程 4 4、對層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆治觥恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊姆治?(3)可燃氣體混合物的熱效應(yīng)及化學反應(yīng)速度也顯著地影響燃燒速度，當可燃氣體混合物的熱效應(yīng)及化學反應(yīng)速度低的情況下，則層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葦?shù)值也?。?(4)可燃氣體混合物的過剩空氣系數(shù)也將影響其燃燒速度,當可燃混合物中的空氣含量不足（n1）都會使燃燒溫度Tr降低，因而也降低層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?第十章 燃燒傳播過程 四、對四、對 u uL L 的影響因素的影響因素 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?： 理論分析證明，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁强扇細怏w的一個物理論分析證明，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁强扇細怏w的一個物理化學特性參數(shù)，它主要受到可

50、燃混合氣本身的特性、壓力、理化學特性參數(shù)，它主要受到可燃混合氣本身的特性、壓力、溫度、添加劑、惰性氣體含量、組成結(jié)構(gòu)等各種因素的影響。溫度、添加劑、惰性氣體含量、組成結(jié)構(gòu)等各種因素的影響。 00)(21TTqWCuKPL平均第十章 燃燒傳播過程 四、對四、對 u uL L 的影響因素的影響因素 1. 1. 可燃可燃混合混合氣氣性質(zhì)的影響性質(zhì)的影響 組分不同，0、CP 、q、W 都不同。 分析：a.化學反應(yīng)速度W大的燃料， 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?uL也大， 凡 是能夠使W增大的因素， 也能使uL增大； b.凡是活化能E小的燃料，W就 大，這時uL也大； c.提高溫度可以使反應(yīng)加速， 也能使uL增加。 第十章 燃燒傳播過程 四、對四、對 u uL L 的影響因素的影響因素 2. 2. 可燃氣體濃度可燃氣體濃度（n n值）的影響值）的影響 a.可燃混合氣的uL將隨著過剩空氣系數(shù)n 而改變。 b.各種可燃混合氣的最大的uL值處于可 燃物濃度 比化學當量的比例稍大的 混合物中（即n1）。 c.碳氫化合物的最大uL值發(fā)生在n 0.96處，且該值不隨壓力與溫度改變。 第十章 燃燒傳播過程 四、對四、對u uL L 的影響因素的影響因素 2. 2. 可燃氣體濃度可燃氣體濃度（ n n值值 ）的影響）的影響 第十章 燃燒傳播過程 四、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣人?、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>