液體燃料的燃燒課件

1、1第一節(jié)第一節(jié) 液體燃料的燃燒特點液體燃料的燃燒特點一、液體燃料的燃燒過程一、液體燃料的燃燒過程燃油燃油槽車槽車 / 油管油管工廠油罐工廠油罐過濾過濾油泵油泵燒嘴燒嘴爐膛或燃燒室爐膛或燃燒室 供油系統(tǒng)供油系統(tǒng) 燃燒裝置燃燒裝置燃油的燃燒過程：沸點低于燃點、受熱后先蒸發(fā)、汽化、然后燃燒燃油的燃燒過程：沸點低于燃點、受熱后先蒸發(fā)、汽化、然后燃燒 油的霧化油的霧化油滴蒸發(fā)、高溫熱解與裂解油滴蒸發(fā)、高溫熱解與裂解與空氣混合與空氣混合著火燃燒著火燃燒 油的蒸發(fā)：提供反應需要的可燃物質油的蒸發(fā)：提供反應需要的可燃物質 油的燃燒：提供油蒸發(fā)所需要的熱量油的燃燒：提供油蒸發(fā)所需要的熱量 蒸發(fā)與混合的速度蒸發(fā)與

2、混合的速度燃燒速度燃燒速度 當燃油、空氣等條件一定時，控制油的燃燒過程主要控制霧化和混當燃油、空氣等條件一定時，控制油的燃燒過程主要控制霧化和混合過程。合過程。2第一節(jié)第一節(jié) 液體燃料的燃燒特點液體燃料的燃燒特點二、液體燃料燃燒形式分類二、液體燃料燃燒形式分類 根據(jù)液體燃料蒸發(fā)與汽化的特點根據(jù)液體燃料蒸發(fā)與汽化的特點 ，分為，分為 液面燃燒液面燃燒 燈芯燃燒燈芯燃燒 蒸發(fā)燃燒蒸發(fā)燃燒 霧化燃燒霧化燃燒 三、液面燃燒三、液面燃燒1.燃燒過程：燃燒過程：液面燃燒是直接在液體燃料表面上發(fā)生的燃燒。液面燃燒是直接在液體燃料表面上發(fā)生的燃燒。液體燃料容器液體燃料容器熱源或火源熱源或火源液體表面液體表面輻

3、射和對流輻射和對流受熱蒸發(fā)受熱蒸發(fā)液面上方的燃料蒸汽增加可燃混合氣一定濃度一定濃度周圍空氣周圍空氣燃燒著火溫度著火溫度受熱受熱3第一節(jié)第一節(jié) 液體燃料的燃燒過程液體燃料的燃燒過程2.特點特點燃燒狀況不好，將導致燃料嚴重熱分解燃燒狀況不好，將導致燃料嚴重熱分解重質燃料重質燃料未燃燒未燃燒污染、冒黑煙污染、冒黑煙火災火災油罐火災、海面浮油火災等工程燃燒中不宜采用該燃燒方式四、燈芯燃燒四、燈芯燃燒燈芯燈芯吸附吸附燃油燃油燈芯表面燈芯表面燃燒燃燒燃燒功率小、適用于家庭、小規(guī)模燃燒器（煤油燈、煤油爐）容器容器蒸汽蒸汽4五、蒸發(fā)燃燒五、蒸發(fā)燃燒1.類似于氣體燃料燃燒類似于氣體燃料燃燒 ：燃料蒸發(fā)象氣體燃料

4、燃燒：燃料蒸發(fā)象氣體燃料燃燒 2.過程過程液體燃料液體燃料管道管道蒸汽蒸汽氣體氣體燃燒燃燒高溫煙氣管道3.適用燃料：適用燃料： 粘度不太大粘度不太大 沸點不太高沸點不太高 輕質液體燃料輕質液體燃料 在工程中有一定應用在工程中有一定應用蒸發(fā)蒸發(fā)放熱放熱加熱加熱5六、霧化燃燒六、霧化燃燒重點重點1.過程：過程：霧化器霧化器破碎破碎小液滴小液滴懸浮懸浮邊蒸發(fā)邊燃燒邊蒸發(fā)邊燃燒液體液體燃燒速度加快燃燒速度加快2.關鍵問題：霧化關鍵問題：霧化（1）霧化方式：據(jù)液體燃料的蒸發(fā)性定）霧化方式：據(jù)液體燃料的蒸發(fā)性定（2）易蒸發(fā)的液體汽化器）易蒸發(fā)的液體汽化器汽油汽油不易蒸發(fā)的液體噴嘴霧化不易蒸發(fā)的液體噴嘴霧化

5、柴油柴油燃料的蒸發(fā)表面積增加燃料的蒸發(fā)表面積增加上千倍上千倍6六、霧化燃燒六、霧化燃燒重點重點喉喉部部流速大流速大進氣管進氣管小霧滴小霧滴吸入汽油吸入汽油高速氣流高速氣流沖散油股沖散油股邊蒸發(fā)邊流動邊蒸發(fā)邊流動混合良好混合良好燃燃燒燒室室燃燒燃燒（3）汽化器原理圖）汽化器原理圖7六、霧化燃燒六、霧化燃燒重點重點燃油和空氣分別進入燃燒室（類似擴散燃燒），邊混合邊燃燒燃油和空氣分別進入燃燒室（類似擴散燃燒），邊混合邊燃燒（3）噴嘴霧化難蒸發(fā)）噴嘴霧化難蒸發(fā)難蒸發(fā)液體燃料的物理難蒸發(fā)液體燃料的物理性能差別很大。性能差別很大。例如輕柴油、煤油的粘例如輕柴油、煤油的粘度不太大，較易霧化，度不太大，較易霧

6、化，霧化裝置簡單。屬優(yōu)質霧化裝置簡單。屬優(yōu)質燃料，移動式發(fā)動機燃料，移動式發(fā)動機( (例如柴油機、燃氣輪例如柴油機、燃氣輪機等機等) ) 。重油和渣油是石油煉制重油和渣油是石油煉制過程中的殘余物，粘度過程中的殘余物，粘度大、雜質多，常溫為固大、雜質多，常溫為固態(tài)，先預熱，霧化難，態(tài)，先預熱，霧化難，霧化裝置復雜，用于工業(yè)窯爐和鍋爐等固定式燃燒設備霧化裝置復雜，用于工業(yè)窯爐和鍋爐等固定式燃燒設備油霧邊緣易混合油霧邊緣易混合中心難混合中心難混合通過噴嘴使油霧化，通過噴嘴使油霧化，油的顆粒不均勻，油的顆粒不均勻， 從幾從幾 到到500 。大顆粒容易產生大的大顆粒容易產生大的煙粒與焦粒。煙粒與焦粒。

7、油顆粒燃燼時間油顆粒燃燼時間與顆粒直徑平方成正與顆粒直徑平方成正比。比。83.霧化質量霧化質量（1）霧化良好）霧化良好越細越細油滴越多油滴越多總面積越大總面積越大（2）霧化質量差：不利于燃燒）霧化質量差：不利于燃燒 點火困難航空發(fā)動機點火困難航空發(fā)動機 熱解、積炭、火焰長熱解、積炭、火焰長 濃度場不均不穩(wěn)定燃燒濃度場不均不穩(wěn)定燃燒 霧化質量差無法正常燃燒霧化質量差無法正常燃燒（3）霧化不是越細越好：穿透力小油霧密集在噴嘴附近）霧化不是越細越好：穿透力小油霧密集在噴嘴附近 局部富油濃度場不均霧化消耗能量大不經(jīng)濟局部富油濃度場不均霧化消耗能量大不經(jīng)濟（4）理想的霧化質量）理想的霧化質量 油滴的平均

8、直徑小、分布好、有利于蒸發(fā)、也有利于形成良好的濃度油滴的平均直徑小、分布好、有利于蒸發(fā)、也有利于形成良好的濃度場場有利于氣相燃燒有利于氣相燃燒蒸發(fā)越快蒸發(fā)越快9第二節(jié)第二節(jié) 液體燃料的霧化液體燃料的霧化一、霧化機理、過程和方法一、霧化機理、過程和方法 霧化過程是由于液體受到的外力（氣動力、慣性力）霧化過程是由于液體受到的外力（氣動力、慣性力）和自身內力（粘性力、表面張力）相互作用的結果。外力和自身內力（粘性力、表面張力）相互作用的結果。外力大時油顆粒破碎，平衡時液體顆粒停止霧化。大時油顆粒破碎，平衡時液體顆粒停止霧化。10一、霧化機理、過程和方法一、霧化機理、過程和方法霧化過程：霧化過程：（1

9、）液體從噴嘴流出形成薄膜）液體從噴嘴流出形成薄膜或股流或股流 （2）由于液體紊流、空氣對液）由于液體紊流、空氣對液體薄膜的作用，液體表面發(fā)體薄膜的作用，液體表面發(fā)生彎曲波動生彎曲波動 （擾動、空氣外擾動、空氣外力）力）（3）在空氣壓力作用下，產生）在空氣壓力作用下，產生薄膜薄膜 （下游越?。ㄏ掠卧奖。?（4）由于表面張力作用，薄膜）由于表面張力作用，薄膜分裂成顆粒、小液滴分裂成顆粒、小液滴 （5）顆粒繼續(xù)破裂）顆粒繼續(xù)破裂 （6）顆?；ハ嗯鲎部赡芫酆希╊w?；ハ嗯鲎部赡芫酆?11一、霧化機理、過程和方法一、霧化機理、過程和方法霧化方法（能量來源）霧化方法（能量來源） 1. 氣體介質霧化：由霧化

10、劑介質（空氣、氣體介質霧化：由霧化劑介質（空氣、 蒸汽、氧氣、煤氣）蒸汽、氧氣、煤氣）的能量提供外力。的能量提供外力。 氣力霧化過程中使用高速氣流來霧化相對低速的液體燃氣力霧化過程中使用高速氣流來霧化相對低速的液體燃料，當在氣間形成液膜越薄，霧化效果越好。霧化介質一般料，當在氣間形成液膜越薄，霧化效果越好。霧化介質一般是壓縮空氣和蒸汽，從霧化角度，兩種氣體無明顯區(qū)別。從是壓縮空氣和蒸汽，從霧化角度，兩種氣體無明顯區(qū)別。從燃燒效率的角度，空氣優(yōu)于蒸汽。燃燒效率的角度，空氣優(yōu)于蒸汽。 2. 壓力式（機械式）霧化：依靠液體的壓力高速噴入空氣中壓力式（機械式）霧化：依靠液體的壓力高速噴入空氣中或以旋流

11、方式使液體加強攪動，或以旋流方式使液體加強攪動， 使液體霧化。使液體霧化。12二、油霧炬的特性參數(shù)二、油霧炬的特性參數(shù)油霧炬油霧炬油霧化后形成顆粒群的軌跡輪廓油霧化后形成顆粒群的軌跡輪廓 （1）油粒直徑）油粒直徑 直徑不均勻，有直徑分布，最大直徑，平均直徑直徑不均勻，有直徑分布，最大直徑，平均直徑dm 中間直徑法（中間直徑法（d50） 是一個假定液滴的直徑，即液霧中大于或小于這一直徑的兩部分是一個假定液滴的直徑，即液霧中大于或小于這一直徑的兩部分液滴的總質量相等。液滴的總質量相等。索太爾平均直徑法（索太爾平均直徑法（dSMD） 設在特定的液滴群中的滴數(shù)為設在特定的液滴群中的滴數(shù)為N0 ，且所有

12、液滴的直徑都等于，且所有液滴的直徑都等于dSMD，而這些液滴的總體積與總面積之比正好等于實際液滴群的總，而這些液滴的總體積與總面積之比正好等于實際液滴群的總體積與總面積之比。體積與總面積之比。13二、油霧炬的特性參數(shù)二、油霧炬的特性參數(shù)（2）霧化角）霧化角 出口霧化角出口霧化角 在噴嘴出口處作霧化炬外邊界的切線在噴嘴出口處作霧化炬外邊界的切線所得到的錐角。所得到的錐角。條件霧化角條件霧化角 以噴嘴出口中心為圓心，以設定長度以噴嘴出口中心為圓心，以設定長度L為為半徑畫的圓弧與霧化炬邊界相交，圓心與兩交半徑畫的圓弧與霧化炬邊界相交，圓心與兩交點連線的夾角點連線的夾角 大大火焰張角大，火焰短粗火焰張

13、角大，火焰短粗 小小火焰張角小，火焰細長火焰張角小，火焰細長 當噴嘴直徑和噴射壓力增加時，噴霧炬的霧化角增加，這是由于較當噴嘴直徑和噴射壓力增加時，噴霧炬的霧化角增加，這是由于較大的雷諾數(shù)在緊靠噴口附近的下游處引起了較大的湍流度的緣故。大的雷諾數(shù)在緊靠噴口附近的下游處引起了較大的湍流度的緣故。 14二、油霧炬的特性參數(shù)二、油霧炬的特性參數(shù)（3）燃料的流量密度分布）燃料的流量密度分布 單位時間內通過與燃料噴射方向相垂直的單位截面上燃單位時間內通過與燃料噴射方向相垂直的單位截面上燃油質量沿半徑的分布規(guī)律。油質量沿半徑的分布規(guī)律。 15二、油霧炬的特性參數(shù)二、油霧炬的特性參數(shù)（4）噴霧射程）噴霧射程

14、 噴嘴水平噴射時，油霧液滴喪失水平方向動能的行程。噴嘴水平噴射時，油霧液滴喪失水平方向動能的行程。 不同直徑油粒的射程也不同。射程取決于軸向速度和顆不同直徑油粒的射程也不同。射程取決于軸向速度和顆粒度。射程的大小影響火焰長度。粒度。射程的大小影響火焰長度。16（5）霧化均勻度）霧化均勻度 積分表示法積分表示法 將大于某一直徑將大于某一直徑d的所有液滴的質量占全部液滴質量的百分數(shù)表示成的所有液滴的質量占全部液滴質量的百分數(shù)表示成液滴直徑的函數(shù)。液滴直徑的函數(shù)。微分表示法微分表示法 將直徑在將直徑在d和和dd之間的所有液滴的質量占全部液滴總質量的百分之間的所有液滴的質量占全部液滴總質量的百分數(shù)表示

15、成液滴直徑的函數(shù)。數(shù)表示成液滴直徑的函數(shù)。 二、油霧炬的特性參數(shù)二、油霧炬的特性參數(shù)17第三節(jié)第三節(jié) 霧化燃燒的組織霧化燃燒的組織霧化燃燒組織過程：霧化燃燒組織過程：霧化霧化蒸發(fā)蒸發(fā)混合混合著火著火正常燃燒正常燃燒處理燃燒過程：保證充分、合理燃燒處理燃燒過程：保證充分、合理燃燒良好的霧化狀況良好的霧化狀況強化混合強化混合穩(wěn)焰措施穩(wěn)焰措施除雜質除雜質18一、確保良好的霧化狀況一、確保良好的霧化狀況正常燃燒的前提正常燃燒的前提基本原則基本原則減小燃油的內力和加大外力減小燃油的內力和加大外力19一、確保良好的霧化狀況一、確保良好的霧化狀況正常燃燒的前提正常燃燒的前提1. 油溫油溫 提高油溫可降低粘度

16、和表面張力，改善霧化質量提高油溫可降低粘度和表面張力，改善霧化質量 2. 霧化劑壓力與流量霧化劑壓力與流量 提高壓力，噴出速度增加，顆粒平均直徑減小。提高壓力，噴出速度增加，顆粒平均直徑減小。 低壓燒嘴，霧化劑流速不大，需要霧化劑多；當霧化劑量少低壓燒嘴，霧化劑流速不大，需要霧化劑多；當霧化劑量少 時，影響霧時，影響霧化質量；高壓時，對霧化影響不大，需霧化劑單位耗量稍小些?；|量；高壓時，對霧化影響不大，需霧化劑單位耗量稍小些。3. 油壓力油壓力 對于機械霧化，油壓越高，油流的速度越大，霧化質量越好。對于機械霧化，油壓越高，油流的速度越大，霧化質量越好。 對于氣體介質霧化式，油壓不宜過高，速度

17、太高不利霧化；但油壓應高對于氣體介質霧化式，油壓不宜過高，速度太高不利霧化；但油壓應高于氣霧劑反壓力，否則油噴不出。于氣霧劑反壓力，否則油噴不出。 4. 燒嘴結構燒嘴結構 霧化劑霧化劑 / 油的出口面積、夾角、旋轉度、孔數(shù)、孔形狀等等，要實際試油的出口面積、夾角、旋轉度、孔數(shù)、孔形狀等等，要實際試驗，還要考慮制造、油嘴堵塞等問題。驗，還要考慮制造、油嘴堵塞等問題。20二、強化油霧與空氣的混合二、強化油霧與空氣的混合油霧與空氣兩股混合。油霧與空氣兩股混合。 強化混合措施：強化混合措施： 1. 加大流速加大流速 2. 兩股交角噴射兩股交角噴射 3. 空氣呈旋轉氣流空氣呈旋轉氣流 4. 空氣分兩次送

18、入空氣分兩次送入 5. 油霧化細而均勻油霧化細而均勻燃燒過程，穩(wěn)定與強化燃燒燃燒過程，穩(wěn)定與強化燃燒 1. 改善霧化質量改善霧化質量 2. 供給適量空氣，強化空氣與油霧的混合供給適量空氣，強化空氣與油霧的混合 3. 保證點火區(qū)和燃燒室的高溫保證點火區(qū)和燃燒室的高溫21二、強化油霧與空氣的混合二、強化油霧與空氣的混合液體燃料：可燃分含量大空氣量大液體燃料：可燃分含量大空氣量大1.早期混合：早期混合： 燃油剛噴出噴嘴后，在噴嘴周圍的混合。燃油剛噴出噴嘴后，在噴嘴周圍的混合。及時燃燒早期混合良好（盡短、盡快）及時燃燒早期混合良好（盡短、盡快）未及時燃燒，熱分解炭煙未及時燃燒，熱分解炭煙控制空氣流擴張

19、角控制空氣流擴張角過小：不利于油霧分散、混合過小：不利于油霧分散、混合過大：空氣流遠離油霧流、不易混合過大：空氣流遠離油霧流、不易混合恰當：使空氣流穿透油霧流開始擴張、混合良好恰當：使空氣流穿透油霧流開始擴張、混合良好混合、良好霧化混合、良好霧化22二、強化油霧與空氣的混合二、強化油霧與空氣的混合2.后期混合后期混合： 著火后的油霧與空氣的再混合。著火后的油霧與空氣的再混合。液霧中的油滴：液霧中的油滴： 邊蒸發(fā)邊燃燒邊蒸發(fā)邊燃燒 高的氧濃度高的氧濃度霧化炬：霧化炬：燃油的質量密度分布不均燃油的質量密度分布不均油霧的液滴大小不同油霧的液滴大小不同濃度較高、大液滴區(qū)易缺氧濃度較高、大液滴區(qū)易缺氧二

20、次風二次風三次風三次風23點火困難點火困難三、采取適當?shù)姆€(wěn)焰措施三、采取適當?shù)姆€(wěn)焰措施油霧點火油霧點火有效的點火源有效的點火源穩(wěn)焰措施穩(wěn)焰措施點火溫度高點火溫度高噴嘴前：壓力滯止區(qū)噴嘴前：壓力滯止區(qū)造成一定回流區(qū)：造成一定回流區(qū)：回流不易過大：影響早期混合回流不易過大：影響早期混合24四、除雜質四、除雜質噴口直徑小噴口直徑小1mm堵塞堵塞磨損磨損結垢結垢濾清裝置濾清裝置雜質、機雜質、機械雜質械雜質25第四節(jié)第四節(jié) 常用燃油燒嘴常用燃油燒嘴燃油燒嘴：液體燃料的燃燒器燃油燒嘴：液體燃料的燃燒器 要求要求: 一定的燃燒能力一定的燃燒能力(熱負荷熱負荷)霧化質量好霧化質量好空氣與油霧混合良好空氣與油霧

21、混合良好調節(jié)油量性能良好調節(jié)油量性能良好 燃燒穩(wěn)定、火焰形狀、長度符合要求燃燒穩(wěn)定、火焰形狀、長度符合要求 結構牢靠，自動調節(jié)控制，維修方便結構牢靠，自動調節(jié)控制，維修方便26一、氣體介質霧化式油燒嘴一、氣體介質霧化式油燒嘴 結構：空氣導管結構：空氣導管 油導管油導管 燒嘴噴頭燒嘴噴頭 調節(jié)機構調節(jié)機構 噴頭形式：噴頭形式： 直流式直流式 旋流式旋流式271. 低壓空氣霧化油燒嘴低壓空氣霧化油燒嘴霧化劑：霧化劑：鼓風機供給的空氣鼓風機供給的空氣特點：特點：燒嘴前的風壓較低；燒嘴前的風壓較低； 霧化劑的量較大；霧化劑的量較大； 過量空氣系數(shù)較小。過量空氣系數(shù)較小。 28（1）直流套管式油燒嘴）直

22、流套管式油燒嘴結構簡單，結構簡單，調節(jié)較方便，調節(jié)較方便，油閥不易實現(xiàn)微量調節(jié)，油閥不易實現(xiàn)微量調節(jié)，空氣與燃油混合不好，空氣與燃油混合不好，移動套管要求加工精密。移動套管要求加工精密。 29（2） 比例調節(jié)式低壓油燒嘴比例調節(jié)式低壓油燒嘴30（3）旋流式低壓油噴嘴）旋流式低壓油噴嘴霧化好，有空氣渦流葉片，空氣與油流交角大（霧化好，有空氣渦流葉片，空氣與油流交角大（70-90），火焰張角大，中心負壓區(qū)高溫煙氣回流，連），火焰張角大，中心負壓區(qū)高溫煙氣回流，連續(xù)點火熱源，燃燒穩(wěn)定。續(xù)點火熱源，燃燒穩(wěn)定。312. 高壓氣體霧化油燒嘴高壓氣體霧化油燒嘴用壓縮空氣（用壓縮空氣（0.3-0.7MPa）、

23、氧氣、蒸汽或高壓煤）、氧氣、蒸汽或高壓煤氣作霧化劑，但高壓氣體膨脹后會降溫，使油粘度氣作霧化劑，但高壓氣體膨脹后會降溫，使油粘度變大，不利霧化。用過熱蒸汽、預熱壓縮空氣較好，變大，不利霧化。用過熱蒸汽、預熱壓縮空氣較好，但蒸汽過多，影響加熱質量。但蒸汽過多，影響加熱質量。 特點：特點： （1）結構簡單，體積小）結構簡單，體積小 （2）霧化劑速度大，霧化質量好）霧化劑速度大，霧化質量好 （3）混合稍差，火焰長）混合稍差，火焰長 （4）調節(jié)性能好）調節(jié)性能好 （5）必須強鼓風）必須強鼓風32（1）套管式高壓霧化油噴嘴）套管式高壓霧化油噴嘴霧化好，混合差，霧化好，混合差， 火焰長火焰長 33（2）旋流式高壓油噴嘴）旋流式高壓油噴嘴燒嘴霧化劑噴頭有旋流葉片，混合好、火焰短燒嘴霧化劑噴頭有旋流葉片，混合好、火焰短34（3）高壓內混式油噴嘴）高壓內混式油噴嘴 混合室距離較長，霧化劑以高速與油相遇，霧化良好?；旌鲜揖嚯x較長，霧化劑以高速與油相遇，霧化良好。 噴口油霧不受熱輻射，不易造成裂化而堵塞噴口。噴口油霧不受熱輻射，不易造