第七章燃氣燃燒方法

1、1 在氣體燃料的燃燒中，由于燃料和氧化劑都屬于氣態(tài)，所以這是一種均相均相燃燒。 根據(jù)燃氣點燃之前有否預(yù)先混合空氣以及混合量的多少（一次空氣系數(shù)的大小 ），把燃氣的燃燒方法分為三類： 燃氣點燃之前預(yù)先混合的空氣與理論空氣量的比值。擴散式燃燒（擴散式燃燒（ ）：）：點燃之前燃料中不含氧化劑，燃燒所需的氧氣依靠擴散從周圍大氣中獲得。（常見的蠟燭的燃燒）2部分預(yù)混式燃燒部分預(yù)混式燃燒 （ ）燃氣點燃之前預(yù)先混合部分空氣，其余的空氣在燃燒過程中從周圍大氣中獲得。完全預(yù)混式燃燒（完全預(yù)混式燃燒（ ） 燃氣點燃之前與所需空氣量完全混合好。3動力燃燒和擴散燃燒動力燃燒和擴散燃燒 chph燃燒所需要的全 部時間

2、物理混合時間 化學(xué)反應(yīng)所需要的時間 依據(jù)反應(yīng)過程中 及 的相對大小，把化學(xué)反應(yīng)區(qū)分為在動力區(qū)或在擴散區(qū)進行。phchchph若：，此時： ch稱燃燒過程在動力區(qū)進行。 chph若：，此時： ph稱燃燒過程在擴散區(qū)進行。4 當一次空氣系數(shù)1時，即燃料與氧化劑預(yù)先混合均勻且氧氣足量時，屬于動力燃燒，在管口僅有一層火焰前鋒I，稱為動力火焰前鋒。 當一次空氣系數(shù)l時，由于預(yù)混可燃氣中氧量不足，在管口將出現(xiàn)雙層火焰前鋒，其中內(nèi)層火焰前鋒I是動力火焰前鋒，外層火焰前鋒是擴散火焰前鋒。 當一次空氣系數(shù)=0時，在管口將不存在動力火焰前鋒I，而只有一層擴散火焰前鋒，燃燒過程就變成了純粹的擴散燃燒。5第一節(jié)第一節(jié)

3、 擴散式燃燒擴散式燃燒根據(jù)燃氣流動流態(tài)分類 層流擴散燃燒 紊流擴散燃燒 依靠分子的擴散作用使周圍氧氣進入燃燒區(qū)，由于分子的擴散進行地比較緩慢，因此層流擴散燃燒主要在擴散區(qū)進行，燃燒速度取決于氧的擴散速度。燃燒的化學(xué)反應(yīng)進行地很快，因此火焰焰面厚度很小。 依靠紊流擴散作用來獲得燃燒所需要的氧氣，對周圍空氣具有卷吸作用，所以物理混合時間較短，可以認為反應(yīng)主要在動力區(qū)進行。6（1 1）火焰面位置）火焰面位置 層流擴散火焰的焰面位于燃氣和空氣的混合比等于化學(xué)計量比的那層焰面上，即在焰面上=1，而不可能大于或小于1。一、層流擴散燃燒1、火焰的結(jié)構(gòu)7分析：分析： 假如在1的區(qū)域內(nèi)首先著火，那么剩下的未燃燃

4、氣將繼續(xù)向著氧氣擴散，與焰外的空氣混合而燃燒，使焰面向=1的表面移動。 假如在1的區(qū)域內(nèi)首先著火，那么多余的氧氣將向著燃氣擴散，與焰內(nèi)的燃氣混合而燃燒，亦即焰面又移向=1的表面。 因此，在燃料側(cè)不存在氧氣，在氧氣側(cè)不存在燃料，火焰前沿表面對氧化劑和燃料都是不可滲透的。 在理想情況下，火焰前鋒厚度極薄，可視為以無限薄的幾何面。8 （2 2）濃度分布）濃度分布 在火焰面上，燃料和氧化劑完全反應(yīng)，其濃度為零，而燃燒產(chǎn)物濃度最大，并向兩側(cè)擴散。射流軸線上的燃料濃度最大，沿徑向逐漸下降，至火焰前沿面處降為零。環(huán)境處氧氣濃度最大，沿徑向逐漸下降，至火焰面處濃度降為零。 層流擴散火焰可分為四個區(qū)，即中心純?nèi)?/p>

5、氣區(qū)、外圍純空氣區(qū)、火焰面內(nèi)的燃料和燃燒產(chǎn)物的混合區(qū)、火焰面外的空氣與燃燒產(chǎn)物的混合區(qū)?；鹧娴那把婷媸欠磻?yīng)中心，溫度最高，接近理論燃燒溫度。9（3 3）焰面形狀）焰面形狀焰面形狀為圓錐形 原因：射流的外層燃料較易與周圍的氧氣混合并發(fā)生反應(yīng)，而位于射流軸線附近的燃料要穿過較厚的混合區(qū)才能接觸氧氣。在這段時間內(nèi)，燃料將向前運動一定距離，從而將火焰拉長。隨著燃燒地進行，純?nèi)細饬吭絹碓缴?，最后在射流中心線某處完全燃盡，即形成火焰錐尖。 火焰長度：噴口之火焰錐間之間的距離稱為火焰長度。102、層流擴散火焰的多相過程 碳氫化合物進行擴散燃燒時，可能出現(xiàn)兩個不同的區(qū)域：真正的擴散火焰，即反應(yīng)區(qū)；光焰區(qū)，即預(yù)

6、熱區(qū)。 11氧氣濃度在反應(yīng)區(qū)的內(nèi)表面將為0；燃氣濃度在反應(yīng)區(qū)的外表面將為0；氣體溫度在反應(yīng)區(qū)內(nèi)為最高，并由反應(yīng)區(qū)向內(nèi)外兩側(cè)迅速下降；在預(yù)熱區(qū)內(nèi)，溫度較高，而氧濃度為0。預(yù)熱區(qū)處于高溫缺氧狀態(tài)，燃料將產(chǎn)生熱分解 反應(yīng)：熱分解是碳氫化合物脫氫過程以及C原子的積聚過程。12假定： 碳氫化合物的分解溫度td；則： 燃料熱分解的區(qū)域厚度d 。H2、CO，td=25003000，熱穩(wěn)定性好。13 預(yù)熱區(qū)內(nèi)由于燃料分解，生成大量碳固體顆粒，像霧一樣分散在氣體中。 預(yù)熱區(qū)內(nèi)碳粒的燃燒：擴散區(qū)燃燒、呈現(xiàn)出明亮的淡黃色火焰 。 通常碳粒來不及在高溫區(qū)燒完，隨氣流進入火焰尾部低溫區(qū)。此后，碳粒的燃燒有可能完全中斷，

7、未燃盡的碳粒冷卻后便形成炭黑，沉積在爐子的加熱表面或管壁上。層流擴散火焰的特點：淡黃色或黃色的火焰、易產(chǎn)生煤煙 、碳黑。14在火焰的內(nèi)側(cè)高溫區(qū)：擴散區(qū)燃燒，可從內(nèi)部提供足夠多的氧氣。（例如部分預(yù)混式，完全預(yù)混式燃燒）在火焰的外側(cè)低溫區(qū)：動力區(qū)燃燒，外部保溫。如馬燈、煤油燈的玻璃罩，起到防風(fēng)、保溫作用。思考：如何消除層流擴散火焰中的煤煙？153、層流擴散的長度采用相似關(guān)系來分析層流擴散火焰的基本規(guī)律。擴散燃燒裝置 ：管1、管2 ；同心內(nèi)管A中流動的是燃氣 ；空間B中流動的是空氣； 兩種氣體的流速相等；管道斷面上的濃度分布見圖。假設(shè)L1、L2是火焰的長度，在L1、L2處的燃燒必在中心線上進行，因此

8、在該處燃氣和空氣之比符合化學(xué)計量比。16 燃氣與空氣之間的擴散率（即單位時間從空氣中擴散到燃氣中去的氧氣量）應(yīng)當與濃度梯度成正比：drdCDFM D擴散系數(shù)F垂直于擴散方向兩股氣流的接觸面積擴散率之比為：22211121drdCFDdrdCFDMM17在L1、L2距離內(nèi)，兩股氣流接觸表面之比為：221121LdLdFF 兩種情況下，燃氣與氧氣的初濃度都是相同的，因此，直徑越小，濃度變化越劇烈。亦即濃度梯度與直徑成反比：聯(lián)立可得： 1221dddrdCdrdC221121LDLDMM 兩種情況下的擴散率之比應(yīng)當?shù)扔谌細饬髁恐龋矗?22211221121dvdvLDLDMM18或者： cons

9、tvdDL2DQDvdL2， 故層流擴散火焰的長度與燃氣流量燃氣流量成正比，當流量不變時，火焰長度與氣流速度無關(guān)。與氣體的擴散系數(shù)成反比，擴散系數(shù)越大，火焰就越短。19二、層流擴散火焰向紊流擴散火焰的過渡1、紊流擴散火焰的結(jié)構(gòu)a、燃氣流量（d=const），Vm。 但氧氣向焰面擴散的速度基本未變，焰面的收縮點離噴口越來越遠，火焰長度不斷增加。這時，火焰表面積增加，單位時間內(nèi)燃燒的燃氣量。b、當Vm臨界值時， 流動狀態(tài)從層流紊流火焰頂點跳動。 20c、隨Vm繼續(xù)， 火焰絕大部分均擾動起來，這時擴散轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲾U散，混合加劇，燃燒強化火焰變短。 此時，火焰穩(wěn)定性極差，火焰可能發(fā)生間斷，甚至完全脫離噴

10、口；紊流擴散火焰中無法區(qū)分焰面和其他部分，混合、預(yù)熱和化學(xué)反應(yīng)在整個火炬中。d、隨著擾動程度的加劇，混合時間，當 ，燃 燒在動力區(qū)進行。chph21從圖中可以看出：從圖中可以看出： 在層流區(qū)火焰有著清晰的輪廓，氣流速度增大時火焰長度也逐漸增加。 在過渡區(qū)火焰頂部開始擾動并向根部擴展。 由過渡區(qū)進入紊流區(qū)時火焰根部的層流火焰變得很短，火焰總長度反而縮小。 在紊流區(qū)火焰長度與氣流速度無關(guān)。222、紊流擴散火焰的長度 在燃氣紊流自由射流中，由實驗公式，軸線上的燃氣濃度Cg與射流出口處的原始濃度C1之比為：29. 070. 01rasCCg紊流結(jié)構(gòu)系數(shù)； s軸向距離； r射流噴口的半徑。 射流中各點的

11、燃氣濃度與空氣濃度之和應(yīng)該是一樣的，它等于出口處的濃度和 ：110CC因此燃氣濃度與空氣濃度之比為： ggCCC123在鋒面上燃氣-空氣濃度比應(yīng)近似等于化學(xué)計量比1 n， 故可成立：故可成立： nCCCgg11聯(lián)立：聯(lián)立：29. 070. 01rasCCg紊流擴散火焰的長度： 29. 0170. 0narLf 可見：當燃氣種類以及噴嘴形式一定時，紊流擴散火焰高度只與噴嘴直徑有關(guān)，而與流速無關(guān)。24通過以上分析，可總結(jié)出紊流擴散火焰的特點： a、紊流擴散火焰前沿為顫動的，皺褶的、破裂的。因此測定火焰高度很不容易。 b、紊流擴散火焰前沿厚度較寬，并處于激烈脈動中。 c、紊流擴散火焰的高度與射流速度

12、無關(guān)，僅僅與噴嘴直徑成正比。 25 擴散式燃燒的缺點：容易產(chǎn)生煤煙，燃燒溫度也相當?shù)汀?1855，本生Bensen本生燈吸入一部分一次空氣藍色火焰（不發(fā)光）該燃燒方式優(yōu)越于擴散式廣泛應(yīng)用。 燃氣在從管口噴出之前，首先混合一部分燃燒用氧化劑（即01），燃燒所需的剩余氧氣依靠擴散作用從周圍大氣獲得，這種燃燒方式稱為“部分預(yù)混式燃燒”，習(xí)慣上又稱“大氣式燃燒”。部分預(yù)混式燃燒：部分預(yù)混式燃燒： 家庭用燃氣用具大都屬于此類。如燃氣灶、熱水器。日常生活中常見：打火機、煤油燈。26燃氣在一定壓力下，燃氣在一定壓力下，以一定流速從噴嘴流以一定流速從噴嘴流出，進入吸氣收縮管，出，進入吸氣收縮管，燃氣靠本身能量

13、吸入燃氣靠本身能量吸入一次空氣。在引射器一次空氣。在引射器內(nèi)燃氣和一次空氣混內(nèi)燃氣和一次空氣混合，然后經(jīng)頭部火孔合，然后經(jīng)頭部火孔流出，進行燃燒，形流出，進行燃燒，形成本生火焰。成本生火焰。2728根據(jù)氣流噴出速度的不同，部分預(yù)混火焰又可分為層流和紊流。一、部分預(yù)混層流火焰1、本生火焰的結(jié)構(gòu)由內(nèi)錐體和外錐體組成。 內(nèi)錐體： 淺藍色燃燒層藍色錐體外錐體： 未燃氣體 向外按擴散方式與空氣混合而燃燒，外錐越大。292、藍色錐體產(chǎn)生的條件 主要取決于一次空氣系數(shù)； 要達到這種程度，使燃氣空氣混合比在著火濃度上、下限之間。 如家用燃氣灶，當燃氣組分變化或壓力變化時，可調(diào)節(jié)噴嘴后的擋風(fēng)板以調(diào)節(jié)一次空氣量。

14、 若燃氣中的重組分增加過多，或者壓力降低引起噴嘴引射能力下降時，即使擋風(fēng)板完全打開也會產(chǎn)生黃焰。303 3、點火環(huán)、點火環(huán) 思考：管道上氣流的速度按拋物線分布，中心大，四周小，管壁處為0?；鹧鏁粫鞯饺紵骼锶ィ?不會，火焰?zhèn)鞑ニ俣仁芄鼙谏岬挠绊?，該處的火焰?zhèn)鞑ニ俣纫驗楣鼙谏嵋矞p小了。31分析根部點火環(huán)的存在：在11環(huán)上，Sv。在1-1環(huán)和2-2環(huán)之間，必定存在3-3環(huán)，該環(huán)上S=v， =0，沒有切向分速度，焰面穩(wěn)定。就是說，在燃燒器出口的周邊上，存在一個穩(wěn)定的水平焰面，它是空氣-燃氣混合物的點火源，又稱點火環(huán)。點火環(huán)使層流大氣火焰根部得以穩(wěn)定。32二、部分預(yù)混層流火焰的穩(wěn)定即分析點火環(huán)

15、的存在條件 1、脫火極限 隨燃氣流量，氣流速度v ，使得v=S的點更加靠近管口，點火環(huán)變窄，最后使之消失，火焰脫離燃燒器出口，在一定距離以外燃燒稱為離焰 。 離焰：離焰：離焰是發(fā)生脫火之前的一個很小的過渡狀態(tài)。33脫火：脫火：若氣流速度再增大，火焰被吹熄，稱為脫火。脫火極限：脫火極限： 對于某一定組成的燃氣空氣混合物，在燃燒時必定存在一個火焰穩(wěn)定的氣流速度上限，氣流速度達到此上限值時便產(chǎn)生脫火現(xiàn)象，該上限稱為“脫火極限”。342、回火極限 回火：回火： 若流出燃燒器的燃氣流量不斷減小，即氣流速度v，蘭色錐體高度，最后由于氣流v小于Sn，火焰縮進燃燒口，稱為回火。 回火極限回火極限 ： 火焰穩(wěn)定

16、的氣流速度下限，氣流速度低于此下限值時，便產(chǎn)生回火現(xiàn)象，該下限稱為回火極限。35 脫火、回火絕不允許！脫火、回火絕不允許！ 事故：不完全燃燒、燃事故：不完全燃燒、燃氣泄漏、氣泄漏、CO中毒、爆炸（熄滅后形成爆炸性氣體）中毒、爆炸（熄滅后形成爆炸性氣體）等。等。 燃氣空氣混合物的速度在脫火極限和回火極限之間時，火焰才能穩(wěn)定。火焰的穩(wěn)定是由氣流速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣裙餐瑳Q定的。 363、部分預(yù)混層流火焰燃燒穩(wěn)定范圍的影響因素（1 1）、燃氣性質(zhì)）、燃氣性質(zhì) 燃氣性質(zhì)決定火焰?zhèn)鞑ニ俣取?S大時，V回，易回火；V脫， 不易脫火。如含H2高的燃氣，易回火 S小時，V回，不易回火；V脫，不易脫火。如含CH4高

17、的燃氣，易脫火。 例如：焊槍（乙炔），關(guān)閉時有“砰”的響聲，稱為“回火噪聲”。（燃燒管道內(nèi)剩余氣體，體積增大，壓力升高，沖出管口形成爆炸聲）37（2 2）、混合物的組成（一次空氣系數(shù)的數(shù)值）、混合物的組成（一次空氣系數(shù)的數(shù)值） ，V脫 解釋原因：燃氣濃度高時，點火源處有較多的燃氣向外擴散，與大氣中擴散而來的二次空氣混合而燃燒，能形成一個較有力的點火環(huán)。反之，若混合物中空氣較多，從火孔出來的燃氣較少，二次空氣將進一步稀釋混合物，使點火環(huán)的能力削弱，所以脫火極限也下降。38V回曲線為倒U型，為什么？ 回火極限主要取決于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，回火極限隨混合物組成的變化情況與火焰?zhèn)鞑ニ俣惹€相似。在其他條件相

18、同時，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍酱?，回火極限速度也越大，越容易回火。光焰區(qū)：光焰區(qū)： 當0.4，對于含CmHn化合物多的燃氣空氣混合物會出現(xiàn)光焰區(qū)，由燃料的熱裂解引起。光焰區(qū)還與燃氣的性質(zhì)和噴嘴的直徑有關(guān)。噴口直徑越大，越易出現(xiàn)黃焰。 39（ 3 3）燃燒器火孔孔徑）燃燒器火孔孔徑d，散熱，Sn V脫不易脫火d，散熱，Sn V回易回火 為了防止回火，最好采用小直徑的燃燒孔。當小于臨界直徑，就不會發(fā)生回火。對于易發(fā)生脫火的燃氣，應(yīng)采用大噴嘴；如含CH4、碳氫化合物高的燃氣對于較易發(fā)生回火的燃氣，應(yīng)采用小噴嘴。如含H2、CO高的燃氣。40（4 4）周圍環(huán)境的影響）周圍環(huán)境的影響 若空氣被惰性氣體沖淡： S，V

19、脫，脫火傾向性 ； V回，回火傾向性 四個區(qū)：脫火區(qū)、回火區(qū)、光焰區(qū)、穩(wěn)定燃燒區(qū)。 在設(shè)計燃燒器時應(yīng)使燃燒器的工作點位于穩(wěn)定燃燒區(qū)內(nèi)。跟據(jù)此圖對于一定的燃氣，確定一次空氣系數(shù)、火孔直徑以及混合物的速度，以保證燃具的穩(wěn)定燃燒。414、周邊速度梯度理論 燃燒器出口以內(nèi)的情況（1）燃燒器出口以內(nèi)的情況 直線1與曲線S相割，說明某些區(qū)域的火焰?zhèn)鞑ニ俣却笥跉饬魉俣龋瑫a(chǎn)生回火 直線2與曲線S相切，這是產(chǎn)生回火的極限位置。 直線3上任一點的氣流速度都大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，因此火焰面將穩(wěn)定在燃燒器出口以上，即不會發(fā)生回火。 粗線表示火焰?zhèn)鞑ニ俣茸兓€，細線表示周邊氣流速度變化曲線。 42（2）燃燒器出口以上的

20、情況43對于直線2和曲線A：不會發(fā)生回火，存在點火環(huán)，因而不會發(fā)生脫火，所以焰面穩(wěn)定；是不發(fā)生回火的極限位置；對應(yīng)火焰的位置A。當提高周邊速度使速度曲線成為直線3： 火焰底部被向上推離a、火孔壁面對火焰底部的冷卻作用減弱；b、氣流邊界層可燃混合物與空氣的相互擴散增強，使邊界層附近的可燃混合物的一次空氣系數(shù)增加燃燒速度增大 ，燃燒速度曲線移動到B 因為B與直線3相切，所以焰面能在（c）的位置B重新穩(wěn)定。 44當提高周邊速度使速度曲線成為直線4： 由于壁面冷卻作用進一步減弱和稀釋作用的有利影響，焰面底部在圖5（c）的位置C重新穩(wěn)定。 當提高周邊速度使速度曲線成為直線5： 火焰進一步被推離火孔氣流邊

21、界層附近的可燃混合物被空氣過分稀釋，導(dǎo)致該處的燃燒速度下降使燃燒速度曲線C向右回移到曲線D 不存在切點和點火環(huán)火焰就被無限制推離火孔，產(chǎn)生脫火。 直線4與曲線C的切點所代表的工況，即為防止脫火的極限工況。45 從以上分析可以認為，脫火和回火的極限取決于靠近氣流周邊處的氣流速度線的斜率，即取決于周邊速度梯度。以層流為例，管道中任一點的氣流速度可寫成：222Rr1R2Lv故： L：流量Rv4RL4drdv3Rr46 當周邊速度梯度減小至小于位置2時，會發(fā)生回火，2稱為回火極限速度梯度； 當周邊速度梯度增大至大于位置4時，會發(fā)生脫火，4稱為脫火極限速度梯度。 脫（回）火極限速度梯度確定：脫（回）火極

22、限速度梯度確定：通過實驗測定 實驗一：實驗一：一定組成的燃氣，采用一定直徑的噴嘴。通過調(diào)節(jié)流速，得到回火極限狀態(tài)，從而得到回火、脫火極限速度梯度。 47 實驗二：實驗二：一定組成的燃氣，采用不同直徑的噴嘴。得到不同噴嘴直徑下的脫（回）火極限速度梯度相同。 根據(jù)這一實驗現(xiàn)象，周邊速度梯度理論認為：回火、脫火極限速度梯度是可燃混合物本身的特性。 即對于一定組成的燃氣：constRv4drdvRr 回火constRv4drdvRr 脫火，48constRv4RL4drdv3Rr回火constRv4RL4drdv3Rr脫火 脫（回）火極限流量與R3成正比，當直徑增大時，回火極限流量也增加。 脫（回）火

23、極限流速與R成正比，直徑越大，回火極限速度也越大。 極限流量、極限流速不是可燃混合物的特性參數(shù)。 4950 二、部分預(yù)混式紊流火焰二、部分預(yù)混式紊流火焰 部分預(yù)混式層流燃燒只適用于小型加熱設(shè)備。工業(yè)窯爐需要很大的燃燒部分預(yù)混式層流燃燒只適用于小型加熱設(shè)備。工業(yè)窯爐需要很大的燃燒熱強度，只有采用紊流燃燒才能達到。熱強度，只有采用紊流燃燒才能達到。 紊流預(yù)混火焰的結(jié)構(gòu)紊流預(yù)混火焰的結(jié)構(gòu): 紊流火焰比層流火焰明顯縮短，紊流火焰比層流火焰明顯縮短，且頂部較圓，焰面由光滑變?yōu)榘櫱翼敳枯^圓，焰面由光滑變?yōu)榘櫱鹧婧穸仍黾?，火焰總表面積也大大火焰厚度增加，火焰總表面積也大大增加，因而燃燒也得到強化。增

24、加，因而燃燒也得到強化。紊流火焰紊流火焰焰核：未著火混合物冷區(qū)；焰核：未著火混合物冷區(qū)；焰面：著火與燃燒區(qū)，約焰面：著火與燃燒區(qū)，約 90的燃氣在此燃燒；的燃氣在此燃燒；燃盡區(qū)：全部燃燒過程在此最后完成，該區(qū)的邊界燃盡區(qū)：全部燃燒過程在此最后完成，該區(qū)的邊界 人眼看不到。人眼看不到。51第三節(jié)第三節(jié) 完全預(yù)混式燃燒完全預(yù)混式燃燒完全預(yù)混式燃燒 ： 在燃燒之前燃氣與空氣實現(xiàn)全部預(yù)混，即 燃氣-空氣混合物到達燃燒區(qū)后能在瞬間燃燒完畢，火焰很短甚至看不見，所以又稱無焰燃燒。 1 一、完全預(yù)混式燃燒的特點10. 105. 1 1、燃燒完全，化學(xué)不完全燃燒較少； 2、過?？諝馍?，當用于工業(yè)爐直接加熱工件

25、時，不會引起工件過分氧化。52 3、燃燒溫度高，熱強度大，容易滿足高溫工藝的要求。 4、存在穩(wěn)定性問題，在燃燒器設(shè)計時既要防回火，又要防脫火。 二、完全預(yù)混式燃燒器的分類 在噴嘴后面緊接一個火道（由耐溫材料制成的通道）。混合均勻的燃氣-空氣混合物經(jīng)噴頭進入火道，在熾熱的火道壁面和高溫回流煙氣的穩(wěn)焰作用下進行燃燒。1、有火道頭部燃燒器53（1 1）火道）火道 作用：強化燃燒，穩(wěn)定火焰，防止火焰發(fā)生脫火。 工作原理：混合物進入火道時，流通斷面突然擴大，由于引射作用，在火焰的根部吸入熾熱的煙氣，形成煙氣回流區(qū)?；亓鳠煔獠粌H將混合物加熱，同時也是一個穩(wěn)定的點火源。 火道是使燃燒穩(wěn)定、防止脫火的重要部件

26、?；鸬朗鞘谷紵€(wěn)定、防止脫火的重要部件。54（2 2）噴頭）噴頭噴頭是保證燃燒室工作穩(wěn)定，防止回火的重要部件。 采用水冷、空氣冷噴頭，以減少噴頭出口處可燃混合物的溫度，從而減少回火的可能性。 噴頭常做成漸縮形，且內(nèi)壁加工光滑，從而使噴口混合氣體的速度場達到均勻分布。552、 紅外線輻射器紅外線輻射器是一種低壓引射式完全預(yù)混燃燒器。燃燒所需要的空氣完全依靠低壓燃氣的能量吸入，并進行全部預(yù)混，過剩空氣系數(shù)為1.031.06。56燃燒器頭部由若干塊多孔陶瓷板組成，每個孔就相當于一個火道，當孔徑小于臨界孔徑時，火焰就不會回入孔眼以內(nèi)去，燃燒實際上是在接近陶瓷板外表面附近進行。點火后4050s，板面溫度

27、可達到800900度，向外輻射紅外線。57 頭部除采用多孔陶瓷板外，還可采用數(shù)層金屬網(wǎng)或二者的組合形式: 583、無火道頭部燃燒器59第四節(jié)第四節(jié) 火焰的穩(wěn)定火焰的穩(wěn)定火焰的穩(wěn)定燃燒：火焰的穩(wěn)定燃燒：指火焰在燃燒過程中，既不發(fā)生回火，又不發(fā)生脫火，火焰穩(wěn)定在某一位置穩(wěn)定燃燒。一、不同燃燒火焰的穩(wěn)定特性1 1、擴散火焰、擴散火焰n只存在脫火現(xiàn)象而無回火現(xiàn)象 ；n在層流和流速不是很大的紊流中，一般也不會發(fā)生脫火；n在高速紊流氣流中，可發(fā)生脫火。602 2、預(yù)混火焰、預(yù)混火焰n層流時一般可以穩(wěn)定燃燒，一旦進入紊流，往往會發(fā)生脫火現(xiàn)象。n既存在脫火現(xiàn)象，又存在回火現(xiàn)象，有一個穩(wěn)定燃燒的范圍。3 3、完

28、全預(yù)混式火焰、完全預(yù)混式火焰n既存在脫火現(xiàn)象，又存在回火現(xiàn)象（火焰?zhèn)鞑ニ俣群艽?，更易回火）?1二、防止火焰吹脫的措施在高速氣流中，因為不能自行地形成著火環(huán)（自動補償?shù)狞c火源），火焰不穩(wěn)定性可以用人為方法產(chǎn)生自償點火源來解決。因此在高速氣流中保證火焰穩(wěn)定的問題，可以歸結(jié)為如何在氣流中人為的形成自償點火源的問題。62一般來說，利用氣流繞流過障礙物（通常所用的都是所謂的“鈍體”，即不良流線體）在其后形成環(huán)流和低流速區(qū)以使火焰穩(wěn)定的方法和原理是高速氣流中使用得最為普遍的穩(wěn)定火焰的措施。在工程中常采用下列方法：鈍體、旋轉(zhuǎn)氣流、逆向噴流、燃燒室壁凹槽、帶孔圓筒、網(wǎng)孔等來防止脫火吹熄，實現(xiàn)高速氣流中火焰的

29、穩(wěn)定。631、利用鈍體穩(wěn)定火焰 鈍體即不良流線體，通常是做成圓盤形、v形槽圓環(huán)、圓錐形等形狀。64原理：原理：當高速氣流流過鈍體時，由于氣體的粘性，將鈍體后面的靜止氣體帶向下游，從而降低了鈍體后面的氣體靜壓，在靜壓差的作用下，部分下游氣體將產(chǎn)生回流流動，從而在鈍體后面形成一凹流區(qū)。如將各截面氣流軸向速度為零的各點相連即可得到回流區(qū)邊界線，在邊界線以外為順流區(qū)，在邊界線以內(nèi)則為回流區(qū)。由于回流的是高溫燃燒產(chǎn)物，它可以起一個自動連續(xù)點火源的作用，從而使新鮮可燃混合物不斷地被點燃，滿足了前述的火焰穩(wěn)定的必要條件。在回流邊界線附近存在的低流速區(qū)也為火焰的穩(wěn)定創(chuàng)造了良好的條件。這種火焰穩(wěn)定方法常用于航空

30、燃氣輪機加壓燃燒室中，近年來亦應(yīng)用于煤粉燃燒器。6566影響鈍體火焰溫度范圍的主要因素：鈍體的形狀與尺寸，預(yù)混可燃物的流速、溫度、壓力以及可燃混合物的成分等。n鈍體的形狀與尺寸對回流區(qū)的寬度與長度都有很大影響，例如增大鈍體直徑可增大回流區(qū)的寬度與長度，并增強了回流強度，這些都有利于增加點火源能量，故可擴大火焰穩(wěn)定范圍。n增加可燃混合物的壓力、溫度亦可擴大火焰穩(wěn)定范圍，但提高流速時火焰的穩(wěn)定范圍將縮小。672、利用旋轉(zhuǎn)射流穩(wěn)定火焰當氣流流入旋轉(zhuǎn)器時，由于旋轉(zhuǎn)葉片的導(dǎo)向作用，使氣流在流出旋轉(zhuǎn)器時不僅具有軸向分速，而且還具有切向分速度，從而形成旋轉(zhuǎn)射流。利用旋轉(zhuǎn)射流穩(wěn)定火焰有兩種典型情況：68受限旋轉(zhuǎn)射流 當旋轉(zhuǎn)射流流入圓筒形的燃燒室時，由于圓筒壁面的約束，氣流將作螺旋形運動。在離心力和旋轉(zhuǎn)射流的卷吸作用下，使燃燒室前部中心處氣體靜壓下降，在靜壓差的作用下產(chǎn)生回流流動。 69自由旋轉(zhuǎn)射流 射流流入不受壁面約束的自由空間（相當于流入爐膛很大的情況），這時氣流將沿旋流器的氣流方向作慣性運動，而形成放射性的空心圓錐形射流。703、利用壁面凹槽穩(wěn)定火焰穩(wěn)定火焰除了用鈍體的方法外，還有其它的一些辦法。例如用偏轉(zhuǎn)射流（突然轉(zhuǎn)彎）、用壁面凹槽、用突然擴張等都可以穩(wěn)定火焰。714、帶孔圓筒穩(wěn)定火焰氣流從一排或多排小孔進入