燃料課程復(fù)習(xí)

第一篇燃料概論燃料的概念：

各種（有機(jī)和無(wú)機(jī)）復(fù)雜化合物的混合物，通過(guò)燃燒可以將其化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿奈镔|(zhì)，同時(shí)在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。

標(biāo)準(zhǔn)煤的概念:

標(biāo)準(zhǔn)煤是指每千克應(yīng)用基低位熱值為29.27兆焦（MJ）（相當(dāng)于7000卡）的煤。第一章固體燃料一、煤的種類(lèi)：泥煤，褐煤，煙煤，無(wú)煙煤

1、泥煤地質(zhì)年代最近的煤，含水量40％以上，風(fēng)干堆積密度300-450kg/m3，在化學(xué)成分上氧含量高達(dá)30%左右，含炭量相對(duì)較低。揮發(fā)分高，可燃性較好。含硫量較低，機(jī)械強(qiáng)度低。主要用于鍋爐和汽化原料。２．褐煤由泥煤進(jìn)一步變化而成，完成了植物遺體的炭化過(guò)程，密度較大，含炭量較高，含氫和氧量較少，揮發(fā)分產(chǎn)率低，吸水性小，機(jī)械強(qiáng)度較大。

第一章固體燃料３.煙煤由褐煤進(jìn)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(qiáng)，堆積密度750-800kg/m3，機(jī)戒強(qiáng)度較大，最大特點(diǎn)是粘接性好。煙煤使用范圍廣，是冶金和動(dòng)力工業(yè)不可缺少的燃料，也是煉焦的主要原料。４．無(wú)煙煤炭化程度最高，地質(zhì)年代最久遠(yuǎn)的煤，含炭量最高，密度大，機(jī)戒強(qiáng)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(wú)煙煤94.02.91.91.2二、煤的化學(xué)組成（煤都是由七種成分組成）無(wú)機(jī)物——礦物質(zhì)（A），水分（M）有機(jī)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(zhǔn)及其換算————————應(yīng)用基（ar）————————————————空氣干燥基（ad）——————————————干燥基（d）————

————可燃基（daf）————A——CHONSMA—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)熱量的基本概念煤的發(fā)熱量是評(píng)價(jià)燃料質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是計(jì)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(shí)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(shí)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(dǎo)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?jiān)偷?。汽油、煤油、輕柴油主要用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)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；液化石油氣主要用于民用燃料。一、

油的化學(xué)組成

成分：

C，H，O，N，S；A，M

CHO+NS85-88%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(diǎn)、燃點(diǎn)和著火點(diǎn)是液體燃料的非常重要的性能指標(biāo)，關(guān)系到用油的安全技術(shù)和燃燒條件。

1．閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和著火點(diǎn)閃點(diǎn)：遇小火能發(fā)生閃火的溫度（80-130oC）。燃點(diǎn)：遇小火閃火后能繼續(xù)燃燒的溫度（閃點(diǎn)+10oC）。著火點(diǎn)：溫度繼續(xù)升高并發(fā)生自燃的溫度（500-600oC）。

第二章液體燃料2.重油的粘度3．重油的密度ρ20=0.92-0.98t/m34．比熱和導(dǎo)熱系數(shù)Cp=1.3～1.7kj/kg.℃5．重油的發(fā)熱量QL=39.9～42.0MJ/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?xì)夥蠂?guó)家城市燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)的氣體燃料叫城市燃?xì)?城市燃?xì)夥诸?lèi)GB/T13611-92)。1．人工煤氣（R）（Manufacturedgas）焦?fàn)t煤氣：煉焦過(guò)程的副產(chǎn)品

油制氣：利用重油進(jìn)行熱裂解和催化裂解獲得的氣體燃料。主要成分：H2COCH4CmHnN2CO2O2

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）（Naturalgas）一種從氣田或者油田直接開(kāi)采的天然氣體燃料（主要成分CH4=90～98%）。主要成分：CH4CmHnN2CO2（微量H2O，H2S）QL=35000～37000kJ/Nm3（8000-10000kCal/Nm3）密度：0.7～0.8kJ/Nm33．液化石油氣（Y）LPG—LiquifiedPetroleumGas

石油煉制過(guò)程的副產(chǎn)品，主要成分為C3和C4的烴類(lèi)（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(chǔ)罐儲(chǔ)存，減壓就可以汽化。主要成分：C3H8C4H8C3H10C4H10CmHn

氣態(tài)熱值：QL=87900～108900kJ/Nm3（21000-26000kCal/Nm3）液態(tài)熱值：QL=45200～46100kJ/Nm3氣態(tài)密度：1.95～2.36kJ/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，H2O3．雜質(zhì)：有機(jī)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?xì)獾膩?lái)源和種類(lèi)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?jǐn)?shù)來(lái)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%+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(jì)算燃燒計(jì)算的基本原理：

燃料+氧化劑=燃燒產(chǎn)物

煤、油、燃?xì)?/p>

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(jì)算的主要依據(jù)：

質(zhì)量守衡——物料平衡（計(jì)算空氣量和煙氣量）能量守衡——熱量平衡（計(jì)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(jì)算理論空氣量：按化學(xué)計(jì)量比計(jì)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/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(duì)于氫的燃燒：H2+0.5O2=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(shí)：S+O2=SO2數(shù)量關(guān)系：32+32=64（kg）每公斤氫燃燒的需氧量為：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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1kgmol的氣體體積量為22.4Nm3，所以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧的密度為32/22.4=1.429Nm3/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)

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)或者可以寫(xiě)為：

（Nm3/kg）(4-5a)

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?jǐn)?shù)成分組成為：CO

%+H2%+CH4%+CnHm%+H2S%+CO2%+O2%+N2%+H2O%=100%

各可燃組分的化學(xué)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?xì)浠衔锏娜紵毫蚧瘹涞娜紵篐2S+1.5O2=H2O+SO2

第四章空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量1Nm3燃?xì)馔耆紵睦碚摽諝饬繛椋?/p>

（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(duì)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）。

第四章空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量三、實(shí)際空氣需要量與過(guò)剩空氣系數(shù)

過(guò)?？諝庀禂?shù)：n=Ln/L0實(shí)際空氣量：Ln=nL0過(guò)?？諝饬浚篖n-L0=nL0-L0=(n-1)L0

第四章空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量

過(guò)?？諝庀禂?shù)對(duì)實(shí)際燃燒過(guò)程的影響:

1、當(dāng)n大于1時(shí)，實(shí)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(guò)大，燃燒剩余的空氣量過(guò)多，會(huì)造成燃燒溫度降低，煙氣量增加和排煙熱損失增大。

2、當(dāng)n小于1時(shí)，實(shí)際空氣量Ln小于理論空氣需要量L0，空氣量過(guò)小會(huì)造成燃料的不完全燃燒，燃燒溫度也會(huì)降低。

3、當(dāng)n=1時(shí)，Ln=L0，實(shí)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(wú)多余燃料也無(wú)多余的空氣，此時(shí)燃燒的溫度最高。這時(shí)的燃料與空氣之比叫化學(xué)當(dāng)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(jì)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(jìn)行計(jì)算。完全燃時(shí)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)

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(duì)于固體和液體燃料，根據(jù)（4-1）可以得到以下各生成物的數(shù)量關(guān)系：（Nm3/kg）（4-13）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(shí)際煙氣量為：

（Nm3/kg）（4-14-a）

當(dāng)n=1時(shí)，得到燃料完全燃燒的理論煙氣量為：

（Nm3/kg）（4-14-b）第四章空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量當(dāng)不計(jì)空氣中的水分時(shí)，燃料完全燃燒的理論煙氣量為：

（Nm3/kg）（4-15）完全燃燒的實(shí)際煙氣量與理論煙氣量的數(shù)量關(guān)系為：

（Nm3/kg）（4-12-a）

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(duì)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）

第四章空氣需要量及燃燒產(chǎn)物生成量完全燃燒時(shí)氣體燃料的實(shí)際煙氣量為：

理論煙氣量（n=1時(shí)，不考慮空氣的水分）為：

氣體燃料的實(shí)際煙氣量也同樣可以寫(xiě)為：

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(shí)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(guò)?？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(guò)?？諝庀禂?shù)n有關(guān)，n值越大，過(guò)?？諝饬吭黾?，煙氣中過(guò)剩的O2，N2的比例增大。

§3不完全燃燒的煙氣量計(jì)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；燃料油霧化不良；燃燒設(shè)備的其它問(wèn)題。

完全燃燒產(chǎn)物：CO2、SO2、H2O、N2、O2不完全燃燒還可能有：CO、H2、CH4（忽略H2S、CmHn）

解決問(wèn)題的方法：計(jì)算（對(duì)于部分問(wèn)題）；實(shí)驗(yàn)測(cè)定（無(wú)法計(jì)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(dá)到的溫度，燃燒溫度與燃料種類(lèi)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(guò)程中的熱量收支的平衡關(guān)系。

燃燒溫度計(jì)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)+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(shí)際燃燒溫度：

t產(chǎn)=（Qd+Q燃+Q空–

Q傳–

Q不–

Q分）/VnC產(chǎn)

實(shí)際燃燒溫度影響因素很多，隨爐子的工藝過(guò)程、熱工過(guò)程和爐子的結(jié)構(gòu)不同而變化。由于情況復(fù)雜，實(shí)際燃燒溫度是不能簡(jiǎn)單計(jì)算出來(lái)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=（Qd+Q燃+Q空–

Q分）/VnC產(chǎn)

理論燃燒溫度是燃料燃燒過(guò)程的重要指標(biāo)，它表明燃料在絕熱條件下完全燃燒能夠達(dá)到的最高溫度。

第五章燃燒溫度3．量熱計(jì)溫度（假設(shè)：絕熱，完全燃燒，忽略熱分解）

t

量

=（Qd+Q燃

+Q空

）/VnC產(chǎn)

量熱計(jì)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(yù)熱，絕熱，忽略熱分解）：

t

熱

=Qd/V0C產(chǎn)

是燃料性質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，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(jì)算出來(lái)。

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（或煤氣）預(yù)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(cè)計(jì)算

§1燃燒產(chǎn)物成分的測(cè)定和驗(yàn)證

一、燃燒產(chǎn)物成分的測(cè)定:

采用煙氣成分測(cè)定方法測(cè)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(cè)計(jì)算二、煙氣的RO2max氣體含量

RO2max=21/（1+?）

當(dāng)煙氣中的SO2’含量很低時(shí)：CO2max=21/（1+?）

?

為燃料特性系數(shù)，只于燃料成分特性有關(guān)。而煙氣中的RO2max僅與?有關(guān)，實(shí)際上也與燃料成分直接相關(guān).對(duì)于一定的燃料，其?值和燃燒煙氣的RO2max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(cè)計(jì)算三、煙氣的不完全燃燒產(chǎn)物CO氣體含量

（6-16）

當(dāng)完全燃燒時(shí)（CO=0）：

當(dāng)n=1完全燃燒時(shí)（CO=0）：(煙氣中的最大CO2含量)

第六章空氣消耗系數(shù)及不完全燃燒

熱損失的檢測(cè)計(jì)算

§2空氣消耗系數(shù)n的檢測(cè)計(jì)算

過(guò)?？諝庀禂?shù)n對(duì)燃燒過(guò)程有很大影響，是燃燒過(guò)程的一個(gè)重要指標(biāo)。設(shè)計(jì)爐子和燃燒器時(shí)，n值的大小按經(jīng)驗(yàn)選取，爐子運(yùn)行時(shí)的實(shí)際n值的大小只能根據(jù)燃料特性和煙氣成分計(jì)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(jì)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(cè)計(jì)算當(dāng)完全燃燒時(shí)：

（6-28）

對(duì)于含氮和含氫量很小的燃料（如焦碳、無(wú)煙煤等，N2`=79）則：

過(guò)?？諝庀禂?shù)只與煙氣中的過(guò)剩氧有關(guān)。

第七章氣體射流的混合過(guò)程§5旋轉(zhuǎn)射流

一、旋轉(zhuǎn)射流的特點(diǎn)：1、具有軸向、徑向和切向速度分量2、在流場(chǎng)的徑向和軸向都有壓力梯度，當(dāng)軸向壓力梯度大并且為負(fù)值時(shí)流體將會(huì)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)射流的作用：

在燃燒技術(shù)中利用旋流的特點(diǎn)來(lái)控制火焰長(zhǎng)度、強(qiáng)化燃燒過(guò)程和改善火焰的穩(wěn)定性。

第七章氣體射流的混合過(guò)程§5旋轉(zhuǎn)射流

三、旋流強(qiáng)度和旋流數(shù)：

旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度叫旋流強(qiáng)度，而旋流強(qiáng)度的強(qiáng)弱用旋流數(shù)S的大小來(lái)判定。

旋流數(shù)：GΦ-旋轉(zhuǎn)自由射流的角動(dòng)量Gx-旋轉(zhuǎn)自由射流的軸向動(dòng)量R-旋流器出口半徑

第八章燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機(jī)理

§1化學(xué)反應(yīng)速度

一、化學(xué)反應(yīng)速度

單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的變化叫化學(xué)反應(yīng)速度：

W=dC/d（kMol/m3·s）例如：CO+H2O=CO2+H2(還原反應(yīng))

W=dCCO2/d=dCH2/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(jī)理

二、影響化學(xué)反應(yīng)速度的因素

W=K0exp（–E/RT）Cn

1.溫度T

溫度升高，反應(yīng)速度加快；到一定溫度（10000K）

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(jí)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(jí)數(shù)n

由化學(xué)反應(yīng)本身決定。

第八章燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機(jī)理

§4燃燒過(guò)程中NOX的生成機(jī)理

一、NOX的生成機(jī)理

煙氣中NOX來(lái)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(jī)理（直鏈反應(yīng)）

N2+

O=NO+N

N+O2

=

NO+O

N2+O2=2NO

–Q

第八章燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機(jī)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(dāng)有水蒸氣時(shí)，N+OHH+NO

2.NO2生成機(jī)理（

NO的氧化）

O2+M

=2O+M（M為活化分子，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(jī)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(shí)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(shí)間有關(guān)。第八章燃燒反應(yīng)速度和反應(yīng)機(jī)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(guò)剩空氣系數(shù)n（3）縮短煙氣在高溫區(qū)停留時(shí)間（4）采用低N燃料（5）低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(yù)混氣的熱力著火

第九章預(yù)混氣的熱力著火自燃著火有兩個(gè)條件:

(1)可燃混合物應(yīng)有一定的能量?jī)?chǔ)存過(guò)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(dòng)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(xué)反應(yīng)發(fā)出的熱量超過(guò)散失的熱量，反應(yīng)系統(tǒng)中當(dāng)熱量的集聚達(dá)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(gè)物性參數(shù)。

第九章預(yù)混氣的熱力著火

§1著火過(guò)程與著火溫度

假設(shè)簡(jiǎn)化模型：閉口體系，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=qW=qk0Cnexp（–E/RT）=Aexp（–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=qk0CnB=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(xué)反應(yīng)溫度；對(duì)流放熱系數(shù)F放熱面積T0可燃混合物的初溫；W化學(xué)反應(yīng)速度。

第九章預(yù)混氣的熱力著火

§1著火過(guò)程與著火溫度

一、熱力著火的過(guò)程分析

可燃混合物的化學(xué)反應(yīng)在有限空間進(jìn)行時(shí)，其化學(xué)反應(yīng)不斷放熱的同時(shí)也會(huì)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(xiě)為：

第九章預(yù)混氣的熱力著火

§1著火過(guò)程與著火溫度

一、熱力著火的過(guò)程分析

只有當(dāng)系統(tǒng)的放熱量大于散熱量時(shí)才會(huì)有熱量的聚集,并且溫度不斷升高達(dá)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(guò)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(diǎn)的條件和位置。具體分析如下:

第九章預(yù)混氣的熱力著火一、熱力著火的過(guò)程分析

（1）平衡點(diǎn)1

在平衡點(diǎn)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(huì)不斷升高，同時(shí)散熱也逐漸增大，在1點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)（Q1-Q2=0）。如果溫度繼續(xù)升高，散熱將會(huì)強(qiáng)于反應(yīng)放熱，過(guò)程將會(huì)重新向1點(diǎn)移動(dòng)。1點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)，在此點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)不可能自動(dòng)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(yù)混氣的熱力著火一、熱力著火的過(guò)程分析

（2）平衡點(diǎn)2當(dāng)溫度稍低于T2時(shí)，由于Q2〉Q1溫度就會(huì)不斷下降直到1點(diǎn)才會(huì)重新平衡；如果溫度稍高于T2，這時(shí)Q1〉Q2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?yàn)榭扇蓟旌衔飶腡0開(kāi)始升溫，不可能自行超過(guò)1點(diǎn)，也就無(wú)法自動(dòng)達(dá)到2點(diǎn)而著火燃燒。因此2點(diǎn)是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。

第九章預(yù)混氣的熱力著火

一、熱力著火的過(guò)程分析

（3）改變系統(tǒng)環(huán)境溫度T0

Q1=Aexp（–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(dòng)，如果兩條線相交，則不論什么溫度下始終Q1〉Q2，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(yù)混氣的熱力著火

一、熱力著火的過(guò)程分析

（4）平衡點(diǎn)B放熱線與散熱線相切與B點(diǎn)，在B點(diǎn)Q1-Q2=0，也是不穩(wěn)定點(diǎn)，當(dāng)溫度稍高于Tc時(shí)，反應(yīng)將急劇加速而引起爆燃。Q1=Aexp（–E/RT）

Q2=B（T–T0）

B點(diǎn)是發(fā)生熱自燃的臨界狀態(tài)點(diǎn)又叫著火點(diǎn)，B點(diǎn)所處的溫度TB稱為著火溫度，而對(duì)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(yù)混氣的熱力著火一、熱力著火的過(guò)程分析

（5）改變系統(tǒng)散熱條件

Q1=Aexp（–E/RT）

Q2=B（T–T0）

（B=F/V減?。?shí)現(xiàn)熱力著火

第九章預(yù)混氣的熱力著火一、熱力著火的過(guò)程分析

（6）提高混合物壓力

Q1=Aexp（–E/RT）

Q2=B（T–T0）

（A=qk0Cn提高）實(shí)現(xiàn)熱力著火

第九章預(yù)混氣的熱力著火

一、熱力著火的過(guò)程分析

在上述各種可能的熱力著火條件下，引起著火的溫度點(diǎn)是不同的。在不同的外界條件下，可以通過(guò)不同的途徑實(shí)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(shí)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(yù)混氣的壓力(P)

第九章預(yù)混氣的熱力著火

一、熱力著火的過(guò)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qEλ

K0）環(huán)境溫度（T0）和壓力（Cn）容器的形狀和大小（FV）散熱條件（F/V）

第九章預(yù)混氣的熱力著火

§1著火過(guò)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(diǎn)系統(tǒng)的放熱量等于散熱量：b.

在著火點(diǎn)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(diǎn)兩曲線的斜率相同）。即：

第九章預(yù)混氣的熱力著火

§2強(qiáng)制點(diǎn)火過(guò)程

一、

可燃混合氣的點(diǎn)燃自燃著火：需要均勻加熱混合氣到一定的溫度；自燃過(guò)程在整個(gè)容器中同時(shí)進(jìn)行；自燃過(guò)程能否成功與環(huán)境溫度、散熱條件密切相關(guān)。強(qiáng)制點(diǎn)燃：采用外加熱源作為點(diǎn)火源；點(diǎn)火只是在混合氣的局部進(jìn)行；局部火焰的傳播點(diǎn)燃全部；點(diǎn)燃能否成功取決于點(diǎn)火源的性質(zhì)、火焰?zhèn)鞑サ那闆r；氣流的流動(dòng)狀況等；點(diǎn)燃溫度比自燃溫度高。

·

第九章預(yù)混氣的熱力著火

§2強(qiáng)制點(diǎn)火過(guò)程

三、熾熱物體點(diǎn)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(diǎn)燃和火焰?zhèn)鞑サ倪^(guò)程如下:

1、當(dāng)熾熱顆粒的溫度為T(mén)1較低時(shí)，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(huì)沿附面層厚度向外逐漸降低。溫度梯度dT/dx|w＜0

第九章預(yù)混氣的熱力著火

§2強(qiáng)制點(diǎn)火過(guò)程

三、熾熱物體點(diǎn)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(diǎn)燃和火焰?zhèn)鞑サ倪^(guò)程如下:

2、當(dāng)熾熱顆粒的溫度升高為T(mén)2時(shí)，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(yù)混氣的熱力著火

§2強(qiáng)制點(diǎn)火過(guò)程三、熾熱物體點(diǎn)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(diǎn)燃和火焰?zhèn)鞑?

3、稍微再提高熾熱顆粒的溫度為T(mén)3時(shí)，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(dá)到著火溫度，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制著火。溫度梯度dT/dx|w＞0。

4、強(qiáng)制點(diǎn)火的臨界條件：dT/dx|w=0

第九章預(yù)混氣的熱力著火

四、強(qiáng)制點(diǎn)火溫度及其影響因素

由于魯謝爾數(shù)Nu=(αd)/λ故上式可以寫(xiě)為：可以歸納為：Tw=f(λ，Qd,E,K0,T0,C0,α,d)

第九章預(yù)混氣的熱力著火

四、強(qiáng)制點(diǎn)火溫度及其影響因素

強(qiáng)制點(diǎn)火溫度Tw的影響因素：1、可燃混氣的物理化學(xué)性質(zhì)（λ，Qd,E,K0）2、可燃混氣初溫度T03、可燃物的濃度C04、可燃混氣的流動(dòng)狀態(tài)α5、熾熱體的大小和形狀d

第九章預(yù)混氣的熱力著火

§3著火濃度界限

理論研究和實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)論是自燃著火還使強(qiáng)制點(diǎn)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(shí)現(xiàn)。

第九章預(yù)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(yù)混氣的熱力著火

§3著火濃度界限

3、著火的濃度界限對(duì)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(dāng)燃料濃度高于上限或者低于下限時(shí)，混合氣都不能著火。

第九章預(yù)混氣的熱力著火

§3著火濃度界限

3、著火的濃度界限

（3）著火濃度界限隨散熱程度（αF/V）的加大而縮小,為了使可燃混合氣快速著火，無(wú)論是提高溫度或者提高壓力都是有效的。

第九章預(yù)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(dāng)溫度或壓力降到一定程度時(shí)，著火濃度界限就會(huì)消失，這時(shí)對(duì)混合氣的任何濃度組成都不能著火。因此，對(duì)于給定的可燃混氣，在一定的散熱條件下存在一個(gè)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(guò)程

二、燃燒（火焰）傳播機(jī)理

層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋涸趯恿鳉饬髦醒婷嫜仄浞ň€方向移動(dòng)的速度稱為層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?/p>

第十章燃燒傳播過(guò)程

火焰的傳播、焰面的移動(dòng)與穩(wěn)定：1、火焰?zhèn)鞑サ姆较蚩偸悄鏆饬鞣较颍?、火焰面的前方是未燃?xì)怏w，后方為燃燒產(chǎn)物，火焰面是分界面；

3、當(dāng)|u|〉|w|時(shí)火焰面將向氣流上游方向移動(dòng)；

當(dāng)|u|〈|w|時(shí)火焰面將向氣流下游方向移動(dòng)；

4、當(dāng)|u|=|w|時(shí)，火焰面將靜止不動(dòng)（穩(wěn)定燃燒）。第十章燃燒傳播過(guò)程

§2層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

一、建立基本方程（導(dǎo)熱方程）

δ—火焰面厚度

δp—預(yù)熱區(qū)

δc—反應(yīng)區(qū)第十章燃燒傳播過(guò)程

§2層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

一、建立基本方程（熱平衡方程）

dx微元的熱平衡方程：兩側(cè)面導(dǎo)入熱量+反應(yīng)熱=微元體熱焓增量

第十章燃燒傳播過(guò)程

§2層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

一、建立基本方程（熱平衡方程）

dx微元的熱平衡方程：兩側(cè)面導(dǎo)入熱量+反應(yīng)熱=微元體熱焓增量導(dǎo)熱項(xiàng)焓增項(xiàng)反應(yīng)項(xiàng)第十章燃燒傳播過(guò)程

二、兩區(qū)物理模型

預(yù)熱區(qū)：忽略化學(xué)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(guò)程

三、方程求解1.在預(yù)熱區(qū)（忽略反應(yīng)熱wqdx=0）

邊界條件x=x0：T=T0x=x1：T=TB′

設(shè)Y=λdT/dxx=x0：Y0=0則方程可寫(xiě)為：

第十章燃燒傳播過(guò)程

2.在反應(yīng)區(qū)

（dT/dx=0溫度梯度為0）邊界條件:x=x1：T=TB′,x=x2：T=TKdT/dx

=0Y2=0因?yàn)閅=λdT/dx得:dx=（λ/Y）dT微分方程改寫(xiě)為：dY/dx+Wq=0dY=-Wqdx-YdY=λWqdT積分：

第十章燃燒傳播過(guò)程

3、計(jì)算層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

根據(jù)以上計(jì)算，在預(yù)熱區(qū)與反應(yīng)區(qū)交界面的溫度梯度為：

預(yù)熱區(qū)：

反應(yīng)區(qū)：

故

或者

第十章燃燒傳播過(guò)程

在全部反應(yīng)區(qū)域應(yīng)該滿足：

而在預(yù)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：

第十章燃燒傳播過(guò)程

3、計(jì)算層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?/p>

層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩ㄐ员磉_(dá)式：

可以改寫(xiě)為：

（10-10）

上式具有重要的理論價(jià)值，它揭示了層流火焰的傳播機(jī)理，具體反映了火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c各種影響因素的關(guān)系。實(shí)際上可燃混合氣的正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊木唧w數(shù)值是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。

第十章燃燒傳播過(guò)程

4、對(duì)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆治?/p>

(1)火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c其平均導(dǎo)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(yù)先加熱然后再送入燃燒室，則其火焰?zhèn)鞑ニ俣饶艿靡蕴岣?。第十章燃燒傳播過(guò)程

4、對(duì)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆治?/p>

(3)可燃?xì)怏w混合物的熱效應(yīng)及化學(xué)反應(yīng)速度也顯著地影響燃燒速度，當(dāng)可燃?xì)怏w混合物的熱效應(yīng)及化學(xué)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?xì)怏w混合物的過(guò)?？諝庀禂?shù)也將影響其燃燒速度,當(dāng)可燃混合物中的空氣含量不足（n<1）或過(guò)多時(shí)（n>1）都會(huì)使燃燒溫度Tr降低，因而也降低層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取５谑氯紵齻鞑ミ^(guò)程

四、對(duì)uL的影響因素

層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?/p>

理論分析證明，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁强扇細(xì)怏w的一個(gè)物理化學(xué)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。

第十章燃燒傳播過(guò)程

四、對(duì)uL的影響因素

1.可燃混合氣性質(zhì)的影響

組分不同，0、CP、、q、W都不同。

分析：a.化學(xué)反應(yīng)速度W大的燃料，

層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萿L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(shí)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(guò)程

四、對(duì)uL的影響因素

2.可燃?xì)怏w濃度（n值）的影響

a.可燃混合氣的uL將隨著過(guò)?？諝庀禂?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(xué)當(dāng)量的比例稍大的混合物中（即n＜1）。

c.碳?xì)浠衔锏淖畲髐L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(guò)程

四、對(duì)uL的影響因素

2.可燃?xì)怏w濃度（n值

）的影響

d.在燃料稍富的情況下，火焰中的自由基H、OH等濃度大，鏈鎖反應(yīng)不容易中斷,uL也就相對(duì)較大。燃料濃度過(guò)小，q↓；W↓，uL↓燃料濃度過(guò)大，氧氣濃度↓，因而W↓uL↓第十章燃燒傳播過(guò)程

四、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萿L的影響因素

3.氧化劑中O2含量的影響氧氣濃度↑，W↑，因而uL↑

提高氧化劑中氧的含量，相當(dāng)于減少了可燃混合氣中的惰性氣體，能夠明顯增加火焰?zhèn)鞑サ倪M(jìn)程，因此采用富氧或純氧燃燒，可以顯著提高燃燒強(qiáng)度。第十章燃燒傳播過(guò)程四、對(duì)uL的影響因素

4.可燃混合氣的初始溫度的影響TO

↑，同時(shí)W、

↑，0↓因此，uL↑?；鹧?zhèn)鞑ニ俣扰c初始溫度的關(guān)系為：

n=1.7-2.0

提高可燃物初始溫度可以大大促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速度，從而增大W值?；旌蠚獬鯗貙?duì)uL的影響主要是通過(guò)對(duì)反應(yīng)速度的影響反映出來(lái)的。把燃?xì)夂涂諝忸A(yù)熱至高溫可以明顯提高燃燒速度和燃燒強(qiáng)度。第十章燃燒傳播過(guò)程

§3

火焰?zhèn)鞑舛冉缦?/p>

1.火焰?zhèn)鞑舛冉缦薜母拍?/p>

所謂火焰?zhèn)鞑舛冉缦迣?shí)際上是火焰在怎樣的條件下才能進(jìn)行燃燒的問(wèn)題,可燃混合氣的燃燒并非在任何比例下都可以進(jìn)行,必須在一定的濃度范圍內(nèi)才能著火并維持火焰的傳播。

火焰?zhèn)鞑舛认孪蓿夯鹧婺軌蚓S持正常傳播的可燃混合物中燃料的最小濃度值。

火焰?zhèn)鞑舛壬舷蓿夯鹧婺軌蚓S持正常傳播的可燃混合物中燃料的最大濃度值。第十章燃燒傳播過(guò)程

§3

火焰?zhèn)鞑舛冉缦?/p>

1.火焰?zhèn)鞑舛冉缦薜母拍?/p>

對(duì)于各種不同的可燃?xì)怏w混合物，其濃度接近于上限或下限時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不足以抵消燃燒區(qū)傳向外界的熱量損失，使燃燒區(qū)的溫度降低到不足以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，這時(shí)火焰