液體燃料的燃燒課件

第一節(jié)液體燃料的燃燒特點(diǎn)一、液體燃料的燃燒過程燃油槽車/油管工廠油罐過濾油泵燒嘴爐膛或燃燒室—————

供油系統(tǒng)

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—燃燒裝置——燃油的燃燒過程：沸點(diǎn)低于燃點(diǎn)、受熱后先蒸發(fā)、汽化、然后燃燒油的霧化油滴蒸發(fā)、高溫?zé)峤馀c裂解與空氣混合著火燃燒油的蒸發(fā)：提供反應(yīng)需要的可燃物質(zhì)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——燃燒速度

當(dāng)燃油、空氣等條件一定時(shí)，控制油的燃燒過程主要控制霧化和混合過程。1第一節(jié)液體燃料的燃燒特點(diǎn)一、液體燃料的燃燒過程1第一節(jié)液體燃料的燃燒特點(diǎn)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(diǎn)，分為液面燃燒燈芯燃燒蒸發(fā)燃燒霧化燃燒三、液面燃燒1.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。液體燃料容器熱源或火源液體表面輻射和對(duì)流受熱蒸發(fā)液面上方的燃料蒸汽增加可燃混合氣一定濃度周圍空氣燃燒著火溫度受熱2第一節(jié)液體燃料的燃燒特點(diǎn)二、液體燃料燃燒形式分類液體第一節(jié)液體燃料的燃燒過程2.特點(diǎn)燃燒狀況不好，將導(dǎo)致燃料嚴(yán)重?zé)岱纸庵刭|(zhì)燃料未燃燒污染、冒黑煙火災(zāi)油罐火災(zāi)、海面浮油火災(zāi)等工程燃燒中不宜采用該燃燒方式四、燈芯燃燒燈芯吸附燃油燈芯表面燃燒燃燒功率小、適用于家庭、小規(guī)模燃燒器（煤油燈、煤油爐）容器蒸汽3第一節(jié)液體燃料的燃燒過程2.特點(diǎn)重質(zhì)燃料未燃燒污染、五、蒸發(fā)燃燒1.類似于氣體燃料燃燒：燃料蒸發(fā)－－象氣體燃料燃燒2.過程液體燃料管道蒸汽氣體燃燒高溫?zé)煔夤艿?.適用燃料：粘度不太大沸點(diǎn)不太高輕質(zhì)液體燃料在工程中有一定應(yīng)用蒸發(fā)放熱加熱4五、蒸發(fā)燃燒1.類似于氣體燃料燃燒：燃料蒸發(fā)－－象氣體燃料六、霧化燃燒－－重點(diǎn)1.過程：霧化器破碎小液滴懸浮邊蒸發(fā)邊燃燒液體燃燒速度加快2.關(guān)鍵問題：－－霧化（1）霧化方式：據(jù)液體燃料的蒸發(fā)性定（2）易蒸發(fā)的液體－－汽化器汽油不易蒸發(fā)的液體－－噴嘴霧化柴油燃料的蒸發(fā)表面積增加上千倍5六、霧化燃燒－－重點(diǎn)1.過程：霧化器破碎小液滴懸浮邊蒸發(fā)邊燃六、霧化燃燒－－重點(diǎn)喉部流速大進(jìn)氣管小霧滴吸入汽油高速氣流沖散油股邊蒸發(fā)邊流動(dòng)混合良好燃燒室燃燒（3）汽化器原理圖6六、霧化燃燒－－重點(diǎn)喉部流速大進(jìn)氣管小霧滴吸入汽油高速氣流沖六、霧化燃燒－－重點(diǎn)燃油和空氣分別進(jìn)入燃燒室（類似擴(kuò)散燃燒），邊混合邊燃燒（3）噴嘴霧化－－難蒸發(fā)難蒸發(fā)液體燃料的物理性能差別很大。例如輕柴油、煤油的粘度不太大，較易霧化，霧化裝置簡(jiǎn)單。屬優(yōu)質(zhì)燃料，移動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)(例如柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等)。重油和渣油是石油煉制過程中的殘余物，粘度大、雜質(zhì)多，常溫為固態(tài)，先預(yù)熱，霧化難，霧化裝置復(fù)雜，用于工業(yè)窯爐和鍋爐等固定式燃燒設(shè)備油霧邊緣易混合中心難混合通過噴嘴使油霧化，油的顆粒不均勻，從幾到500。大顆粒容易產(chǎn)生大的煙粒與焦粒。油顆粒燃燼時(shí)間與顆粒直徑平方成正比。7六、霧化燃燒－－重點(diǎn)燃油和空氣分別進(jìn)入燃燒室（類似擴(kuò)散燃燒）3.霧化質(zhì)量（1）霧化良好越細(xì)油滴越多總面積越大（2）霧化質(zhì)量差：不利于燃燒點(diǎn)火困難－－航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱解、積炭、火焰長(zhǎng)濃度場(chǎng)不均－－不穩(wěn)定燃燒霧化質(zhì)量差－－無法正常燃燒（3）霧化不是越細(xì)越好：穿透力?。挽F密集在噴嘴附近－局部富油－濃度場(chǎng)不均－霧化消耗能量大－不經(jīng)濟(jì)（4）理想的霧化質(zhì)量油滴的平均直徑小、分布好、有利于蒸發(fā)、也有利于形成良好的濃度場(chǎng)有利于氣相燃燒蒸發(fā)越快83.霧化質(zhì)量（1）霧化良好越細(xì)油滴越多總面積越大（2）霧化質(zhì)第二節(jié)液體燃料的霧化一、霧化機(jī)理、過程和方法霧化過程是由于液體受到的外力（氣動(dòng)力、慣性力）和自身內(nèi)力（粘性力、表面張力）相互作用的結(jié)果。外力大時(shí)油顆粒破碎，平衡時(shí)液體顆粒停止霧化。9第二節(jié)液體燃料的霧化一、霧化機(jī)理、過程和方法9一、霧化機(jī)理、過程和方法霧化過程：（1）液體從噴嘴流出形成薄膜或股流（2）由于液體紊流、空氣對(duì)液體薄膜的作用，液體表面發(fā)生彎曲波動(dòng)（擾動(dòng)、空氣外力）（3）在空氣壓力作用下，產(chǎn)生薄膜（下游越薄）（4）由于表面張力作用，薄膜分裂成顆粒、小液滴（5）顆粒繼續(xù)破裂（6）顆?；ハ嗯鲎部赡芫酆?/p>

10一、霧化機(jī)理、過程和方法霧化過程：10一、霧化機(jī)理、過程和方法霧化方法（能量來源）

1.氣體介質(zhì)霧化：由霧化劑介質(zhì)（空氣、蒸汽、氧氣、煤氣）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(duì)低速的液體燃料，當(dāng)在氣間形成液膜越薄，霧化效果越好。霧化介質(zhì)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。從燃燒效率的角度，空氣優(yōu)于蒸汽。

2.壓力式（機(jī)械式）霧化：依靠液體的壓力高速噴入空氣中或以旋流方式使液體加強(qiáng)攪動(dòng)，使液體霧化。11一、霧化機(jī)理、過程和方法霧化方法（能量來源）11二、油霧炬的特性參數(shù)油霧炬——油霧化后形成顆粒群的軌跡輪廓（1）油粒直徑直徑不均勻，有直徑分布，最大直徑，平均直徑dm

中間直徑法（d50）是一個(gè)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(zhì)量相等。索太爾平均直徑法（dSMD）

設(shè)在特定的液滴群中的滴數(shù)為N0，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(shí)際液滴群的總體積與總面積之比。12二、油霧炬的特性參數(shù)油霧炬——油霧化后形成顆粒群的軌跡輪廓二、油霧炬的特性參數(shù)（2）霧化角

出口霧化角

在噴嘴出口處作霧化炬外邊界的切線所得到的錐角。條件霧化角

以噴嘴出口中心為圓心，以設(shè)定長(zhǎng)度L為半徑畫的圓弧與霧化炬邊界相交，圓心與兩交點(diǎn)連線的夾角

大——火焰張角大，火焰短粗

小——火焰張角小，火焰細(xì)長(zhǎng)

當(dāng)噴嘴直徑和噴射壓力增加時(shí)，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。

13二、油霧炬的特性參數(shù)（2）霧化角大——火焰張角大，二、油霧炬的特性參數(shù)（3）燃料的流量密度分布

單位時(shí)間內(nèi)通過與燃料噴射方向相垂直的單位截面上燃油質(zhì)量沿半徑的分布規(guī)律。14二、油霧炬的特性參數(shù)（3）燃料的流量密度分布14二、油霧炬的特性參數(shù)（4）噴霧射程

噴嘴水平噴射時(shí)，油霧液滴喪失水平方向動(dòng)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粒度。射程的大小影響火焰長(zhǎng)度。15二、油霧炬的特性參數(shù)（4）噴霧射程15（5）霧化均勻度

積分表示法

將大于某一直徑d的所有液滴的質(zhì)量占全部液滴質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示成液滴直徑的函數(shù)。微分表示法

將直徑在d和d＋Δd之間的所有液滴的質(zhì)量占全部液滴總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示成液滴直徑的函數(shù)。

二、油霧炬的特性參數(shù)16（5）霧化均勻度二、油霧炬的特性參數(shù)16第三節(jié)霧化燃燒的組織霧化燃燒組織過程：霧化蒸發(fā)混合著火正常燃燒處理燃燒過程：保證充分、合理燃燒良好的霧化狀況強(qiáng)化混合穩(wěn)焰措施除雜質(zhì)17第三節(jié)霧化燃燒的組織霧化燃燒組織過程：霧化蒸發(fā)混合著火正一、確保良好的霧化狀況－－正常燃燒的前提基本原則——減小燃油的內(nèi)力和加大外力18一、確保良好的霧化狀況－－正常燃燒的前提基本原則——減小燃油一、確保良好的霧化狀況－－正常燃燒的前提1.油溫

提高油溫可降低粘度和表面張力，改善霧化質(zhì)量

2.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。低壓燒嘴，霧化劑流速不大，需要霧化劑多；當(dāng)霧化劑量少時(shí)，影響霧化質(zhì)量；高壓時(shí)，對(duì)霧化影響不大，需霧化劑單位耗量稍小些。3.油壓力

對(duì)于機(jī)械霧化，油壓越高，油流的速度越大，霧化質(zhì)量越好。

對(duì)于氣體介質(zhì)霧化式，油壓不宜過高，速度太高不利霧化；但油壓應(yīng)高于氣霧劑反壓力，否則油噴不出。

4.燒嘴結(jié)構(gòu)

霧化劑/油的出口面積、夾角、旋轉(zhuǎn)度、孔數(shù)、孔形狀等等，要實(shí)際試驗(yàn)，還要考慮制造、油嘴堵塞等問題。19一、確保良好的霧化狀況－－正常燃燒的前提1.油溫二、強(qiáng)化油霧與空氣的混合油霧與空氣兩股混合。強(qiáng)化混合措施：1.加大流速2.兩股交角噴射3.空氣呈旋轉(zhuǎn)氣流4.空氣分兩次送入5.油霧化細(xì)而均勻燃燒過程，穩(wěn)定與強(qiáng)化燃燒1.改善霧化質(zhì)量2.供給適量空氣，強(qiáng)化空氣與油霧的混合3.保證點(diǎn)火區(qū)和燃燒室的高溫20二、強(qiáng)化油霧與空氣的混合油霧與空氣兩股混合。二、強(qiáng)化油霧與空氣的混合液體燃料：可燃分含量大－－空氣量大1.早期混合：燃油剛噴出噴嘴后，在噴嘴周圍的混合。及時(shí)燃燒－－早期混合良好（盡短、盡快）未及時(shí)燃燒，熱分解－－炭煙控制空氣流擴(kuò)張角過?。翰焕谟挽F分散、混合過大：空氣流遠(yuǎn)離油霧流、不易混合恰當(dāng)：使空氣流穿透油霧流－－開始擴(kuò)張、混合良好混合、良好霧化21二、強(qiáng)化油霧與空氣的混合液體燃料：可燃分含量大－－空氣量大1二、強(qiáng)化油霧與空氣的混合2.后期混合：著火后的油霧與空氣的再混合。液霧中的油滴：邊蒸發(fā)邊燃燒高的氧濃度霧化炬：燃油的質(zhì)量密度分布不均油霧的液滴大小不同濃度較高、大液滴區(qū)易缺氧二次風(fēng)三次風(fēng)22二、強(qiáng)化油霧與空氣的混合2.后期混合：燃油的質(zhì)量密度分布不均點(diǎn)火困難三、采取適當(dāng)?shù)姆€(wěn)焰措施油霧點(diǎn)火有效的點(diǎn)火源穩(wěn)焰措施點(diǎn)火溫度高噴嘴前：壓力滯止區(qū)造成一定回流區(qū)：回流不易過大：影響早期混合23點(diǎn)火困難三、采取適當(dāng)?shù)姆€(wěn)焰措施油霧點(diǎn)火有效的點(diǎn)火源點(diǎn)火溫度高四、除雜質(zhì)噴口直徑小<1mm堵塞磨損結(jié)垢濾清裝置雜質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)24四、除雜質(zhì)堵塞磨損結(jié)垢濾清裝置雜質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)24第四節(jié)常用燃油燒嘴燃油燒嘴：液體燃料的燃燒器

要求:一定的燃燒能力(熱負(fù)荷)霧化質(zhì)量好空氣與油霧混合良好調(diào)節(jié)油量性能良好燃燒穩(wěn)定、火焰形狀、長(zhǎng)度符合要求結(jié)構(gòu)牢靠，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，維修方便25第四節(jié)常用燃油燒嘴燃油燒嘴：液體燃料的燃燒器25一、氣體介質(zhì)霧化式油燒嘴

結(jié)構(gòu)：空氣導(dǎo)管油導(dǎo)管燒嘴噴頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

噴頭形式：直流式旋流式26一、氣體介質(zhì)霧化式油燒嘴1.低壓空氣霧化油燒嘴霧化劑：鼓風(fēng)機(jī)供給的空氣特點(diǎn)：燒嘴前的風(fēng)壓較低；霧化劑的量較大；過量空氣系數(shù)較小。

271.低壓空氣霧化油燒嘴霧化劑：鼓風(fēng)機(jī)供給的空氣27（1）直流套管式油燒嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)較方便，油閥不易實(shí)現(xiàn)微量調(diào)節(jié)，空氣與燃油混合不好，移動(dòng)套管要求加工精密。28（1）直流套管式油燒嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，28（2）比例調(diào)節(jié)式低壓油燒嘴29（2）比例調(diào)節(jié)式低壓油燒嘴29（3）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（70-90°），火焰張角大，中心負(fù)壓區(qū)高溫?zé)煔饣亓?，連續(xù)點(diǎn)火熱源，燃燒穩(wěn)定。30（3）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2.高壓氣體霧化油燒嘴用壓縮空氣（0.3-0.7MPa）、氧氣、蒸汽或高壓煤氣作霧化劑，但高壓氣體膨脹后會(huì)降溫，使油粘度變大，不利霧化。用過熱蒸汽、預(yù)熱壓縮空氣較好，但蒸汽過多，影響加熱質(zhì)量。

特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小（2）霧化劑速度大，霧化質(zhì)量好（3）混合稍差，火焰長(zhǎng)（4）調(diào)節(jié)性能好（5）必須強(qiáng)鼓風(fēng)312.高壓氣體霧化油燒嘴用壓縮空氣（0.3-0.7MPa）（1）套管式高壓霧化油噴嘴霧化好，混合差，火焰長(zhǎng)

32（1）套管式高壓霧化油噴嘴霧化好，混合差，火焰長(zhǎng)（2）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33（2）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（3）高壓內(nèi)混式油噴嘴