燃气燃烧应用重点

第一章燃气的燃烧计算1燃烧：燃气中的可燃成分在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用并伴以发热发光的物理化学反应过程，称为燃烧。燃烧的必要条件：燃气中的可燃成分和空气中的氧气须按一定比例呈分子状态混合：参与反应的分子在碰撞时必须具有破坏旧分子和生成新分子所需的能量：具有完成反应所必须的时间。（比例混合、具备一定的能量、具备反应时间）3高热值：是指燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸汽以凝结水状态排出时所放出的热量。低热值：是指燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸汽仍为蒸汽状态时所放出的热量。（高热值-低热值=汽化潜热）4理论空气需要量的定义：每立方（千克）燃气按燃烧反应计量式完全燃烧所需的空气量，即所需最小空气量。理论烟气量定义：1m3燃气供以理论空气量完全燃烧后产生的烟气量。过剩空气系数:实际供给的空气量v与理论空气需要量v0之比称为过剩空气系数。α值的确定α值的大小取决于燃气燃烧方法及燃烧设备的运行工况。α值对热效率的影响α过大，炉膛温度降低，排烟热损失增加，热效率降低；α过小，燃料的化学热不能够充分发挥，热效率降低。应该保证完全燃烧的条件下α接近于1.热量计温度：一定比例的燃气和空气进入炉内燃烧，它们带入的热量包括两部分：其一是由燃气、空气带入的物理热量(燃气和空气的热焓)；其二是燃气的化学热量(热值)。如果燃烧过程在绝热条件下进行，这两部分热量全部用于加热烟气本身，则烟气所能达到的温度称为热量计温度。燃烧热量温度：如果不计参加燃烧反应的燃气和空气的物理热，即ta＝tg＝o，并假设a＝1．则所得的烟气温度称为燃烧热量温度。（只与燃气组分有关）理论燃烧温度：将由CO2HO2在高温下分解的热损失和发生不完全燃烧损失的热量考虑在内，则所求得的烟气温度称为理论燃烧温度tth实际燃烧温度：（选择）（高温系数）5燃气燃烧温度：一定比例的燃气和空气进入炉内燃烧，如果燃烧过程是在绝热条件下进行，则此时烟气所达到的温度称作燃烧温度。7理论燃烧温度的影响因素:燃气的热值、过剩空气系数、燃气和空气的温度、燃烧产物的数量、燃烧产物的热容量。影响因素分析:(1)燃气的热值越高，则理论燃烧温度也越高；(2)燃烧区过剩空气系数大小的影响；(3)预热燃气或空气，提高其物理热量，会使理论燃烧温度升高。第二章燃气燃烧反应动力学燃烧反应速度的影响：浓度、温度、压力（选、判）浓度aA+bB→gG+hHk---反应速度常数；CA、CB---反应物的摩尔浓度；a,b---A,B的反应级数。反应速度随浓度的增大而增大。压力反应速度W与压力P的n次方成正比。（n为反应的总级数）温度（p21）W=W0e-Ea/RT化学反应速度随温度的升高而猛烈增加，二者成指数倍增加。链反应的过程：1.链的引发，即活化中心生成；2.链的传递，即进行基元反应；3.链的中断，即活化中心消亡。可燃气体的燃烧反应都是链反应）链反应的分类：（a）直链反应（b）支链反应支链反应：每一个链环中有两个和更多个活化中心可以引发新链环的反应。特点;反应开始阶段反应速度很小；反应速率自行加速。直链反应：每一个链环只产生一个新活化中心。特点;直链反应不会如下加速反应，即不会形成爆炸。10着火的概念:由稳定的氧化反应转变为不稳定的氧化反应而引起燃烧的一瞬间，称为着火。着火的两种类型:支链着火:由于系统的活化中心浓度的变化引起的着火；热力着火:由于系统的热力条件变化引起的着火.12支链反应与压力的关系：压力下限（B点）、压力上限（C点）压力下限：与混合物组成和容器形状有关；与温度关系不大。压力上限：与温度有关，温度高，压力高；与容器形状无关；对惰性杂质敏感；只有当压力处于下限和上限之间时，支链反应的活化中心的增加速度才会超过其销毁速度，反应才会自动加速，引起燃烧和爆炸。氢氧混合物存在一个着火半岛（简答题）L——产热曲线；M——散热曲线；交点1，温度较低；若系统温度升高，散热大于产热，回到1点；若系统温度降低，产热大于散热，温度重又升高到1点。点1是稳定的平衡状态——缓慢氧化，熄火状态。交点2，温度较高；若系统温度升高，产热会进一步大于产热，离开2点，温度进一步升高；若系统温度降低，散热会小于产热，温度进一步下降，离开2点。点2是不稳定的平衡状态着火点是发热曲线与散热曲线的相切点(1)着火温度的影响因素：燃料的种类、燃料的形态、燃烧时周围的环境，热力条件（散热条件——散热系数）、燃气性质、燃气组分可燃混合物的着火条件为：R---通用气体常E---活化能可燃混合物只需从T0加热，温度上升ΔT就能着火。点火概述：点火成功时，小部分热流流向颗粒；大部分热流流向未燃气体，着火、燃烧。点火的两个重要因素：着火火焰传播条件点火源：灼热固体颗粒、电热线圈、电火花、小火焰等实验证明：球体临界温度与下列变量有关：球体尺寸、球体催化特性、与介质的相对速度、可燃混合物的热力和化学动力特性等。实验证明：热球（或热棒）直径越小或相对气流速度越高时，临界点火温度也越高。图2-5两种平衡状态的分析200iRTTTE小火焰引发点火的可能性取决于以下特性参数：可燃混合物组成、点火火焰与混合物之间的接触时间、火焰的尺寸和温度，以及混合强烈程度。实验证明：扁平点火火焰的临界厚度是火焰稳定传播时焰面厚度14燃气的着火与点火的区别:1.着火时，可燃混合物的温度较高，反应和着火是在系统的整个空间进行的；点火时，可燃混合物的温度较低，反应和着火是在系统的局部区域(火源附近)进行的。2.着火时，没有火焰传播的过程，点火有火焰传播的过程。15电火花点火：两个电极在可燃混合物中，在施加电压后，打出火花释放一定能量，使可燃混合物点燃，此过程称为电火花点火。电火花点火的机理：第一阶段：形成初始火焰中心；第二阶段：火焰传播。16最小点火能：在可燃混合物中能够引发火焰传播的最小能量，称为最小点火能，以Emin表示。最小点火能就是建立初始火焰临界最小尺寸所需要的能量。（与可燃混合物的组成有关）熄火距离：当其他条件给定时，点燃可燃混合物所需的能量与电极间距d有关。当d小到无论多大的火花能量都不能使可燃混合物点燃时，这个最小距离就叫熄火距离dq。影响最小点火能Emin的因素：(1)可燃混合物组成、种类；(2)与熄火距离dq有关；(3)Emin与压力有关（压力增加，最小点火能和熄火距离都降低；）第三章燃气燃烧的气流混合过程（选择）5.层流扩散火焰长度39页当燃气成分一定时，层流扩散火焰的长度上主要取决于燃气的体积流量。流量增大。火焰长度增大，即出口速度一定时，火焰长度也越大。喷嘴直径一定时，出口速度越大，火焰长度也越大。若流量一定时，则火焰长度与直径无关。自由射流特点：沿射流轴线方向整个射流的动量保持不变；由于动量不变，沿射流轴线方向的压力也保持不变。同向平行气流中射流的扩张角、轴心速度的衰减，流核心区的长度等都与射流速度与外围平行气流速度的速度梯度有关。（判）相交气流的特征：形状---马蹄形；形成区域：---滞止压力区、现低压区、出现旋涡；优势—稳焰、强化混气。为了计算相交气流混合的过程的各参数，必须确定混合过程与喷嘴结构系数（孔口形状、尺寸等）及流体动力参数的关系。流体动力参数q21等于射流在孔口处的动压与主气流动压之比。多股射流与受限气流相交时的流动规律影响因素（1）主气流流动通道的相对半宽度B/2d；（2）射流喷嘴相对中心距s/d。（s/d越小，射流穿透深度也越小P49）相交射流P51(选判)射流以一定角度相交，经过相互撞击和混合后，形成一股合成的汇合流,最初其垂直截面上射流尺寸有压扁现象，待互撞射流混合后，总射流又以一定扩张角继续流动。在水平截面上则可发现射流变得很宽。射流交角越大，水平截面上射流变得越宽。相交射流截面变形后，其边界比自由射流的边界宽。交角越大，射流变形越大，混合也越强烈，射程越短。变形最大的区域是在相交区附近，离这区域一定距离后，射流不再变形，而只是沿途扩展。相交射流分成三个区段•起始段——从喷嘴面开始到外边界线相交为止•过渡段——从初始段终端开始到主变形率等于常数为止。•基本段——过渡段终端以后。两股不同的射流相交随着M的增大，则汇合流变形越大，混合越强烈；当M一定时，交角越大，主变形率越大，过渡段越长。2.旋转射流的特点：兼有旋转紊流运动、自由射流、和绕流的特点。旋转射流作用：提高火焰稳定性和燃烧强度。，旋转射流是强化燃烧和组织火焰的一个有效措施，它能提高火焰稳定性和燃烧强度。ff222,ccyrr（一）弱旋转射流（s0.6）•射流的轴向压力梯度还不足以产生回流区，旋流的作用仅仅表现在提高射流对周围气流的卷吸能力和加速射流流速的衰减。（二）强旋转射流（s0.6）•随着旋流数的不断提高，射流轴向反压梯度大到已不可能被沿轴向流动的流体质点的动能所克服，会出现一个回流区。3.旋转射流产生方法（1）使全部气流或一部分气流切向进入（2）设置导流叶片（3）采用旋转的机械装置4.旋转射流的基本特性1）.增加切向分速度，径向分速度较直流射流时大；2）.径向和轴向上都建立了压力梯度。强旋转射流内部形成回流区；3）.内外回流区的存在对着火稳定性有影响；4）.旋转射流的扩展角大；5）.射程小6）速度沿程衰减块旋转射流的无因次特性——旋流数：旋流数s不仅反映了射流的旋转强弱，射流动力相似的相似准则。①对速度场的影响旋流数S增加---轴向速度衰减加快，射流扩展角增大；射流轴向反压梯度大；卷吸量增加，射流速度衰减和浓度衰减快；回流区的长度和宽度都增加；轴向速度衰减加快，射流扩展角增大。第四章燃气燃烧的火焰传播，要保持火焰稳定，必须满足火焰传播速度等于气流速度的余弦即法向分速度的条件，★火焰层厚度：与导温系数成正比，与火焰传播速度成反比测定火焰传播的理论只能是提供火焰传播速度的定性的结果,而火焰传播速度必须通过实验来确定。•测量火焰传播速度的基本方法,包括管子法、肥皂泡法、本生灯法、定容球法、粒子示踪法和平面火焰法等。•火焰传播速度的测定有两种方法：一种称为静力法；让火焰焰面在静止的可燃混合物中运动。一种称为动力法:让火焰面处于静止状态，而可燃混合气流则以层流状态作相反方向运动。火焰传播速度与管径的关系很大管径较小:散热明显，火焰传播速度较小；管径较大:散热影响较小，火焰传播速度上升管径越大，焰面越弯曲，测量值大于Sn★管子法（静力法）的优点：直观性强缺点：测定值受管径的影响很大。本生灯法（动力法）的特点：各处的Sn不一致如果测平均值非常简单，但要精确测量并不简单。22影响火焰传播速度的因素（重点）:层流火焰传播速度影响因素分析燃料/氧配比的影响--最大火焰传播速度是发生在化学计量比条件下。在化学计量比时或者燃料稍富的混气中，火焰传播速度达到最大。一般认为，火焰温度最高的混合物其火焰速度也最大燃料性质的影响--导温系数增加，火焰传播速度增大；活化能减少，火焰传播速度增大；对饱和烃，火焰速度与n无关，但对不饱和烃，火焰速度随n增多而减小；燃料分子量增加，火焰传播范围变小。压力的影响—其他参数不变，压力升高，火焰传播速度减小。混合气初始温度的影响—T0可以大大促进化学反应速度，因而增大S1值；火焰温度对Sn起决定作用。添加剂的影响：--惰性添加剂：降低火焰传播速度，缩小可燃界限，如CO2、N2等。反应添加剂：加速链反应过程而使火焰传播速度迅速增加，如氢。影响火焰传播浓度极限的因素（看）1.在纯氧中燃烧，浓度极限范围扩大；2.提高可燃混合物的温度，浓度极限范围扩大；3.提高可燃混合物的压力，浓度极限范围扩大；4.可燃混合物中加入惰性气体，浓度极限范围缩小；5.可燃混合物含尘量、含水量以及容器形状和材料均会影响浓度极限范围。第五章燃气燃烧方法燃气燃烧方法扩散式燃烧：燃气和空气不预混，一次空气系数a′＝0大气式燃烧：燃气和一部分空气预先混合a′＝0.2－0.8完全预混式燃烧：燃气和空气完全预混a′≥1•火焰锥顶与喷口之间的距离称为火焰长度或火焰高度。•对于层流扩散火焰，其火焰高度与燃气流量（气流速度）成正比，当燃气流量不变时，而仅与