氢内燃机燃烧早燃回火问题
对氢内燃机的异常燃烧分析
对氢内燃机的异常燃烧分析摘要：随着环境问题越来越严重，世界各国都致力于开发新能源，寻找化石燃料的替代品，汽车行业在节约能源、减少污染这一方面首当其冲，进气管喷射式氢内燃机随着各国政府对于环境污染问题越来越重视而被广泛的应用。
但是这种氢内燃机在使用过程中还存在着一些问题，其中氢内燃机的异常燃烧是其中最为严重的问题，是氢内燃机的大面积使用和推广受到制约。
笔者通过分析国内外关于氢内燃机的异常燃烧的研究成果，找出氢内燃机的异常燃烧的主要影响因素和其产生的原因，提出一些解决氢内燃机异常燃烧的方法，这将为进气管喷射式氢内燃机在全世界范围内推广提供技术上的保证。
关键词：进气管喷射式氢内燃机，氢内燃机，异常燃烧前言环境问题日益突出，引起人们的广泛关注，造成环境污染的主要污染物就是化石燃料的大量使用，汽车每年消耗的化石燃料超过全球消耗化石燃料总量的一半，这就迫使汽车行业进行燃料改革，减少石油等化石燃料的使用。
氢气以其作为燃料所独有的优良特性—无污染、来源丰富、热效率比油气高、稀燃性好、排放性好、启动性好，成为了汽车行业研究的重点。
目前国内的氢气内燃机主要有缸内直喷型和进气管喷射式型两种类型，缸内直喷型虽然能够减轻异常燃烧情况，但是由于是喷氢系统结构很复杂，而且喷氢系统对于部件的要求很大，目前技术和材料均难以满足，因此其成为未来氢内燃机研究的方向。
进气管喷射式氢内燃机由于结构相对简单、部件材料特性要求较低而得到广泛的使应用，但是应用中发现其异常燃烧问题比较突出，早燃、敲缸和回火等异常燃烧现象严重影响了氢内燃机的燃烧效率。
因此，本文重点讨论有关氢内燃机异常燃烧的问题，并提出一些解决措施。
一、氢内燃机的异常燃烧1.氢内燃机的异常燃烧的分类氢内燃机的异常燃烧主要有三种：一是早燃，即是氢内燃机在进气门关闭之后，而火花塞还没有点火以前，混合燃料气体就在气缸内发生燃烧的现象。
二是回火，指氢内燃机在正常运转中，火焰进入进气管，而引起的燃烧。
氢能在燃烧发动机上利用的研究综述
氢能在燃烧发动机上利用的研究综述黄佐华 王金华 黄印玉 张勇 刘亮欣 刘兵 蒋德明西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室摘要：氢气是未来燃烧发动机最有前途的燃料，氢能在燃烧发动机上的规模利用将取决于氢能的规模化制备。
燃氢发动机升功率下降，燃烧控制比较困难，目前燃料成本仍然较高，距离规模化使用还有一定的距离。
天然气掺氢燃烧发动机将是氢能在燃烧发动机上应用最有前途和最具可行性的方式。
天然气掺氢发动机虽开展了一些研究工作，但距离发动机推广使用还有很多研究工作要做，特别是天然气-氢气-空气混合气燃烧基础研究方面和发动机燃烧与控制的基础性研究方面。
主题词：氢能；燃烧发动机；利用Utilization of Hydrogen in Combustion Engine-A ReviewHuang Zuo-hua, Wang Jin-hua, Huang Yin-yu, Zhang Yong,Liu Liang-xin, Liu Bing, Jiang De-mingState Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, 710049, ChinaAbstract: Hydrogen is regarded as the most promising fuel for combustion engine while the large scale application of such engine will depend on the large scale production of hydrogen. Pure hydrogen engine will bring power loss of engine and has difficulty in engine controlling besides high cost of the fuel, and those make it still to have a long time before being widely utilized. Addition of hydrogen into natural gas is the most promising and feasible approach for hydrogen utilization in combustion engine, although some preliminary work had been done in natural gas/hydrogen combustion engine, there still has more work needed to be conducted especially in the aspects of fundamental study such as combustion characteristics of natural gas-hydrogen-air mixture as well as the combustion and controlling of the engine.Keywords: Hydrogen; Combustion engine; Utilization前言化石燃料的短缺已成为世界各国面临的主要问题，化石燃料的储藏量有限，预计到本世纪中叶地球上的化石燃料将被消耗完，届时石油替代燃料如天然气、氢气和生物质燃料等将成为燃烧发动机的主要燃料。
燃气燃烧器回火现象及其预防措施
在化工生产中，很多工艺加热炉以气体燃料燃烧作为热源，可燃气体燃烧需要很多空气，如：人工煤气需 1.2~4.0（m3/m3），天然气和液化石油气则需 10~25（m3/m3）。
可见欲使燃气充分燃烧须有大量空气与之混合方可。
因此，燃气与空气的混合方式，对燃烧情况有很大影响，也关系到燃烧系统能否正常安全运行。
燃烧系统运行时，如果产生回火现象将烧坏燃烧器或发生安全事故。
1燃气的燃烧方法及特点根据燃气与空气混合情况不同将燃烧分为三种方式，即扩散式燃烧、预混部分空气燃烧（大气式燃烧）和无焰燃烧。
燃烧过程处于哪一类是根据一次空气系数α1（一次空气量与燃烧理论空气量之比）来判断的。
1 ． 1 扩散式燃烧燃气未预先和空气混合而进行的燃烧称为扩散式燃烧，其α1=0。
扩散式燃烧的燃烧速度与燃烧完全程度主要取决于燃气与空气分子间的扩散速度和完全程度。
扩散式燃烧的特点：（ 1）燃烧稳定、在燃气系统不产生负压、空气不被吸入的情况下，不会回火，燃烧器工作稳定。
（ 2）过剩空气多，燃烧速度慢，火焰温度低。
对燃烧碳氢化合物含量较高的可燃气体时，在高温下由于火焰面内氧气供应不足，碳氢化合物分解出碳粒、氢和重碳氢化合物。
碳粒和重碳氢化合物很难燃烧，结果造成化学不完全燃烧。
一般说来，对天然气不宜采用扩散燃烧法。
（ 3）燃烧强度低，在工业炉上为提高燃烧强度多采用机械鼓风方式的燃烧器。
1 ．2 预混部分空气燃烧其 0<α1< 1。
在这种情况下，由于可燃混合物中空气量较小，因此，部分燃烧按纯动力学方法燃烧，其余燃气则按扩散燃烧方法进行燃烧。
预混部分空气燃烧的特点：（1）在绝大多数情况下能保证燃烧设备以任何比例的燃气与空气进行工作。
因此，设备热负荷的调节范围大。
（ 2）由于先吸入部分空气，所以克服了扩散燃烧的一些缺点，提高了燃烧速度，降低了不完全燃烧程度。
（ 3）当一次空气系数α1 合适时，此种燃烧方法有一定的稳定范围。
4）一次空气系数α1 越大，燃烧稳定范围就越小，因此，一次空气系数α1 不可选取过大。
车用氢气发动机研究进展综述
内燃机与配件1车用氢气发动机发展情况目前全球变暖问题愈演愈烈，各国都寻求降低碳排放的方法，中国计划在2030年实现碳排放的零增长。
在此背景下，我国汽车行业也制定了以新能源汽车为主的发展方向。
但我国的新能源汽车以纯电动汽车为主，纯电动汽车目前仍需克服其续航、充电及电池衰减等一系列问题。
除纯电动汽车以外，国家也加大了对燃料电池行业的支撑，但其技术、成本等问题还亟待解决。
因此，在未来很长一段时间内，汽车动力来源还是以内燃机及内燃机与电机结合的混合动力为主。
但内燃机目前也在寻求新的突破。
内燃机目前的低碳排放路线有两条，一条是提高传统内燃机的燃烧效率，另一条为寻找新的替代燃料，氢气即为替代燃料中的一种。
氢气燃烧理论上只生成水，除此以外，以氢气作为燃料有以下的一些优点：①氢气的可燃极限极广，不需使用分层燃烧技术即可实现稀燃。
稀燃同时也允许氢内燃机使用质调节的负荷控制策略，采用此策略可显著降低泵气损失。
②氢气的燃烧速度快，远高于其他气体燃料。
燃烧速度快使得燃烧的等容度上升，有利于提高燃烧效率。
③氢气很容易就能被点燃。
但这也被认为是氢内燃机容易发生回火、早燃和爆燃的原因之一。
④氢气热值高。
氢气的低热值为120MJ/kg ，大约是汽油的3倍。
同等质量的氢气与汽油燃烧，氢气可释放更多的热量。
在内燃机中，使用氢气要比汽油热效率高15~25%[1]。
⑤氢气的质扩散系数远高于碳氢燃料。
如此高的质扩散系数使得氢能够在十分稀薄的情况下燃烧。
但这也会使得火焰锋面的不稳定性增强，自湍化倾向增加。
氢气独特理化性质使其作为燃料时可直接用传统汽油机进行改造。
传统汽油机只需对燃料供应与喷射系统、安全防护系统以及控制等方面做一些改动。
宝马2007年在一个12缸的汽油机上，对燃料供应系统、润滑冷却系统以及点火系统、热管理、电控系统等进行了改造，设计出一款氢气发动机[2]。
该发动机最高功率可达到210kW 。
长安汽车研发的氢内燃机也在同年点火成功，该发动机为长安同北京理工大学共同开发。
(建筑电气工程)燃气燃烧器回火现象及其预防措施精编
（建筑电气工程）燃气燃烧器回火现象及其预防措施在化工生产中，很多工艺加热炉以气体燃料燃烧作为热源，可燃气体燃烧需要很多空气，如：人工煤气需1.2~4.0（m3/m3），天然气和液化石油气则需10~25（m3/m3）。
可见欲使燃气充分燃烧须有大量空气和之混合方可。
因此，燃气和空气的混合方式，对燃烧情况有很大影响，也关系到燃烧系统能否正常安全运行。
燃烧系统运行时，如果产生回火现象将烧坏燃烧器或发生安全事故。
1燃气的燃烧方法及特点根据燃气和空气混合情况不同将燃烧分为三种方式，即扩散式燃烧、预混部分空气燃烧（大气式燃烧）和无焰燃烧。
燃烧过程处于哪壹类是根据壹次空气系数α1（壹次空气量和燃烧理论空气量之比）来判断的。
1．1扩散式燃烧燃气未预先和空气混合而进行的燃烧称为扩散式燃烧，其α1=0。
扩散式燃烧的燃烧速度和燃烧完全程度主要取决于燃气和空气分子间的扩散速度和完全程度。
扩散式燃烧的特点：（1）燃烧稳定、在燃气系统不产生负压、空气不被吸入的情况下，不会回火，燃烧器工作稳定。
（2）过剩空气多，燃烧速度慢，火焰温度低。
对燃烧碳氢化合物含量较高的可燃气体时，在高温下由于火焰面内氧气供应不足，碳氢化合物分解出碳粒、氢和重碳氢化合物。
碳粒和重碳氢化合物很难燃烧，结果造成化学不完全燃烧。
壹般说来，对天然气不宜采用扩散燃烧法。
（3）燃烧强度低，在工业炉上为提高燃烧强度多采用机械鼓风方式的燃烧器。
1．2预混部分空气燃烧其0＜α1＜1。
在这种情况下，由于可燃混合物中空气量较小，因此，部分燃烧按纯动力学方法燃烧，其余燃气则按扩散燃烧方法进行燃烧。
预混部分空气燃烧的特点：（1）在绝大多数情况下能保证燃烧设备以任何比例的燃气和空气进行工作。
因此，设备热负荷的调节范围大。
（2）由于先吸入部分空气，所以克服了扩散燃烧的壹些缺点，提高了燃烧速度，降低了不完全燃烧程度。
（3）当壹次空气系数α1合适时，此种燃烧方法有壹定的稳定范围。
（4）壹次空气系数α1越大，燃烧稳定范围就越小，因此，壹次空气系数α1不可选取过大。
氢内燃机和氢燃料（系列讲座11）
氢内燃机和氢燃料（系列讲座11）氢⽓的常规利⽤⽅式主要是两种，⼀种是通过电化学⽅法，利⽤我们前两讲介绍的“燃料电池”将氢的化学能变为电能和热能；另⼀种⽅式是通过热化学⽅式，即燃烧氢，将化学能变成热能或动能。
例如，⽤锅炉将氢能变成热能，⽤“内燃机”将氢能变成动能。
本讲就是介绍氢内燃机。
“内燃机”是⼀种动⼒机械，它是通过燃料在汽缸内燃烧，将放出的热能直接转换为动⼒的热⼒发动机。
内燃机的形式很多，有往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机、⾃由活塞式发动机、旋转叶轮式燃⽓轮机和喷⽓式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机将燃料和空⽓混合，在⽓缸内燃烧，释放出的热能使⽓缸内产⽣⾼温、⾼压的燃⽓，燃⽓膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其它机构将机械功输出，驱动从动机械⼯作。
活塞式内燃机⾃19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已成为⽐较完善的机械。
它热效率⾼、功率和转速范围宽、配套⽅便、机动性好，所以获得了⼴泛的应⽤。
全超界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、⼯程机械、⼩型移动电站和战车等都以内燃机为动⼒。
海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些⼩型飞机也都由内燃机来推进。
世界上内燃机的保有量在动⼒机械中居⾸位，它在⼈类活动中占有⾮常重要的地位。
⼀内燃机的燃料发展活塞式内燃机起源于⽤⽕药爆炸获取动⼒，但因难以控制⽽未获成功。
1794年，英国⼈斯特⾥特提出从燃料的燃烧中获取动⼒，并第⼀次提出了燃料与空⽓混合的概念。
早在1820年，Rev.W.Cecil就发表⽂章，谈到⽤氢⽓产⽣运动⼒的机械，还给出了详尽的机械设计图，这⽐第⼀台实⽤的⽤煤⽓做燃料的内燃机的出现整整早了40年。
由于氢具有特殊性质，⽽与现代液体化⽯燃料内燃机燃料不同，⽤氢作内燃机的燃料，会带来诸如早燃、回⽕、爆燃等异常燃烧的现象，使发动机正常⼯作过程遭到破坏。
1“早燃”是指⽕花塞点⽕以前，氢⽓混合⽓已被⼀些热点点燃，开始燃烧。
氢内燃机燃烧早燃回火问题
中图分 类号：Ｕ ４ ７ ２ 。 ８ 文献标识 码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ １ — ７ ９ ８ ８（ ２ ０ １ ７ ） ０ ６ — １ ５ Ｏ — Ｏ ２ Ｐｒ ｏｂ ｌ ｅ ｍｓ ｏ ｆ ｅ ａ ｒ ｌ ｙ Ｃｏ ｍｂ ｕｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ Ｔｅ ｍ ｐｅ ｒ ｉ ｎｇ ｏ ｆ Ｈｙ ｄｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｌ Ｃｏ ｍ ｂｕｓ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ
氢内燃机异常燃烧的研究
氢气 作为 内燃 机 燃 料 时 具有 独 有 的优 良特性 ， 使氢 内燃 机燃 料来 源 丰 富 ， 效 率 高 ， 燃 性 好 ， 热 稀 排 放性 好 ， 动性 好 ， 合 气 形 成 均匀 ， 对燃 烧 室 形 启 混 且 状 ， 气道 结构 要 求 低 。 目前 氢 内燃 机 主要 有 缸 内 进 直 喷式 和进气 管 喷射式 两种类 型 。缸 内直 喷式 氢 内 燃机 能够 消 除 回火 和 提 高 功 率 ， 未来 氢 内燃 机 的 是 重要 发展 方 向 ， 其喷氢 系统结构 复 杂 、 件可 靠性 但 部 问题 突 出 ， 混合 气 形 成 不 均 匀 ， 点火 组 织 困难 ， 且 在 目前 还无 法达 到实 用化 程度 。而 进气 管喷 射式 氢 内 燃机 喷氢 系统 结构 复 杂 程 度 不 高 ， 混合 气形 成 和燃 烧较易组织 ， 用传统内燃机改装时结构改动不大 ， 因 此被 得 到广泛 应用 。但 进气 管 喷射式 氢 内燃机 易发 生早 燃 、 敲缸 和 回火 等异 常燃 烧现 象 ， 重 影 响其正 严 常工 作 。 因此 ， 过 全 面深 入 分 析 目前 国 内外 关 于 通 进气 管 喷射式 氢 内燃 机 异 常 燃 烧 的研 究 成 果 ， 出 找 异 常燃烧 的产 生 原 因和 影 响 因素 ， 纳 总 结 出异 常 归 燃 烧 的控制 方法 ， 会对 进 气 管 喷 射 式 氢 内燃 机 的 将 正 常工作 起 到重要 的指 导作 用 。
ｂ 进气 管 喷水 。 ．
作者简介 ： 张永锋 （ ９ ８一） 男 ， １７ ， 甘肃武 威人 ， 师 ， 讲 博
士， 主要研究方向为发动机性能仿真研究 。
收 稿 日期 ：０ １— ２—１ ２１ ０ ４
ｃ进 气管 喷射 液氢 。 ． ｄ进气 管 喷射冷 空气 。 ． ｅ选 用冷 型火 花塞 。 ．
浅谈氢燃料发动机的异常燃烧
浅谈氢燃料发动机的异常燃烧摘要：由于氢燃料发动机自身工作过程的组织不当，容易出现早燃、爆燃和回火等异常燃烧现象，导致发动机性能的急剧下降，甚至无法正常工作。
在全面分析有关氢燃料发动机异常燃烧的研究成果的基础上，整理出氢燃料发动机异常燃烧的机理、特点和避免异常燃烧产生的方法，总结出早燃、爆燃和回火三者之间的关系，为进一步研究氢燃料发动机的正常工作提供了指导意义。
关键词：氢燃料发动机；异常燃烧；燃烧机理1.引言随着现代社会的发展，环保被越来越多的人重视，与传统燃料相比，氢作为车用发动机燃料拥有众多的优势，被认为是最有发展前途的清洁代用燃料之一[1]。
正是由于氢燃料与传统燃料（如汽油和柴油）的物化特性及燃烧特性有着明显的差异，若其工作过程组织不当，使氢作为内燃机的燃料时，燃烧很难控制，更易出现早燃、回火和爆燃等异常燃烧问题。
2.早燃2.1.概念早燃是指新鲜充量在未被火花塞点燃时与燃烧室内局部温度过高的一些热点（如火花塞、排气门和积炭）相接触引起燃烧的现象。
2.2.特点早燃导致发动机效率低下，工作粗暴，增大了发动机的机械负荷和热负荷，排气温度增高。
与传统发动机相比，氢燃料发动机中的早燃问题要严重得多，这主要是由于氢气点火能量低、着火界限宽、火焰淬熄距离小和火焰传播速度快。
2.3.早燃产生的燃烧机理早燃时缸内温度、压力急剧升高，气缸压力曲线相位比正常燃烧时提前，最大燃烧压力、压力升高率比正常燃烧高，使压缩行程末期的负功很大，功率下降，循环效率降低，伴有过热现象产生。
在浓的氢氧混合气中发生早燃时，由于点燃区域较大，火焰传播速度极快，压力和压力升高率急剧升高，氢发动机容易过热，使氢发动机正常工作遭到破坏。
2.4.控制方法为了避免早燃现象的发生，应控制压缩比、转速和混合气温度。
压缩比和转速越高，早燃限制当量比越小；混合气温度越高，早燃限制当量比越小。
此外，可以采用以下几点措施来减少早燃现象的发生：2.4.1.冷的火花塞和狭小的火花塞间隙，保持缸内清洁，避免更多的炽热点；2.4.2.采用缸内直接喷射技术；2.4.3.采用液氢供氢系统；2.4.4.废气再循环；2.4.5.进气歧管喷水；2.4.6.进气管喷射冷空气[2]；2.4.7.选用冷型火花塞[3]。
浅谈氢内燃机异常燃烧中的早燃
浅谈氢内燃机异常燃烧中的早燃袁珂佳【摘要】随着汽车保有量的不断增加,发动机的可替代燃料成为人们研究的热点.氢能因其自身的优点被认为是最有前途的汽车燃料替代能源之一.进气道喷射式氢内燃机未能大面积推广使用的主要原因是氢内燃机的早燃、回火和敲缸等异常燃烧问题.找出早燃产生的原因和影响因素,对早燃问题进行探索性的研究.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)019【总页数】3页(P162-164)【关键词】进气道喷射式;氢内燃机;异常燃烧;早燃【作者】袁珂佳【作者单位】华北水利水电大学,河南郑州 450045【正文语种】中文【中图分类】U467.1CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-162-03氢气作为汽车燃料的使用主要有两种形式：一是通过氢的离子化转化成电能，通过燃料电池实现；二是通过氢的燃烧从化学能转化为机械能，由内燃机实现。
在氢内燃机中，氢空气混合气主要通过缸内直喷和进气道喷射两种方式形成，缸内直喷式氢内燃机能够避免回火，但其对喷氢系统的结构要求较高；进气道喷射式氢内燃机对喷氢系统要求不高，混合气的形成和燃烧比较容易组织，混合气形成质量高[1]。
但进气道喷射式氢内燃机存在早燃等异常燃烧问题。
氢气密度非常小，只有空气的1/14，是目前世界上公认的最轻的气体。
氢元素广泛存在于自然界，氢的来源比较广，属于可再生能源。
氢在常温常压下比较稳定，但在空气中与空气混合形成的混合物遇到明火或高温易爆炸。
氢气是清洁可再生的能源，作为内燃机的燃料，排放物中不含CH、CO和碳的颗粒物，解决了汽车排放物污染环境的问题；氢气的获取方法有多种，通过电解水的方法即可获取，解决了能源危机。
氢气作为内燃机的燃料也有不利于内燃机工作的部分特性，比如点火能量小、密度小等。
氢气作为内燃机燃料的特性如下：（1）燃烧产物是水和少量的氮氧化物，氮氧化物的处理较容易；（2）着火界限较宽，可燃范围广，可进行稀燃；（3）扩散性好，与空气混合得更加充分，易于燃烧；（4）点火能量较小，不易发生失火，但易被热表面和高温废气提前点燃；（5）氢空气混合气的能量密度小，输出功率会降低[2]。
燃气燃烧器回火现象及其预防措施
在化工生产中，很多工艺加热炉以气体燃料燃烧作为热源，可燃气体燃烧需要很多空气，如：人工煤气需1.2~4.0（m3/m3），天然气和液化石油气则需10~25（m3/m3）。
可见欲使燃气充分燃烧须有大量空气与之混合方可。
因此，燃气与空气的混合方式，对燃烧情况有很大影响，也关系到燃烧系统能否正常安全运行。
燃烧系统运行时，如果产生回火现象将烧坏燃烧器或发生安全事故。
1 燃气的燃烧方法及特点根据燃气与空气混合情况不同将燃烧分为三种方式，即扩散式燃烧、预混部分空气燃烧（大气式燃烧）和无焰燃烧。
燃烧过程处于哪一类是根据一次空气系数α1（一次空气量与燃烧理论空气量之比）来判断的。
1．1 扩散式燃烧燃气未预先和空气混合而进行的燃烧称为扩散式燃烧，其α1=0。
扩散式燃烧的燃烧速度与燃烧完全程度主要取决于燃气与空气分子间的扩散速度和完全程度。
扩散式燃烧的特点：（1）燃烧稳定、在燃气系统不产生负压、空气不被吸入的情况下，不会回火，燃烧器工作稳定。
（2）过剩空气多，燃烧速度慢，火焰温度低。
对燃烧碳氢化合物含量较高的可燃气体时，在高温下由于火焰面内氧气供应不足，碳氢化合物分解出碳粒、氢和重碳氢化合物。
碳粒和重碳氢化合物很难燃烧，结果造成化学不完全燃烧。
一般说来，对天然气不宜采用扩散燃烧法。
（3）燃烧强度低，在工业炉上为提高燃烧强度多采用机械鼓风方式的燃烧器。
1．2 预混部分空气燃烧其0＜α1＜1。
在这种情况下，由于可燃混合物中空气量较小，因此，部分燃烧按纯动力学方法燃烧，其余燃气则按扩散燃烧方法进行燃烧。
预混部分空气燃烧的特点：（1）在绝大多数情况下能保证燃烧设备以任何比例的燃气与空气进行工作。
因此，设备热负荷的调节范围大。
（2）由于先吸入部分空气，所以克服了扩散燃烧的一些缺点，提高了燃烧速度，降低了不完全燃烧程度。
（3）当一次空气系数α1合适时，此种燃烧方法有一定的稳定范围。
（4）一次空气系数α1越大，燃烧稳定范围就越小，因此，一次空气系数α1不可选取过大。
燃气锅炉回火及脱火的原因及预防措施
燃气锅炉回火及脱火的原因及预防措施1．回火及脱火的现象炉膛负压不稳定，忽大忽小；烟气中CO2和O2的表计指示值有显著变化；火焰长度及颜色均有变化。
2．回火及脱火的原因气体燃料燃烧时有一定的速度，当气体燃料在空气中的浓度处于燃烧极限浓度范围以内，而且可燃气体在燃烧器出口的流速低于燃烧速度时，火焰就会向燃料来源的方向传播而产生回火。
炉温越高，火焰传播速度越快，越易产生回火。
回火将烧损燃烧器，严重时还会在燃气管道内发生燃气爆炸。
反之，若可燃气体在燃烧器出口的流速高于燃烧速度时，会使着火点远离燃烧器而产生脱火。
低负荷运转时炉温偏低，更易产生脱火。
脱火将使燃烧不稳定，严重时可能导致单只燃烧器或炉膛熄火。
气体燃料的速度是由压力转换来的。
如果燃气管道压力突然变化，或调压站的调压阀、锅炉的燃气调节阀的特性不佳，使入炉燃气压力忽高忽低、以及风量调节不当等因素，都可能造成燃烧器出口气流的不稳定，引起回火或脱火。
3．回火及脱火的处理及预防防止出现回火及脱火主要应控制燃气的压力保持在规定的数值内。
为预防回火可能产生的事故，在燃气管道上应装有阻火器(回火器)。
当压力过低而未能及时发现时，阻火器可使火焰自动熄灭。
当发生回火或脱火故障，应快速查明原因并快速进行处理。
首先应检查燃气压力是否正常。
若压力过低，应对整个燃气管道进行检查。
若锅炉房总供气管道压力降低，先检查调压站的进气压力，进气压力降低时应联系供气站提高供气压力；若进气压力正常，则应检查调压阀是否有故障并及时排除，同时可切换投入备用调压阀并开启旁通阀；若采取上述措施仍无效，则应检查整个燃气管道中是否有泄漏，应关闭的阀门(如排空阀)是否未关等情况，并设法消除和纠正。
若仅炉前燃气管道压力降低，则应检查该段管道上的各阀门是否正常，开度是否合适，是否出现泄漏现象。
当燃气压力无法恢复到正常值时，应减少投运的燃烧器数目，降负荷运转，直至停止锅炉运转。
若燃气压力过高，应分段检查整个燃气管道上的各调节阀门是否正常，其次检查各燃烧器的风门开度是否合适，检查风道上的总风压和各燃烧器前风压是否偏高等，并作出相应的调整。
燃气燃烧器回火现象及其预防措施
在化工生产中，很多工艺加热炉以气体燃料燃烧作为热源，可燃气体燃烧需要很多空气，如：人工煤气需1.2~4.0（m3/m3），天然气和液化石油气则需10~25（m3/m3）。
可见欲使燃气充分燃烧须有大量空气与之混合方可。
因此，燃气与空气的混合方式，对燃烧情况有很大影响，也关系到燃烧系统能否正常安全运行。
燃烧系统运行时，如果产生回火现象将烧坏燃烧器或发生安全事故。
1 燃气的燃烧方法及特点根据燃气与空气混合情况不同将燃烧分为三种方式，即扩散式燃烧、预混部分空气燃烧（大气式燃烧）和无焰燃烧。
燃烧过程处于哪一类是根据一次空气系数α1（一次空气量与燃烧理论空气量之比）来判断的。
1．1 扩散式燃烧燃气未预先和空气混合而进行的燃烧称为扩散式燃烧，其α1=0。
扩散式燃烧的燃烧速度与燃烧完全程度主要取决于燃气与空气分子间的扩散速度和完全程度。
扩散式燃烧的特点：（1）燃烧稳定、在燃气系统不产生负压、空气不被吸入的情况下，不会回火，燃烧器工作稳定。
（2）过剩空气多，燃烧速度慢，火焰温度低。
对燃烧碳氢化合物含量较高的可燃气体时，在高温下由于火焰面内氧气供应不足，碳氢化合物分解出碳粒、氢和重碳氢化合物。
碳粒和重碳氢化合物很难燃烧，结果造成化学不完全燃烧。
一般说来，对天然气不宜采用扩散燃烧法。
（3）燃烧强度低，在工业炉上为提高燃烧强度多采用机械鼓风方式的燃烧器。
1．2 预混部分空气燃烧其0＜α1＜1。
在这种情况下，由于可燃混合物中空气量较小，因此，部分燃烧按纯动力学方法燃烧，其余燃气则按扩散燃烧方法进行燃烧。
预混部分空气燃烧的特点：（1）在绝大多数情况下能保证燃烧设备以任何比例的燃气与空气进行工作。
因此，设备热负荷的调节范围大。
（2）由于先吸入部分空气，所以克服了扩散燃烧的一些缺点，提高了燃烧速度，降低了不完全燃烧程度。
（3）当一次空气系数α1合适时，此种燃烧方法有一定的稳定范围。
（4）一次空气系数α1越大，燃烧稳定范围就越小，因此，一次空气系数α1不可选取过大。
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氢内燃机燃烧早燃回火问题
杨敏敏
【摘要】氢内燃机以其燃料的优势倍受关注,但是氢内燃机进气道喷射异常燃烧是最大限制的一个原因,包括早燃、爆燃、回火.通过分析国内外关于氢内燃机的异常燃烧的研究成果,找出氢内燃机的异常燃烧的主要影响因素和其产生的原因,提出一些解决氢内燃机异常燃烧的方法.
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2017(000)006
【总页数】2页(P150-151)
【关键词】进气道喷射;异常燃烧;回火;早燃;氢内燃机
【作者】杨敏敏
【作者单位】华北水利水电大学,河南郑州450000
【正文语种】中文
【中图分类】U472.8
CLC NO.:U472.8Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-150-02 氢内燃机在进气门关闭之后，新鲜充量在未被火花塞点燃时与燃烧室内局部温度过高的一些热点相接触引起混合燃料气体在气缸内发生燃烧的现象。
其中热点包括火花塞、排气门、积炭、高温壁面及其棱角等等。
1.1 早燃的特点及危害
早燃导致发动机效率低下，工作粗暴，增大了发动机的机械负荷和热负荷，排气温
度增高。
与传统发动机相比，氢燃料发动机中的早燃问题要严重得多，这主要是由于氢气点火能量低、着火界限宽、火焰淬熄距离小和火焰传播速度快。
而且热负荷增大又为早燃创造了更大几率的条件进一步影响氢发动机工作工作稳定性。
早燃情况比轻微时，导致氢内燃机噪声增大，并且引起轻微震动。
一般情况下，早燃会导致氢内燃机非正常运转，极大可能影响到司机的正常驾驶；如果早燃比较严重的话，会破坏氢内燃机的进气管、气缸等部件，并影响其性能安全隐患。
1.2 早燃产生的机理
早燃时缸内温度、压力急剧升高，气缸压力曲线相位比正常燃烧时提前，最大燃烧压力、压力升高率比正常燃烧高，使压缩行程末期的负功很大，功率下降，循环效率降低，伴有过热现象产生。
在浓的氢氧混合气中发生早燃时，由于点燃区域较大，火焰传播速度极快，压力和压力升高率急剧升高，氢发动机容易过热，使氢发动机正常工作遭到破坏。
1.3 影响因素及控制措施
氢内燃机早燃的主要影响因素是混合气体的压缩比、发动机的转速和通过进气管进入气缸时，混合气体的温度等。
混合气体的压缩比越高，早燃会降低当量比，导致氢气不能充分燃烧，不能将其热量完全释放；发动机的转速和混合气体的温度越高，都会造成早燃会降低当量比。
为了避免早燃现象的发生，应控制压缩比、转速和混合气温度。
压缩比和转速越高，早燃限制当量比越小；混合气温度越高，早燃限制当量比越小。
此外，可以采用以下几点措施来减少早燃现象的发生：
a.冷的火花塞和狭小的火花塞间隙，保持缸内清洁，避免更多的炽热点；
b.采用缸内直接喷射技术；
c.采用液氢供氢系统；
d.废气再循环；
e.进气歧管喷水；
f.进气
管喷射冷空气；g.选用冷型火花塞[2]。
2.1 爆燃的特点及危害
爆燃是指氢内燃机在完成点火之后，离火焰较远的地方，在火焰前锋面还没有到达之前而发生的燃烧，终燃混合气的自燃现象，它是一种非正常燃烧，主要表现为缸内压力作高频大幅度波动，发动机振动加剧。
且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声产生俗称的“敲缸”。
敲缸情况比较轻时，气缸内有金属敲击声发出。
一般情况下，使得氢内燃机的工作变得异常不稳定，同时产生较大幅度的振动；敲缸比较严重时，会造成火花塞、活塞等部件产生过热而烧损。
2.2 爆燃产生的燃烧机理
爆燃的经典理论认为温度是决定正常燃烧向爆燃转化的因素，因为反应速度与温度有指数关系并随着温度升高而迅速增加。
爆燃产生的主要原因是发动机火花塞点火后，气缸内未燃尽的部分燃料产生不受控制的自燃（爆燃）。
爆燃的产生和发动机点火时刻有关，若点火时刻早，燃烧的最高压力过高，爆燃就容易发生。
2.3 主要影响因素及控制措施
氢内燃机爆燃的主要因素是压缩比、转速、点火是否正时和气体的温度。
抑制爆燃可以采取以下措施：
a.改进优化燃烧室形状。
采用紧凑的燃烧室，合理选择火花塞位置，增强燃烧室中的气体流动，加快火焰传播速率，缩短火焰传播距离；
b.缩小气缸直径，提高发动机转速；
c.可变压缩比发动机。
利用发动机在高转速时不易发生爆燃的特性，使发动机的压缩比随其负荷和转速的变化而改变；
d.均匀燃烧。
均匀燃烧的实质是积极地引起自燃，然后再消除自燃的有害后果的方法，即消除爆燃；
e.控制爆燃的措施还有采用稀薄混合气燃烧和分层燃烧技术，在末端气区设置冷却区，克服燃烧室表面的粗糙度，进气节流，降低进气温度，冷却排气门，周边多个火花塞点火等。
3.1 回火的特点及危害
回火是氢内燃机在进气过程中，进气门未关闭，火花塞还未点燃气缸内混合气而被
热点引燃导致火焰传播到进气管内的一种不正常燃烧现象。
“回火”造成氢发动机工作不正常，功率下降，经济性变坏，严重的回火致使进气管内温度和压力过高，导致新鲜充量无法进入气缸，氢发动机失火，有时甚至会破坏供氢系统，造成严重的事故。
3.2 回火产生的燃烧机理
产生回火的原因根据产生时刻的不同分为两种：a.进气门刚开启时进气管内产生回火，主要是由于高温废气、后燃混合气和高温热点点燃的；b.进气门快关闭时进气管内产生回火，主要是由于早燃的不断提前所引起的。
影响回火的因素主要有喷氢正时、喷氢系统结构、进气系统结构和点火源。
回火与混合气的燃烧速度及其浓度有关，混合气过稀则燃烧速度就会缓慢，混合气的燃烧就会延续到排气终了，在进气门打开时，还在燃烧的混合气就很容易将进气管内的混合气引燃。
3.3 主要影响因素及控制措施
内燃机回火的主要因素是喷气管是否喷氢正时，只有喷气正时，才能保证氢内燃机的燃烧效率和正常提供动力，否则都会影响到氢内燃机的正常运转；
抑制回火可以采用如下的方法：
a.抑制早燃；
b.喷水。
降低燃烧室内温度可以控制回火。
从进气门开启开始，在喷氢期间向进气管喷水，利用喷水吸收汽化潜热来降低气缸内的温度，使其降到表面着火温度以下；
c.电控系统和电磁阀相结合的控制系统。
也可以采用电控系统与电磁阀相结合的控制系统；
d.平行燃料供给系统。
早燃、爆燃和回火三者之间既有联系又有区别。
爆燃和早燃有一定的联系，特别氢发动机中压缩比高时，早燃和爆燃往往是同时发生，互相促进相互影响。
早燃又为回火创造条件。
气缸内的一些炽热点导致氢发动机的早燃，使继而使得终燃混合气温度和压力上升，气缸最高燃烧压力和温度、压力升高率和温度升高率比正常燃烧
时大，导致混合气受到压缩和传热，促进了爆燃，另一方面爆燃促使气缸壁的传热，导致燃烧室零件过热，从而形成更多的炽热点，进而促进早燃。
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