燃气燃烧反应动力学ppt课件
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燃气燃烧器理论PPT课件
作符合工艺、技术和经济的要求。
技术要求
燃 满足加热所需热量或燃烧温度——具有一定热负荷；
烧 具一定火焰特性（着火浓度、温度，燃烧速度），火焰稳定 好 燃烧效率高——燃烧完全
方便 燃烧器配备必要的自动调节、自动安全装置——自控
安全 环保
烟气毒素少——安全、环保
省地 结构紧凑、安全可靠、成本低。
省钱
.
2
分类
按一次空气分：扩散式、大气式、完全预混式 按空气供给方法分：引射式、鼓风式、自然引
风式 按燃气压力分：低压、高（中）压 按火焰形状分：直焰、平焰、可调焰 按火道处烟气出口速度分：低速（＜50m/s）、
高速（200～300m/s）、
.
3
2.2 扩散式燃烧器
定义：按照扩散式燃烧方法设计的燃烧器
.
7
2.2.2 鼓风扩散式燃烧器
工作原理
燃气燃烧所需全部空气均由鼓风机一次供给，但燃烧 前燃气与空气并不顶混——燃烧过程属扩散燃烧。
结构形式
选择原因：为了强化燃烧过程和缩短火焰长度，常采 用各种措施来加速燃气与空气的混合。
具体形式：套管式、旋流式、平流式等。
.
8
套管式燃烧器
结构：由大管和小管相套而成。 工作原理：燃气和空气在火道或燃烧室内边混合边燃烧 特点：
可调喷嘴:结构复杂，阻力较大，引射空气的性能 较差，但能适应燃气性质的变化。
.
18
喷嘴孔径与燃具热负荷的关系
.
19
.
20
.
21
调风装置
作用：保证燃烧器正常工作，获得预定的火 焰特性——运行时需经常调节一次空气量。
装置分类
在一次空气吸入口外面安装调风板 通过转动调风板来改变一次空气吸入口的有效流通 截面，从而调节一次空气的吸入量——广泛应用。 在引射器混合管内安装调节螺丝或弯曲钢条 借助螺丝或钢条的上下运动来改变燃气射流的能量 损失，从而调节一次空气吸入量。
技术要求
燃 满足加热所需热量或燃烧温度——具有一定热负荷；
烧 具一定火焰特性（着火浓度、温度，燃烧速度），火焰稳定 好 燃烧效率高——燃烧完全
方便 燃烧器配备必要的自动调节、自动安全装置——自控
安全 环保
烟气毒素少——安全、环保
省地 结构紧凑、安全可靠、成本低。
省钱
.
2
分类
按一次空气分：扩散式、大气式、完全预混式 按空气供给方法分：引射式、鼓风式、自然引
风式 按燃气压力分：低压、高（中）压 按火焰形状分：直焰、平焰、可调焰 按火道处烟气出口速度分：低速（＜50m/s）、
高速（200～300m/s）、
.
3
2.2 扩散式燃烧器
定义：按照扩散式燃烧方法设计的燃烧器
.
7
2.2.2 鼓风扩散式燃烧器
工作原理
燃气燃烧所需全部空气均由鼓风机一次供给，但燃烧 前燃气与空气并不顶混——燃烧过程属扩散燃烧。
结构形式
选择原因：为了强化燃烧过程和缩短火焰长度，常采 用各种措施来加速燃气与空气的混合。
具体形式：套管式、旋流式、平流式等。
.
8
套管式燃烧器
结构：由大管和小管相套而成。 工作原理：燃气和空气在火道或燃烧室内边混合边燃烧 特点：
可调喷嘴:结构复杂，阻力较大，引射空气的性能 较差，但能适应燃气性质的变化。
.
18
喷嘴孔径与燃具热负荷的关系
.
19
.
20
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21
调风装置
作用：保证燃烧器正常工作，获得预定的火 焰特性——运行时需经常调节一次空气量。
装置分类
在一次空气吸入口外面安装调风板 通过转动调风板来改变一次空气吸入口的有效流通 截面，从而调节一次空气的吸入量——广泛应用。 在引射器混合管内安装调节螺丝或弯曲钢条 借助螺丝或钢条的上下运动来改变燃气射流的能量 损失，从而调节一次空气吸入量。
燃烧动力学PPT课件
12
一般地说，反应物的物理性质(k0)对反应速度的影 响非常有限,不是主要影响因素,它涉及到分子碰撞 理论, 我在这里不多讲了。
而活化能E对反应速度的影响十分显著，活化能 愈小，活化分子数越多，k值越大，则反应速度就 越大。 ➢什么是活化分子？能发生反应的高能量分子。 ➢什么是活化能？活化分子的平均能量比普通分子
3
一般地说，表示化学反应速度的大小，主要是用浓 度的变化（反应物浓度减少或生成物浓度增加）来 表示。 根据不同的浓度单位，有不同的表达形式：
用摩尔浓度单位：kmol/m3 .s
Vm=±dCi／dt 用分子浓度单位: 1/m3 .s
Vm=±dNi／dt Ni──单位容积中某物质的分子数 用质量浓度单位: kg/m3 .s
负荷qv可以表示燃烧速度的大小,qv(KJ/m3.s)是在单
位时间单位体积内烧掉些燃料所释放出来的热量。 这是燃烧化学反应速度的表示方法，下面简单介绍 一下影响化学反应速度的因素：
5
二 影响反应速度的因素 (1)浓度影响: 浓度增大，分子碰撞次数增加，反应速率增大。 质量作用定律: Vm=k·Cin n──反应级数,根据实验测定,它能直接反映出Vm与C 的具体关系,而且对进一步研究反应机理也有用处。 具体测定方法属于《物理化学》的内容。 k──反应常数 , 由实验测出：它反映了燃料燃烧能力 的大小，如k(炔) > k(烯) > k(烷) 炔烃燃烧能力最大,烯烃次之,烷烃最弱。
化学动力学在燃烧理论中占有重要的地位，尤 其是燃烧反应速度已成为衡量燃烧过程特性的一个 主要参数，由于物理化学是一门复杂的学科，我仅 在这里粗略地介绍一个与燃烧现象有关的一些概念 和知识。其它内容主要靠自学。
2
第一节 化学反应速度
一般地说，反应物的物理性质(k0)对反应速度的影 响非常有限,不是主要影响因素,它涉及到分子碰撞 理论, 我在这里不多讲了。
而活化能E对反应速度的影响十分显著，活化能 愈小，活化分子数越多，k值越大，则反应速度就 越大。 ➢什么是活化分子？能发生反应的高能量分子。 ➢什么是活化能？活化分子的平均能量比普通分子
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一般地说，表示化学反应速度的大小，主要是用浓 度的变化（反应物浓度减少或生成物浓度增加）来 表示。 根据不同的浓度单位，有不同的表达形式：
用摩尔浓度单位：kmol/m3 .s
Vm=±dCi／dt 用分子浓度单位: 1/m3 .s
Vm=±dNi／dt Ni──单位容积中某物质的分子数 用质量浓度单位: kg/m3 .s
负荷qv可以表示燃烧速度的大小,qv(KJ/m3.s)是在单
位时间单位体积内烧掉些燃料所释放出来的热量。 这是燃烧化学反应速度的表示方法，下面简单介绍 一下影响化学反应速度的因素：
5
二 影响反应速度的因素 (1)浓度影响: 浓度增大，分子碰撞次数增加，反应速率增大。 质量作用定律: Vm=k·Cin n──反应级数,根据实验测定,它能直接反映出Vm与C 的具体关系,而且对进一步研究反应机理也有用处。 具体测定方法属于《物理化学》的内容。 k──反应常数 , 由实验测出：它反映了燃料燃烧能力 的大小，如k(炔) > k(烯) > k(烷) 炔烃燃烧能力最大,烯烃次之,烷烃最弱。
化学动力学在燃烧理论中占有重要的地位，尤 其是燃烧反应速度已成为衡量燃烧过程特性的一个 主要参数，由于物理化学是一门复杂的学科，我仅 在这里粗略地介绍一个与燃烧现象有关的一些概念 和知识。其它内容主要靠自学。
2
第一节 化学反应速度
燃气燃烧反应动力学
１、强制点火温度比自 动着火点温度要高。 ２、点火成功时，灼热 固体颗粒表面的温度梯 度dT/dx>=0。
Q1 f A W H
Q2 A (Tf T0 )
Q1 Q2
f
f
(Tf T0 ) WH
1 2
二、热球或热棒点火
点燃条件：
4πr 2HW 4πr 2 即 Tw T0 Tw T0
不同情况讨论： ① 0， 即f g
这时有
若 ， 则 e 0 fW 0 W const.
dCa ＝0，C a 0 W0 Ca W0 ② 0， 则 d 这时有 W fW 0
③ 0，即f g fW0 fW0 i 这时有 W (e 1) W e
一、支链着火 一、支链反应速度与压力、温度的关系
压力下限与可燃混合物的组成（惰性气体、杂质）及 容器形状有关，与温度关系不大； 压力上限对惰性气体、杂质敏感，与温度关系很大， 与容器形状无关。
二、支链着火机理
假设：反应在等温下进行。 活化中心的产生速度：
dCa dC f g W0 fC a gC a 令 a W0 C a d d
式中，Ca，活化中心的浓度；W0，分子活化产生活 化中心的速度；f，由支链反应使活化中心增加的速度 系数；g，活化中心销毁的速度系数。
当 0时, Ca 0， 解 得 Ca W0
(e 1)
反应物生成的速度 链 反 应 的 速 度 ， 故 W fC a
fW0 (e 1)
P
1 2
rmin
3R 2T02 E a ck c P 2 y 2 e RTm 0 P
Q1 f A W H
Q2 A (Tf T0 )
Q1 Q2
f
f
(Tf T0 ) WH
1 2
二、热球或热棒点火
点燃条件：
4πr 2HW 4πr 2 即 Tw T0 Tw T0
不同情况讨论： ① 0， 即f g
这时有
若 ， 则 e 0 fW 0 W const.
dCa ＝0，C a 0 W0 Ca W0 ② 0， 则 d 这时有 W fW 0
③ 0，即f g fW0 fW0 i 这时有 W (e 1) W e
一、支链着火 一、支链反应速度与压力、温度的关系
压力下限与可燃混合物的组成（惰性气体、杂质）及 容器形状有关，与温度关系不大； 压力上限对惰性气体、杂质敏感，与温度关系很大， 与容器形状无关。
二、支链着火机理
假设：反应在等温下进行。 活化中心的产生速度：
dCa dC f g W0 fC a gC a 令 a W0 C a d d
式中，Ca，活化中心的浓度；W0，分子活化产生活 化中心的速度；f，由支链反应使活化中心增加的速度 系数；g，活化中心销毁的速度系数。
当 0时, Ca 0， 解 得 Ca W0
(e 1)
反应物生成的速度 链 反 应 的 速 度 ， 故 W fC a
fW0 (e 1)
P
1 2
rmin
3R 2T02 E a ck c P 2 y 2 e RTm 0 P
《燃气燃烧第八章》PPT课件
•
二 燃烧器的头部
• 1 燃烧器头部的形式
• 燃烧器头部的作用是将燃气一空气混合物均匀 地分布到各火孔上，并进行稳定和完全燃烧。为此 要求头部各点混合气体的压力相等，要求二次空气 能均匀地畅通到每个火孔上。此外，头部容积不宜 过大，否则灭火噪声很大。根据用途不同，大气式 燃烧器头部可做成多火孔头部和单火孔头部两种。
完全预混式燃烧器的构造及工作原理 完全预混式燃烧器由混合装置及头部两部分 组成。
根据燃烧器头部结构的不同，完全预混式 然烧器可为分三种： 1. 有火道头部结构； 2. 无火道头部结构； 3. 用金属网或陶瓷板稳焰器做成的头部结构。
• 图8-7 板式完全预混燃烧器 • 1—引射器；2—钢管；3—气流分配室；4—
计算：
•
F"=（55000~75000）Q
• 式中 F"—二次空气口的截面积，mm2。
•
• 7、火焰高度计算
• 火焰内锥与冷表面接触时，由于焰面温度突然
下降，燃烧反应中断，便会形成不完全燃烧，烟气 中将出现烟炱和一氧化碳。这对于民用燃具是不允
许的。在设计燃烧器头部时，计算火焰高度是很重
要的。
• 内焰高度
•
• 式中 F1—燃烧器参数。
•
h—引射器出口的静压力，Pa；
•
F—无因次面积，为喉部面积Ft和喷嘴出口面积Fj
的比，即F=Ft/Fj，它是引射器计算的基本参数；
•
μ—质量引射系数，μ=ma/mg为燃气与引射空气的
质量流量之比；
•
μs—容积引射系数，s为燃气相对密度，μs=La/Lg，
La、Lg分别为空气与燃气的耗量；
• 民用燃具大多数便用多火孔头部。如图7-10所 示为铸铁锅炉上使用的典型大气式燃烧器。
燃气工程燃气燃烧基本理论PPT课件
第一节 燃气的燃烧计算
一、燃烧及燃烧反应计量方程式 二、燃气热值的确定 三、燃烧所需空气量 四、完全燃烧产物的计算
第1页/共161页
一、燃烧及燃烧反应计量方程式
• 对于气体燃料来说，燃烧是指气体中的可燃成分在一定条件下与氧发生剧烈的氧化作用，并产生大量的热 和光的物理化学反应过程。
• 燃烧反应计量方程式是进行燃烧计算的依据。它可以表示出燃烧反应前后，燃气中的各种可燃物质与其燃 烧产物之间的量值比例关系。
第40页/共161页
例题8-1
第41页/共161页
第二节 燃气燃烧过程
一、燃气燃烧反应机理 二、燃气的着火与点火 三、燃气燃烧的火焰传播 四、燃烧过程的强化
第42页/共161页
一、燃气燃烧反应机理
• 古典化学动力学是从分子的观点出发．用化学反应方程式来研 究化学反应的。物质能量在分子间的分布总是不均匀的，总存 在一些不稳定的分子。参与反应的物质中的这些不稳定分子在 碰撞过程中不断率先变成化学上很活跃的质点——活化中心， 这些活化中心大多是不稳定的自由原子和游离基。活化中心与 稳定分子相互作用的活化能是不大的，从而使化学反应避开了 高能的障碍。因此，通过活化中心来进行反应，比原来的反应 物直接反应容易得多。
剩空气。 • 过剩空气的存在增加了燃气分子与空气分子接触的机会，也增加了其相互作用的机会，从而促使其燃烧完
全。
第10页/共161页
过剩空气系数
• 实际供给的空气量V与形论空气需要量V0之比称为过剩空气系数α，即
•通常α>1。实际中，α的取值取决于所采用的燃烧方法及燃烧设备的运行状况。 在工业设备中, α一般控制在1.05～1.20；在民用燃具中，α一般控制在1.3～1.8。
第12页/共161页
一、燃烧及燃烧反应计量方程式 二、燃气热值的确定 三、燃烧所需空气量 四、完全燃烧产物的计算
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一、燃烧及燃烧反应计量方程式
• 对于气体燃料来说，燃烧是指气体中的可燃成分在一定条件下与氧发生剧烈的氧化作用，并产生大量的热 和光的物理化学反应过程。
• 燃烧反应计量方程式是进行燃烧计算的依据。它可以表示出燃烧反应前后，燃气中的各种可燃物质与其燃 烧产物之间的量值比例关系。
第40页/共161页
例题8-1
第41页/共161页
第二节 燃气燃烧过程
一、燃气燃烧反应机理 二、燃气的着火与点火 三、燃气燃烧的火焰传播 四、燃烧过程的强化
第42页/共161页
一、燃气燃烧反应机理
• 古典化学动力学是从分子的观点出发．用化学反应方程式来研 究化学反应的。物质能量在分子间的分布总是不均匀的，总存 在一些不稳定的分子。参与反应的物质中的这些不稳定分子在 碰撞过程中不断率先变成化学上很活跃的质点——活化中心， 这些活化中心大多是不稳定的自由原子和游离基。活化中心与 稳定分子相互作用的活化能是不大的，从而使化学反应避开了 高能的障碍。因此，通过活化中心来进行反应，比原来的反应 物直接反应容易得多。
剩空气。 • 过剩空气的存在增加了燃气分子与空气分子接触的机会，也增加了其相互作用的机会，从而促使其燃烧完
全。
第10页/共161页
过剩空气系数
• 实际供给的空气量V与形论空气需要量V0之比称为过剩空气系数α，即
•通常α>1。实际中，α的取值取决于所采用的燃烧方法及燃烧设备的运行状况。 在工业设备中, α一般控制在1.05～1.20；在民用燃具中，α一般控制在1.3～1.8。
第12页/共161页
2.燃气燃烧的基本原理
通过活化中心与稳定分子的反应，又会不断形成新的中 间活性产物，就象链锁一样，一环扣一环地相继发展， 使反应一直继续下去，直到反应物消耗殆尽或通过外加 因素使链环中断。 燃烧反应过程中，每一链环都有两个或更多个活化中心 可以引出新链环，链形分枝，使反应速度急剧增长，这 种链反应称为支链反应。 一旦着火，燃烧反应即具有不断分枝、自动加速的特性。
燃烧反应的过程都很复杂，人们只对最简单的氢和氧的 反应机理较为清楚。
2 H 2 + O2 = 2 H 2 O
按照分子热活化理论，要使三个稳定的分子同时碰撞并 发生反应的可能性是很小的。 实验表明，在氢和氧的混合气体中，存在一些不稳定的 分子，它们在碰撞过程中不断变成化学上很活跃的自由 原子和游离基—活化中心（H、O、OH 基） 。通过活化中心 进行反应，比原来的反应物直接反应容易很多。
除了在一定条件下会自发进行的自燃着火外，在实际工 程中更广泛采用的是用强制点火的方法引燃可燃气体混 合物。常见的点火源有电火花、小火焰及电热线圈等。 若要点火能够成功， 首先应使局部的可燃气体着火燃烧， 形成初始的火焰中心，然后还要保证初始火焰中心能向 其它未燃区传播开去。 下面以电火花点火为例说明点火成功所必需的条件。
最初的活化中心可能是按下列方式得到的：
H 2 + O2 → 2OH
(1-25) (1-26) (1-27)
H2 + M → H + H + M
O2 + O2 → O3 + O
式中
M
—与不稳定分子碰撞的任一稳定分子。
活化中心与稳定分子相互作用的活化能是不大的， 故在系统 中可发生以下反应：
H + O2 → O + OH
《燃气燃烧第十章》PPT课件
–
rin—燃气中N2和CO2的容积成分；
–
r（O2）—燃气中氧的容积成分。
• 用s燃气去置换a燃气时，把用以上公式计算的结 果，与表10-2比较，只有当IL、IF、IY三个指数同 时符合所规定的范围时，才能置换。
•
四、 德尔布判定法
• 大量试验表明，当不同燃气在同一燃烧器上燃烧时，离 焰、回火和CO三条曲线主要取决于与内焰高度有关的因素， 而黄焰曲线则与内焰高度无关。因此可以用一个参数来表示 离焰、回火和CO互换特性，而用另一个参数来表示黄焰互 换特性。
•
• • 美国燃气协会(A.G.A)对热值大于32000kJ/m3的燃气
的互换性进行了系统研究,用各种试验燃烧器试验燃烧性 能,得出离焰、回火、黄焰三个互换指数来判别互换后火 焰的稳定性。以后的试验表明，这些互换指数对热值低 于32000kJ/m3的燃气也有一定的适用性。
L
式中 Ka、Ks—基准气和置换气的离焰极限常数，可 由各单一气体的离焰常数F（见表10-1）按加和性求 得。
• 3、黄焰互换指数IY
• 后称为该燃热黄气负焰互荷互换下换后的指某黄数热I焰负Y：极荷限下一的次一空次气空系气系数а数sаy′S′之与比互，换
– 式中 аay′、аsy′—基准气和置换气的黄焰极限一次空 气系数；
–
Ti—各单一气体为消除黄焰而需的最小空气量，见表
10-1；
–
V0—燃气的理论空气需要量；
•
第二节 燃气互换性的判定
• 燃气互换问题的提出是与燃气事业的发展相联系的。随着气 源种类的进一步增多，燃气组分更为复杂，各国相继系统地开 展了对燃气互换性的研究，根据燃气燃烧特性来确定互换性判 定指数。两种燃气是否可以互换，最基本的方法是通过实验手 段来确定。燃气互换性试验一般都在特制的控制燃烧器上进行。
燃气燃烧与应用PPT课件
丙烷的低热值：
H l2 2 0 2 4 .3 5 6 4 2 2 1 491468K J/N m 3
燃气热值的计算
• 例题2 乙烯的低热值为59482KJ/Nm3，8mol乙烯完
全燃烧放出的热量为4_7_5_8_5_6____KJ。
• 例题3 CO的低热值为12644KJ/Nm3，要获得151728KJ
__1_8___ mol，CO2 __1_5___ mol。 • 某混合燃气中含有C2H2、C3H6、C3H8、C4H10各
5mol，该气体完全燃烧需O2 _9_2_._5_ mol，生成 H26O5 ______ mol，C6O02 ______ mol。
燃气热值的计算
• 热值：1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量。 • 单位：千焦每标准立方米，KJ/Nm3（或KJ/Kg） • 高热值(Hh)：1Nm3燃气完全燃烧后其烟气被冷却
燃气的热值
燃烧反应计量方程式：表示各种单一可燃气体 燃烧反应前后物质的变化情况以及反应前后物质 间的体积和重量的比例关系。
C H 4 + 2 O 2 = C O 2 + 2 H 2 O + Δ H
物质的量比：1 : 2 : 1 : 2
与化学方程式相同吗？
其他常见的单一可燃气体与氧完全燃烧的反 应计量式列于附录2。
CmHn的燃烧反应通式 C m H n (m n 4 )O 2 m C O 2 + n 2 H 2 O H
例题：请写出C7H16、C10H22的燃烧反应方程式。 C7H16：m=7,n=16
C 7 H 1 6 1 1 O 2 7 C O 2 8 H 2 O
C10H22：m=10,n=22
• 例题1
由乙烷和丙烷的热效应计算各自的近似热值。
燃气燃烧反应动力学ppt课件
……
链的传递
4) 2Cl+M→Cl2+M
链的终止
完整版PPT课件
8
支链反应举例：2H2+O2=2H2O
链的开始：最初的活化中心可能按下列方式得到
H2+O2→ 2OH H2+M→ 2H+M O2+O2→ O3+O 链的传递：
链的终止：
H+O2→ O+OH O+H2→ H+OH OH+H2→ H+H2O
情况二：温度不变情况下，改变容的体积为V2，对应 的压力为p2，则反应速度为
W2(d dC )2kC 2nk(V N 2)n
W 1 (V 2)n p V c o. nW s1 t (p 1)n W p n
W 2 V 1
W 2 p 2
完整版PPT课件
3
三、温度对反应速度的影响
Arrhenius 方程：
完整版PPT课件
14
二、热力着火
1、热力着火机理
设容器体积V，壁面面积F，壁面温度T0，反应物的
温度T，反应物的浓度CA、CB，那么 单位时间内容器中化学反应产生的热量为
Q1WHk V 0eR ET aCA aCB bHV
令 A k 0 C A aC B bH， VQ 则 1AR E T e a
单位时间内混合物通过容器向外的散热为
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11
二、支链着火机理
假设：反应在等温下进行。 活化中心的产生速度：
d d C a W 0 fa C ga C 令 f g d d C a W 0C a
式中，Ca，活化中心的浓度；W0，分子活化产生活 化中心的速度；f，由支链反应使活化中心增加的速度
链的传递
4) 2Cl+M→Cl2+M
链的终止
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8
支链反应举例：2H2+O2=2H2O
链的开始：最初的活化中心可能按下列方式得到
H2+O2→ 2OH H2+M→ 2H+M O2+O2→ O3+O 链的传递：
链的终止：
H+O2→ O+OH O+H2→ H+OH OH+H2→ H+H2O
情况二：温度不变情况下，改变容的体积为V2，对应 的压力为p2，则反应速度为
W2(d dC )2kC 2nk(V N 2)n
W 1 (V 2)n p V c o. nW s1 t (p 1)n W p n
W 2 V 1
W 2 p 2
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三、温度对反应速度的影响
Arrhenius 方程：
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二、热力着火
1、热力着火机理
设容器体积V，壁面面积F，壁面温度T0，反应物的
温度T，反应物的浓度CA、CB，那么 单位时间内容器中化学反应产生的热量为
Q1WHk V 0eR ET aCA aCB bHV
令 A k 0 C A aC B bH， VQ 则 1AR E T e a
单位时间内混合物通过容器向外的散热为
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二、支链着火机理
假设：反应在等温下进行。 活化中心的产生速度：
d d C a W 0 fa C ga C 令 f g d d C a W 0C a
式中，Ca，活化中心的浓度；W0，分子活化产生活 化中心的速度；f，由支链反应使活化中心增加的速度
燃气的燃烧计算ppt课件
常将CO含量视为烟气中的不完全燃烧产物量。 燃气中干燃气的容积成分： H2+CO+ΣCmHn+H2S+O2+CO2+N2=100 燃烧后得到的干烟气的容积成
烟气中的 和 可以通过烟气分析测得。要求 出 ，必须先求出 。
25
式中：0.5CO'，由于CO未燃尽而少耗的氧量。
26
式中：
27
三、完全燃烧基本方程式
所以 高热值Hh －低热值Hl ＝水蒸气的汽化潜热r
10
r=1959kJ/Nm3 水蒸气v=21.629m3/kmol 水蒸气M=18.0154kg/kmol ∴ r=2352kJ/kg
思考： 热值的两个单位kJ/Nm3和kJ/kmol之间如何进行转换？
11
2、干燃气（混合气体）的热值
H=∑Hiri Hi：燃气中某一可燃组分的热值，kJ/Nm3； ri：燃气中某一可燃组分的容积百分比。
3、燃气的组分表示
方法一：用某一组分所占燃气的容积百分比表示。 ∑riw =1
12
方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。 含湿量dg单位：kg/Nm3干燃气
例： 某一燃气的组分CH4W75%，若该燃气的含湿量12.5g/Nm3， 求CH4在干燃气中的容积成分。
13
3、燃气热值之间的关系 ①
（二）燃烧所需的理论空气量
（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时)
a)理论烟气量(=1)
39
b)实际烟气量(α=1.2)
40
（四）燃料特性系数
41
②
①
③
④
②
14
③ ④ 思考：
①
③
④
②
烟气中的 和 可以通过烟气分析测得。要求 出 ，必须先求出 。
25
式中：0.5CO'，由于CO未燃尽而少耗的氧量。
26
式中：
27
三、完全燃烧基本方程式
所以 高热值Hh －低热值Hl ＝水蒸气的汽化潜热r
10
r=1959kJ/Nm3 水蒸气v=21.629m3/kmol 水蒸气M=18.0154kg/kmol ∴ r=2352kJ/kg
思考： 热值的两个单位kJ/Nm3和kJ/kmol之间如何进行转换？
11
2、干燃气（混合气体）的热值
H=∑Hiri Hi：燃气中某一可燃组分的热值，kJ/Nm3； ri：燃气中某一可燃组分的容积百分比。
3、燃气的组分表示
方法一：用某一组分所占燃气的容积百分比表示。 ∑riw =1
12
方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。 含湿量dg单位：kg/Nm3干燃气
例： 某一燃气的组分CH4W75%，若该燃气的含湿量12.5g/Nm3， 求CH4在干燃气中的容积成分。
13
3、燃气热值之间的关系 ①
（二）燃烧所需的理论空气量
（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时)
a)理论烟气量(=1)
39
b)实际烟气量(α=1.2)
40
（四）燃料特性系数
41
②
①
③
④
②
14
③ ④ 思考：
①
③
④
②
燃气燃烧第二章
点火热源可以是：灼热固体颗粒、电热线 圈、电火花、小火焰等。
•
原理
介质的热流也较小。当颗粒温度升高到临 界值Tis时，表面传向介质的热流等于零。临界 温度值Tis就是强制点火的点火温度。
点火成功时，在灼热颗粒表面形成一火焰 层，厚度为δ f。
•
• •
δ
f
2= λ
（Tf-T0）/（H·W）
式(2-14)
•
•
设有一无限长的扁平点火火焰，放入充 满可燃混合物的容器中， 一种情况，扁平火焰的厚度小于临界尺 寸，温度场不断衰减，使点火火焰熄灭； 第二种情况，火焰厚度大于临界尺寸， 混合物的放热反应能够扭转温度场衰减的趋 势，使火焰传播。
临界火焰厚度公式为：
rc≈[λ (Tf-T0)/(H*W)]1/2
•
不稳定的氧化反应过程
若氧化反应过程生成的热量大于散失的 热量，或活化中心浓度增加的数量大于补偿 其销毁的数量，这个过程称为不稳定的氧化 反应过程。
着火的定义
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。
•
在一定条件下，由于活化中心浓度迅速增加而 引起反应加速从而使反应由稳定的氧化反应转变为 不稳定的氧化反应的过程，称为支链着火。
• • • • •
可燃混合物的着火条件为：
R---通用气体常数 E---活化能 可燃混合物只需从T0加热，温度上升Δ T 就能着火。
第四节
燃气的点火
·点火的定义 ·热球或热棒点火 ·小火焰点火 ·电火花点火
点火的定义
当一微小热源放入可燃混合物中时，贴近热 源周围的一层混合物被迅速加热，并开始燃烧产 生火焰，然后向系统其余冷的部分传播，使可燃 混合物逐步着火燃烧。这种现象称为点火。
燃气课件-第二章
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d. 电火花点火的阶段性
用电火花点火，从点燃到燃烬可分为两个阶段: ① 电火花使局部着火，并形成初始火焰中心； 初始火焰中心取决于电极间隙混合物中的燃气浓 度、压力、初始温度、流动状态、混合物性质及电火 花提供的能量等。 混合物压力高，温度高，活化能小，容易形成初 始火焰中心。
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链化学反应是通过链反应方式进行的，即反应一旦开始，便 能相继产生一系列的连续反应，使反应不断发展，直到反应 物消耗殆尽。 链反应过程中，由于不稳定分子的存在，(如H2，O2)，使其 在碰撞过程中不断变成化学性质活跃的自由原子和游离基(如 O，H，OH)，这些自由原子和游离基称为活化中心或链载 体。 例如： H2+O2→H2O （总反应式） H2→H+H H+O2→OH+O OH+H2→H2O+H O+H2→OH+H
E RT
k1和k2或相等或只是相差一个系数。
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3. 炉膛容积热强度: 单位时间内，在单位体积中燃烧掉的燃 料所释放出的热量。用qV表示。
qV
BH l V
B:单位时间耗气量，m3/h
燃烧技术中qV 常用表征燃烧反应速度。
4. 影响反应速度的因素 浓度，温度，压力，活化能，催化剂 ● 反应物浓度高，反应速度快； ● 反应速度与压力的n次方成正比，(即W∝Pn),对于一级反 应,化学反应速度与压力成正比。 a A +b B =c C +d D n= a + b n为反应总级数 ● 温度越高,反应速度越快,二者成指数关系变化, W∝ef(t)。 一般温度每增加10℃，反应速度增加2～4倍
第2章 燃气燃烧反应动力学
29
二、热力着火
1.热力着火的概念
在一定条件下(压力、容器形状、尺寸）, 参与反应的可燃气体混合物的温度迅速增加， 使反应由稳定的氧化反应过程转变为不稳定的 氧化反应过程而引起自燃的瞬间，称为热力着 火。
2015/10/14
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链着火的条件
ϕ =0
2015/10/14
30
2.热力着火的条件
CA
V,T,
2015/10/14
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2015/10/14
链着火的条件
τ
28
7
（1） ϕ > 0 时：反应自动加速，能自燃（链着
火）；
（2） ϕ < 0 时：反应趋于一个极限值，反应速
度极其缓慢，进行稳定的氧化反应，不能着火；
（3） ϕ = 0 时：这一工况参数合乎稳定工况和
不稳定工况的边界状态。
2015/10/14
Nu 2λ(Tis
H ⋅ k0 f
) − T0
E
e RTis
( )c
结论: 1.金属球直径 d 增大时，Tis要变低，即易 点燃；
2.当流过金属球的气流速度增大（即α增 大）时，Tis要增大，即难点燃。
2015/10/14
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点燃的临界条件为:
Q1 = Q2
δ 2 = λ(Tis − T0 )（点燃的临界判别式）
2015/10/14
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3.支链着火与压力、温度的关系 着火半岛
2015/10/14
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注意：活化中心的生成与消亡是并存的。活化中 心消亡的速度与活化中心本身浓度成正比。
下面分析活化中心浓度在单位时间内的变化情况：
假设：W0--为外界能量的作用（分子热运动）而生 成的初始活化中心浓度；（与活化中心浓度无关）
燃气课件-第五章
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② 火焰焰面为圆锥形，焰面以内为燃气，焰面以外为空气，
焰面处α=1，燃烧产物浓度最大。
③ 火焰长度与气流速度成正比，对同一种燃气和同一燃烧 器，气流速度越大，火焰越长。 ④ 燃气流量一定时，火焰长度与气流速度无关，仅与气体 的扩散系数成反比。扩散系数越大，火焰越短。(扩散系数
当压力升高时,由于碳粒增多,光焰区伸长,使火焰高度突然增加好几倍。
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2. 原因
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① 燃气中的H2、CO稳定性好，高温下不会发生分解反应。
② CmHn热稳定性差，而且分子量越大的CmHn热稳定性越差。
③ CmHn在高温下发生脱氢过程和碳原子的积聚过程，生成一定 数量的固体碳粒，碳粒燃烧时呈明亮的淡黄色光焰。 ④ 如果碳粒来不及燃尽，被燃烧产物带走，就形成煤烟。在高 温火焰区，固体碳粒的燃烧在扩散区进行(因为氧的扩散主要是分 子扩散)。通常碳粒来不及在高温区烧完，随气流流入火焰尾部低 温区,燃烧由扩散区转为动力区(温度低造成)，此后，碳粒的燃烧 可能完全中断，未燃尽的碳粒冷却后便形成碳黑，沉积在加热表 面或管壁上。
◆研究表明(国际火焰研究基金会)，燃料中的碳:氢重量比 (R=C/H)增加，火焰辐射率呈直线增加。所以燃气中添加液 体燃料，可提高火焰辐射能力。液体燃料种类对火焰辐射有 很大影响。
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六、小结 扩散式燃烧容易产生煤烟，燃烧温度也相当 低，污染受热面和环境，热强度不能满足生 产需要。
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层流燃烧方式只适用于小型设备，大型设备必须采 用紊流燃烧方式。 ◆ 特点:
① 火焰明显缩短，顶部较圆。
② 焰面皱曲，火焰厚度增加，火焰总表面积↑。 ③ 紊流尺度大时，火焰面扰动强烈,焰面变为由许多 燃烧中心所组成的一个燃烧层。燃烧层厚度取决于质点燃尽 所需时间。
ch2 燃气燃烧反应动力学
2.1 化学反应速度
三、温度对反应速度的影响： 根据麦克斯韦尔 气体分子运动的速度分布公式，有
2.1 化学反应速度
三、温度对反应速度的影响： 能量分布曲线的函数关系式：
气体各分子间能量分布如图：
2.1 化学反应速度
三、温度对反应速度的影响：
气体各分子间能量分布如图：
上式是一迅速收敛的积分 方程式，略去小项，得：
O2+O2 O3+O
产生活化中心；
所需的活化能是最大的；
H+O2 O+OH E=58000kJ/kmol 2 链传递
O+H2 H+OH E=20000kJ/kmol OH+H2 H2O+H E=33000kJ/kmol
一个活化中心消失， 生成一个或多个活 化中心。
2.2 链反应Chain Reaction
2H+MH2+M H+OH+M H2O+M
3 链终止： 活化中心在气相或在器壁上销毁； (活化中心互相碰撞，能量被带走)
链反应的三步——链引发、链传递、链终止过程时同时存 在的。在相互碰撞中不断产生新的活化中心，同时又不断 的销毁。
CO的链反应
干燥的CO与O2/空气的混合物，加热到700oC，不反应；
看其中的一个链环
H
H+O2
O+H2
OH+H2
H OH+H2
H2O
综合起来，H+O2+3H2 3H+2H2O
H
H2O
一个H原子在链环结束时，生成 了三个H
直链反应：
一个活化中心的 销毁只产生一个 活化中心。
支链反应：
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压力上限对惰性气体、杂质敏感，与温度关系很大， 与容器形状无关。
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二、支链着火机理
假设：反应在等温下进行。 活化中心的产生速度：
d d C a W 0 fa C ga C 令 f g d d C a W 0C a
式中，Ca，活化中心的浓度；W0，分子活化产生活 化中心的速度；f，由支链反应使活化中心增加的速度
Ea
k k0e RT
该方程是一经验公式。也可以从气体反应动力学推 导而来。
设气体的总分子数为N0，则其能量分布关系式为
dN dE
2πN0(RT)2 3eR E TE1 2
式中：E，分子动能，J/mol。设μ摩尔质量，则
E 1 v 2
2
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4
活化能Ea：分子活化而发生化学反应具有的最小能量。
14
二、热力着火
1、热力着火机理
设容器体积V，壁面面积F，壁面温度T0，反应物的
温度T，反应物的浓度CA、CB，那么 单位时间内容器中化学反应产生的热量为
Q1WHk V 0eR ET aCA aCB bHV
令 A k 0 C A aC B bH， VQ 则 1AR E T e a
单位时间内混合物通过容器向外的散热为
能量超过Ea的分子数Na（活化分子数）为
N aE ad d N E d E E a 2 πN 0(R T )2 3eR E TE 1 2d E
令 RT，E
不 断 进 行 分 步 一积 迅分 速得 收到 敛 的 留级 第数 一， 项保 的 结 果 为
Ea
Na N0e RT
E a
W W 0eR T
情况二：温度不变情况下，改变容器的体积为V2，对应
的压力为pW 2，2 则反(d dC 应)速2度k为C 2nk(V N 2)n
W 1 (V 2)n p V c o. nW s1 t (p 1)n W p n
W 2 V 1
W 2 p 2
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3
三、温度对反应速度的影响
Arrhenius 方程：
1) Cl2+M→ 2Cl+M
链的开始
2) Cl+H2→ HCl+H
3) H+Cl2→ HCl+Cl
链的传递
……
4) 2Cl+M→Cl2+M
链的终止
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8
支链反应举例：2H2+O2=2H2O
链的开始：最初的活化中心可能按下列方式得到
H2+O2→ 2OH H2+M→ 2H+M O2+O2→ O3+O 链的传递：
② 生成的热量等于散失的热量。
2、不稳定的氧化反应
① 活化中心浓度增加的数量大于其销毁的数量；
② 生成的热量大于散失的热量。
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。根据起因不同分为支链着火
和热力着火。
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一、支链着火 一、支链反应速度与压力、温度的关系
压力下限与可燃混合物的组成（惰性气体、杂质）及 容器形状有关，与温度关系不大；
系数；g，活化中心销毁的速度系数。
当 0时 ,C a0， 解C 得 aW 0(e1) 反 应 物 生 链 成 反 的 应 速 的 W 度 速 fC a度 f， W 0(e故 1)
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12
不同情况讨论：
① 0，f即 g 若 ， 则 e 0 这 时 有WfW 0co.nst
② 这 0， 时d d 则 C 有 a W W 0 f ＝ W 00 ， Ca 0 CaW 0
W 0k0C n
W0，假定所有分子碰撞均有效时的反应速度。
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5
附：活化能Ea的实验测试
W W 0eR E T a ln W ln W 0E R aT 1
作图lnW-1/T，得到一条直线，用最小二乘法求 出直线的斜率，进而求得活化能Ea。
R8.31J4/4 m Kol
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6
第二节 燃气燃烧反应的机理——链反应
使反应不断进行下去。
3) 链的终止：某一活化中心一旦变为一般分子，
则由原始传递学习物交流引PP发T 的这条链就被中断。
7
链反支 应 直链 链反 反应 应： ：某 每有 产 个 个两 生 链 链个 一 环 环或 个 中 只多 新个 的。 活 活化 化中 中心 心
可以引出新的应 链环的反
直链反应举例：H2+Cl2=2HCl
链反应：由大量反复循环的连串反应组成。
链反应特性：一旦被引发，就会相继发生系列基元
反应，直至反应物消耗殆尽或通过外加
因素使链环中断为止。
链反应由三个步骤组成：
1) 链的开始（或链的引发）：产生自由原子或
自由基（称为活化中心）。
2) 链的传递：活化中心与一般分子反应，在生成
产物的同时，能再生新的活化中心，
１、浓度对化学反应速度的影响
aA bBgG h H
WddC kCA aCBb
n=a+b称为该化学反应的总级数，一般由实验确定，简
单反应的级数常常与反应分子数相同。
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2
二、压力对化学反应速度的影响
情况一：有Nmol气体充满体积为V1的容器，压力为p1， 则反应速度为
W 1(d dC )1kC 1nk(V N 1)n
Q 2F (T T 0 ) B (T T 0 )
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③
0 ， f 即 g 这时有 W fW 0(e 1 ) i W fW 0e
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13
说明：
1、支链反应着火前存在 感应期，感应期的长短取 决于初始的活化中心浓度。
2、压力决定W0和
P，W0 。
PP下 限时 ，0。且 P，。
P下 限 P P上 限时 ， 0。
P P上 限，0。
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第二章 燃气燃烧反应动力学
第一节 化学反应速度及其影响因素 第二节 燃气燃烧反应的机理 第三节 燃气的着火 第四节 燃气的点火
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1
第一节 化学反应速度及其影响因素
一、化学反应速度的表征
化学反应速度：一般用单位时间内单位体积中反应物消 耗的摩尔数来衡量。
W dC
d
二、影响化学反速度的因素——浓度、压力和温度
链的终止：
H+O2→ O+OH
2H+M→ H2+M
O+H2→ H+OH OH&#→ H2O+M
课本上还给出了CO和CH4的燃烧机理。
燃气燃烧反应都是支链反应。
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第三节 燃气的着火
任何可燃气体在一定条件下与氧接触，都要发生氧 化反应。
1、稳定的氧化反应
① 活化中心浓度增加的数量正好补偿其销毁的数量；
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二、支链着火机理
假设：反应在等温下进行。 活化中心的产生速度：
d d C a W 0 fa C ga C 令 f g d d C a W 0C a
式中，Ca，活化中心的浓度；W0，分子活化产生活 化中心的速度；f，由支链反应使活化中心增加的速度
Ea
k k0e RT
该方程是一经验公式。也可以从气体反应动力学推 导而来。
设气体的总分子数为N0，则其能量分布关系式为
dN dE
2πN0(RT)2 3eR E TE1 2
式中：E，分子动能，J/mol。设μ摩尔质量，则
E 1 v 2
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活化能Ea：分子活化而发生化学反应具有的最小能量。
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二、热力着火
1、热力着火机理
设容器体积V，壁面面积F，壁面温度T0，反应物的
温度T，反应物的浓度CA、CB，那么 单位时间内容器中化学反应产生的热量为
Q1WHk V 0eR ET aCA aCB bHV
令 A k 0 C A aC B bH， VQ 则 1AR E T e a
单位时间内混合物通过容器向外的散热为
能量超过Ea的分子数Na（活化分子数）为
N aE ad d N E d E E a 2 πN 0(R T )2 3eR E TE 1 2d E
令 RT，E
不 断 进 行 分 步 一积 迅分 速得 收到 敛 的 留级 第数 一， 项保 的 结 果 为
Ea
Na N0e RT
E a
W W 0eR T
情况二：温度不变情况下，改变容器的体积为V2，对应
的压力为pW 2，2 则反(d dC 应)速2度k为C 2nk(V N 2)n
W 1 (V 2)n p V c o. nW s1 t (p 1)n W p n
W 2 V 1
W 2 p 2
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三、温度对反应速度的影响
Arrhenius 方程：
1) Cl2+M→ 2Cl+M
链的开始
2) Cl+H2→ HCl+H
3) H+Cl2→ HCl+Cl
链的传递
……
4) 2Cl+M→Cl2+M
链的终止
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支链反应举例：2H2+O2=2H2O
链的开始：最初的活化中心可能按下列方式得到
H2+O2→ 2OH H2+M→ 2H+M O2+O2→ O3+O 链的传递：
② 生成的热量等于散失的热量。
2、不稳定的氧化反应
① 活化中心浓度增加的数量大于其销毁的数量；
② 生成的热量大于散失的热量。
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。根据起因不同分为支链着火
和热力着火。
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一、支链着火 一、支链反应速度与压力、温度的关系
压力下限与可燃混合物的组成（惰性气体、杂质）及 容器形状有关，与温度关系不大；
系数；g，活化中心销毁的速度系数。
当 0时 ,C a0， 解C 得 aW 0(e1) 反 应 物 生 链 成 反 的 应 速 的 W 度 速 fC a度 f， W 0(e故 1)
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不同情况讨论：
① 0，f即 g 若 ， 则 e 0 这 时 有WfW 0co.nst
② 这 0， 时d d 则 C 有 a W W 0 f ＝ W 00 ， Ca 0 CaW 0
W 0k0C n
W0，假定所有分子碰撞均有效时的反应速度。
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附：活化能Ea的实验测试
W W 0eR E T a ln W ln W 0E R aT 1
作图lnW-1/T，得到一条直线，用最小二乘法求 出直线的斜率，进而求得活化能Ea。
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第二节 燃气燃烧反应的机理——链反应
使反应不断进行下去。
3) 链的终止：某一活化中心一旦变为一般分子，
则由原始传递学习物交流引PP发T 的这条链就被中断。
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链反支 应 直链 链反 反应 应： ：某 每有 产 个 个两 生 链 链个 一 环 环或 个 中 只多 新个 的。 活 活化 化中 中心 心
可以引出新的应 链环的反
直链反应举例：H2+Cl2=2HCl
链反应：由大量反复循环的连串反应组成。
链反应特性：一旦被引发，就会相继发生系列基元
反应，直至反应物消耗殆尽或通过外加
因素使链环中断为止。
链反应由三个步骤组成：
1) 链的开始（或链的引发）：产生自由原子或
自由基（称为活化中心）。
2) 链的传递：活化中心与一般分子反应，在生成
产物的同时，能再生新的活化中心，
１、浓度对化学反应速度的影响
aA bBgG h H
WddC kCA aCBb
n=a+b称为该化学反应的总级数，一般由实验确定，简
单反应的级数常常与反应分子数相同。
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二、压力对化学反应速度的影响
情况一：有Nmol气体充满体积为V1的容器，压力为p1， 则反应速度为
W 1(d dC )1kC 1nk(V N 1)n
Q 2F (T T 0 ) B (T T 0 )
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0 ， f 即 g 这时有 W fW 0(e 1 ) i W fW 0e
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说明：
1、支链反应着火前存在 感应期，感应期的长短取 决于初始的活化中心浓度。
2、压力决定W0和
P，W0 。
PP下 限时 ，0。且 P，。
P下 限 P P上 限时 ， 0。
P P上 限，0。
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第二章 燃气燃烧反应动力学
第一节 化学反应速度及其影响因素 第二节 燃气燃烧反应的机理 第三节 燃气的着火 第四节 燃气的点火
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第一节 化学反应速度及其影响因素
一、化学反应速度的表征
化学反应速度：一般用单位时间内单位体积中反应物消 耗的摩尔数来衡量。
W dC
d
二、影响化学反速度的因素——浓度、压力和温度
链的终止：
H+O2→ O+OH
2H+M→ H2+M
O+H2→ H+OH OH&#→ H2O+M
课本上还给出了CO和CH4的燃烧机理。
燃气燃烧反应都是支链反应。
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第三节 燃气的着火
任何可燃气体在一定条件下与氧接触，都要发生氧 化反应。
1、稳定的氧化反应
① 活化中心浓度增加的数量正好补偿其销毁的数量；