第四章 燃料与燃烧
第四章 燃烧反应计算
实际燃烧时,由于n 1 ,因此就多了一 部分的空气未参与燃烧反应,这样就在燃烧产 物中增加了氧成分(O2’即VO2),且使得N2’ 含量增加,这时的实际燃烧产物生成量可以写 成:
Vn= Vco2+Vh2o+ VSO2+VN2+VO2
值得注意的是,这里的VN2与Vo中的VN2是不相等 的,要多(Ln-Lo)79% !
燃料与燃烧学
燃烧反应计算
概述
燃烧反应的静力学计算,不涉及速度即动 力学 按燃烧反应式进行物质平衡及热平衡计算
目的
合理利用燃料 选择合理的风机 组织合理的燃烧 为炉子设计和管理提供必要的原始数据
假设条件
反应速度无限快,充分混合、接触,氧化剂允许过 剩,燃烧产物包括反应完成后生产物、剩余物 气体体积均为标准状态下体积(0℃,1kmol: 22.4m3) 空气成分:干成分 O2、N2,其中体积比例为:O2: 21%、N2:79%,重量:O2:23.2%、N2:76.8% 水蒸汽按饱和水蒸气计算 燃烧反应计算知道燃料成分,固、液体燃料为应用 成分,气体燃料为湿成分
79 N 2 LnX 100 + 100
因此
Vn=(CO+H2+ (n
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
+
+(n -0.21)L0+
当n = 1时
0.00124gLn
Vo=(CO+H2+ (n +0.79L0
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
燃料与燃烧
化碳遇氧后,还有旨继续氧化成二氧化碳,又放出238OOKJ/kg热量,从而补足全部热量。
六、液体燃料和气体燃料的燃烧
液体燃料主要指燃油,汹的沸腾温度低于其着火温度。因此,它们总是先蒸发成蒸气,然后才能进行燃烧,即以蒸气状态进行燃烧。
当液体燃料滴经过加热后,在其表面先蒸发产生蒸气,蒸气向四周扩散,和周围的空气混合,进一步被加热着火燃烧。因为燃烧速度快,蒸发速度慢,液体燃料的燃烧快慢取决于其蒸发速度。
3.充裕的时间
燃烧是有一定速度的,因此,燃烧完全需要一定的时间,可燃气体能进行燃烧前时间取决于它们在炉膛内停留的时间,也就是取决于炉膛的容积。为此,必须保证足够的炉膛容积(燃烧空间)。
对于火床燃烧的机械化炉排,煤燃烧时间取决于煤在炉排上停留的时间,为此,要设计合适的炉排结构和面积。尽量设法提前着火,以保证有充裕的燃烧时间。
上述燃烧过程的各个阶段,在实际的燃烧设备中是不能截然分开的,它们常常是互相重叠,交错进行的。
五、煤的燃烧条件
为了使煤的燃烧过程进行得快(单位时间内燃烧得多,放出热量多),未完全燃烧损失少,即迅速而完全的燃烧,必须保证下述三个最基本的条件:
1.较高的温度
温度是燃烧的首要条件。因为燃烧要从着火开始,在着火前的准备阶段中,干燥与干馆过程都要吸收热量。因此要求炉膛具有较高的温度,提供足够的热量。无烟煤挥发分少,着火温度高,需要炉膛具有更高的温度。褐煤,着火温度低,但是往往水分较多,而且劣质褐煤灰分也多,发热量低,燃烧放出热量少,也需要炉膛具有较高温度。其他劣质煤,为了保证着火也需要较高的炉膛温度,如果仅从着火考虑,炉膛温度越高越好。
沪教版初中初三九年级上册第一学期化学(试用本)第四章 燃料及其燃烧 复习课件
3、木炭还原氧化铜的实验
• 【化学方程式】C+2CuO 高温 2Cu+CO2↑ • 反应开始的标志:澄清的石灰水变浑浊。 • 配制混合物时木炭粉应稍过量的目的:防止已经
还原的铜被氧气重新氧化。 • 实验完毕后先熄灭酒精灯的后果:石灰水倒吸入
A 釜底抽薪 隔离可燃物
(釜:指古代炊具,相当于现在的锅;
薪:指木柴)
B 杯水车薪 不能起降温和隔绝空气的作用
(用一杯水去救一车着了火的柴)
你选择的成语是
,其中的
化学原理是
。
二、碳
1、同素异形体
• “碳”和“炭”的区别:“碳”指碳元素,不是具 体指某种物质;而“炭”指具体的、由碳元素组成 的物质。
金刚 石
石墨
化学 式
颜色
形状 硬度 导电性 导热性 润滑性 熔点
用途
C
无色透明
正八面 体
最硬
无
无
划玻璃、切割金属、
无
钻探机钻头、制装
高
饰品等
深灰色、有金属 光泽、不透明
细鳞片 状
最软之 一
优良
良好
良好Βιβλιοθήκη 电极、铅笔芯、润 滑剂等• 金刚石是天然存在的最硬的物质
• C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,这 种足球结构的碳分子很稳定。
• ③二氧化碳不能使紫色石蕊变红,但二氧化碳能使紫色石蕊溶 液变红。
5、二氧化碳-用途
• 灭火(既利用了二氧化碳的物理性质,又利用 了二氧化碳的化学性质)
• 原因:①二氧化碳的密度比空气大;②一般情 况下,二氧化碳既不能燃烧,也不能支持燃烧。
鲁教版《第四章 燃烧与燃料》复习测试卷及答案
2011—2012(第4章,时间:60分钟满分60分)可能用到的相对原子质量:H-l O-16 K-39 Zn-65 Mg-24 Mn-55 Hg-20lCa-40 Al-27 Fe-56 S-32 Na-23 Ca-40 C-12一、选择题(每小题只有一个选项符合题意,20分)1今年4月22日是第41个世界地球日。
今年地球日主题为:“珍惜地球资源、转变发展方式、倡导低碳生活”。
保护地球是我们每个公民应尽的义务和责任,下列举措不符合这一主题的是( )A.某些工业废水处理后可循环使用B.积极开发使用风能、太阳能等新能源,减少化石燃料的使用C.禁止秸秆就地焚烧,提倡用秸秆代替煤作燃料进行火力发电D.为解决“白色污染”问题,应将所有废弃塑料采用焚烧的方法处理2.学习化学的目的并不在于要成为化学家,重要的是善于用化学知识去分析、解决生产生活中的问题。
从化学的角度看,下列说法中正确的是( )A.夜晚发现液化气泄漏立即开灯检查B.水是生命之源C.扑灭电器、图书档案等火灾最适宜的灭火器是液态二氧化碳灭火器D.炒菜时油锅着火,可立即加水灭火3.上海世博提出“世博会场馆只给节能开绿灯”,广州市提出“绿色亚运”。
下列做法不符合“节能减排”的是( )A.拿驾照“换”自行车骑,提倡乘公交车或步行的方式出行B.在生产和生活中提倡使用节能技术和节能用具C.加大煤、石油等化石燃料的开采力度和用量D.上海已建成了世界上第一个二甲醚天然气商用加气站4..2010年5月22日,东营区黄河路一汽车发生自燃(如图)。
当汽车电器、线路、供油系统等发生故障时,不需要外界火源作用,只是本身受空气氧化或夏季炎热的天气,积热不散,达到自燃点就会引起自行燃烧。
根据以上信息,你认为下列叙述或做法不.正确..的是( )A.消防队员用水灭火主要是能迅速降低可燃物的温度B.为了给车辆换装高档音响、改进造型等,随意改装线路C.从燃烧的条件看,汽车发生自燃的主要原因是积热不散达到了可燃物的着火点D.为保障人身安全,车辆一定要配备灭火器5.木炭在耐高温的容器中密封(内含空气)加热,下列各图中,能正确表示容器里所盛的物质总质量变化的是()6.2010年5月起,广州市的液化石油气瓶要统一加贴新标识。
第四章 柴油机的燃料与燃烧过程
蒸发性好的组成成分其发火性差。90%和95%馏出温度标志柴油
中所含重质成分的数量。90%和95%馏出温度高,说明柴油中重
质成分较多,其挥发性较差,在气缸内不易蒸发,与空气混合不
均匀,导致排气冒烟和积炭增加;因此,应对90%和95%馏出温
度有所控制,要求其值较低。一般要求柴油的50%馏出温度应适
宜,90%馏出温度和95%馏出温度应比较低。
2)中、小型柴油机:除依靠喷雾条件的改进, 还必须依靠强烈的涡流运动—分隔式燃烧室;
2. 油膜蒸发混合
1)大部分燃油 燃燒室壁
蒸发
汽化 混合
进气涡流
油膜
压缩涡流
混合气
热分层效应 有效利用空气
2)少部分燃油以油雾形式分散在燃烧室空间, 完成着火准备,形成火源,点燃油膜蒸发混 合形成的可燃混合气。
控制燃烧室的壁温和油量,可抑制燃烧 前期的反应,控制燃烧过程的进展。
20℃,适合于冬季或寒冷地区使用。
第二节 柴油机混合气的形成
化学能 燃烧 热能 膨胀做功 机械能 一、混合气形成的特点
与汽油机相比,柴油机的混合气形成有如下的特点。首先是柴 油机的混合气形成只能在气缸内部进行;其次是混合气形成所占时 间甚短,一般占15°~35°曲轴转角,在0.0007~0.003秒的时间 内燃油经历破碎雾化、吸热、汽化、扩散与空气混合等过程,因而 混合气成分在燃烧室各处很不均匀,而且随着燃油的不断喷入在不 断改变。这就迫使柴油机的过量空气系数远大于汽油机。柴油机的 过量空气系数一般为1.2~1.5,致使气缸工作容积利用率降低。
3)介质反压力 介质的密度增加,反压力增大,作用在油
束上的空气阻力增加,有利于燃料雾化,喷雾 锥角增加,射程缩短。
4)喷油泵凸轮外形及转速
热工基础教案第4章:燃料及燃烧计算
第二部分:热工计算(4-6章)第一次课课题: 4. 燃料及燃烧计算§4.1燃料的通性一、本课的基本要求:1.掌握燃料的化学组成及各种成分之间的相互转换。
2.燃料发热量的计算。
3.标准燃料的概念。
二、本课的重点、难点:1. 重点:燃料的化学组成。
2. 难点::燃料成分之间的相互转换。
三、作业:第4章燃料及燃烧计算1.燃料的定义:凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热,并且此热量能有效地被利用在工业或其他方面的物质称为燃料。
. 所谓有效地利用是指利用这些热源在技术上是可能的在经济上是合理的。
2.对燃料的要求:(1)在当今技术条件下,单位质量(体积)燃料燃烧时所放出的热可以有效地利用。
(2)燃烧生成物是气体状态,燃烧后的热量绝大部分含欲其气体生成物之中,而且可以在放热地点以外利用生成物中所含的热量。
(3)燃烧产物的性质时熔炼(加热)设备不起破坏作用,无毒、无腐蚀作用。
(4)燃烧过程易于控制。
(5)有足够多的蕴藏量,便于开采。
§4.1 燃料的通性一、燃料的化学组成1.固(液)体燃料的化学组成(1)固(液)体燃料的基本组成固液体燃料的基本组成有C、H、O、N、S、W(水分)及A(灰分),其中C、H、S 能燃烧放热构成可燃成分,但S燃烧后生成的而氧化硫为有毒气体。
所以视硫为有害成分;氧和氮的存在相对降低了可燃成分的含量,属于有害物质;水分(W)的存在不仅相对降低了可燃成分含量,而且水分在蒸发时要吸收大量的热,所以视水为有害物质;灰分的存在不仅降低了可燃成分的含量,而且影响燃烧过程的进行,在燃烧过程中易溶结成块,阻碍通讯,造成燃料浪费和增加排灰的困难。
(2)固(液)体燃料的成分分析固(液)体燃料的成分分析方法有元素分析法和工业分析法两种。
元素分析法是确定燃料中C、H、O、N、S的重量百分含量,它不能说明燃料由那些化合物组成及这些化合物的形式。
只能进行燃料的近似评价,但元素分析法的结果是燃料计算的重要原始数据。
《燃料与燃烧》课件
如燃料的颗粒大小、密度、热导 率等,都会影响燃料的燃烧性能 。颗粒越小,比表面积越大,燃 烧越充分。
燃烧环境
氧气浓度
氧气是燃烧反应的必要条件,氧气浓 度越高,燃烧反应越剧烈。
环境温度
环境温度影响燃料的蒸发和热解,进 而影响燃烧反应。温度越高,燃烧反 应越快。
燃烧设备
燃烧器的Байду номын сангаас计
燃烧器的设计,如喷嘴、空气混合装置等,都会影响燃料与空气的混合程度, 从而影响燃烧效果。
废气处理
对燃烧产生的废气进行净化处理,减少对环 境的污染。
废热回收
利用燃烧产生的余热进行发电或供热,提高 能源利用效率。
燃料选择
优先选择清洁能源,减少化石燃料的消耗。
05
燃料燃烧的未来发展
清洁能源的发展
太阳能
利用太阳能进行发电和供热,减少对化石燃料的依赖。
风能
通过风力发电,实现可再生能源的利用。
燃烧室的结构
燃烧室的结构,如容积、形状、出口设计等,都会影响火焰的稳定性、燃烧速 度和燃烧效率。
04
燃料燃烧的产物与污染
燃烧产物的种类
01
02
03
04
燃烧产物
燃烧过程中产生的气体、液体 和固体物质。
燃烧气体
包括二氧化碳、一氧化碳、氮 氧化物、硫氧化物等。
燃烧液体
燃烧过程中产生的油滴、水蒸 气等。
燃烧固体
燃烧过程中产生的灰烬、烟尘 等。
燃烧产物的危害
01
二氧化碳
导致温室效应,引起全球气候变暖 。
氮氧化物
形成酸雨和光化学烟雾,对环境和 人体健康造成危害。
03
02
一氧化碳
燃料与燃烧原理
煤、煤粉气流和气体燃料的着火温度
挥发份大的烟煤,活化能小,反应能力强,着 火温度低,即使周围散热条件较强,也容易稳定 着火; 挥发份很低的无烟煤,活化能大,反应能力低 ,着火温度最高,需要减小周围散热,维持高温 状态,才能稳定着火。 各种煤的着火温度: 各种煤的着火温度:
煤种 无烟煤 烟煤 400~ 400~500 褐煤 250~ 250~450
燃烧理论基础
煤粉气流火焰传播速度的影响因素 煤粉气流的火焰传播速度受多种因素的影响, 其首先决定于燃料中可燃挥发分含量的大小,其次还与 水分、灰分、煤粉细度、煤粉浓度和煤粉气流混合物的 初温及燃烧温度有关。 一般情况下,挥发分大的煤,火焰传播速度快; 灰分大的煤火焰传播速度小;水分增大时,火焰传播速 度降低。 提高煤粉细度时,挥发分析出快,并增加了燃 料的反应面积,火焰传播速度可显著提高。 提高炉膛温度时,火焰面向周围环境的散热减 少,反应速度加快,因而提高了火焰传播速度。 锅炉在高负荷运行时,炉膛环境温度较高,容 易稳定燃烧;锅炉在低负荷运行时,燃烧放热量减少, 冷却散热条件增强,需要加强稳燃措施或增加易燃的液 体或气体燃料,来帮助煤粉气流稳定燃烧,其实质是提 高火焰传播速度。
着火温度℃ 700~ 着火温度℃ 700~800
煤粉气流中煤粉颗粒的着火温度: 煤粉气流中煤粉颗粒的着火温度:煤种无源自煤贫煤烟煤褐煤
着火温度℃ 着火温度℃
1000
900
650~ 650~840
550
燃烧理论基础
反应物浓度的影响 燃烧过程中,参加反应物质的浓度是不变的, 燃烧过程中,参加反应物质的浓度是不变的, 但实际上,在炉内各处.在燃烧反应的各个阶段中, 但实际上,在炉内各处.在燃烧反应的各个阶段中,参 加反应的物质的浓度变化很大。 加反应的物质的浓度变化很大。 在燃料着火区,可燃物浓度比较高, 在燃料着火区,可燃物浓度比较高,而氧浓度 比较低。这主要是为了维持着火区的高温状态, 比较低。这主要是为了维持着火区的高温状态,使燃料 进入炉内后尽快着火。 进入炉内后尽快着火。但着火区如果过分缺氧则着火就 会终止,甚至引起爆炸。 会终止,甚至引起爆炸。因此在着火区控制燃料与空气 的比例达到一个恰到好处的状态, 的比例达到一个恰到好处的状态,是实现燃料尽快着火 和连续着火的重要条件。 和连续着火的重要条件。反应物浓度对燃烧速度的影响 关系比较复杂。 关系比较复杂。
节能基础知识--燃料与燃烧
(四)煤的分类
煤一般可以分为无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、石煤与煤矸石。见表 ! * %。
表!*% 特性 煤种 石 煤 褐 矸 煤 石 煤 !类 无烟煤 "类 #类 贫 煤 !类 烟 煤 "类 #类
注:!+,-. 6 %&!787+9
工业用煤分类表 水分 灰分 (() 1 )# 1 )# 应用基低位热值 ( +,-. / +0) !### 2 ")## !)## 2 ")## "### 2 3)## 4 )### 1 )### 1 )### 1 %)## 1 "5## 2 35## 1 35## 2 %5## 1 %5##
一、燃料知识 (一)燃料的分类
燃料按状态可分成三类:固体燃料、液体燃料和气体燃料。 固体燃料有煤炭、油页岩、木柴和植物燃料(如农作物秸秆) 。其中煤炭应用最为 普遍,在我国目前和今后相当长时间内都是最基本的能源。 液体燃料有石油(原油)及其加工产品等。石油在常压下蒸馏可分别提炼出汽油、 煤油、柴油等高质量燃料。 气体燃料有天然气及人造煤气。天然气多从油田或煤田附近地层逸出,是一种高质 量的燃料。人造煤气种类很多,有石油气、焦炉煤气、高炉煤气、水煤气、发生炉煤气 及城市煤气等。
注:+"#$% 3 *)+(/("4
(三)煤的工业分析
对煤进行工业分析的主要目的是为了判断其燃料特性,从而在锅炉运行中采取相应 的技术措施,调节和控制燃烧过程。煤的工业分析项目有挥发物、固定碳、灰分、水分 和发热量等。 :煤加热到一定温度,首先排放出一些气体,开始着火燃烧,这些 +) 挥发物(5) 气体就是挥发物,如一氧化碳、氢气和各种碳氢化合物等。挥发物析出后就很快着火燃 烧,使煤粒周围形成一层火膜,将煤粒迅速加热到较高的温度,同时挥发物析出后煤粒 中间出现孔隙,增加煤与空气的接触面积。当煤的挥发物含量相当比例时,容易着火, 有利于燃烧;但当煤的挥发物含量过高时,相对减少了固定碳的含量,使煤发热值降 低。一般锅炉用煤的挥发物含量最好在 2,! 以上。 :煤中的挥发物燃烧后,剩下是固定碳和灰分。固定碳在完全燃烧 2) 固定碳( 6) 时和氧化合成二氧化碳,将放出 00.,*"4 & "’((,-,"#$% & "’)热量。 :煤燃烧后,残留下来不能燃烧的固体杂质便是灰分。主要是混入煤 0) 灰分(7) 中的砂石、灰土、氧化铁、氧化钙等,灰分是煤中的有害成分,它含量过大,使煤发热 —
燃烧学—第4章1
h*
hP
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
6
《燃烧学》--第四章
连续方程: (质量平衡)
PuP u m 常数
P 2uP 2 2u 2 m2
PuP 2 u
2
m2
P
m2
动量方程:
2 2 pP PuP pu
1 1 1 c pTP c pT Q pP p 2 P 1 1 1 c p (TP T ) pP p Q 2 P
P
p P p m 2 1 1
马兰特简化分析的基本思想: 若由Ⅱ区导出之热量能使未燃混合气之温度上升至着火温度Ti,则火焰就 能保持温度的传播
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
18
设反应区中温度分布为线性分布
《燃烧学》--第四章
热平衡方程式为 因为:
Gcp Ti T FK
dT Tm Ti dx c
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
2
《燃烧学》--第四章
可燃气体燃烧的形式
氧气
扩散燃烧
燃气
预混燃烧
燃气+ 空(氧)气
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
3
《燃烧学》--第四章
4.1预混气中火焰的传播理论
预混气中火焰的传播分为两种形式
缓燃(正常火焰传播) 爆震(爆轰)
缓燃(正常火焰传播)
中国矿业大学能源学院安全与消防工程系
16
4.2.2火焰焰锋结构
δ(火焰焰锋宽度) o 新 鲜 混 合 气 TC C→C0 SL δP δC a
《燃烧学》--第四章
第四章燃料与燃烧化学
天然气水合物(Natural Gas Hydrate, 简称Gas Hydrate)是分布于深海沉积物或陆 域的永久冻土中,由天然气与水在高压低温条 件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰 一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃 冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
天然气和液化石油气的优点
1)天然气的体积低热值和质量低热值略高于汽油,但 理论混合气热值比汽油低,甲烷含量越高,相差越大,纯甲 烷理论混合热值比汽油低10%左右;液化石油气则介于汽油 和天然气之间。
2)抗爆性能高。天然气的主要成分是甲烷,甲烷的研究 法辛烷值为130,具有高抗爆性能。燃用天然气的专用发动 机应采用的合理压缩比为12,允许压缩比可达15,可采用高 压缩比,从而可大幅度提高发动机的动力性能和经济性能。
量空气系数表示混合气浓度以外,也可用燃烧时空气流量与燃料
流量的比例,即空燃比,或燃料流量与空气流量的比例,即燃空
比来表示。
空燃比
空气流量 燃料流量
燃空比
燃料流量 大气流量
1
过量空气系数与空燃比的应用
应用空燃比直观方便,其数值即为每千克燃料燃烧时实际 供给空气量的千克数。α <14.9为浓混合气, α >14.9的为稀混 合气。
对于柴油机,当转速一定时,进入缸内的空气量基本保持不 变,空燃比的大小取决于供油量的多少(质调节)。化油器式汽 油机是通过化油器喉口的真空度变化控制供油量,所以节气门 的开度同时决定了供气量和供油量(量调节)。对于汽油喷射发 动机,节气门的开度仅是控制进入气缸的空气量,电控单元根 据进入气缸的空气量来调整喷油量。
初中九年级化学 第四单元燃烧与燃料测试题及答案
第四单元 燃烧与燃料一、选择题1.(大庆)常用燃烧法测定有机物的组成。
现取3 .2 g 某有机物在足量的氧气中充分燃烧,生成 了4. 4 g C02和3.6 g H 20,则该有机物中 ( A )A .一定含有C 、H 、O 三种元素B 只含有C 、H 两种元素,不含O 元素C 一定含有C 、H 两种元素,可能含O 元素D 一定含有C 、0两种元素,可能含H 元素(无锡市)下列灭火方法不恰当的是(D )2.(嘉兴)如图,四位同学正在讨论某一个化学方程式表示的意义。
下列四个化学方程式中,同时符合这四位同学所描述的是(C )3.(无锡)有一首赞美某种气体的诗,其中的几句是:“她营造了云雾缭绕的仙景;她驱散了炎炎夏日的暑气;她奋不顾身扑向烈火;她带给大地勃勃生机……。
”这首诗所赞美的气体是( C )A .氧气B .氮气C .二氧化碳D .甲烷4.(苏州)关于一氧化碳燃烧(2CO+O 2 2CO 2)说法正确的是( D )A .反应过程中吸收大量的B .反应前后分子个数不变C .参加反应的一氧化碳和氧气的质量比为2:lD .化学方程式中反应物的化学计量数之比表示为ν (CO):ν (O 2) =2:15.(06四川眉山)10月12日,我国“神舟”六号载人飞船成功发射。
航天飞船是用铝粉与高氯酸铵的混合物的固体燃料,点燃时铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应: 2NH 4ClO 4 = N 2↑+ 4H 2O + X + 2O 2↑,则X 的化学式为( C )A 、HClB 、ClO 2C 、Cl 2D 、HclO6.(06南和)区分02、H 2、C02三种气体的最简便的方法是( D )A .将气体通入澄清石灰水B .将气体通过红热的铜网C .将气体通过灼热的氧化铜D .用燃着的木条伸入集气瓶中7.(韶关)右图是用比例模型来表示物质间发生化学变化的微观示意图。
图中 分别表示两种元素的原子,能用该图示表示的 化学反应是 ( C )8.(06泰州)人吸入空气,排出CO 2等气体。
培训_第四章 燃料与燃烧
具体测定水分、灰分、挥发分的方法见国家标准GB/T 212-2008及GB/T 211-2007
水分M O+N H
C
分A
干燥无灰基(下标daf)
干燥基(下标d) 空气干燥基(下标ad)
收到基(下标ar)
图4-1 煤的组成表示方 法
S灰
例4-1
返回第二节
煤中的氢:
化合氢(与氧结合,不能进行燃烧反应)
CO2 =—————— ×100(%) V0
其他类推。
(2)实际烟气量和烟气组成 ①固体、液体燃料
当α>1时,实际烟气量V(Nm3/kg)为: V=V0+(α-1)V0a
烟气各组成量: VCO2=Car/12×22.4/100 (Nm3/kg)
(NVmH32/O=kg(H) ar/2+Mar/18)×22.4/100 VSO2=Sar/32×22.4/100 (Nm3/kg)
得,如: CO2=V0CO2=V0CO2/V0×100(%)
② 气体燃料 基准:1Nm3气体燃料 理论烟气量为: V0=V0CO2+V0H2O+V0SO2+V0N2
=+[2CHO2S2++CNO2]+/H120+0H+2VO0+O23×C7H94/+2(1m+n/2)CmHn
理论烟气组成: V0CO2
第四章 燃料与燃烧
硅酸盐工业中,能源(热能和电能)费用在成本 中所占比例较大。
第一节 燃料的种类和组成
一、燃料的种类 固体燃料 液体燃料 气体燃料
二、燃料的组成及其换算
(一)固体、液体燃料 元素分析法:碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫
发动机原理课件-第四章 燃料与燃烧
2.着火性能 指标:十六烷值(CN) 十六烷C16H34—十六烷值定为100,易自燃
-甲基萘—十六烷值定为0,不易自燃
二者混合液与柴油的自燃性比较,混合液中十六 烷的体积百分数为柴油的十六烷值。 车用柴油的CN:40~50 3.馏程—评价柴油蒸发性的指标 50% 馏出温度:低,柴油蒸发性好,轻馏分多,有利于 混合气形成和着火,冷起动性能好。 90% 和 95% 馏出温度:高,柴油中重馏分多,燃烧容易 不完全易形成积炭,排气容易冒烟。
着火方式—进入燃烧有两种方法: 点燃—利用点火系向可燃混合气增加能量 自燃—利用自身积累的热量或活化中心着火 ※ 点燃是在局部混合气内进行的,自燃是在全部混合气
内同时发生的。
发动机内的燃烧过程经历三个基本步骤: 1)燃油与空气形成可燃混合气 2)点燃可燃混合气,或可燃混合气发生自燃。 3)火源扩大到整个可燃混合气,形成全面燃烧
增大,这种相互促进,最终导致极快的反应速率而着火。
着火临界温度和着火临界压力:
能保证着火的缸内最 低温度和压力称为着 火临界温度和着火临 界压力。 —着火的必要条件 该曲线称着火临界线 热着火机理着火条件
着火临界线
(二)链式反应着火机理(也称链锁反应或链爆炸 ) 反应自动加速不一定要依靠热量的积累使大量分 子活化,以某种方式(辐射、电离)激发出活化 中 心,通过链锁反应逐渐积累活化中心的方法也能 使 反应自动加速,直至着火。 链锁反应:其中一个活化作用能引起很多基本反 应,即反应链。
Фa =1时为理论混合气; Фa <1时为浓混合气
Фa >1时为稀混合气
空燃比:=空气量/燃料量= ФaL0
**汽油机:Фa=0.8~1.2;柴油机: Фa=1.2~1.6; 增压柴油机: Фa=1.8~2.2
燃料与燃烧过程
燃烧环境对燃料消耗的影响
在高温、高压或特定气氛的燃烧环境中,燃料的消耗速率和效率可能会发生变 化。
燃料与燃烧的相互作用
燃料选择与燃烧装置设计
为了确保最佳的燃烧效果,需要根据燃料的特性来设计和优 化燃烧装置。
燃烧过程对燃料利用的指导
燃烧反应需要足够的温 度和氧气来引发和维持。
燃烧过程中,燃料中的 化学能被转化为热能和 光能。
燃烧反应的速率取决于 温度、压力、反应物的 浓度和化学键的特性。
燃烧的过程
预混合燃烧
动力燃烧
燃料与空气预先混合,然后进入燃烧 室进行燃烧。
燃料与空气在高温高压下快速混合并 进行燃烧。
扩散燃烧
燃料与空气在燃烧过程中混合,适用 于低速燃烧。
一氧化碳
不完全燃烧产生的有毒气体一氧 化碳,会降低血液的载氧能力, 导致人体出现头痛、恶心等症状, 严重时甚至可能导致窒息死亡。
温室气体排放
二氧化碳
燃料燃烧过程中释放的二氧化碳是导致全球气候变暖的主要温室气体之一,加剧 了温室效应,对全球环境和生态系统产生重大影响。
甲烷
燃料中的甲烷在燃烧过程中会释放到大气中,也是一种强效的温室气体,对全球 气候变暖产生影响。
能效提升
提高能源利用效率,减少能源浪费。例如,采用先进的热 力系统和设备、余热回收等技术,提高能源利用效率。
新型燃料的研发
替代燃料的研发
研发新型替代燃料,如生物质燃料、氢能等,以减少对传 统化石燃料的依赖。
燃料添加剂的研发
研发新型燃料添加剂,以提高燃料的燃烧性能和环保性能。 例如,研发能够降低氮氧化物排放的燃料添加剂。
燃料与燃烧过程
液体燃料的燃烧
(b)转杯式机械雾化喷嘴
如图5-38所示,油通过空心轴进入一个高速旋 转(3000~6000转/分)的旋转杯的内壁。在离心力的 作用下,油从旋转杯的四周甩出。由于甩出速度 很高,使油雾化。在旋转杯四周还有一股由一次 风机鼓进的高速气流,同时促进雾化。
(c)蒸汽雾化喷嘴 蒸汽雾化喷嘴可分为纯蒸汽雾化喷嘴和蒸汽机
机械能 动能
航空燃气轮机燃烧室
工作特点:
1、进口气流速度高,组织燃烧困难。 2、燃烧室容积小,且要求在短时间内发出大量的热 3、出口气流温度受到限制 4、要求工作范围宽
航空燃气轮机燃烧室
要求:
1、点火可靠 点火高度:8~9km,补氧后:12~13km
2、燃烧稳定 不熄火 不产生破坏性的振荡燃烧
三、液体的雾化
雾化液体燃料的原因 – 增加液滴进行反应的比表面积,增强与氧气的混合,强化 液体燃料燃烧。 雾化定义 – 靠外界作用将连续的液流破碎成雾状的油液滴群的过程。 雾化过程及机理 – 介质雾化:空气、蒸汽以一定的压力,高速冲击油流,使 其雾化。 – 机械雾化:油流高速旋转,脉动而破裂,同时与介质作用, 加强雾化。
④ 加强后期混合——利于残余的 难燃组分的燃尽
雾化喷嘴 调风器
两种燃烧的火焰类型
雾化燃烧:先雾化,然后在空间中一边 气化,一边燃烧。火焰与气体燃烧的扩 散火焰相似
气化燃烧:先气化,再 燃烧。火焰与气体燃烧 的预混火焰相似
典型液体燃料燃烧装置
航空燃气(涡)轮(发动)机
航空燃气(涡)轮(发动)机
(3)使雾化的液滴尽量细。达到迅速蒸发和扩散混合,避 免高温缺氧区的扩大。
4.2 单个液滴燃烧模型
单个液滴的燃烧模型,假设: 液滴为均匀对称球体; 液滴随风飘动,与空气间无相对
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第3节 燃烧化学
一、燃料燃烧的热值 热值: 每千克燃油完全燃烧所放出的热量[KJ/kg]。 热值: 每千克燃油完全燃烧所放出的热量[KJ/kg]。 完全燃烧所放出的热量[KJ/kg]
C+O →C 2 O 2
1 2H+ O →H2O 2 2
高热值:燃烧生成的水为液态时的热值( 表示)。 高热值:燃烧生成的水为液态时的热值(用H0表示)。 低热值:燃烧生成的水为气态时的热值( 表示)。 低热值:燃烧生成的水为气态时的热值(用Hu表示)。
石油燃料馏分表
一、汽油的使用特性 1、蒸发性: 蒸发性: 强-混合均匀,燃烧完全,起动加速性好,运转平稳; 混合均匀,燃烧完全,起动加速性好,运转平稳; 但易产生气阻,储存运输损失也大; 但易产生气阻,储存运输损失也大; 差-混合气形成不良,起动、加速性差,燃烧不完全, 混合气形成不良,起动、加速性差,燃烧不完全, 附在汽缸壁上的油滴易破坏润滑油膜。 附在汽缸壁上的油滴易破坏润滑油膜。 馏出温度: 馏出温度: 10%: 起动性好;但过低易气阻。 10%:低-起动性好;但过低易气阻。 50%: 50%:低-挥发性好,加速性和平稳性好,暖机时间短。 挥发性好,加速性和平稳性好,暖机时间短。 90%:标志含有难挥发的重质成分。 90%:标志含有难挥发的重质成分。高-则重质成分多,易 则重质成分多, 形成积炭,从而稀释机油。 形成积炭,从而稀释机油。
3)中等负荷:φ=0.95-1.15(1.1为经济经济混合气) 中等负荷:φ=0.95-1.15(1.1为经济经济混合气) 为经济经济混合气 4)大负荷:φ=0.85-0.95(0.9为功率混合气) 大负荷:φ=0.85-0.95(0.9为功率混合气) 为功率混合气
各种烃类(稀烃<6% <6%)。 各种烃类(稀烃<6%)。 三、液化石油气: 液化石油气: 特点: 特点: 1、热值略低于汽油(甲烷越高热值越低); 热值略低于汽油(甲烷越高热值越低); 2、抗暴性好、可加大压缩比(甲烷含量越高抗 抗暴性好、可加大压缩比( 暴性越好); 暴性越好); 3、着火界限宽; 着火界限宽; 4、着火温度高,燃烧速度慢,需要的点火能量 着火温度高,燃烧速度慢, 大; 5、气态易混合,燃烧完全,排放好;与柴油掺 气态易混合,燃烧完全,排放好; 烧时可降低碳烟90%。 烧时可降低碳烟90%。 90%
8 11 O ⇒gCC+ gCO = C 2 2 3 3
对H: H2 + 1O = H2O ⇒g H +8g O = 9g H O 2 H 2 H 2 H 2 2 则每千克燃油完全燃烧时需要供应的氧为: 则每千克燃油完全燃烧时需要供应的氧为:
8gH +8/ 3gC − gO
空气中氧的质量百分比为21%,则实际所需空气量为: 空气中氧的质量百分比为21%,则实际所需空气量为: 21%
2. 低温流动性 浊点:柴油中所含石蜡开始结晶,变混浊的温度。 浊点:柴油中所含石蜡开始结晶,变混浊的温度。 凝点:柴油失去流动性开始凝结的温度。 凝点:柴油失去流动性开始凝结的温度。 我国轻柴油按凝点分10、 我国轻柴油按凝点分10、0、-10、-20、-35号5个牌 10 10、 20、 35号 号(分别对应凝点10°、0°、-10°-20°和-35°)。 分别对应凝点10° 10 10° 20° 35° 流动性对使用性能的影响: 流动性对使用性能的影响: 流动性差(凝点高): 粘度高,供油和雾化不良,起 流动性差(凝点高): 粘度高,供油和雾化不良, 动困难,燃烧不良(冒黑烟)。 动困难,燃烧不良(冒黑烟)。 粘度低,喷油泵、 粘度低,喷油泵、喷油器等精密偶件易 流动性过高: 流动性过高: 漏油,同时会因油膜承载能力差,磨损也加剧。 漏油,同时会因油膜承载能力差,磨损也加剧。
H0 = Hu + Hr
式中: 生成水的汽化汽化潜热。 式中: H r 生成水的汽化汽化潜热。
二、燃料燃烧所需的空气量 理论空气量L 1kg燃油完全燃烧所需的最少空气量。 燃油完全燃烧所需的最少空气量 理论空气量LO :1kg燃油完全燃烧所需的最少空气量。 分别表示每千克燃油中C 的千克数, 用gC、gH、gO分别表示每千克燃油中C、H、O的千克数, 则完全燃烧时有: 则完全燃烧时有: 对C: C+O = CO 2 2
8 ( gH +8/ 3gC − gO / 0.21 )
根据: 根据: 汽油 柴油
gC
0.855 0.870
gH
0.145 0.126
gO
0.0 0.004
可得实际1kg汽油完全燃烧需要的理论空气量为14.9kg, 可得实际1kg汽油完全燃烧需要的理论空气量为14.9kg, 1kg汽油完全燃烧需要的理论空气量为14完全燃烧需要的理论空气量为14.5kg. 柴油完全燃烧需要的理论空气量为14.5kg 三、过量空气系数与空燃比 过量空气系数φ 发动机工作过程中,1kg燃油燃烧时 过量空气系数φ:发动机工作过程中,1kg燃油燃烧时 实际供给的空气量L与理论空气量L 之比。 实际供给的空气量L与理论空气量L0之比。 φ=L/ L0 可见:φ=1时为理论混合气,φ<1时为浓混合气, 可见:φ=1时为理论混合气,φ<1时为浓混合气, 时为理论混合气,φ<1时为浓混合气 φ>1时为稀混合气。 φ>1时为稀混合气。 时为稀混合气
抗暴性:汽油在气缸内燃烧抵抗爆震的能力。 2、 抗暴性:汽油在气缸内燃烧抵抗爆震的能力。 辛烷值: 辛烷值: 正庚烷(辛烷值0 正庚烷(辛烷值0 异辛烷(辛烷值100 异辛烷(辛烷值100 ) 混合液中异辛烷的体积百分数即为辛烷值。 混合液中异辛烷的体积百分数即为辛烷值。 辛烷值测定方法: 辛烷值测定方法: 研究法(RON)和马达法(MON) 研究法(RON)和马达法(MON) 二者之差为汽油的灵敏度, 二者之差为汽油的灵敏度,是衡量抗暴性随着燃烧条 件而变化的尺度。 件而变化的尺度。 我国汽油牌号按研究法辛烷值进行标定: 90#、93#和 我国汽油牌号按研究法辛烷值进行标定:如90#、93#和 97#(其研究法辛烷值分别为90、93和97)。 97#(其研究法辛烷值分别为90、93和97)。 90 以汽油抗暴性比较
二、醇类燃料:甲醇、乙醇。 醇类燃料: 甲醇、乙醇。 优点: 优点: 1、含氧高,燃烧所需空气少,燃烧基本无碳烟; 含氧高,燃烧所需空气少,燃烧基本无碳烟; 2、燃烧速度快,抗爆性好,可采用大压缩比, 燃烧速度快,抗爆性好,可采用大压缩比, 并可用于汽油添加剂,改善其抗爆性; 并可用于汽油添加剂,改善其抗爆性; 3、来源广泛。 来源广泛。 缺点: 缺点: 醇类对许多金属、非金属的腐蚀性强, 1、醇类对许多金属、非金属的腐蚀性强,同时 生成水又多,腐蚀、磨损加重; 生成水又多,腐蚀、磨损加重; 2、热值低、汽化潜热大、高挥发性成份低,凝 热值低、汽化潜热大、高挥发性成份低, 点又低,难起动; 点又低,难起动; 3、自然性差,只能点燃,所需点火能量大。 自然性差,只能点燃,所需点火能量大。
二、柴油的使用特性 1、自燃性: 自燃性: 在无外界火源时,柴油自行着火的能力。 在无外界火源时,柴油自行着火的能力。 十六烷值: 十六烷值: 正十六烷(十六烷值100) 正十六烷(十六烷值100) 100 α-甲基萘(十六烷值0) 甲基萘(十六烷值0 混合液中正十六烷的体积百分数即为十六烷值。 混合液中正十六烷的体积百分数即为十六烷值。 十六烷值过高,柴油喷入后来不及混合便开始着火, 十六烷值过高,柴油喷入后来不及混合便开始着火, 燃烧不完全,冒黑烟; 燃烧不完全,冒黑烟; 十六烷值过低,不仅起动困难, 十六烷值过低,不仅起动困难,而且由于着火落后 期长,工作粗暴。 期长,工作粗暴。 车用柴油的十六烷值通常在40-65范围内。 车用柴油的十六烷值通常在40-65范围内。 40 范围内 以柴油自燃性比较
二、天然气:主要成分甲烷(83%-99%)。 天然气: 主要成分甲烷(83%-99%)。 特点: 特点: 1、密度低,燃烧时耗氧少,功率低(普通燃料 密度低,燃烧时耗氧少,功率低( 的90%); 90%); 2、抗暴性好、可加大压缩比,但自然性差,只 抗暴性好、可加大压缩比,但自然性差, 能点燃; 能点燃; 3、气态易混合,燃烧完全,排放好; 气态易混合,燃烧完全,排放好; 4、含碳量少,CO2排放少,基本无碳烟; 含碳量少,CO2排放少,基本无碳烟; 排放少 5、便于实现稀薄燃烧。 便于实现稀薄燃烧。 天然气发动机: 天然气发动机: 纯天然气和双燃料(汽油、柴油起点燃作用) 纯天然气和双燃料(汽油、柴油起点燃作用)
第2节 代用燃料
一、代用燃料分类
液态:甲醇、乙醇、植物油等。 液态:甲醇、乙醇、植物油等。 物态 气态:天然气、氢气、沼气、液化石油气等。 气态:天然气、氢气、沼气、液化石油气等。 分类 无氧:主要成分是C 无氧:主要成分是C和H,如甲烷、天然气、氢气、液 如甲烷、天然气、氢气、 成分 化石油气等。 化石油气等。 含氧: 含氧:除C和H外,还含有一定的O,如醇类、植物油、 还含有一定的O 如醇类、植物油、 煤气等。 煤气等。
柴油机和汽油机过量空气系数比较: 柴油机和汽油机过量空气系数比较: 1、柴油机: 柴油机: 挥发性差, 挥发性差,缸内喷射雾化混合 需加大燃油与空气接触的机率 过量空气系数>1 过量空气系数>1 多供给空气 组织进气涡流) (组织进气涡流)
一般范围为:1.2-2.1(非增压)/1.5-2.3(增压)。 一般范围为:1.2-2.1(非增压)/1.5-2.3(增压)。 非增压 2、汽油机: 汽油机: 挥发性好, 挥发性好,缸外预混合 1)起动:φ=0.2-0.6 起动:φ=0.2过量空气系数仅与工况有关 2)怠速:φ=0.6-0.8 怠速:φ=0.6-
氧化安定性: 抵抗氧化长久保持性质不变的能力。 3、 氧化安定性: 抵抗氧化长久保持性质不变的能力。 氧化安定性差,易氧化、 氧化安定性差,易氧化、聚 合,生成酸性或胶状物质,加重 生成酸性或胶状物质, 腐蚀、堵塞,积炭, 腐蚀、堵塞,积炭,爆震倾向加 大。 主要影响成分: 不饱和烃。 主要影响成分: 不饱和烃。 实际胶质 诱导期 为改善汽油使用性能(抗爆、抗氧等)。 为改善汽油使用性能(抗爆、抗氧等)。 添加剂: 4、 添加剂: 四乙基铅(TEL) 四乙基铅(TEL) 乙醇 甲基椒丁基醚(MTBE) 甲基椒丁基醚(MTBE) 乙基椒丁基醚(ETBE) 乙基椒丁基醚(ETBE)