燃气燃烧与应用chap4
燃气燃烧与应用-知识点
第一章燃气的燃烧计算燃烧：气体燃料中的可燃成分（H2、 C m H n、CO 、 H2S 等）在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用，并产生大量的热和光的物理化学反应过程称为燃烧。
燃烧必须具备的条件：比例混合、具备一定的能量、具备反应时间热值:1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热值，单位是kJ/Nm3。
对于液化石油气也可用kJ/kg。
高热值是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。
低热值是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。
一般焦炉煤气的低热值大约为16000—17000KJ/m3天然气的低热值是36000—46000 KJ/m3液化石油气的低热值是88000—120000KJ/m3按1KCAL=4.1868KJ 计算：焦炉煤气的低热值约为3800—4060KCal/m3天然气的低热值是8600—11000KCal/m3液化石油气的低热值是21000—286000KCal/m3热值的计算热值可以直接用热量计测定，也可以由各单一气体的热值根据混合法则按下式进行计算：理论空气需要量每立方米(或公斤)燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需的空气量，单位为m3/m3或m3/kg。
它是燃气完全燃烧所需的最小空气量。
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。
工业设备α——1.05-1.20民用燃具α——1.30-1.80α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.烟气量含有1m3干燃气的湿燃气完全燃烧后的产物运行时过剩空气系数的确定计算目的：在控制燃烧过程中，需要检测燃烧过程中的过剩空气系数，防止过剩空气变化而引起的燃烧效率与热效率的降低。
燃气燃烧与应用课程设计
燃气燃烧与应用课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解燃气的性质，掌握燃气燃烧的基本原理；2. 学生能了解燃气的种类及其特点，了解不同燃气在不同领域的应用；3. 学生能掌握燃气表的读数方法，了解燃气费用的计算方式。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并解决实际生活中与燃气相关的问题；2. 学生能正确使用燃气设备，具备一定的安全防范意识；3. 学生能通过小组合作，设计出合理的燃气应用方案。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到燃气在生活中的重要作用，增强环保意识；2. 学生在学习和实践过程中，培养团队合作精神，增强沟通与交流能力；3. 学生通过本课程的学习，养成关注能源、安全、环保等社会问题的习惯。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程属于自然科学领域，结合学生所在年级，注重理论知识与实践应用的结合。
学生在本课程中需要掌握一定的理论知识，并能够将其运用到实际生活中。
教学要求注重培养学生的动手操作能力、问题解决能力和团队合作精神。
二、教学内容1. 燃气的基本性质与种类：讲解燃气的组成、性质，介绍天然气、液化石油气等常见燃气的特点及用途。
2. 燃气燃烧原理：阐述燃气燃烧的过程，分析燃烧所需的氧气量与燃气的化学反应。
3. 燃气表的读数与计算：教授燃气表的读数方法，讲解燃气费用的计算方式，让学生掌握家庭用气量的估算。
4. 燃气应用与安全：介绍燃气在生活中的应用，如燃气热水器、燃气炉等，讲解使用过程中的安全常识和注意事项。
5. 燃气环保与节能：分析燃气燃烧对环境的影响，探讨节能减排的措施，提高学生的环保意识。
教学内容安排与进度：第一课时：燃气的基本性质与种类第二课时：燃气燃烧原理第三课时：燃气表的读数与计算第四课时：燃气应用与安全第五课时：燃气环保与节能教材章节及内容列举：第一章 燃气的基本性质与种类第二章 燃气燃烧原理第三章 燃气表的读数与计算第四章 燃气应用与安全第五章 燃气环保与节能教学内容确保科学性和系统性，注重理论与实践相结合，使学生在掌握知识的同时，提高实际操作能力。
燃气燃烧与应用第四版
燃气燃烧与应用第四版The fourth edition of Gas Combustion and Applications is a comprehensive guide that explores various aspects of combustion processes and their applications. 《燃气燃烧与应用第四版》是一本详尽的指南，探讨了燃烧过程及其应用的各个方面。
One of the key topics covered in the book is the fundamental principles of combustion, including thermodynamics, kinetics, and pollutant formation. 本书涵盖的重要主题之一是燃烧的基本原理，其中包括热力学、动力学和污染物的形成。
The book also delves into the various types of combustion systems, such as gas turbines, industrial furnaces, and internal combustion engines, providing insights into their design, operation, and performance. 该书还深入探讨了各种类型的燃烧系统，如燃气轮机、工业炉和内燃发动机，提供了关于它们设计、运作和性能的见解。
Additionally, Gas Combustion and Applications examines the environmental impact of combustion processes, focusing on methods to minimize pollutants and improve energy efficiency. 此外，《燃气燃烧与应用》探讨了燃烧过程对环境的影响，着重于减少污染物和提高能源效率的方法。
燃气燃烧与应用知识点.doc
第一章 燃气的燃烧计算 根据烟气中 O 2 含量计算过剩空气系数 燃烧：气体燃料中的可燃成分（H 2、 C m H n 、CO 、 H 2S等）在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用，并产生a20.920.92'O大量的热和光的物理化学反应过程称为燃烧。
O 2′--- 烟气样中的氧的容积成分燃烧必须具备的条件：比例混合、具备一定的能量、 （2）根据烟气中 C O 2 含量计算过剩空气系数 具备反应时间3热值:1Nm燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热3值，单位是 kJ/Nm 。
对于液化石油气也可用 kJ/kg 。
aCO 2 m' CO2CO 2m ——当 ＝1 时，干燃烧产物中 C O 2 含量， %；高热值是指 1m 3 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原3 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原C O 2′——实际干燃烧产物中 CO2含量， %。
1.4 个燃烧温度定义及计算公式始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。
热量计温度：一定比例的燃气和空气进入炉内燃烧，3低热值是指 1m燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始 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 温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热 量。
学热量 ( 热值) 。
如果燃烧过程在绝热条件下进行，这 3一般焦炉煤气的低热值大约为 16000—17000KJ/m3天然气的低热值是 36000—46000 KJ/m 3液化石油气的低热值是 88000—120000KJ/m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 按 1KCAL=4.1868KJ 计算： 的物理热，即 t a ＝t g ＝o ，并假设 a ＝1．则所得的烟气3焦炉煤气的低热值约为3800—4060KCal/m3天然气的低热值是 8600—11000KCal/m 3液化石油气的低热值是21000—286000KCal/m温度称为燃烧热量温度。
燃气燃烧与应用课程设计.
燃⽓燃烧与应⽤课程设计.1设计概述该课程设计是某品牌燃⽓灶具的设计与计算，本⼈设计的为天然⽓12T3。
2设计依据2.1原始数据（1）天然⽓的额定⼯作压⼒为2000Pa（2）⼀次空⽓系数α’=0.6（3）燃⽓温度为15℃（4）设计热负荷4Kw（5）天然⽓12T3的相关参数表2-12.2燃⽓基本参数的计算2.2.1热值的计算根据混合法则按下式进⾏计算：H = H1r1 + H2r2 + + H n r n（2-1）式中H ——燃⽓（混合⽓体）的低热值（kJ / Nm3）；H 1 , H 2 ,? ? ?H n ——燃⽓中各可燃组分的低热值（ kJ / Nm 3 ），查表可得； r 1 , r 2 ,? ? ?r n ——燃⽓中各可燃组分的容积分数，（原始数据）；2.2.2燃⽓密度计算根据混合法则按下式进⾏计算：ρ g = ρ1r 1 + ρ 2r 2 + ? ? ? ? ? ? + ρ n r n （2-2）式中ρg ——燃⽓（混合⽓体）的密度 (kg / Nm 3 ) ；ρ1 , ρ2 , ρ3 ——燃⽓中各组分的密度 (kg / Nm 3 ) ，查表可得； r 1 , r 2 ,? ? ?r n ——燃⽓中各可燃组分的容积分数，（原始数据）；2.2.3燃⽓相对密度计算2909.1gs ρ=（2-3）式中s ——燃⽓的相对密度，⽆纲量；ρg ——燃⽓（混合⽓体）的密度 (kg / Nm 3 ) 。
2.2.4理论空⽓需要量的计算当燃⽓组分已知，可按下式计算燃⽓燃烧所需理论空⽓量：2110=V [0.5 H 2 + 0.5CO + ∑ ( m + 4/n)C m H n + 1.5H 2 S ? O 2 ] （2-4）式中V 0 ——理论空⽓需要量 ( Nm 3⼲空⽓ / Nm 3 ⼲燃⽓) ； H 2 , CO, C m H n , H 2 S ——燃⽓中各种可燃组分的容积分数； O 2——燃⽓中氧的容积成分；2.3头部计算2.3.1计算⽕孔总⾯积pp q QF =（2-5）式中F p ——⽕孔总⾯积 (mm 2 ) ； Q ——设计热负荷 (Kw) ； q p ——额定⽕孔强度 Kw / mm 2 。
燃气燃烧与应用知识点
第一章燃气的燃烧计算燃烧：气体燃料中的可燃成分〔H2、 C m H n、CO 、 H2S 等〕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响过程称为燃烧。
燃烧必须具备的条件：比例混合、具备一定的能量、具备反响时间热值:1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热值，单位是kJ/Nm3。
对于液化石油气也可用kJ/kg。
高热值是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。
低热值是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。
一般焦炉煤气的低热值大约为16000—17000KJ/m3天然气的低热值是36000—46000 KJ/m3液化石油气的低热值是88000—120000KJ/m3按1KCAL=4.1868KJ 计算：焦炉煤气的低热值约为3800—4060KCal/m3天然气的低热值是8600—11000KCal/m3液化石油气的低热值是21000—286000KCal/m3热值的计算热值可以直接用热量计测定，也可以由各单一气体的热值根据混合法那么按下式进展计算：理论空气需要量每立方米(或公斤)燃气按燃烧反响计量方程式完全燃烧所需的空气量，单位为m3/m3或m3/kg。
它是燃气完全燃烧所需的最小空气量。
过剩空气系数:实际供应的空气量v与理论空气需要量v0之比称为过剩空气系数。
α值确实定α值的大小取决于燃气燃烧方法及燃烧设备的运行工况。
工业设备α——1.05-1.20民用燃具α——1.30-1.80α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，燃料的化学热不可以充分发挥，热效率降低。
应该保证完全燃烧的条件下α接近于1.烟气量含有1m3干燃气的湿燃气完全燃烧后的产物运行时过剩空气系数确实定计算目的：在控制燃烧过程中，需要检测燃烧过程中的过剩空气系数，防止过剩空气变化而引起的燃烧效率与热效率的降低。
第八章燃气燃烧与应用资料
燃烧产物的计算
完全燃烧产物的计算 燃气燃烧后的产物就是烟气，当只供给理
论空气量时，燃气完全燃烧后产生的烟气 量 N它2称们。为的一理燃些论烧燃烟产料气物中量中含，还有主有一要S定O组2量。分的由为硫于C分在O2，做、则气H2在体O、 分 而 似析 之产时处生，，CO因C2、O此2、SO通S2O的常2的化将含学CO反量2、应经SO式常2也合合有在称许一为多起三相，原 子气体，用符号RO2表示。
热烟气本身，这时烟气所能达到的温度称 为热量计温度tc，
燃气燃烧温度
燃烧热量温度tther 在上述（a）的假设条件下不计燃气和空气
带入的物理热，并假设 1 ，得到的烟气温 度称为燃烧热量温度tther
燃气燃烧温度
实际燃烧温度 实际燃烧温度与理论燃烧温度的差值随工
艺过程和炉窑结构的不同而不同，很难精 确地计算出来
Combustion Theory
1燃气的燃烧计算
确定燃气的热值； 计算燃烧所需的空气量及产生的烟气量； 确定燃烧温度和绘制焓温图。这些参数是
燃气燃烧设备设计、热工管理必要的数据。
Combustion Theory
1．燃烧及燃烧反应计量方程式
n
n
CmHn (m 4)O2 mCO2 2 H2O H
燃气燃烧温度
向周围介质散失的热量Q2； 由于不完全燃烧而损失的热量Q3； 烟气中的CO2和H2O在高温下分解所消耗的
《燃气燃烧与应用》复习纲要
《燃气燃烧与应用》复习纲要《燃气燃烧与应用》复习纲要第一章燃气的燃烧计算1、燃气与空气进行燃烧所必须具备的条件是什么？2、何谓燃气的高热值、低热值？二者的差别？3、何谓燃气的干与湿？高燃气与湿燃气的高、低热值如何换算？4、理论空气量/实际空气量？理论烟气量？实际烟气量？对某种可燃气体，如何计算？5、热量计温度/燃烧热量温度/理论燃烧温度/实际燃烧温度？概念与计算？6、影响燃烧温度的因素？第二章燃气燃烧反应动力学1、支链着火、热力着火的内在机理？2、电火花点火的原理？最小点火能、熄火距离的概念？第三章燃气燃烧的气流混合过程1、层流自由射流的流场？等浓度面？2、相交射流的流场？射程、射流穿透深度？3、薄壁孔口、厚壁孔口在射流方面的差别？4、旋转射流在加强气流混合方面的作用、原理？旋流数？第四章燃气燃烧的火焰传播1、火焰为什么会传播？2、影响火焰传播速度的因素是什么？3、混合气体的火焰传播速度如何根据单一气体的火焰传播速度来计算？4、为什么会存在火焰传播的浓度极限？其影响因素包括哪些？第五章燃气燃烧方法1、动力燃烧、扩散燃烧的概念？2、层流扩散火焰的形状？浓度场？3、扩散火焰的长度取决于哪些因素？4、扩散火焰产生光焰的原因？5、本生火焰中蓝色内锥的出现条件？6、大气式燃烧的稳定范围？7、紊流部分预混火焰的结构？与层流有何不同？8、强化燃烧过程的方法和内在机理？第六章扩散式燃烧器1、燃烧器的分类方法？2、自然引风扩散式燃烧器的设计？3、强制鼓风扩散式燃烧器的设计？4、扩散式燃烧器的适用范围？第七章大气式燃烧器1、大气式燃烧器的结构组成？各部分构件的作用？2、一次空气、二次空气的概念？3、体积引射系数、质量引射系数？4、大气式燃烧器的自动调节特性？燃烧器常数C？5、大气式燃烧器的设计计算？第八章完全预混式燃烧器1、与大气式燃烧相比，热负荷能够提高的原理？3、负压吸气与常压吸气式引射器在设计上考虑的主要差别？4、如何考虑高压燃气可压缩性？第十章燃气互换性1、华白数、燃烧势的概念？计算？2、不同华白数的燃气互换前后的热负荷、一次空气系数的变化？3、单一气体对回火倾向性的影响？4、AGA互换性三指标的推导原理？使用方法？第十一章民用燃气用具1、燃气吸收式空调、燃气热泵GHP的工作原理？2、燃具热负荷确定方法？3、民用燃具的质量标准包括哪些方面？第十二章燃气工业炉窑1、燃气工业炉窑的基本组成？各部分的作用？2、炉膛内的热工过程？练习题：第一章：1. 已知混合煤气的体积组分为：H2—48％，CO—20％，CH4—13％，C3H6—1.7%,O2—0.8%, N2—12％,CO2—4.5%; 混合煤气与空气的温度均为20oC；煤气的含湿量为11g/Nm3干煤气，空气的含湿量为10g/Nm3干空气；试确定：(1)混合干煤气的高热值、低热值；(2)混合湿煤气的高热值、低热值；(3)燃烧所需的理论空气量；(4)理论烟气量和α＝1.2时的实际烟气量；(5)标准状态下混合湿煤气的比重和α＝1.2时烟气比重。
燃气燃烧与应用_chap4
Benson火焰的特点
• 直径略大于管口直径，根部较平
近管口处的未燃气体向外扩散，火焰根部不 与管口衔接——火焰外凸；
• 顶部较平
顶点附近散热损失小，活化中心集中，火焰 传播速度大，向未燃气体溯进——顶部变圆。
• 只有圆锥中部比较真实地代表了混合气
参数下的层流火焰面。
等压的。
计算：
按照皂泡的膨胀率(火焰空间所占体积的变化)
3 R0 R0 Sn u p R R 2t B B
3
起始时的皂泡半径 结束时的皂泡半径
问题与解决
皂泡的扩张速度
• 皂泡溶液蒸发，导致气体混合物变湿。 • 对CO，问题尤甚；
•含净化剂的甘油无水皂泡
本生火焰法
难以实现
目前采用的实验方法
1. 焰面不能严格垂直于气流，但焰面必 须是平面； 2. 焰面不是平面，而有很小的曲率，但 气流方向必须与焰面垂直。
静力法（动态火焰法）
• 焰面在静止的可燃混合物中运动；
火焰核法；皂泡法；管子法；
动力法(静态火焰法)
• 焰面静止；可燃混合物以层流状态与火焰 传播方向做相反运动。
将火焰分为预热区和反应区，其交界处的温度为Ti
在预热区中忽略化学反应
0 Snc p
dT d dT dx dx dx
在反应区中忽略自身的能量变化
d dT Q 0 dx dx
从T0~Ti积分
0 Sn c p Ti T0
Sn……
但是，直径越大，气流紊动越强烈，焰 面弯曲越大，二者相差越大……
随着管子直径减小，散热的影响增大，可见 火焰传播速度减小。当小到某一值时，管子 的散热使火焰无法传播。此时的直径称做 “临界直径”——dc 在工程上，dc可用来防止回火 H2: dc=0.9mm; CH4: dc=3.5mm; 焦炉气： dc=2mm
燃气燃烧与应用规范ppt课件
燃气燃烧与应用规范
1
•
•
中华人民共和国行业标准
•
• 家用燃气燃烧器具安装及验收规范
•
•
CJJ 12-99
燃气燃烧与应用规范
2
•
1 总则
• 1.0.1 为使家用燃气燃烧器具（简称燃具）安全运行，保护 国家财产和居民生命的安全，制定本规程。
• 1.0.2 本规程适用于居民住宅中使用的热水器，单、双眼灶， 烤箱，采暖器等燃具的安装和验收。
• 1.0.3 燃具应根据用户的用途、安装条件、气源、水源条件 等因素综合考虑后选择。
• 1.0.4 使用的燃具产品应符合国家有关产品标准的规定，并 必须有产品标准的规定，并必须有产品合格证和安装使用说明 书。在实行产品生产许可证制以后，应是获得生产许可证的产
品。
• 1.0.5 家用燃气燃烧器具安装及验收，除执行本规程外，尚 应符合国家现行有关强制性标准的规定。
• 2.0.8 倒T形烟道
• 公用给排气烟道的一种，给气道在垂直排气道下端横穿建筑 物并成水平设置。
燃气燃烧与应用规范
5
•
3 燃具给排气
•
3.1 一般规定
• 3.1.1 没有给排气条件的房间严禁安装非密闭式燃具。
• 3.1.2 置吸油烟机等机械换气设备的房间及其相连通 的房间内，不宜设置半密闭自然排气式燃具。
燃气燃烧与应用规范
3
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2 术语
• 2.0.1 燃气燃烧器具（燃具）
• 以燃气为燃料的燃烧装置的总称。
• 2.0.2 半密闭自然排气式燃具
• 燃烧时所需空气取自室内，用排气筒自然抽力将烟气排至室外 的烟道式燃具。
• 2.0.3 单独烟道
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。
燃气燃烧与应用_知识点
第一章燃气的燃烧计算燃烧：气体燃料中的可燃成分（H2、 C m H n、CO 、 H2S 等）在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用，并产生大量的热和光的物理化学反应过程称为燃烧。
燃烧必须具备的条件：比例混合、具备一定的能量、具备反应时间热值:1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热值，单位是kJ/Nm3。
对于液化石油气也可用kJ/kg。
高热值是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。
低热值是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。
一般焦炉煤气的低热值大约为16000—17000KJ/m3天然气的低热值是36000—46000 KJ/m3液化石油气的低热值是88000—120000KJ/m3按1KCAL=4.1868KJ 计算：焦炉煤气的低热值约为3800—4060KCal/m3天然气的低热值是8600—11000KCal/m3液化石油气的低热值是21000—286000KCal/m3热值的计算热值可以直接用热量计测定，也可以由各单一气体的热值根据混合法则按下式进行计算：理论空气需要量每立方米(或公斤)燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需的空气量，单位为m3/m3或m3/kg。
它是燃气完全燃烧所需的最小空气量。
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。
工业设备α——1.05-1.20民用燃具α——1.30-1.80α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.烟气量含有1m3干燃气的湿燃气完全燃烧后的产物运行时过剩空气系数的确定计算目的：在控制燃烧过程中，需要检测燃烧过程中的过剩空气系数，防止过剩空气变化而引起的燃烧效率与热效率的降低。
燃气应用第四章
dC M DF dr
F1 d1 L1 F2 d 2 L2
dC dr 1 d 2 d1 dC d r 2
式中 D——扩散系数； F——垂直于扩散方向两股气流的接触面积 dC/dr——径向浓度梯度。
M 1 D1 d1 L1 d 2 D1 L1 M 2 D2 d 2 L2 d1 D2 L2
图4-5 层流扩散火焰中气体浓度和 温度的变化
图4-4 不同压力下乙炔在空气中 的扩散火焰
1—扩散火焰；2—光焰区
燃气火焰的辐射
在民用燃气设备上，由于燃烧空间有限，燃烧温度不高， 光焰的出现容易形成黑烟。但在各种工业炉窑、锅炉等热 工设备上，却需要利用燃料燃烧时火焰的辐射传热。 不发光的透明火焰的辐射，主要是高温气体的辐射。对于 黄色、光亮而不透明的光焰来说，火焰内的游离碳粒子产 生的固体辐射占有很大的比例。因此，两种不同火焰的辐 射机理是不同的。 燃气火焰一般来说是不发光的透明火焰，即使扩散火焰也 是弱的光焰。透明火焰主要靠烟气中的CO2、水蒸气等在 高温下的辐射。由于气体辐射仅在特定的窄波段内进行， 与具有连续发射光谱的发光固体颗粒相比，燃气火焰的辐 射能力是很弱的。 为了增加燃气火焰的辐射能力，曾有人试验过在气体燃料 中加入一些液体燃料的燃烧方法。图4-6所示为国际火焰 基金会的研究结果。
两种情况下的扩散率之比应当等 于燃气流量之比
L
d 2
D
图4-3 气流速度增加时扩散火焰长度和燃烧工况的变化
1—火焰长度终端曲线；2—层流火焰终端曲线
一、扩散火焰的结构（紊流）速度成正比，而在紊流区火焰 长度与气流速度无关。 在燃气紊流自由射流中，轴线上的燃气浓度Cg与射流出口 处的原始浓度C1之比 式中 s——距出口的轴向距离； Cg 0.70 a——紊流结构系数； as C1 r——射流喷口的半径。 0.29 r 在锋面上燃气浓度和空气浓度之比应近似地等于化学当量 比l：n，由此可得紊流扩散火焰长度lf
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紊流火焰传播
气流成为紊流状态：•紊 Nhomakorabea扩散系数大于分子扩散
• 热量传递加剧 • 火焰速度增大；
St>Sn
St不仅与可燃混合物的物理化学性质
有关，还与紊动程度有关(Re/管径等)
（二）爆炸(Explosion)
背景：
自身(缓慢)加热或点燃
均匀的燃气-空气混合物在密闭容器内局
能量方程： 混合物自身的焓变化
在未燃处的边界条件：
导热导致的 化学反应产生 净能量变化 的热量
在燃尽处的边界条件：
将火焰分为预热区和反应区，其交界处的温度为Ti
在预热区中忽略化学反应
在反应区中忽略自身的能量变化
从T0~Ti积分
从Ti~Tm积分
交界面上的热流量连 续
Ti是未知量；可利用已知条件简化：
考虑惰性气体的影响
各单一气体的最大法向火焰传播速度 各单一气体在最大法向火焰传播速度时的 一次空气系数
计算燃气最大火焰速度的数据
第五节 紊流火焰传播
与层流相比：
层流——火焰锋面 很薄、光滑； 紊流——锋面变厚 、焰面抖动/粗糙 。
燃烧速度增大
十几倍或更高。
一、紊流火焰结构
燃烧反应在发光的燃烧区内完成 ；
H2: =0.186, Snmax=2.8m/s; CH4: =0.0286, Snmax =0.38m/s
2、分子结构
炔族>烯族>烷族 燃料分子量越大，火 焰速度越小；
烷烃：火焰速度与碳原 子数无关； 烯烃/炔烃：碳原子数以 4为界，下降速度趋缓 。
碳原子数
三、温度的影响
1、初始温度的影响
T0，火焰速度升高。 2、火焰温度的影响
况、靠近混合物一侧，较为准确。
颗粒示踪法
• Lewis-Von Elbe提出；
• 在可燃混合物中掺入氧化镁/氯化铵/硅油 烟雾等既闪光、又不引起化学反应的微 小颗粒——连续频闪摄象；
• 由频闪和颗粒移动距离，计算颗粒移动 速度；
• 颗粒移动速度=气流速度；
微粒移动轨迹— —流线
Benson内锥
中心处有所下降 内锥焰面大部分Sn 为常数 边缘处Sn下降
Benson火焰的特点
• 直径略大于管口直径，根部较平
近管口处的未燃气体向外扩散，火焰根部不 与管口衔接——火焰外凸；
• 顶部较平
顶点附近散热损失小，活化中心集中，火焰 传播速度大，向未燃气体溯进——顶部变圆。
• 只有圆锥中部比较真实地代表了混合气 参数下的层流火焰面。
Sn计算原理
对管口出口断面和锥形火焰面，列连续性方程 ：
少量未燃尽气体在高温燃烬区内 继续燃烧；
紊流火焰特点：
•焰面皱曲、轮廓模糊；
•焰面厚度较大、火焰高度较短 ；
•火焰稳定性变差，易脱火；
•燃烧时噪声较大。
二、紊流火焰传播的一般结论
1、紊流火焰的传播取决于紊流流动特性： St与Re有关
Re>6000, St/SnRe
Re=2300~6000, St/SnRe1/2
Re<2300, St/Sn=1
2、紊流火焰速度与混 合物浓度的关系
Snmax在燃气比例略高于化学计量比处
稍富时：自由基浓度高；断链概率小； 稍富时，火焰温度最高，反应速度最快 ；
氢气（化学计量比29.6%）
乙烯（化学计量比6.54%）
丙烯 炼焦 煤气
CO （化学计量比29.6%）
存在上限/下限！！！
二、燃气性质的影响
1、导温系数
导温系数越大，火焰传播速度越大 。
部着火，燃烧放热与高温产物热膨胀，压
力急剧升高。
结果：
未燃气体绝热压缩；
爆炸
瞬间燃烧完毕。
（三）爆燃(Detonation)
管子的长与短
短管——燃烧产物及时排出，等压下燃烧； 长管——燃烧产物对未燃气体绝热压缩，产 生激波；火焰到达之前未燃气体已到着火温 度；可燃混合物“一层”“一层”地燃烧。
•着火的原因：冲击波的绝热压缩；
Tm增大，火焰速度增大
初始温度
四、压力的影响
1、一般燃烧反应：n<2;
2、质量燃烧速率随压力增大而增大 ；
Sn=25cm/s的火焰，n=1.4; Sn=25~50cm/s的火焰，n<2; Sn=50~100cm/s的火焰，n=2; Sn>100cm/s的火焰，n=2; Sn>800cm/s的火焰，n=2.5;
可燃组分的浓度变化曲线 沿火焰厚度方向的温度变化曲线
燃烧产物的浓度分布曲线 化学反应速度曲线
火焰的结构
• 焰面以左：预热区+感应区 反应速度很慢
厚度ph
• 焰面以右：反应区
厚度ch
化学厚度 ch <物理厚度ph
在火焰锋面中取一薄层，讨论在单位时间内/单位面积 内的平衡情况。
连续性方程：
动量方程：
平面火焰法
适合火焰速度 低于15cm/s的气体
• 平面火焰的面积容易测量；Powling燃烧器 。
防止外围空气的扩散 破坏火焰外缘的平整 性
平面火焰 多孔板/蜂窝格/整流网
不同方法测量值的比较
Powling火焰 平面火焰法 锥形火焰法
CH4
第三节 影响火焰传播速度的因素
一、燃气浓度(混合气比例)的影响
压力对火焰传播速度的影响
五、惰性气体的影响
•CO中加入少量的水，火焰速度快速增大——近 1倍！
•惰性气体加入、降低了氧含量，降低了火焰速 度。
•填加组分的具体影响，需按照对物性、化学反 应途径等的影响来全面考虑。
CO的火焰速度与水蒸汽含量的关系 无水
1——1.5%N2+98.5%O2; 2——20%N2+80%O2; 3——40%N2+60%O2; 4——60%N2+40%O2; 5——70%N2+30%O2; 6——75%N2+25%O2; 7——79%N2+21%O2;
• 法向火焰传播速度Sn=? • 焰面厚度δ=？ • 燃烧反应时间=？
可燃混合物的历程
➢冷态时——浓度为C0，温度为T0；
➢接近焰面时——被预热(温度逐渐升高)，但未发生
➢化学反应， C0近似不变。
➢T0 Ti ——开始着火，经感应期后到达Ti ’，
➢
进行剧烈燃烧，温度很快升高到Tth；
➢
浓度从温度Ti时开始下降，燃烬时C=0。
1.焰面(Flame Front): 火焰锋面、火焰前 锋
➢ 燃烧反应进行的区域； 2.➢火未焰燃传气播体速与度燃：烧产物的分界面； ➢ 焰面的移动速度；符号S表示。
➢ 单位为m/s, m3/m2.s
➢ 意义：单位面积上、单位时间内燃烧的可燃混
合物的体积。
一、火焰传播的方式
（一）正常火焰传播(缓燃波Deflagration)
等压的。
计算：
按照皂泡的膨胀率(火焰空间所占体积的变化
)
起始时的皂泡半径
问题与解决 皂泡的扩张速度
结束时的皂泡半径
• 皂泡溶液蒸发，导致气体混勇功合于的开路物始，变才湿能找。到成
• 对CO，问题尤甚；
•含净化剂的甘油无水皂泡
本生火焰法
• 一次空气→ 内锥； • 二次空气→外锥；
勇于开始，才能找到成 功的路
燃气燃烧与应用chap4
2020年4月29日星期三
意义：
火焰传播速度是燃气燃烧最重要的特性； 对火焰的稳定性、互换性有很大的影响；
涉及：
燃烧方法的选择…… 燃烧器的设计…… 安全……
第一节 火焰传播的理论基础
火焰的定义
快速放热的气相反应、以亚音速在空 间传播，同时伴随可见光辐射。
空间传播特性：
化学反应、气体流动、分 子扩散、热量转移等综合 作用
•火焰传播速度：1000~3500m/s;
•极具破坏力
二、法向火焰传播理论
问题的描述：
➢ 一端封闭(点燃)、一端开口的管子； ➢ 假设管子不散热焰面不皱曲； ➢ 热量传递仅依靠分子热传导进行； ➢ 燃烧过程在等压下进行。
焰面移动、气流静止 焰面静止、气流反向移动
焰面的移动速度
气流的移动速度
需回答的问题
CH4: dc=3.5mm;
焦炉气： dc=2mm
管子法总结
➢直观； ➢受管径影响比较大、准确性不够； ➢只能在相同管径下对各种燃气的实
验结果进行比较。
氢气 水煤气
炼焦煤气
乙烯
CO
乙烷
甲烷
高压富氧汽化煤气
皂泡法(火焰核法)
原理：
• 皂泡是一个球体，火焰的传播是对称的； • 焰面与火焰传播的方向垂直； • 皂泡具有弹性壁面，可自由膨胀，过程是
技术上的困难
定义：焰面为平面；焰面与火焰传播方向或 气流方向垂直。
难以实现
目前采用的实验方法
• 焰面不能严格垂直于气流，但焰面必 须是平面；
• 焰面不是平面，而有很小的曲率，但 气流方向必须与焰面垂直。
静力法（动态火焰法）
• 焰面在静止的可燃混合物中运动；
火焰核法；皂泡法；管子法；
动力法(静态火焰法)
化学反应集中在反应区，预热区中反应速率很小。
反应区内的温度变化很小，
为进一步简化；定义
T0~Tm之间的平均反应速率
分析
1、导温系数a=/Cp; 化学反应时间与平均反应速 率成反比，即
可有
层流火焰传播速度与导温 系数的平方根成正比；与 化学反应时间的平方根成 反比。
层流火焰传播速度是可燃 混合物的物理化学常数
➢ 由于传热作用，高温焰面将热量传给未燃气体， 使其着火、燃烧；依次传遍整个体积。