Chap 5-3 燃料燃烧理论
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火焰的性质，系指火焰气氛，有氧化焰、还原焰、中性焰之分。 火焰的刚度，系指火焰的刚直情况，它与喷出气流的速度有关。 流速大，则刚度好。在玻璃池窑中要求火焰具有一定的刚度。
3.3.2 不同燃料的燃烧过程 1、气体燃料的燃烧
包括三个基本过程：燃料与空气的混合，着火， 燃烧。
混合过程比着火、燃烧过程缓慢许多，混合速 度和混合程度对燃烧速度和燃烧完全程度起着 决定性作用。
一般窑炉中燃料的燃烧，属于普通的（正常的）燃烧。 从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成。
一种是可燃气体如H2、CO及CmHn等，另一种是固态碳。
例如： 液体燃料，受热气化形成气态烃类，同时在高温缺氧处，煤气中 的重碳氢化合物裂解，生成碳黑。 固体燃料燃烧时，首先是挥发分逸出，随后是可燃气体和固态碳 燃烧。 讨论燃料的燃烧过程，可分别讨论可燃气体、固态碳两种基本可 燃组分的燃烧。
雾化方法:压力式、气动式、旋转式、对冲式、振动式等
雾化质量指标有：喷雾锥角、喷雾射程、燃料的分布特性、雾化 液滴细度、雾化液滴的均匀度、雾化液滴尺寸分布特性。
燃油雾化现象
燃油雾化现象
油珠破碎过程
气动力 表面张力
离心喷嘴
气动喷嘴
特点： 1. 2. 3. 4. 雾化质量高 排气冒烟少 贫油熄火范围 窄 可采用特殊的 气化剂
利。 延迟着火现象
2、固态碳的燃烧
碳的燃烧是气-固相两相 反应的物理-化学过程。 氧气扩散至碳粒表面与它 作用，生成CO及CO2气体再 从表面扩散出来。
碳和氧反应的机理
(1) C O2 CO2 1 (2) C O2 CO 2 1 1 (3) C O2 CO; CO O2 CO2 2 2 1 (4) C CO2 2CO; CO O2 CO2 2
燃烧可分为普通的燃烧和爆炸性燃烧两种类型。
普通的燃烧：靠燃烧层的热气体传质传热给邻近的冷可燃气体混 合物层而进行火焰的传播。一般可视为等压过程。
爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度 以上而燃烧，火焰传播速度大，约为1000—4000m/s。通常 是在高压、高温下进行。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
燃烧反应过程控制机理
扩散控制还是反应动力学控制？
燃烧碳粒附近CO2、CO、O2浓度的变化
3、火焰及其传播
燃烧焰面以热传导的方式传给邻近一层的气体，使其燃 烧形成新的燃烧焰面，这种焰面不断向未燃气体方向移 动的现象叫火焰的传播（扩散）现象。 火焰面移动的速度称火焰传播（扩散）。是指单位时间 内，在火焰单位面积上所烧掉的气体体积 （m3/m2· s），也称为燃烧速度。 火焰传播速度与燃气种类、燃气与空气比例、混合气体 压力和温度有关。在过量空气系数α值接近于1而略小 于1时，出现最大值。
3.3 燃料燃烧理论
3.3.0 燃烧理论的发展历史
直至 18 世纪以前，发展缓慢，对燃烧现象的本质几乎一无所知。 之后：燃素的概念出现（物质是否燃烧被归于是否含有燃素） 1765年燃烧是物质的氧化（燃烧理论的萌芽） 19 世纪出现热化学和化学热力学（将燃烧作为热力学系统，考 察其初态和终态，静态特性的研究） 20世纪初燃烧反应动力学（研究燃烧过程的动态过程的理论） 30~40年代火焰传播的概念→湍流燃烧理论（认识燃烧过程的限 制因素不仅在于反应动力学，而且受限于传热传质的物理过程） 50~60 年代德国人 Von Karmen 提出用连续介质力学来研究燃烧， 称为化学流体力学或反应流体力学。 大型计算机出现，形成计算燃烧学，建立了燃烧的数学模拟方 法和数值计算方法；同时测试技术的发展使精密测量成为现实。
其它喷嘴
3、煤的燃烧
(1)单颗粒煤的燃烧 煤燃烧是煤分子和氧气之间发生的激烈的氧化反应。煤粒 达到着火温度燃烧才能持续进行，而着火温度只有通过加 热才能达到。 煤粒的燃烧过程主要包括脱气（挥发分释放）、挥发份着 火和燃烧、固定碳燃烧（残焦燃烧）三个阶段。 由于固定碳的燃烧及燃尽需要更长的时间，故在燃烧过程 中更为重要。
根据燃气与空气的混合方式，可将燃烧分成扩 散燃烧和预混燃烧。
2、液体燃料的燃烧
燃烧方法通常有蒸发燃烧和雾化燃烧两种。 对容易蒸发的燃料油，例如汽油，在燃烧前燃料先气化，与空气 混合后着火燃烧，这种燃烧（蒸发燃烧）接近于均相燃烧。 对难于蒸发的燃料油，例如柴油和重油，一般采用雾化燃烧，在 燃烧室中边雾化、边蒸发、边着火燃烧，这种燃烧属于非均相燃 烧。 燃料油的雾化燃烧过程：雾化、蒸发、混合、着火和燃烧
1、可燃气体（H2 、CO及烃类）的燃烧
可燃气体的燃烧过程是一系列链锁反应。 链锁反应的产生必须要有链锁刺激物（中间活性物）的存 在，如H、O及OH。它们是由于分子间的互相碰撞、气 体分子在高温下的分解、或电火花的激发而产生。 在氢气或一氧化碳的燃烧过程中 ，有氢或水汽的存在可 产生刺激物，加速反应的进行。 甲醛的存在，可产生O活性原子刺激物，对烃类的燃烧有
基本理论+数学模型和数值计算+先进的测量技术
燃烧应用研究的发展方向
要求燃烧不断强化和趋于更高能量水平； 探讨高温、高压、高速、强湍流条件下的燃烧 要求燃烧过程高效率，节省燃料等； 洁净燃烧，减轻环境污染 火灾的起因与防治
3.3.1基本概念及燃烧理论
燃烧是指燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生大量 的热量并伴随着有强烈发光的现象。 燃烧可以产生火焰，而火焰又能在适合的可燃介质中自行传播。 这种火焰能自行传播的特性是燃烧反应区别于其他化学反应的最 主要特征。
点燃处气流速度=火焰传播速度，火焰根部稳定 气流速度＞＞火焰传播速度,火焰根部远离喷嘴,严重时完全熄火。 若气体喷出速度＜＜较火焰扩散速度，火焰根部可能移至烧嘴， 发生“回火”而有产生爆炸的危险。 材料生产中，要控制燃烧火焰的长度、性质、刚度。
火焰长度的控制是通过燃烧方法的选择及气流速度的调整来实现 的。
3.3.2 不同燃料的燃烧过程 1、气体燃料的燃烧
包括三个基本过程：燃料与空气的混合，着火， 燃烧。
混合过程比着火、燃烧过程缓慢许多，混合速 度和混合程度对燃烧速度和燃烧完全程度起着 决定性作用。
一般窑炉中燃料的燃烧，属于普通的（正常的）燃烧。 从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成。
一种是可燃气体如H2、CO及CmHn等，另一种是固态碳。
例如： 液体燃料，受热气化形成气态烃类，同时在高温缺氧处，煤气中 的重碳氢化合物裂解，生成碳黑。 固体燃料燃烧时，首先是挥发分逸出，随后是可燃气体和固态碳 燃烧。 讨论燃料的燃烧过程，可分别讨论可燃气体、固态碳两种基本可 燃组分的燃烧。
雾化方法:压力式、气动式、旋转式、对冲式、振动式等
雾化质量指标有：喷雾锥角、喷雾射程、燃料的分布特性、雾化 液滴细度、雾化液滴的均匀度、雾化液滴尺寸分布特性。
燃油雾化现象
燃油雾化现象
油珠破碎过程
气动力 表面张力
离心喷嘴
气动喷嘴
特点： 1. 2. 3. 4. 雾化质量高 排气冒烟少 贫油熄火范围 窄 可采用特殊的 气化剂
利。 延迟着火现象
2、固态碳的燃烧
碳的燃烧是气-固相两相 反应的物理-化学过程。 氧气扩散至碳粒表面与它 作用，生成CO及CO2气体再 从表面扩散出来。
碳和氧反应的机理
(1) C O2 CO2 1 (2) C O2 CO 2 1 1 (3) C O2 CO; CO O2 CO2 2 2 1 (4) C CO2 2CO; CO O2 CO2 2
燃烧可分为普通的燃烧和爆炸性燃烧两种类型。
普通的燃烧：靠燃烧层的热气体传质传热给邻近的冷可燃气体混 合物层而进行火焰的传播。一般可视为等压过程。
爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度 以上而燃烧，火焰传播速度大，约为1000—4000m/s。通常 是在高压、高温下进行。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
燃烧反应过程控制机理
扩散控制还是反应动力学控制？
燃烧碳粒附近CO2、CO、O2浓度的变化
3、火焰及其传播
燃烧焰面以热传导的方式传给邻近一层的气体，使其燃 烧形成新的燃烧焰面，这种焰面不断向未燃气体方向移 动的现象叫火焰的传播（扩散）现象。 火焰面移动的速度称火焰传播（扩散）。是指单位时间 内，在火焰单位面积上所烧掉的气体体积 （m3/m2· s），也称为燃烧速度。 火焰传播速度与燃气种类、燃气与空气比例、混合气体 压力和温度有关。在过量空气系数α值接近于1而略小 于1时，出现最大值。
3.3 燃料燃烧理论
3.3.0 燃烧理论的发展历史
直至 18 世纪以前，发展缓慢，对燃烧现象的本质几乎一无所知。 之后：燃素的概念出现（物质是否燃烧被归于是否含有燃素） 1765年燃烧是物质的氧化（燃烧理论的萌芽） 19 世纪出现热化学和化学热力学（将燃烧作为热力学系统，考 察其初态和终态，静态特性的研究） 20世纪初燃烧反应动力学（研究燃烧过程的动态过程的理论） 30~40年代火焰传播的概念→湍流燃烧理论（认识燃烧过程的限 制因素不仅在于反应动力学，而且受限于传热传质的物理过程） 50~60 年代德国人 Von Karmen 提出用连续介质力学来研究燃烧， 称为化学流体力学或反应流体力学。 大型计算机出现，形成计算燃烧学，建立了燃烧的数学模拟方 法和数值计算方法；同时测试技术的发展使精密测量成为现实。
其它喷嘴
3、煤的燃烧
(1)单颗粒煤的燃烧 煤燃烧是煤分子和氧气之间发生的激烈的氧化反应。煤粒 达到着火温度燃烧才能持续进行，而着火温度只有通过加 热才能达到。 煤粒的燃烧过程主要包括脱气（挥发分释放）、挥发份着 火和燃烧、固定碳燃烧（残焦燃烧）三个阶段。 由于固定碳的燃烧及燃尽需要更长的时间，故在燃烧过程 中更为重要。
根据燃气与空气的混合方式，可将燃烧分成扩 散燃烧和预混燃烧。
2、液体燃料的燃烧
燃烧方法通常有蒸发燃烧和雾化燃烧两种。 对容易蒸发的燃料油，例如汽油，在燃烧前燃料先气化，与空气 混合后着火燃烧，这种燃烧（蒸发燃烧）接近于均相燃烧。 对难于蒸发的燃料油，例如柴油和重油，一般采用雾化燃烧，在 燃烧室中边雾化、边蒸发、边着火燃烧，这种燃烧属于非均相燃 烧。 燃料油的雾化燃烧过程：雾化、蒸发、混合、着火和燃烧
1、可燃气体（H2 、CO及烃类）的燃烧
可燃气体的燃烧过程是一系列链锁反应。 链锁反应的产生必须要有链锁刺激物（中间活性物）的存 在，如H、O及OH。它们是由于分子间的互相碰撞、气 体分子在高温下的分解、或电火花的激发而产生。 在氢气或一氧化碳的燃烧过程中 ，有氢或水汽的存在可 产生刺激物，加速反应的进行。 甲醛的存在，可产生O活性原子刺激物，对烃类的燃烧有
基本理论+数学模型和数值计算+先进的测量技术
燃烧应用研究的发展方向
要求燃烧不断强化和趋于更高能量水平； 探讨高温、高压、高速、强湍流条件下的燃烧 要求燃烧过程高效率，节省燃料等； 洁净燃烧，减轻环境污染 火灾的起因与防治
3.3.1基本概念及燃烧理论
燃烧是指燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生大量 的热量并伴随着有强烈发光的现象。 燃烧可以产生火焰，而火焰又能在适合的可燃介质中自行传播。 这种火焰能自行传播的特性是燃烧反应区别于其他化学反应的最 主要特征。
点燃处气流速度=火焰传播速度，火焰根部稳定 气流速度＞＞火焰传播速度,火焰根部远离喷嘴,严重时完全熄火。 若气体喷出速度＜＜较火焰扩散速度，火焰根部可能移至烧嘴， 发生“回火”而有产生爆炸的危险。 材料生产中，要控制燃烧火焰的长度、性质、刚度。
火焰长度的控制是通过燃烧方法的选择及气流速度的调整来实现 的。