燃气燃烧与燃烧装置第二章燃气燃烧理论

影响电火花点火临界条件的因素
1、浓度的影响 2、燃气性质的影响
天然气及城市燃气最小点火能的比较
第三节 火焰的传播
一、 火焰传播 二、 法向火焰传播速度的测定 三、 火焰传播浓度极限
一、 火焰传播
（一）层流火焰传播机理
1、火焰传播
当可燃混合气体被点燃后，在着火处形成一 层高温燃烧层，该高温燃烧层将热量和活化 中心传递给相邻的可燃混合气体，将其点燃 形成新的燃烧层，燃烧层这样依此向未燃的 可燃混合气体传播，使每层气体都相继经历 加热、着火和燃烧的过程。这种现象就称为 火焰传播。
水平管中的火焰传播模型
（1）如S>υ，则火
焰面向气流的上游 方向移动；
（2）如S< υ ，则
火焰面向气流的下 游方向移动；
（3）如S= υ ，则
气流速度与火焰传 播速度相平衡，火 焰面驻定不动。
（二）湍流火焰传播
湍流火焰
（二）湍流火焰传播
1、表面燃烧理论
认为存在皱曲的分 隔已燃气与未燃气 的火焰面。
Ti E
E
E
2R
E
热力着火的条件
RT0i 值很小，将其大于二次方的各项略去可得
E
Ti
T0i

R E
T02i
上式为可燃混合物着火的条件。
可燃混合物只需从T0i加热，使其温度上升
T RT02i 就能着火。 E
第二节 燃气的点火
一、热物体点火 二、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 种现象称为强制点火，简称点火。
点火能与电极间距的关系曲线
电火花点火的临界条件:
1、最小点火能：当电极间隙内的可燃混合
物的浓度、温度和压力一定时，能点燃混合气 体的电极间必要的最小放电能量就是最小点火 能Emin。
2、熄火距离：无论多大的活化能量都不能
点燃可燃混合气体的电极间最大距离，叫熄火 距离。
点火能与电极间距的关系曲线
燃气着火的形式
自然着火：化学反应由于某种原因自行加速到
极高的情况而着火。
强迫着火：由外界能源如点火器加入到可燃混
合其中引起的着火。
支链着火：由于活化中心（H、CH、OH、O）
浓度迅速增加，引起反应加速而着火的现象。
热力着火：氧化反应中的放热，除各种耗损外，
仍有余两加热自身，是反应加速而着火的现象。
一、热物体点火
点火原理分析图
火焰层单位时间内的传导 热量Q1：
层内的化学反应放热量Q2 ：
Q1


Tf


f
T0
A
Q2 f H W A
热力着火和点火的基本条件： 此时热物体表面的火焰厚度为：
Q1 Q2

2 f


Tf T0
H W
小火焰点火的临界条件
小火焰点火，基本原理与其他热物体 一样，但由于小火焰的温度通常变化 不大，所以影响其点火可靠性的关键 条件是小火焰的尺寸。实验表明，扁 平点火火焰的临界厚度是火焰稳定传 播时焰面厚度的两倍。
第二章 燃气燃烧原理
第一节 燃气的着火 第二节 燃气的点火 第三节 火焰的传播
第一节 燃气的着火
基本概念： 稳定的氧化反应过程 不稳定的氧化反应过程 燃气的着火
稳定的氧化反应过程：
如果氧化反应过程发生的热量等于散失 的热量，或者活化中心浓度增加的数量 正好补偿其销毁的数量，这个过程就称 为稳定的氧化反应过程。
不稳定的氧化反应过程：
如果氧化反应过程生成的热量大于散失 的热量，或者活化中心浓度增加的数量 大于其销毁的数量，这个过程就称为不 稳定的氧化反应过程。
燃气的着火：
由稳定的氧化反应变为不稳定的氧化 反应的瞬间称为着火。（或化学反应 速率很高，释放大量能量——热，其 中一部分以光的形式——火焰——表 现出来，此瞬间现象称为着火）。
AE
RT 2
E
e RT

B
合并以上两式可得
T2

ET R

E R
T0i

0
热力着火的条件
解此二次方程式就可得到相当于切点i的着火温度：
1 1 4RT0i
T Ti
E R
2
上式中根号前只取负号，E展开成级数得：
2( RT0i ) 2( RT0i )2 4( RT0i )3 ......
2、容积燃烧理论
在强紊动下，不存在分 隔已燃气与未燃气的火 焰面，而是在整个火焰 区交错存在已燃气和未 燃气，以及燃烧气体。
3、湍流火焰的特点
形状特点：
焰面皱曲、加厚、火焰变短。
燃烧特点：
燃烧强度大、易脱火。
4、湍流火焰传播速度
4、湍流火焰传播速度
火焰传播模型
2、火焰面
未燃气体与燃烧产物的分界面称为火焰面。
3、火焰传播速度
焰面向前移动的速度称为火焰传播速度，用符号S表 示，单位为m/s。
4、层流火焰传播（法向火焰传播）
当可燃混合气为静止或处于层流状态，热量以及活 化中心通过分子间的传递和扩散，从可燃混合物的 一层传播到相邻层时，称层流火焰传播。
影响热物体点火的因素
1、物体温度； 2、物体尺寸； 3、物体催化特性； 4、移动速度； 5、可燃混合物的热力和化学动力特性等。
二、电火花点火
电火花的点火机理:
由于产生火花时局部的气体分子被强烈激 励，电火花使局部气体温度急剧上升，使 火花区变成灼热气态物体，成为点火源， 从而使燃气着火。
热力着火的机理
假设容器内壁面温度为T0，容器内的反 应物温度为T，反应物的浓度为CA、CB。
那么，单位时间内容器中由于化学反应 产生的热量为
Q1
WHV

k0e
百度文库

E RT
CAa CBb
HV

E
Ae RT
热力着火的机理
单位时间内燃气与空气的混合物通过容器 向外散失的热量为：
Q2 F T T0 BT T0
可燃混合物的热力着火过程
化学反应而发生的
热量与温度T的关 系为指数曲线L
散热量与温度 的关系是直线 M
热力着火的条件
Q1 Q2
dQ1 dT

dQ2 dT
热力着火的条件
用式(2-1)和式(2-2)代入以上联立方程式可得到：
E Ae RT

B T
T0i