燃烧学讲义

燃烧学讲义

现代的工业炉大部分都以燃料作为炉子热能来源，对于燃烧过程的评价及其特点的分析，从总的来说可以归纳为以下几个方面的主要问题：

（1）燃烧温度：燃烧温度应满足炉内被加热钢料对炉温的要求。

（2）燃烧速度：它影响着炉内温度的高低和高温区集中的程度。燃烧速度的特性指标是燃烧室容积热强度、简称“燃烧强度”，它表示单位容积内单位时间完全燃烧掉的燃料量

（米3/米3•小时、千克/米3•小时或千焦/米3•小时），燃烧强度大，说明燃烧速度快（或用火焰传播速度表示），火焰短，高温区集中。

（3）燃烧完全程度：它影响到炉内温度，炉内气氛和燃料消耗量以及对大气的污染程度等。燃烧完全程度一般由炉内气体成分或烟气成分决定。假如可以用烟气中化学损失来表示，也可用“燃烧完全系数”表示。炉内气氛的特点经常用CO/CO2和H/H2O等气体成分的比值来表示。

（4）燃烧的稳定性和可调性：为了调节燃烧装置的燃烧能力。在所要求的调节范围内，燃烧过程应当稳定进行，比如要保持火焰的连续性，不回火，不脱火，不爆炸，不灭火。每种燃烧装置都允许一定的调节范围，其大小通常用“调节倍数”或简称为“调节比”来表示。

一、燃烧温度

1、燃烧温度的概念

燃烧温度即燃料燃烧时生成的气态燃烧产物（烟气或炉气）所能到达的温度。在实际条件下燃烧温度与燃料种类，燃料成分（即发热量），燃烧条件（指空气、煤气蓄热情况）以及传热条件等因素有关。总起来说无非是决定于燃烧过程中的热平衡关系。如果收入的热量大于支出的热量则将反映出燃烧温度逐渐升高。反之则将反映出燃烧温度逐渐下降直到热平衡时燃烧温度才会稳定下来。由此看来燃烧温度实质上就是一定条件下有热平衡所决定的某种平衡温度。所以分析燃烧过程中热收入和热支出的平衡情况，从中找出估算燃烧温度的方法及提高燃烧温度的具体措施。

根据能量守恒和转化规律可知：燃烧过程中燃烧产物的热收入和热支出必然相等。

热收入各项有：

①燃料燃烧的化学热（燃料的低发热值）

②蓄热空气的物理热

Q空=Ln•c 空•t空

③燃料带入的物理热

Q燃=c燃•t燃

热支出各项有：

①燃烧产物所含的热量

Q产=Vn•c产•t产

②由燃烧产物向周围介质的散热损失以Q介表示，它包含炉墙的全部热损失，加热金属和炉子构件等的散热损失。

③燃料不完全燃烧损失的热量以Q不表示，它包括化学性不完全燃烧损失和机械性不完全燃烧损失两项。

④高温下燃料产物热分解损失的热量以Q分表示。因为热分解是吸热反应，故要损失部分热量。若压力为5～25大气压，则1500℃以下水和二氧化碳不会分解，而只有当温度高于2300℃时才产生强烈热分解

当上述的热量收入与支出达到热平衡相等时则其对应的燃烧产物的温度比定为某一定值t 产。

由于影响t产的因素很多，特别是Q分在实际条件下很难确定。即使在同一个燃料的低发热

量下由于燃烧条件不同则所得到的燃烧温度也不一样，为了从燃烧温度的角度来分析说明问题，便把燃烧温度区分为：绝对理论燃烧温度，理论燃烧温度，实际燃烧温度和量热计温度，它们的定义分别表述如下：

①绝对理论燃烧温度：指燃料在理想的绝热条件下实现完全燃烧时的温度，即它不考虑一切热损失下的燃烧温度。它是作yong平衡计算所必需的。

②理论燃烧温度：不考虑不完全燃烧损失和向介质的散热损失条件下燃料完全燃烧后放出的热量均为燃烧产物全部吸收、所能到达的最高温度。理论燃烧温度是燃烧过程的重要指标，它表明某种成分的燃料在一定的燃烧条件下（量、空气预热温度、煤气余热温度）烟气所能达到的最高温度。因为加热炉条件下热分解并不十分强烈，而Q分在一定的实际情况下计算十分复杂同时还很不准确（因分解都很难确定），故一般情况下都把它忽略不计，因而实际上的理论燃烧温度就被当成了绝对理论燃烧温度了。事实上两者并非同一概念。

③实际燃烧温度指在实际条件下燃料燃烧后的温度，也就是把一切实际损失都考虑后所得的燃烧产物温度。对于一定的炉子通过长期生产实践总结后，可以找到实际燃烧温度小于理论燃烧温度的值大约在某一范围内波动。

炉温系数η：通常说的炉温的概念与上述的实际燃烧温度是不同的。通常说的“炉温”实质上是燃烧产物、被加热物和炉壁三者温度的中间值，而不是代表燃烧产物的温度。但是在实践中通常把炉温当成实际燃烧温度，并把实际燃烧温度与理论燃烧温度的比值用η表示称之为炉温系数。炉温系数还代表着炉子的温度特性

④量热计温度：由于实际燃烧温度和理论燃烧温度都受到燃烧条件影响，故它们都不能单独从燃烧温度角度反映出燃料的性质。为了从燃烧温度高低来直接评价燃料的质量便提出了所谓量热计温度。即它仅仅由燃料的低发热值对燃烧产物得出的热平衡方程而不考虑其他一切因素影响时的燃烧温度。

V0为理论燃烧产物量

实际上燃烧温度都是通过计算理论燃烧温度后乘以炉温系数得到的，

二、提高燃烧温度的途径

参照热平衡方程式

①提高炉温系数

对连续加热炉其炉温系数一般为0.70～0.85。当炉子生产率P=500～600千克/米2时，其炉温系数=0.70～0.75，而当P=200～300千克/米2时，其炉温系数为0.75～0.85。这说明炉温系数是随着炉子生产率的增高而降低。在炉子热负荷增加时，炉温系数升高，另外，加快燃烧速度，尽量保证完全燃烧和提高火焰的辐射能力以及对炉子的绝热密封等措施都能使炉温系数升高，而导致燃烧温度提高。

②预热空气与燃料

这对提高燃烧温度的效果最为明显，特别是预热空气效果更突出。因空气量大。预热温度由不受限制，燃料的预热温度要受到碳氢化合物分解温度、安全和燃料的燃点以及重油山点的限制（高炉煤气不受限制）。

③选用高发热值燃料

增加燃料低发热值可以提高实际燃烧温度。但要看到低发热值的增大和实际燃烧温度是不成正比的，当低发热值增大到一定值后，再增大低发热值其对应的理论燃烧温度几乎不再增高。这是因为此时相应地燃烧产物量也随低发热值的增大而增大的结果。

几种燃料的发热温度（t量）

燃料名称低发热值（KJ/m3）燃烧温度（℃）理论燃烧产物量低发/产物量