燃烧理论
《燃烧基本理论》课件
燃烧的化学特性
放热反应
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1பைடு நூலகம்
燃烧是一种放热反应，释放出大量的热量，可以用于加热物体或驱动机械。
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2
化学键断裂
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3
燃烧过程中，可燃物质中的化学键发生断裂，释放出能量。
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4
新物质生成
添加标题
5
燃烧过程中，可燃物质与氧化剂反应生成新的物质，这些物质通常是稳定的化合物。
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6
燃烧的物理特性
含硫燃料燃烧时会产生二氧化硫等硫氧化物。
二氧化碳
氮氧化物
颗粒物
燃烧过程中，碳与氧结合生成二氧化碳。
高温下氮气与氧气反应生成氮氧化物。
燃烧过程中产生的固体颗粒物，如灰尘等。
温室效应
二氧化硫、氮氧化物等气体与水蒸气反应形成酸雨。
酸雨
空气污染
生态破坏
01
02
04
03
燃烧产生的污染物对生态系统造成破坏，影响生物多样性。
01
燃烧效率优化
通过调整燃料与空气的混合比例、燃烧温度和时间等参数，提高燃烧效率，减少不完全燃烧损失。
02
污染物排放控制
采用尾气处理、除尘、脱硫脱硝等技术，降低燃烧过程中产生的污染物排放。
燃烧的控制技术与方法
THANKS
感谢观看
长期接触污染物可能导致免疫系统功能下降，增加感染和疾病的风险。
燃烧产物对人体的影响
CATALOGUE
燃烧的应用与控制
05
燃烧化石燃料（如煤、石油、天然气）产生高温高压蒸汽，驱动发电机发电。
火力发电
利用燃气燃烧产生高速气流，驱动涡轮旋转，从而发电或提供动力。
燃气轮机
燃烧理论 第二章燃烧与热化学
伴有化学反应的热交换。 放热反应Exothermic: Heat flows out of the system (to the surroundings). 吸热反应Endothermic: Heat flows into the system (from the surroundings).
解 已知: =0.286, MWair=28.85,
mair=15.9 kg/s, MWfuel=1.16(12.01)+4.32(1.008)=18.286 求: mfuel and (A/F)
先求 (A/F) 然后求 mfuel .按定义：
其中 a=x+y/4=1.16+4.32/4=2.24. 有,
V=mv;U=mu;H=mh 状态函数
只与系统当时的状态有关，与如何达到这个状态无关Depends only on the present state of the system - not how it arrived there.
与路径无关It is independent of pathway. 状态方程
定压比热Constant-pressure specific heats 对于理想气体状态下：
温度与热
• 温度 表示颗粒的随机运动，与系统的动能有关
• 热 包括两个有温度差的物体之间的能量传递
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组分 i的摩尔分数,xi
理想气体混合物
组分 i的质量分数, Yi
对于理想气体:
根据定义有 xi 和 Yi的关系 混合物分子量 MWmix 第 i组分的分压Pi
MWair=28.85. 求 : (A/F)和 . 先假定完全燃烧条件下，建立完全燃烧方程来获得空燃比，所谓的完全燃烧是指所有的碳全部
燃烧理论
1.阿仑尼乌斯速率表达。
大多数化学反应速率是占主导地位的两种物质可能做出的反应碰撞。
因此，最简单的反应是二阶反应。
其他反应占主导地位的是一个自由键断裂的步骤，因此是一阶反应。
大多数反应在分类上属于后一种类型的反应。
异构化反应也被证实属于一阶反应。
根据Lindemann的一阶反应流程理论[1，4]，一阶反应的发生是一个两步过程的结果，这一点将在随后的一节讨论。
一个任意二级反应可写为其中一个真实的例子就是氧原子与氮分子的反应对任意反应（2.4），速率表现的形式为本书中括号内化学符号单位可用每立方米的浓度或每立方厘米的质量来表示。
以这种方式的反应可以推断出，每次反应物A和B的碰撞会导致任一反应物消失。
阿仑尼乌斯[5]提出一个简单的理论，根据这个事实，得出了温度依赖与K。
根据阿仑尼乌斯理论，只有拥有超过一定能量的分子才会反应。
分子获得额外的能量由热引起的碰撞条件下产生的，这些高能量活化分子导致产品。
阿仑尼乌斯'的假设可以写成其中ZAB是气体动力学碰撞频率而exp（E/ RT）是在波兹曼因子。
动力学理论表明，波兹曼因子所给予的能量只有少数的比的碰撞的能量E大，能量项在玻尔兹曼因子中可被视为系统的反应物沿势能面的大小，其示意图如图2.1所示。
该反应物的状态在这种活化的能量下可以被视为产生一些中间复杂的产品。
这种能量被称为作为活化能。
一般会给予反应EA的象征。
在图2.1中，这个能量被Ef表示，以区别于它的条件，其中产物的种类可以恢复到反应物由一个反向的反应。
这个Eb 代表的活化能反向的反应明显比Ef进一步反应的活化能大。
图2.1显示了一个放热反应物到产物的条件。
活化能和反应热量之间的关系已被发现[1a]。
一般情况下，小活化能更偏向是放热反应，。
在复杂的系统，除一个能量释放反应可以维持外，吸热反应诸如代表图2.1产物被还原回反应物。
例如，一旦反应开始时，乙炔会分解为元素的单组成方式，因为分解释放能量过程比过程的活化能更大。
燃烧基本理论
内容：燃烧基本理论一、燃烧的本质和条件（一）燃烧的本质燃烧是一种放热发光的化学反应。
燃烧同时具备三个特征，即化学反应、放热和发光，具备一个或两个特征不能称为燃烧。
（二）燃烧的条件1.必要条件：任何物质发生燃烧必须具备三个条件，即可燃物、助燃物（氧化剂）和着火源。
2.充分条件：一定的可燃物浓度，一定的氧气含量，一定的着火能量，三者相互作用。
二、燃烧类型燃烧类型主要有闪燃、自燃、着火、爆炸。
（一）闪燃在一定温度下，易燃、可燃液体表面上产生足够的可燃蒸汽，与空气混合遇着火源产生一闪即灭的燃烧现象叫作闪燃。
（二）自燃可燃物质在没有外部明火等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自行燃烧现象称为自燃。
自燃包括受热自燃和本身自燃。
1、受热自燃。
可燃物质在空气中，连续均匀地加热到一定温度，在没有外部火源的作用下，发生自行燃烧的现象叫作受热自燃。
2、本身自燃。
可燃物质在空气中，自然发热经一定时间的积蓄使物质达到自燃点而燃烧的现象，叫作本身自燃。
（三）着火可燃物质与空气（氧化剂）共存，达到某一温度时与火源接触即发生燃烧，当火源移去后，仍能继续燃烧，直到可燃物燃尽为止，这种持续燃烧的现象叫作着火。
（四）爆炸物质从一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生声响的现象叫爆炸。
爆炸浓度极限：可燃气体、蒸气或粉尘与空气的混合物，遇火源能够发生爆炸的浓度。
遇火源能够发生爆炸的最低浓度叫作爆炸浓度下限（也称为爆炸下限）；遇火源能发生爆炸的最高浓度叫作爆炸浓度上限（也称为爆炸上限）。
在火场上，常见的爆炸主要有以下三种：1. 气体爆炸：可燃气体与空气混合后遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
气体爆炸必须具备三个条件：气体本身具有可燃性；气体必须与空气混合达到一定的浓度；有点火源的存在。
2、粉尘爆炸：悬浮于空气中的可燃粉尘遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
粉尘爆炸必须具备三个条件：粉尘本身具有可燃性；粉尘必须悬浮在空气中并与气混合达到爆炸浓度；有足以引起粉尘爆炸的点火能量。
燃烧过程的基本理论
煤粉着火的主要加热源
• 要使煤粉着火。必须要有热源将煤粉加热到足够 高的温度。这个热源主要包括：煤粉气流卷吸回 流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉的辐射；燃 料进行化学反应释放的热量 • 建模，研究结果表明：煤粉气流中，只有表面一 层煤粉可以接受辐射加热，考虑到这一影响，说 明煤粉气流的着火主要靠高温烟气回流 • 为了使煤粉气流更快加热到煤粉颗粒着火温度， 不能把燃烧所需要的空气全部用来输送煤粉，而 是用一部分输送煤粉，这部分为一次风，其余的 为二次风和三次风
活化能 E 破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能 的分子为活化分子。活化能 E与反应物种类有关，挥发分含量小的煤，E大 在一定的温度下，活化能 E越大，则反应速度常数 k值越小，反应速率越小； 而在一定的活化能 E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越 大 不同反应活化能不同，而且正反应和逆反应的活化能也不同。（见书119页）
§6-2煤、焦炭和煤粉的燃烧
一、煤粉燃烧燃烧的四个阶段 预热、干燥(吸热) 挥发分析出(热解),并着火 燃烧(挥发分、焦炭)(保证O2、足够温度 ) 燃尽（残余焦炭→灰渣）影响q4 着火是前提、燃尽是目的 如何强化着火→第四节 如何强化燃烧、燃尽→第五节 煤粉的燃烧，四个阶段往往交错进行，挥发分析出几乎延续 到煤粉燃烧的最后阶段，甚至是更小的粒子先着火
M M ar M mf 2510 cq T0 100 (6 45) Br ar 2510 cq Tzh 100 100 M 100 mf
第一项为加热煤粉和一次风所需热量 第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量 请问第二项中两个水分的意思？为什么要减？ 着火热大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离大，着火困难
燃烧理论第四讲火焰传播理论
静止(jìngzhǐ)均匀混合气体 中的火焰传播
流管中的火焰(huǒyàn)锋面
精品资料
取一根水平管子，一端封住，另一端敞开，管内充满可燃 混合气。点火后，火焰面以一定的速度向未燃方面移动， 由于管壁的摩擦和向外的热量损失(sǔnshī)、气体的粘性、 热气体产生的浮力，使其成为倾斜的弯曲焰面。
精品资料
本生火焰(huǒyàn)示意图 1—内锥面；2—外锥面
如气体出口速度分布均匀，则可假定内锥为一几何正锥体，并 认为内锥焰面上各点的Sn均相等。这样，便可测得层流火焰传 播速度的平均值，且具有足够的准确性。
当混合气出流稳定时，按连续(liánxù)方程有
式中
F0——燃0烧F0器m 出 口0截n F面f 积；0Sn Ff
层流火焰传播理论 第一是热理论，它认为控制火焰传播的主要是 从反应区向未燃气体的热传导。第二是扩散理论，认为来自反应 区的链载体的逆向扩散是控制层流火焰传播的主要因素。第三是 综合(zōnghé)理论，即认为热传导和活性中心的扩散对火焰的 传播可能同等重要。大多数火焰中，由于存在温度梯度和浓度梯 度，因此传热和传质现象交错地存在着，很难分清主次。下面介 绍由泽尔多维奇等人提出的热理论。
精品资料
火焰(huǒyàn)层结构及温度、浓度 分布
精品资料
在火焰锋面上取一单位微元，对于一维带化学反应的稳定层流流动， 其基本方程为：
连续方程 动量方程
u 0u0 0Sn m pup
p≈常数
能量方程（微元体本身热焓的变化等于传导(chuándǎo)的热量加 上化学反应生成的热量）
尚缺少完全符合Sn定义的测定方法。精确测量Sn的困难在于几
乎不可能(kěnéng)得到严格的平面状火焰面。
燃烧理论分析火灾事故
燃烧理论分析火灾事故引言火灾事故是一种常见的安全事件，不仅给人们的生命和财产造成严重损失，也会给社会带来不良的影响。
因此，对火灾事故的燃烧机理和规律进行深入的研究和分析，对于预防和控制火灾事故具有重要的意义。
本篇论文将对燃烧理论进行分析，并结合实际的火灾事故案例进行深入探讨，旨在为火灾预防和控制提供理论依据和指导。
一、燃烧理论概述燃烧是一种氧化反应，是燃料在氧气的存在下发生的一种放热反应。
燃烧的基本过程包括燃烧开始、火焰的产生和火焰的传播三个阶段。
燃烧开始是指燃料达到燃点后，与氧气发生氧化还原反应，释放大量的热能，产生火焰和光线。
火焰的产生是通过火焰核的形成，当气体混合物与空气达到一定温度后，发生自燃并形成初期点火。
火焰的传播是指初期点火衍生出的火焰在燃烧物表面快速传播，形成火灾。
燃烧的条件包括燃料、氧气和点火源。
燃料是指在燃烧反应中发生氧化还原反应的物质，常见的燃烧物包括木材、纸张、油脂等。
氧气是燃烧反应中的氧化剂，是燃料和空气之间的氧化还原反应的必要条件。
点火源是指引发燃烧的初始能量，常见的点火源包括明火、电火花、高温表面等。
燃烧反应的平衡方程式可以表示为：CmHn + (m + n/4) O2 → mCO2 + n/2 H2O其中，CmHn表示燃料，O2表示氧气，CO2表示二氧化碳，H2O表示水。
二、火灾事故的燃烧机理与规律1. 火灾事故的起火原因火灾事故的起火原因主要包括电气设备故障、火灾隐患未消除、违规用火、非法操作等因素。
电气设备故障是导致火灾的主要原因之一，当电气设备出现故障时，可能引发电火花，导致燃烧物起火。
火灾隐患未消除是指企业或居民未及时排查和清除可能引发火灾的隐患，如电线老化、易燃物品存放等。
违规用火和非法操作是指在禁止使用明火或违反操作规程的情况下，使用明火或进行不安全的操作。
2. 火灾事故的燃烧过程火灾事故的燃烧过程包括火灾蔓延、火势发展和火场扑救三个阶段。
火灾蔓延是指火灾初期的火焰将燃烧的热能传导给周围的燃烧物，使其温度升高并燃烧，形成火灾蔓延。
燃烧理论知识点
CH11.何谓燃烧？燃烧是一种急速、剧烈的发光发热的氧化反应过程。
2. 化合物的标准生成焓: 化合物的构成元素在标准状态下（25oC，0.1MPa）定温—定容或者定温定压；经化合反应生成一个mol的该化合物的焓的增量（kJ/mol）。
所有元素在标准状态下的标准生成焓均为零。
3. 反应焓: 在定温-定容或定温-定压条件下，反应物与产物之间的焓差，为该反应物的反应焓（kJ）。
4. 反应焓的计算??5. 燃烧焓: 单位质量的燃料（不包括氧化剂）在定温—定容或定温—定压条件下，燃烧反应时的反应焓之值（kJ/kg）。
6.燃料热值: 燃料热值有高热值与低热值之分，相差一个燃烧产物中的水的气化潜热。
7.化学反应速度、正向反应速度、逆向反应速度、反应速度常数??8.平衡常数的三种表达方式和相互间的关系??按浓度定义的反应平衡常数,以分压定义的反应平衡常数,以体积百分比定义的平衡常数??平衡常数越大，反应进行得越彻底9.反应度λ: 表示系统达到平衡时反应物能有效变为产物的程度反应式: aA+bB→（1-λ）*（aA+bB）+λ（cC+dD）10. Gibbs函数的定义: 自由焓，为状态参数。
g=h-Ts11. Helmholtz函数自由能f f=u-Ts12.焓与生成焓仅是温度的单一函数，而自由焓与P、T有关。
13.标准反应自由焓14.平衡常数kp与反应自由焓的关系15.过量空气系数: 燃烧1kg燃料，实际提供空气量/ 理论所需空气量。
16.当量比(φ)C－实际浓度，Cst－理论浓度17.浓度（燃空比）: 一定体积混合气中的燃料重量/ 空气重量18. 化学计量浓度时的浓度时的浓度19. 绝热燃烧火焰温度的求解方法，尤其是考虑化学平衡时的计算方法首先分别根据平衡常数kp和能量守恒方程得到反应度λ和绝热火焰温度Tf 的关系，然后采用迭代法计算得到Tf 。
20.绝热燃烧火焰温度计算程序及数据处理CH21. 化学反应动力学是研究化学反应机理和化学反应速率的科学。
第二节 燃烧学说和理论
第二节燃烧学说和理论人类用火己有几十万年，但对燃烧的原理至今没有明确结论，目前，燃烧的理论较多，如《燃素学说》、《燃烧氧化学说》、《燃烧分子碰撞理论》、《活化能理论》、《过氧化物理论》、《着火热理论》、《链锁反应理论》等等。
但是，对燃烧的实质性理论至今还没有能圆满的解释。
一、活化能理论---物质分子间发生化学反应，首先是促使分子的相互碰撞，以破坏分子内存在的旧的关系，而形成新的关系，这一条件就是使普通分子变为活化分子所必需的最低能量即活化能，它可以使分子活化并参加反应。
如氢气和氧气反应时活化能为25.1千焦/摩尔，在27度时只有十万分之一的碰撞机率，只有高出平均能量的一定数值的分子，才能进入反应，使化学反应得以进行。
它随温度的变化而机率发生变化。
当用明火去接近氢和氧的分子时，会促使更多的分子活化，使更多的氢和氧起反应，反应所产生的热量又继续活化其它分子，互为影响就发展为燃烧或爆炸。
二、过氧化物理论---气体分子在各种能量（热能、辐射能、电能、光能、化学反应能等）作用下被活化而燃烧，在燃烧过程中，氧分子首先在热能作用下被活化，被活化的氧分子形成过氧化键-0-0-，这种基键加在被氧化的分子上而成为过氧化物。
过氧化物是强氧化剂，不仅能形成过氧化物的物质，而且也能氧化其它较难氧化的物质。
所以，过氧化物是可燃物质被氧化的最初产物，是不稳定的化合物，能在受热、撞击、摩擦等情况下分解，甚至引起燃烧或爆炸。
三、着火热理论-----着火热理论的主要观点：认为受热、自热的发生是由于在感应期内化学反应的结果，使热量不断积累而造成反应速率的自动加速。
这一理论可以解释大多数碳氢化合物与空气的作用都适合这一结论。
以上这些燃烧理论能解释很多燃烧现象，但仍有一些燃烧现象很难用以上理论来解释，如，我们都讲，氧是助燃物，但是，在很多情况下，有很多物质的燃烧，并没有助燃物氧气的存在，如：高温下的镁条可以在二氧化碳中燃烧；铜丝、铁丝可以在氯气中燃烧；铝和镁可以在氮气中燃烧；磷、乙醚的蒸气在低温下氧化会出现冷焰，（即虽然其温度未达到正常着火温度，而己出现火焰）这说明其反应的速率已相当大了。
内燃机燃烧理论及其应用
内燃机燃烧理论及其应用内燃机是一种通过在密闭空间内进行燃烧反应来产生动力的机器。
它的操作原理基于热力学和化学原理：在压缩空气与燃料混合物的过程中，点燃混合物，然后让高温、高压的气体爆发，从而驱动活塞或转子，推动机器运动。
本文将探讨内燃机燃烧理论的基础原理、应用和未来的发展前景。
一、燃烧理论基础内燃机的基础是能够在发动机中创建高压高温环境的燃烧过程。
与喷气式发动机不同，内燃机中的燃烧是在一个密闭的空间中发生的。
因此，内燃机燃烧理论的基础是在理想气体方程式的背景下对热力学循环的分析。
在内燃机燃烧过程中，空气和燃料以一定的比例混合在一起，形成可燃的燃气混合物。
当这个混合物被压缩时，混合物温度会增加，达到点火温度。
然后，点火器会发出火花，将混合物点燃，产生焰核。
这个焰核将传播到混合物中，使其燃烧并释放大量的热量，维持燃烧过程。
然而在实际情况下，燃烧并不是完全理想的，因为燃料和空气之间的混合度是不完全的。
相应地，为了更加准确地建立理论模型，人们提出了不同的燃烧模型。
典型的燃烧模型有早期燃烧、中期燃烧和晚期燃烧等。
严格地说，火焰核心以及燃烧速率常数的取值是影响燃烧模型的关键因素。
二、内燃机的应用内燃机在现代生活中的应用非常广泛。
其中一些应用包括以下内容：1.汽车的动力系统：汽车发动机就是典型的内燃机。
它利用汽油、柴油等燃料和空气混合物，在汽缸内通过火花点火来产生驱动力。
2.电力系统：内燃机可以用于创造电力。
这些发电机被广泛用于可再生能源的支持，以便将电能转换为机械能。
3.轻型飞机的动力源：内燃机驱动的飞机发动机被用于让轻型飞机飞行。
与喷气式发动机的比较，内燃机发动机更加经济，但速度较低。
三、未来的发展前景虽然内燃机已经在不同领域得到了广泛应用，但是随着时代的变迁，对燃料效率和环境保护的需求越来越高。
因此，对内燃机的未来发展也进行了很多研究。
在此过程中，有几个关键技术开始得到广泛应用：1.混合动力：混合动力车辆使用两种动力系统，即燃油发动机和电动机。
燃烧基本原理
• 可燃固体：
①可燃固体 受热 熔融状态 蒸发
可燃蒸气 氧化 燃烧
如：S固 受热 S熔融 蒸发
S蒸气
S蒸气 +O2
• ② 可燃固体
氧化
受热
如：萘 萘蒸气 +O2
SO2+Q 受热 直接析出可燃蒸汽
燃烧
挥发
萘蒸气
CO2+ H2O+ Q
• ③ 可燃固体 受热 分解析出可燃气体
氧化
燃烧
如：木材 受热 析出 T＜295℃:水蒸汽
• 在燃烧反应中，氧分子（O=O）在热能作用下被活化， 双键之一断开，形成过氧基-O-O-，这种过氧基能结 合与可燃物分子上形成过氧化物： • A+O2=A02
• 过氧化物不稳定，是强氧化剂，再次氧化新的可燃物 形成最终的氧化产物： • AO2+A=2AO
6
六、链式反应理论
• 认为物质的燃烧经历以下过程：可燃物或助燃物先吸 收能量而离解为游离基，与其他分子相互作用发生一 系列连锁反应，将燃烧热释放出来。
• ⑴可燃气体：（乙炔）
2C2H2+5O2点燃 4CO2+2H2O+Q
• ⑵ 可燃液体：受热 蒸发 蒸气氧化分解
• 燃烧乙醇
受热蒸发
• （C2H5OH）液
（C2H5OH）蒸气
+3O2=2CO2+3H2O+Q
可燃气体的燃烧形式
• 当可燃气体流入大气中时，在可燃性气 体与助燃性气体的接触面上所发生的燃烧 叫扩散燃烧。 •当可燃性气体和助燃性气体预先混合成一 定浓度范围内的混合气体，然后遇到点火 源而产生的燃烧叫预混燃烧(动力燃烧)。
• 硫、磷、钾、钠等都属于简单的可燃固体，由单质组成。 它们燃烧时，先受热熔化，然后蒸发变成蒸气而燃烧，所以 也属于蒸发燃烧。这类物质只需要较少热量就可变成蒸气， 而且没有分解过程，所以容易着火。
燃烧理论资料整理
绪论1、燃烧的定义：燃烧是一种激烈的氧化还原反应过程，放出大量的热和气体，同时伴有发热、发光的或者火焰。
本质：氧化还原反应做功物质：热和气体现象：发热、发光的或者火焰2、燃烧三要素：可燃物、氧、达到一定的发火温度（着火点）3、燃烧形式、区别与联系：三种化学反应形式：热分解、燃烧、爆轰主要不同点：(1) 过程传播机理不同(2) 过程传播速度不同(3) 受外界影响不同(4)产物质点运动方向不同本质特征：化学键断裂的程度不同联系：在一定条件下，三种形式可发生相互转化4、燃烧与国民经济、国防建设的关系①燃料燃烧是主要能源大多数国家90％以上的能源来自于燃料的燃烧。
②国防热兵器的发射能源主要来自于火药的燃烧（发射药）。
③其他日常生活燃烧与安全（火灾防止等）燃烧与环境（温室效应、保护臭氧层）5、研究燃烧理论的意义①从理论上讲，研究理论用于指导实践。
揭示燃烧现象的本质和规律。
用于研究燃烧过程。
（工业，武器中）②提高能量利用率。
（柴油添加剂）③安全生产④环境保护（作为理论基础）⑤特殊燃烧规律的应用6、燃烧学的研究方法①实验研究研究燃烧的现象和规律，获得经验公式反复观察—总结规律—经验公式②理论研究（模型化）推导—结论—验证—修正—（反复多次）—理论③综合研究实验研究和理论研究结论历史资料，经验和亲自实践的经验不同学科，专业的知识，理论的综合第一章1、热力学第一定律:体系吸收的热量dQ分别用于增加体系的内能dU和对外界做功dW本质：能量守恒2|、热力学第二定律本质：不可能从单一热源吸热而不引起其他变化。
（高温到低温）在化学反应中的本质：表明化学反应的方向。
（表征：熵S）3、化学反应类型简单反应：经过一步反应完成的复杂反应：经过许多中间阶段完成的典型复杂反应：连续反应：由许多基元反应组成，前一反应生成物是后一反应的反应物反应连续进行。
平行反应：一个反应进行的同时还进行着其它反应。
共轭反应：一个反应仅当另一个反应存在时才能发生，而两个反应的反应物又是不同的，其中一个反应是另一个反应发生的条件。
燃烧理论及应用PPT课件
一、闪燃与闪点
闪燃意义 ➢ 闪燃是可燃液体发生着火的前奏，从防火的观点来说，
闪燃就是危险的警告，闪点是衡量可燃液体火灾危险性的 重要依据。因此，研究可燃液体火灾危险性时，闪燃现象 是必须掌握的一种燃烧类型。
2024/7/29
一、闪燃与闪点
闪点分级 ➢ 甲类液体：闪点小于28℃的液体。（如原油、汽油等） ➢ 乙类液体：闪点大于或等于28℃但小于60℃的液体。（
➢ 燃烧素学说认为，某种物体之所以能燃烧是因为其 中含有一种燃烧素，燃烧时，燃烧素就从物体内逸出。
➢ 例如，蜡烛的燃烧。 ➢ 燃烧素学说在解释什么是燃烧素时，认为火是由无
数细小活跃的微粒构成的物质实体，由这种火微粒构成 的火的元素就是燃烧素，物质如果不含有燃烧素则不能 燃烧。
2024/7/29
二、燃烧的氧学说
【学习目标】
1、了解着火理论 2、掌握闪燃与闪点、自燃与自燃点、着火与着火点 3、熟悉最小点火能量和消焰距离、物质的燃烧历程、燃烧
产物
2024/7/29
目录
一 着火理论 二 燃烧的类型
2024/7/29
第一节 着火理论
2024/7/29
一、燃烧素学说
基本内容
➢ 18世纪以前，欧洲盛行燃烧素学说(亦称燃素学说)， 对当时化学界的影响很大。
基本内容
➢ 有一体积为V(m3)的容器，其中充满有化学均匀可燃 气体混合物，其浓度为C(kg/m3)，容器的壁温为T0(K)，
容器内的可燃气体混合物正以速度u(kg/m3﹒s)在进行反
应，
➢ 化学反应后所放出的热量，一部份加热了气体混合物 ，使反应系统的温度提高，另一部份则通过容器壁而传给 周围环境
可燃物质或助燃物质先吸收能量而离解为游 离基，与其他分子相互作用发生一系列连锁反应， 将燃烧热释放出来，直至全部物质燃烧完或由于 中途受到抑制而停止燃烧。
燃烧的三大理论
燃烧的三大理论一、活化能理论activation energy theory 物质分子间发生化学反应首先的条件是相互碰撞。
在标准状态下，单位时间、单位体积内气体分子相互碰撞约1023次。
但相互碰撞的分子不一定发生反应，只有少数具有一定能量的分子相互碰撞才会发生反应，这种分子称为活化分子。
活化分子所具有的能量比普通分子高，使普通分子变为活化分子所必须的能量称为活化能，如图3—2所示。
图中系统由状态Ⅰ变为状态Ⅱ，即由高能状态变为低能状态的能级差，该过程是放热过程。
状态K的能级大小相当于使反应发生所必需的能量，故状态K的能级与状态Ⅰ的能级之差等于正向反应的活化能△E1，状态K与状态Ⅱ的能级之差等于逆向反应的活化能△E2，△E2与△E1之差等于反应热效应。
图3—2 活化能示意图二、链式反应理论有焰燃烧都存在链式反应。
当某种可燃物受热，它不仅会汽化，而且该可燃物的分子会发生热解作用从而产生自由基。
自由基是一种高度活泼的化学形态，能与其他的自由基和分三、过氧化物理论peroxide theory 气体分子在热能、辐射能、电能、化学反应能等各种能量作用下可被活化。
在燃烧反应中，首先是氧分子在热能作用下活化，被活化的氧分子形成过氧键—O—O —，这种基团加在被氧化分子上而成为过氧化物。
此种过氧化物是强氧化剂，不仅能氧化形成过氧化物的物质，而且也能氧化其他较难氧化的物质。
例如在氢和氧的反应中，先生成过氧化氢，而后是过氧化氢再与氢反应生成H2O，其反应式如下：H2+O2+H2O2→H2O2+H2→2H2O有机过氧化物通常可看作是过氧化氢H—O—O—H的衍生物被烷基取代而生成R—O—O—H 或R—O—O—。
烃类氧化时是以破坏氧的一个键而不是破坏氧的两个键而进行的。
由于自由基的产生使反应具有链反应性质，因而可以自动延续，并且由于出现分支而自动加速。
整个燃烧前的氧化过程是一连串有自由基参加的链反应。
燃烧理论发展历程
燃烧理论发展历程燃烧理论是关于燃烧过程中发生的化学反应和物质转化的理论。
它的发展历程可以追溯到古代，但直到近代才获得了较为准确和完善的解释和理论体系。
在古代，人们对燃烧的现象进行了观察和描述，但对燃烧的本质和机制并没有深入的认识。
例如，古希腊哲学家克尔尼代斯和克利特斯认为，燃烧是物质中的火元素释放出来的结果。
这种看法在相当长的时间里占据主导地位，直到近代科学的发展才开始被取代。
到了17世纪，燃烧的基本性质和特征开始被科学家们研究。
英国科学家罗伯特·博义利观察到了燃烧过程中与空气有关的现象，并提出了“氧气论”，认为燃烧是一种物质与氧气之间相互作用的结果。
这一理论为后来的燃烧理论提供了重要的基础。
到了18世纪，法国化学家拉瓦锡在他的研究中对燃烧现象进行了深入的实验和观察，提出了“氧气理论”。
他发现氧气在燃烧过程中起到了一种被消耗的作用，提出了燃烧需要氧气的概念。
但他并没有确切地确定燃烧过程中氧气消耗的量和结果产生的物质的性质。
到了19世纪，燃烧的研究逐渐和热力学相关的研究结合起来。
德国化学家约瑟夫·普拉茨在他的研究中提出了燃烧过程中的“能量守恒定律”，即燃烧过程中放出的热能等于燃料化学能的降低。
他还进一步研究了氧气的冷却和排放问题，将燃烧和氧气的化学性质联系起来，开创了燃烧理论的新发展。
进入20世纪，燃烧的理论研究更加深入和细致。
瑞典科学家西里尔·特尔马尔经过大量实验研究，建立了燃烧的“三要素理论”，即燃料、氧气和着火点是引发燃烧的三个必要条件。
这个理论在燃烧工程和火灾防控中得到了广泛应用。
在近代，随着科学技术的不断进步，燃烧理论得到了进一步的发展。
世界各地的科学家们通过实验和理论研究，不断深化对燃烧过程中化学反应机制和物质转化规律的认识。
例如，针对燃烧过程中的有机物排放和环境影响，出现了更为复杂的燃烧理论模型和计算方法。
综上所述，燃烧理论的发展经历了从古代的观察和描述，到近代的实验和理论研究的过程。
燃烧基本理论
。
一般，对于>100μm的大 颗粒，且挥发分含量较多 的煤，在慢速加热的条件 下（<100℃/s），煤中的 挥发分有可能在颗粒周围 达到着火条件而首先发生 均相着火。对于较小煤粒 及快速加热条件下，则可 能是煤表面首先着火，这 就是非均相着火。
1）非均相着火
经典理论是热爆炸理论（Thermal Explosion Theory）即TET理论。
1967年Ｅssenhign将煤粒通过一个平面火焰来考察 煤粒的着火情况。实验表明，挥发分在平面火焰前 后几乎是保持不变，而火焰前后混合物中的ＣＯ２ 和的着Ｏ火２都是发非生均了相显的著（的焦变炭化首，先着据火此）认。为煤在火焰中
Ｅssenhigh[19]认为，大多数情况下煤粒着火是非均 相的，他的理由是煤粒着火温度与相同煤粒脱去挥 发分之后的煤焦着火温度基本相同，煤粒着火温度 与热解温度基本没有关系。
通常所谈到的煤的热解特性仅指挥发分 的析出特性。
实验证明
在400℃之前，基本上只有CO2析出 在400~~600℃，C2H4、C2H6、CO、CH4和H2相继
达到最大值，同时焦油也在形成；
在600℃以后主要是H2和CO析出，并达到最大值。 通常工业生产中所用到的挥发分含量是煤的工业
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。
一般窑炉中燃料的燃烧，属于普通的（正常的）燃烧。
二、煤粉的燃烧研究
对燃烧领域来说，主要关心的是煤的燃烧特性 和污染特性
分析挥发分含量，它是按我国标准规定，将干燥 的煤样放在有盖坩埚内，在900±10℃的马弗炉中 加热7min，煤样所失去的重量。
燃烧理论第四讲火焰传播理论
目 录
• 火焰传播概述 • 火焰传播的基本理论 • 火焰传播的实验研究 • 火焰传播在燃烧科学中的应用 • 总结与展望
01
火焰传播概述
火焰传播的定义
火焰传播
火焰在可燃气体中传播蔓延的过程， 是燃烧学中的重要概念。
火焰传播速度
火焰传播的物理化学过程
火焰传播的本质是化学反应释放的热 量推动可燃气体加热和膨胀，形成火 焰前锋，并不断向未燃区域传播。
火焰传播理论在燃烧科学中的重要性
火焰传播是燃烧过程中的核心现象，对燃烧效率和污染物排放有重要影响。
火焰传播理论为燃烧设备的优化设计和控制提供了理论基础，有助于提高 燃烧效率并降低污染物排放。
火焰传播理论对于燃烧科学的发展具有重要意义，是燃烧科学领域的重要 研究方向之一。
未来火焰传播理论的研究方向与挑战
燃烧科学中的火焰传播研究展望
火焰传播研究的重要性和挑战
火焰传播是燃烧过程中的关键环节，对燃烧效率和污染物排放具有重要影响。然而，火 焰传播机制和影响因素的复杂性给研究带来了一定的挑战。未来研究需要进一步深入探 讨火焰传播的微观机制和多尺度相互作用，为燃烧科学的发展提供更深入的理论基础。
火焰传播研究的发展趋势
火焰传播的热力学基础
1 2 3
燃烧热与热力学第一定律
火焰传播过程中伴随着能量的转化与传递，燃烧 热是燃烧反应释放的能量，热力学第一定律用于 描述能量守恒。
热力学第二定律与熵增原理
火焰传播过程中熵增原理表明反应自发向熵增加 的方向进行，热力学第二定律用于判断反应是否 自发进行。
燃烧温度与热力学平衡态
随着实验技术和数值模拟方法的不断进步，未来火焰传播研究将更加注重多学科交叉和 跨尺度研究。同时，随着环保意识的提高，研究将更加关注清洁燃烧和低排放燃烧技术， 探索更高效的燃烧方式和污染物控制策略。此外，新兴技术的应用也为火焰传播研究提
燃烧基本原理
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全自动开口闪点测定仪
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全自动闭口闪点测定仪
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• 开杯闪点：适用于闪点较高的可燃液体
• 闭杯闪点：适用于闪点较低，常温下能
闪燃的液体
• 同一种液体的开杯闪点要高于闭杯闪点。
• 闪点随水溶液浓度的下降而升高——用
水灭火的原理之一。
• ⑴可燃气体：（乙炔）
2C2H2+5O2点燃 4CO2+2H2O+Q
• ⑵ 可燃液体：受热 蒸发 蒸气氧化分解
• 燃烧乙醇
受热蒸发
• （C2H5OH）液
（C2H5OH）蒸气
+3O2=2CO2+3H2O+Q
可燃气体的燃烧形式
• 当可燃气体流入大气中时，在可燃性气 体与助燃性气体的接触面上所发生的燃烧 叫扩散燃烧。 •当可燃性气体和助燃性气体预先混合成一 定浓度范围内的混合气体，然后遇到点火 源而产生的燃烧叫预混燃烧(动力燃烧)。
– 1．燃烧性气体的理化特性
• 1）化学活泼性 • 2）比重
– 2．燃烧性液体的理化特性
• 1）液体的燃烧速度 • 2）燃烧性液体的分类
47
3.4 燃烧特性
燃烧速度
1、 气体燃烧速度：火焰的传播速度。
影响因素： (1) 气体的组成和结构，单一组分大于复杂气体 (2) 可燃气体含量， (3) 初温， (4) 燃烧形式，动力燃烧大于扩散燃烧 (5) 管道直径，管径增大，速度提高，达到一极限值 (6) 压力和流动状态。
•特点：不需要外来热量，因而火灾危险性更大。
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• 油脂自燃：
• 原理：不饱和脂肪酸自由能较高，室温下能在
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aA bB gG hH
(燃料)(氧化剂) (燃烧产物) 化学反应速度可用正向反应速度表示，也可用逆 向反应速度来表示。即
dC A WA = — dt
dCG WG = dt
dC B WB = — dt
dC H WH = dt
CA 、CB 、CG、、CH为摩尔组分浓度，kg/m3 或mol/m3。
过程所占的时间很长，约为90％，燃尽时间为1～2.8
秒。从燃烧放热量来看，焦碳占煤粉总放热量的 60～ 95％。 三、煤粉燃烧的主要特征 煤粉着火燃烧过程的细节十分复杂，只能说明几个 阶段的主要特征。
煤粉颗粒必须首先吸热升温，热源来自炉内1300～ 1600℃的高温烟气，燃煤得到干燥，随着水分的蒸发， 燃煤温度不断升高。挥发分析出后，剩余的固态物形成 焦碳。 可燃挥发分气体的着火温度比较低，450～550℃以 上就可着火、燃烧，同时释放热量，加热焦碳。焦碳温 度升高到着火温度时，即着火燃烧，并放出大量热量。 当焦碳大半烧掉之后，内部灰分将对燃尽过程产生 影响。其原因是：外层的灰分裹在内层焦碳上，形
3．正常燃烧向爆炸性燃烧的转变 当火焰正常燃烧时，有时会发生响声。此时，如 果绝热压缩很弱，不会引起爆炸性燃烧。但当未燃混 合物数量增多时，绝热压缩将逐渐增强，缓慢的火焰 传播过程就可能自动加速，转变为爆炸性燃烧。 四、煤粉气流火焰传播速度的影响因素 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。
k ko e
E RT
k0：频率因子； E：活化能； R：通用气体常数； T：热力学温度； 活化能E、频率因子k0都与温度无关；
什么是燃料的“活性”呢？
燃料的“活性”表示燃料着火与燃尽的难易程度。 例如，气体燃料比固体燃料容易着火，也容易燃尽。 而不同的固体燃料，“活性”也不同，燃料的“活 性”也表现为燃料燃烧时的反应能力。各种燃料所 具有的“活性”程度可用“活化能”的概念来描述。
2 .活化能 燃料的活化能表示燃料的反应能力。 活化能是参与化学反应的物质达到开始进行化 学反应状态所需的最低能量，用Ｅ表示。
把能够发生化学反应的碰撞称为有效碰撞，并 把能够发生有效碰撞的分子称为活化分子。 图5-1 表示出活化能的意义。
第二节
影响化学反应速度的因素
质量作用定律和阿累尼乌斯定律指出：影响燃 烧反应速度的主要因素是: 反应物的浓度
图5-5表示了煤粉粒子的升温速度。
经验表明，干燥无灰基挥发分大的煤，是比较
成一层灰壳，甚至形成渣壳。从而阻碍氧向焦碳表面的 扩散，使燃尽时间拖长。 煤粉气流的着火温度也随煤粉细度而变化，煤粉越 细，加热速度越快，越容易着火。这是因为煤粉越细， 燃烧反应的表面积越大。所以在煤粉气流燃烧时，细煤 粉首先着火。 实验研究发现，煤粉在炉内的加热升温速度很快， 升温速度为(0.5～1.0)×104 ℃/S，仅在0.1～0.2秒的时间 内就能达到炉内燃烧时的温度水平1500℃左右。在这种 条件下，挥发分燃烧和焦碳燃烧这两个环节很难截然分 开，在很大程度上可能是同时进行的。
第五节
一 、火焰传播形式
火焰传播
火焰传播的形式分为两种：即层流火焰传播和 湍流火焰传播。 在静止的可燃气体混合物中，缓慢燃烧的 火焰传播是依靠导热或扩散使未燃气体混合物 温度升高，可认为火焰是一层一层的依次着火。 层流火焰传播速度一般为20～100cm/s。
湍流火焰传播速度较快，一般为 200cm/s以上。 火焰短，燃烧室尺寸紧凑，湍流火焰易产生噪声。 炉膛内火焰传播属于湍流火焰。
图5-4表示了挥发分和灰分对煤粉气流火焰传播速 度的影响。
提高煤粉细度时，挥发分析出快，并增加了燃 料的反应面积，有利于提高火焰传播速度。 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，有利于提高火焰传播速度。 锅炉在高负荷运行时，燃烧放热量较多，炉膛温 度较高，容易稳定燃烧；低负荷运行时，这燃烧放热 量减少，冷却散热条件增强，燃料着火稳定性变差。
会妨碍氧向碳粒表面的扩散，或使碳粒反应表面减少，使燃烧
煤粉的燃烧特点
● 锅炉燃用煤粉的颗粒很小（30～100μm ），炉膛温度又很高，煤粉在 炉膛中的加热速度可以达到（104℃/s或更高） 煤粉快速加热时，挥发分析出、着火 和碳的着火燃烧几乎是同时的，其中极 小的煤粉甚至可能先着火燃烧 煤粉快速加热时，煤中挥发分的含量 和成分都与慢速加热的挥发分常规测试 方法不同 煤粉快速加热时，焦碳在孔隙结构方 面与慢速加热有很大差别
2. 质量作用定律的意义
质量作用定律说明了参加反应物质的浓度 对化学反应速度的影响。 对于均相反应，在一定温度下，化学反应 速度与 参加反应的各反应物的浓度乘积成正 比，而各反应物浓度的方次等于化学反应式中 相应的反应系数。 质量作用定律适用于理想气体，在均相反 应中，假定参与反应的气体为理想气体，则质 量作用定律可以应用。
当环境温度很低时（Tb1），点1左边Q1＞ Q2a， 使反应系统升温，达到平衡点1。但由于温度很低， 放热量随温度的变化率小于散热量随温度的变化率， 即dQ1/DT＜dQ2a/DT，使点1右边出现Q1＜Q2a。在 这种条件下，可燃物不能达到着火温度的状态，只能 处于缓慢氧化状态点1。 当环境温度提高时（Ｔb2），点2右边Q1＞Q2b， 且在点2处dQ1/dT＞dQ2b/dT。此时，由于温度较高， 放热量随温度的变化率增大，只要温度稍有增加，燃 烧反应将自动加速，转变到高温燃烧状态点3。这时， 点2对应的温度即为着火温度。在此条件下，只要连 续供应燃料和空气，就能实现稳定的着火和燃烧。
质量作用定律只反映了化学反应速度与参 加反应物浓度的关系。实际上，反应速度不仅 与反应物浓度有关，而且与参加反应的物质的 活性和温度等因素有关。
化学反应速度与燃料活性及温度的关系可 用阿累尼乌斯定律表示。
三 、阿累尼乌斯定律及活化能
1．阿累尼乌斯定律
在实际燃烧过程中，化学反应速度与燃料活性及 温度的关系可用著名的阿累尼乌斯定律描述：
活化能 反应温度
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 燃料的活化能越小，反应能力 高温状态，使燃料进入炉内 就越强，反应速度随温度变化也较 后尽快着火。 小，在低温下也能燃烧。 活化能愈大的燃料，其反应能 力愈差，反应速度随温度的变化也 随着反应温度的升高，分子运动的 愈大，即在较高的温度下才能达到 平均动能增加，活化分子的数目大 较大的反应速度，这种燃料不仅着 大增加，有效碰撞频率和次数增多， 火困难，而且需要在较高的温度下 因而反应速度加快。对于活化能愈 经过较长的时间才能燃尽。 大的燃料，提高反应系统的温度， 也能提高反应速度。
Q1 = Q2
dQ1 dQ 2 ≥ dT dT
放热量和散热量达到平衡，放 热量等于散热量。 放热量随系统温度的变化率大于散 热量随系统温度的变化率。
如果不具备这两个条件，即使在高温状态下 也不能稳定着火，燃烧过程将因火焰熄灭而中 断，并不断向缓慢氧化的过程发展。
三、 着火温度与熄火温度 燃烧室内可燃混合物燃烧放热量为：
第三节
热力着火
一、热力着火理论的实用性
锅炉炉内煤粉燃烧过程的着火主要是热力着火， 热力着火过程是由于可燃物拥有足够的热量时温度 不断升高而引起的。 着火是否可能发生？
着火过程有两层意义：
能否稳定着火？ 只有稳定着火，才能保证燃烧过程持续稳定的进行， 否则就可能中途熄火，使燃烧过程中断。
二、实现稳定着火的两个条件：
第五章 燃烧理论基础
本章主要讲述有关电站锅炉的燃烧理论，其 解决的主要问题是： (1) 判断各种燃料的着火性能，分析影响着火 过程的主要因素，保证燃烧过程顺利进行。 (2) 研究如何提高燃料的燃烧速度，提出加速 燃烧反应，提高燃烧效率的途径。 (3) 解决降低燃烧产物中污染物排放量的问题。
第一节 第二节
煤 种 无烟煤 700～800 烟 煤 褐 煤
着火温度℃
400～500
250～450
表5-3 煤粉气流的着火温度
煤 种
无烟煤
贫 煤 900
烟 煤
650～840
褐 煤 550
着火温度℃
1000
第四节
链锁反应
一 、连锁反应的基本概念
气体和有些液体燃料的燃烧反应速度很高，而 且在常温下反应仍可以很高的速度进行。这种反应 并不是按化学反应方程式那样一步完成的，也不需 要给反应物质施加能量。在气体燃料燃烧反应过程 中，可以自动产生一系列活化中心，这些活化中心 不断繁殖，使反应进行一系列中间过程，整个燃烧 反应就象链一样一节一节传递下去，故称这种反应 为链锁反应。
煤的燃烧特点
煤中含有水分 煤的燃烧过程中，水蒸气很易和C及燃烧产 物CO作用，生成CO2和H2，H2再与CO或CO2反应。这种催化作用， 使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度。 煤中含有挥发分 挥发分对煤的着火燃烧有利；另一方面， 挥发分析出燃烧，消耗了大量氧气，并增加了氧气向煤粒表面 的扩散阻力，使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降。 煤中含有矿物杂质 难以进行，燃尽困难。 煤是一种多孔性物质 它受热时产生的水蒸气和挥发分，不但 向煤粒表面四周的空间扩散，而且还会向煤粒的内部空隙扩散。 在燃烧过程会生成灰，灰层包裹着碳粒，
二、炉膛内的火焰传播
1．正常的火焰传播（缓慢燃烧） 正常的火焰传播过程中，火焰传播速度比较 缓慢，约为 1～ 3m/s ，燃烧室内压力保持不变。 炉内煤粉气流稳定燃烧时的火焰传播就属于正常 的火焰传播。
2．反应速度失去控制的高速爆炸性燃烧 锅炉炉膛内出现爆炸性燃烧时，火焰传播速度极 快，达 1000 ～ 3000m/s ，温度极高，达 6000℃；压力 极大，达 2.0265ＭPa (20.67大气压)。 压力的急剧增大是由于高温烟气膨胀产生的压力 波，使未燃混合物绝热压缩，火焰传播速度迅速提高， 以致产生爆炸性燃烧。