工程燃烧学
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工程燃烧学工程燃烧学33
二、相对静止环境中液滴的蒸发
相对静止环境指液滴与周围气体间无相对运动。 1）周围介质温度低于液体燃料的沸点时，在相对静止环境中液滴的蒸发过程实际上是分子的 扩散过程。即：
qm
4 r2Dg
dmlg dr
/ rr1
4 r1Dg
mlg s mlg
mo----液滴周围混合气中燃料蒸汽质量分数 ； D----气体分子扩散系数，m2/s；
2）液滴在高于液体燃料沸点的高温气流介质中，液滴燃料受热升温而蒸发。当液 滴达到某一温度，液滴所得的热量恰好等于蒸发所需要的热量，于是液滴温度就 不再改变，蒸发处于平衡状态，液滴在此温度下继续蒸发直到汽化完毕。
液滴蒸发掉的数量就是等于扩散出去的分子量，即蒸发速率等于扩散速率。
以液滴为中心， r为半径的液滴蒸发能量的平衡方程为：
c pg
(Tg
Tbw
)
Qlg
对于半径为
rl的液滴，存在：
qml ,0
4 rl2l
drl
d
cpg l rl2 l (rl2,0
rl2 )
d2 l ,0
dl2
2g ln(1 BT )
Kl,0
Kl,0 是静止环境中液滴的蒸发速率常数
Kl,0
8g
ln(1
cpg l
BT
)
4qml ,0
dl,0l
相对静止环境中液滴完全蒸发所需的时间τ0为：
斯蒂芬流数学表达式：
g
D
dmxg dr
gvg mxg
0
在蒸发液滴外围的任一对称球面上，由斯蒂芬流引起的空气质量迁移正好与分 子扩散引起的空气质量迁移相抵消，因此空气的总质量迁移为0。
实际上不存在x组分的宏观流动。真正存在的流动是由于斯蒂芬流动引起燃料 蒸气向外对流，其数量为：
工程燃烧学工程燃烧学29
1-燃气进口；2-空气进口 3-外壳；4-盖板；5-螺旋 片6-燃气喷头；7-烧嘴板；
8-烧嘴板
螺旋叶片式平焰燃烧器
八、低NOx气体燃烧器
（1）烟气再循环燃烧器
烟气再循环技术是将部分低温烟气直接送入炉内， 或与空气混合后送入炉内，由于烟气的吸热作用和 对氧浓度的稀释，使燃烧速度和炉内温度降低，因 而热力型NOX减少。
1-调风板； 2-一次空气口； 3-引射器喉部； 4-喷嘴； 5-火孔
二、引射式大气燃烧器（半预混燃烧器）
和扩散式燃烧器相比，引射式大气燃烧器的火焰温度比较高，火焰短，火力强；
但结构复杂，燃烧稳定性较差。
与鼓风式燃烧器相比，引射式大气燃烧器不必鼓风，投资少，不耗电；但热负荷不宜太 大，否则结构相当笨重。引射式大气燃烧器热负荷调节范围宽广，可燃烧低压燃气，但 热强度较低。一次空气过剩空气系数基本上不随燃气压力而变化。因此，这类燃烧器具 有可贵的自动调节性能。
燃气发热量
是否预热
安装方式
低热值燃气用的引射式燃烧器 高热值燃气用的引射式燃烧器
冷风引射式燃烧器 热风引射式燃烧器 直头引射式燃烧器 弯头引射式燃烧器
二、引射式大气燃烧器（半预混燃烧器）
燃烧器由两大部分组成：引射器和头部。工作时具有一定压力的气体燃料以一定的速度 从喷嘴喷出，进入收缩型吸气管，并借助燃料射流的吸卷作用带入一次空气。燃料与空 气在引射器内混合，把动能转变为压力能，然后从头部的火孔流出，并从周围大气中获 取二次空气，完成整个燃烧过程。大气燃烧器的一次空气系数通常为0.45~0.75。
的压差，以提高引射器的工作效率； • 喷头呈收缩状，主要为了使出口断面上速率分布均匀化，防止回火。 • 燃烧坑道用耐火材料砌成，可燃气体在这里被迅速加热到着火温度并完成燃烧反应。
工程燃烧学工程燃烧学16
（1）不分支链反应
H2和Br2的化学反应方程式为：
H2 + Br2 → 2HBr
实验测得该反应的表现活化能为1பைடு நூலகம்7kJ/mol， 实验中测到了H和Br自由原子。
3. 链锁反应的基本过程
反应历程： 链的产生： 链的传递：
链的终止：
Br2 + M → 2Br + M Br + H2 → H + HBr H + Br2 → Br + HBr H + HBr → H2 + Br Br + Br + M → Br2 + M
3. 链锁反应的基本过程
氢燃烧的反应速率和时间的关系曲线
• 反应开始阶段，产物的形成速率很不显著； • 一定的时间之后，由于分支链反应的传递过程，
反应速率自动加速直到最大的数值。 • 由于反应物的浓度不断降低，当氢原子的销毁速
率超过产生速率，反应速率开始下降。
1. 链式反应定义及特点
定义：
复杂反应不是“一步到位”，而是经过一系列中间过程，借助于活化粒子（原子或原子基团） 构成的链，通过活化粒子而进行的一系列化学反应为连锁反应。
特点：
• 反应一旦开始，它便能相继产生一系列的连续反应，使反应不断发展。
• 反应过程中始终有链载体存在，只要链载体不消失，反应就一定能进行下去。
3. 链锁反应的基本过程
反应方程式： 2H2 + O2 → 2H2O
反应机理：
H2 M 2H M H2 O2 2OH 以后就出现一系列中间反应：
OH H2 H H2O H O2 OH O O H2 H OH OH H2 H H2O 将上面的反应相加得：
H 3H2 O2 3H 2H2O
H2和Br2的化学反应方程式为：
H2 + Br2 → 2HBr
实验测得该反应的表现活化能为1பைடு நூலகம்7kJ/mol， 实验中测到了H和Br自由原子。
3. 链锁反应的基本过程
反应历程： 链的产生： 链的传递：
链的终止：
Br2 + M → 2Br + M Br + H2 → H + HBr H + Br2 → Br + HBr H + HBr → H2 + Br Br + Br + M → Br2 + M
3. 链锁反应的基本过程
氢燃烧的反应速率和时间的关系曲线
• 反应开始阶段，产物的形成速率很不显著； • 一定的时间之后，由于分支链反应的传递过程，
反应速率自动加速直到最大的数值。 • 由于反应物的浓度不断降低，当氢原子的销毁速
率超过产生速率，反应速率开始下降。
1. 链式反应定义及特点
定义：
复杂反应不是“一步到位”，而是经过一系列中间过程，借助于活化粒子（原子或原子基团） 构成的链，通过活化粒子而进行的一系列化学反应为连锁反应。
特点：
• 反应一旦开始，它便能相继产生一系列的连续反应，使反应不断发展。
• 反应过程中始终有链载体存在，只要链载体不消失，反应就一定能进行下去。
3. 链锁反应的基本过程
反应方程式： 2H2 + O2 → 2H2O
反应机理：
H2 M 2H M H2 O2 2OH 以后就出现一系列中间反应：
OH H2 H H2O H O2 OH O O H2 H OH OH H2 H H2O 将上面的反应相加得：
H 3H2 O2 3H 2H2O
工程燃烧学
二、介质雾化喷嘴（气动式雾化喷嘴）
蒸汽作为介质，可以在雾化同时降低油的粘度，进入喷 嘴的燃油粘度较高时，仍能保证雾化质量，
空气作为介质时，空气压力低，雾化质量较差。
低压喷嘴（3x103~1x104Pa） 高压喷嘴（1x105Pa以上）
1. 低压空气雾化喷嘴
采用鼓风机供给的空气作为雾化介质，喷嘴前风压 低，一般为(5.0~10.0) ×103Pa，高的可达12.0×103Pa。
以平均直径表示雾化细度，工程上两种表示方法：
（1）中间直径法（d50或dMMD） 液雾中大于或小于这一直径的两部分液滴的总质量相等。
（2）索太尔平均直径法（dSMD） 假设油滴群中每个油滴直径相等时，按照所测得的所有油
滴的总体积V与总表面积S计算出的油滴直径，故又称体面积
平均直径。
d SMD
Nidi3 Nidi2
（2）雾化方法
机械式雾化 燃油在高压下通过雾化片的特殊机械结构将燃油雾化，
通过喷油嘴喷出。直流式、离心式和转杯式。 介质式雾化
靠附加的雾化介质（蒸气或压缩空气）的能量来雾化。 根据其压力的不同，分为高压雾化、中压雾化和低压雾化。 组合雾化
两种雾化方式有机结合起来。
6.2.2 雾化性能及评定指标
（1）雾化过程
雾化过程：
燃油从喷嘴喷出时形成液 流，由于初始湍流状态和 空气对油流的作用，使油 流表面发生波动，在外力 作用下，油流开始变为薄 膜并被碎裂成细油滴。
已分裂出的油滴在气体介质中还 会继续再分裂。油滴在飞行过程 中，受外力（油压形成的推进力、 空气阻力和重力）和内力（内摩 擦力和表面张力）作用，只要外 力大于内力，油滴便会产生分裂。 直到最后内力和外力达到平衡， 油粒不再破碎。
《工程燃烧学》
成分体积，可依据燃料成分直接计算
实用文档
16
计算Vn.c产
忽略热分解引起Vn.c产的变化 将燃烧产物分为理论燃烧产物和剩余空气两
部分
Vn.c产 ＝V0.c产+(Ln-L0).c空 ＝V0.c产+(n-1)L0.c空
V0、L0根据燃料的成分计算
注意：右边c产是理论实燃用文档烧产物的比热 17
V0CO2、V0H2O、V0N2由燃料成分计算(如何计算？)
说明：此处忽略掉了S
实用文档
7
理论发热温度的计算
3、确定烟气比热c产，它强烈相关于温度t产
(1比热近似法) 查表3-3得到各温度下的c产值 (2内插值近似) 查表3-3得各温度下各气体成分
的c值
(3求解方程法) 认为各气体成分c值与温度成2
次级数关系，c＝A1＋A2t＋A3t2，通过查表得到各
系数
实用文档
8
比热近似法
产物整体比热近似值法(表3－3)
根据具体的燃料成分计算V0 ＝(VCO2＋VH2O＋VN2 ＋…) ，并根据表3-3确定c产
适用性：燃烧产物的平均比热受温度的影响不 显著，特别是空气作助燃剂
实用文档
9
比热近似法求解过程
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量
考虑Qt理 低/V0Q ，低 比考QV 虑空 nQ低cQ 产 的燃 影响Q更分符合规律
空气消耗系数n
在n>=1的情况下，n值越大，理论燃烧温度越低。
因此在保证完全燃烧的情况下，尽量减小n
实用文档
18
影响理论燃烧温度的因素
实用文档
14
高温热分解
温 工度业Q 越炉分 高中，， 分只1 2 解考6 越 虑0 0 强 温V ； 度C O 压 ， 力 且1 越 只0 高 有8 0 ，大0 分于V 1解H 82 0较0度弱
实用文档
16
计算Vn.c产
忽略热分解引起Vn.c产的变化 将燃烧产物分为理论燃烧产物和剩余空气两
部分
Vn.c产 ＝V0.c产+(Ln-L0).c空 ＝V0.c产+(n-1)L0.c空
V0、L0根据燃料的成分计算
注意：右边c产是理论实燃用文档烧产物的比热 17
V0CO2、V0H2O、V0N2由燃料成分计算(如何计算？)
说明：此处忽略掉了S
实用文档
7
理论发热温度的计算
3、确定烟气比热c产，它强烈相关于温度t产
(1比热近似法) 查表3-3得到各温度下的c产值 (2内插值近似) 查表3-3得各温度下各气体成分
的c值
(3求解方程法) 认为各气体成分c值与温度成2
次级数关系，c＝A1＋A2t＋A3t2，通过查表得到各
系数
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8
比热近似法
产物整体比热近似值法(表3－3)
根据具体的燃料成分计算V0 ＝(VCO2＋VH2O＋VN2 ＋…) ，并根据表3-3确定c产
适用性：燃烧产物的平均比热受温度的影响不 显著，特别是空气作助燃剂
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9
比热近似法求解过程
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量
考虑Qt理 低/V0Q ，低 比考QV 虑空 nQ低cQ 产 的燃 影响Q更分符合规律
空气消耗系数n
在n>=1的情况下，n值越大，理论燃烧温度越低。
因此在保证完全燃烧的情况下，尽量减小n
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影响理论燃烧温度的因素
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高温热分解
温 工度业Q 越炉分 高中，， 分只1 2 解考6 越 虑0 0 强 温V ； 度C O 压 ， 力 且1 越 只0 高 有8 0 ，大0 分于V 1解H 82 0较0度弱
工程燃烧学工程燃烧学9
五、组合射流
1. 组合平行射流 2. 交叉流 3. 组合旋转射流 凡是可以强化扰流、产生卷吸及回流的组合射流均可以用于强化稳燃
气流的旋转和射流最大速度、离喷嘴的距离x等有关，距喷嘴越远，射流最大速度急 剧下降。轴向速度u和径向速度v 按x-1的规律衰减，而切向速度w 则按x-2的规律衰减。
5）旋转射流的射程较小。 旋流强度增加时，不同方向局部最大速度均增加，但火炬射程却衰减很快。因此可用
改变旋流强度的办法来调节火炬射程。
四、旋转射流
四、旋转射流
3. 使流体发生旋转的方法
将流体或其中的一部分切向引进一个圆柱导管 在轴向管内流动中应用导向叶片
利用旋转的机械装置使通过该装置的流体发生旋转运动，这类装置包 括旋转导叶、旋转格栅和旋转管
四、旋转射流
4. 工业燃烧中常用的旋流发生器
蜗壳式旋流发生器
径向导叶式旋流发生器
轴向导叶式旋流发生器
四、旋转射流
1. 旋转射流分类
1）自由旋转射流：
旋转气流离开旋流发生器后，喷向一个足够大的空间，由于不 受固体表面的限制而能够自由扩张，例如煤粉炉中旋流燃烧器 喷出的气流
2）半自由旋转流动：
旋转流动在外边界上不能自由扩张，如旋风炉
3）复合旋转射流：
各类射流与旋转射流的组合
四、旋转射流
1. 旋转射流分类
一、环形和共轴射流
1. 环形和共轴射流概念：
2. 存在外部回流及中心回流区。环形射流的中心具有一个反向的回流区。对共轴射流而言， 在中心射流和环形射流的交界面的尾迹中也存在着这样一个回流区。回流区的尺寸和回流 速度对着火的稳定性以及中心射流和环形射流间的混合速度都有较大影响。
二、有限射流
1. 概念：喷入有限空间的射流称为有限射流。 2. 流动特性：射流外边界与有限空间的器壁存在回流区。
工程燃烧学工程燃烧学19
也有用热辐射加热耐火砖或陶瓷棒等，形成各种炽热物体，在可燃混 合物中进行点火。
2、电火花或电弧点火
利用两电级空隙间放电产生火花，使这部分混合可燃物温度升高，产生着火。 它比较简单易行，但由于能量比较小，故其使用范围有一定限制。
3、火焰点火
火焰点火是先用其他方法将燃烧室中易燃的混合可燃物点燃，形成一股稳定 的火焰，并以它作为热源去点燃较难着火的混合可燃物。
对可燃物来说，在T2温度下，炽热体附近的 可燃物进行较剧烈的化学反应，所放出的 热量向周围扩散，使可燃物温度的下降的 趋势得以制止，使温度水平提高到和曲线2 一样。
这时处于着火的临界状态，温度T2一般称为 临界点燃温度。
着火状态
稍微提高炽热温度至T3，则炽热 物体周围可燃物的放热量大于其 散热量，着火过程不可避免地出 现，在离开炽热体后，可燃物因 着火使温度不断提高，如曲线2所 示。
由此可见：要实现强迫着火的临界条件为：在炽热物体附近可燃物的温度梯度等 于零，即：
dT dx
x0 0
点燃后：
dT dx
x0 0
二、工程中常用点燃方法
工程上较常用的点火方法有以下几类：
1. 炽热物体点火 2、电火花或电弧点火 3、火焰点火
1、炽热物体点火
常用金属板、柱、丝或球等作为电阻，通以电流使其炽热；
一、强迫着火条件
燃烧技术中，为了加速和稳定着火，往往由外界对局部的可燃混合物进 行加热，并使之着火。之后，火焰便自发传播到整个可燃混合物中，这 种使燃料着火的方法称为强迫着火。
设有一个点火物体放置于充满气体的容器中（温度为T0），其强迫着火过程可分为 以下大类：
低温氧化 状态临界状态 Nhomakorabea着火状态
低温氧化状态
2、电火花或电弧点火
利用两电级空隙间放电产生火花，使这部分混合可燃物温度升高，产生着火。 它比较简单易行，但由于能量比较小，故其使用范围有一定限制。
3、火焰点火
火焰点火是先用其他方法将燃烧室中易燃的混合可燃物点燃，形成一股稳定 的火焰，并以它作为热源去点燃较难着火的混合可燃物。
对可燃物来说，在T2温度下，炽热体附近的 可燃物进行较剧烈的化学反应，所放出的 热量向周围扩散，使可燃物温度的下降的 趋势得以制止，使温度水平提高到和曲线2 一样。
这时处于着火的临界状态，温度T2一般称为 临界点燃温度。
着火状态
稍微提高炽热温度至T3，则炽热 物体周围可燃物的放热量大于其 散热量，着火过程不可避免地出 现，在离开炽热体后，可燃物因 着火使温度不断提高，如曲线2所 示。
由此可见：要实现强迫着火的临界条件为：在炽热物体附近可燃物的温度梯度等 于零，即：
dT dx
x0 0
点燃后：
dT dx
x0 0
二、工程中常用点燃方法
工程上较常用的点火方法有以下几类：
1. 炽热物体点火 2、电火花或电弧点火 3、火焰点火
1、炽热物体点火
常用金属板、柱、丝或球等作为电阻，通以电流使其炽热；
一、强迫着火条件
燃烧技术中，为了加速和稳定着火，往往由外界对局部的可燃混合物进 行加热，并使之着火。之后，火焰便自发传播到整个可燃混合物中，这 种使燃料着火的方法称为强迫着火。
设有一个点火物体放置于充满气体的容器中（温度为T0），其强迫着火过程可分为 以下大类：
低温氧化 状态临界状态 Nhomakorabea着火状态
低温氧化状态
工程燃烧学工程燃烧学23
• 热流的方向从高温火焰向低温新鲜混 合气，而扩散流的方向则从高浓度向 低浓度，反之，燃烧产物分子，如已 燃气体中的自由基和活化中心则向新 鲜混合气方向扩散。
• 在火焰前锋厚度的很大一部分区域 ，化学 反应速度很小，这部分称为可燃混合物的 “预热区”。化学反应主要集中在很窄的区 域 中，在这个区域内反应速度、温度和活 化中心的浓度都达到了最大值。称为“化学 反应区”，也称为火焰前锋的“化学宽度”。
一、层流火焰焰锋结构
• 如果在本生灯直管内的预混可燃气体流动为层流，则在管口处可得到稳定的正锥形火焰前锋。 在如果层流火焰在管道内传播，则焰锋呈抛物线形；若在管内的层流预混可燃气流中安装火 焰稳定器，则会形成锥形焰锋。
• 层流中的火焰前锋形状是多种多样的。但在火焰锋面的两侧必然是未燃的预混可燃混合物气 体和已燃的烟气，在很薄的焰锋面内进行着剧烈的燃烧化学反应和强烈的两类气体混合。四、Fra bibliotek流火焰传播速度
燃料
氢 乙炔 乙烯 甲烷 苯 丙烯
理论空 气量
Lo （kg/kg）
34.5 13.25 14.8 17.23 13.3 14.8
燃料体积浓度（%）
化学 当量 29.5 7.75 6.56 9.5 2.73 4.47
着火 下限 4.0 2.5 2.7 5 1.4 2.0
着火 上限 75 81 34 15 7.1 11
着火限时过量空 气系数
下限
上限
10.1
0.14
3.57
0.18
2.51
1.35
1.98
0.39
1.96
0.36
2.28
0.37
火焰传播 对应于
速度 vLmax （cm/s）
vLmax体积 浓度（%）
• 在火焰前锋厚度的很大一部分区域 ，化学 反应速度很小，这部分称为可燃混合物的 “预热区”。化学反应主要集中在很窄的区 域 中，在这个区域内反应速度、温度和活 化中心的浓度都达到了最大值。称为“化学 反应区”，也称为火焰前锋的“化学宽度”。
一、层流火焰焰锋结构
• 如果在本生灯直管内的预混可燃气体流动为层流，则在管口处可得到稳定的正锥形火焰前锋。 在如果层流火焰在管道内传播，则焰锋呈抛物线形；若在管内的层流预混可燃气流中安装火 焰稳定器，则会形成锥形焰锋。
• 层流中的火焰前锋形状是多种多样的。但在火焰锋面的两侧必然是未燃的预混可燃混合物气 体和已燃的烟气，在很薄的焰锋面内进行着剧烈的燃烧化学反应和强烈的两类气体混合。四、Fra bibliotek流火焰传播速度
燃料
氢 乙炔 乙烯 甲烷 苯 丙烯
理论空 气量
Lo （kg/kg）
34.5 13.25 14.8 17.23 13.3 14.8
燃料体积浓度（%）
化学 当量 29.5 7.75 6.56 9.5 2.73 4.47
着火 下限 4.0 2.5 2.7 5 1.4 2.0
着火 上限 75 81 34 15 7.1 11
着火限时过量空 气系数
下限
上限
10.1
0.14
3.57
0.18
2.51
1.35
1.98
0.39
1.96
0.36
2.28
0.37
火焰传播 对应于
速度 vLmax （cm/s）
vLmax体积 浓度（%）
《工程燃烧学》课件
生物质燃烧技术
生物质成型燃料、生物质气化 等技术。
趋势展望
未来燃烧技术的发展将更加注 重环保、能效和智能化。
燃烧设备的能效与环保性能
能效评价
燃烧设备的能效主要通过热效率、燃烧效率 等指标进行评价。
能效改进措施
采用高效燃烧器、优化燃烧工况等措施提高 能效。
环保性能评价
主要通过污染物排放水平进行评价，如烟尘 、二氧化硫、氮氧化物等。
燃烧污染控制政策与标准
政策制定
政府制定相关政策，限制 燃烧污染物的排放，推动 清洁能源的发展。
标准制定
制定严格的燃烧污染物排 放标准，要求企业达标排 放，对不达标的企业进行 处罚。
监督与执行
政府相关部门对燃烧污染 控制进行监督和执法，确 保相关政策和标准得到有 效执行。
06
工程燃烧学的应用与发展
工程燃烧学在其他领域的应用
工业生产过程
在工业生产过程中，许多工艺流程涉及到燃 烧过程，如冶金、陶瓷、玻璃等行业的熔炼 、烧成过程。通过应用工程燃烧学原理，可 以提高产品质量和降低能耗。
航空航天领域
在航空航天领域，燃烧学原理的应用对于推 进系统的性能至关重要。火箭发动机、航空 燃气涡轮发动机等设备的优化设计都需要借
区域传播的速度。
火焰稳定性
03
火焰稳定性是指火焰在各种条件下都能保持稳定燃烧的能力，
包括燃料供应、气流速度、温度和压力等因素的影响。
03
燃料及其燃烧特性
燃料的种类与特性
燃料分类
根据来源和化学组成，燃料可分 为化石燃料、生物质燃料和核燃 料等。
特性描述
每种燃料有其独特的物理和化学 性质，如密度、热值、含硫量等 ，这些性质影响其燃烧特性和环 境影响。
工程燃烧学
工程燃烧学一、名词解释1.工业窑炉：是对物料进行加热的设备，加热的目的是改变物料的物理、化学和机械性质，使物料表与加工成所需要的产品。
2.内燃机：是通过燃料在汽缸中燃烧产生高温燃气，并依靠燃气膨胀推动活塞往复运动而将燃烧时释放出来的热能转换为机械功的活塞式动力机械，是热效率最高的一种热机。
3.燃料：是用以生产热量或动力的可燃性物质，是常规能源的主要组成部分。
4.锅炉：是产生蒸汽或热水的热能动力设备，它由锅和炉两大部分组成。
5.燃料热值：又称发热量，是燃料分析的重要指标之一。
由于燃料的燃烧过程主要以获取大量的热量为目的，燃料的热值越高，其经济值也越大。
6.旋转射流：燃料气流或空气流在离开燃烧器喷口之前开始作旋转运动，那么在气流有喷口喷出后便会边旋转边向前运动，从而形成旋转射流。
7.雾化角：雾化角即为油雾化炬的张角。
8.喷雾射程：是指在某个给定的时间内，油喷嘴在喷射方向上喷出的油雾实际能够到达的平面，与有喷嘴喷口之间的距离。
9.介质雾化喷嘴：又称气动式雾化喷嘴，它的工作原理是利用空气或蒸汽作为雾化介质，将其压力能转换为高速气流，使液体燃料喷散为雾化炬。
10.链条炉：链条炉采用移动的链条炉排作为燃煤装置，加煤、清渣、除灰等主要操作均实现了机械化。
11.往复炉排炉：又称往复推动炉排，是利用炉排片的往复运动实现机械加煤、出灰操作的燃烧设备，按其结构形式不同可分为倾斜式往复炉排和水平式往复炉排。
12.抛煤机炉：是利用机械或风力将燃煤抛撒在炉排上以替代人工加煤的机械。
简答题1.燃烧的概念？答：工程燃烧过程是以获取大量的热量为目的，通过有效的人为控制而使燃料和氧化剂在某个确定的空间进行的强烈放热反应。
在组织燃烧过程之前，应该首先对燃料及其类型和燃烧性能有一个充分地认识。
2.燃料的组成？答：燃料的特性主要是指燃料的化学组成、发热能力及其主要的物理和化学性质，为了在工程实际中洁净、有效、合理地利用燃料，应该通过燃料的工业分析、元素分析、和成分分析，获得其化学组成和使用性质的基本数据。
工程燃烧学工程燃烧学40
k ks
碳的燃烧速度取决于氧气扩散速度； 称为扩散控制燃烧，又称扩散燃烧区。
k<<aks， 1/ aks →0，kzs≈ k ， wC=β k C∞,O2 扩散能力强，化学反应能力差；
温度较低时，碳燃烧速度取决于化学动力学因素；
称为动力控制燃烧，又称动力燃烧区。
三、碳粒表面燃烧的分区
k ≈ aks时，wC= β kzs C∞,O2
氧的消耗速度：
碳的燃烧速度：
折算反应速度常数：
kzs
1
1
1
wC kzsC,O2
k ks
三、碳粒表面燃烧的分区
2. 碳燃烧反应控制
k>>aks，1/k→0，kzs≈ aks，wC=βaks C∞,O2 反应温度很高时，化学反应能力很强；
1 kzs 1 1
wC kzsC,O2
Re>100时，Nu=0.7Re0.5
三、碳粒表面燃烧的分区
谢苗诺夫准则可以表达为：
从上式可以看出，影响Sm的因素包括以下几项：
火焰温度T
气流相对速度w
活化能E，频率因子k0煤的粒径d三、碳粒表面燃的分区火焰温度TT
, exp
E RT
, Sm
T
,
D
D0
T T0
m , Sm
总的趋势，Sm下降趋于扩散区
例如：粒径10mm时， T=1000℃进入扩散燃烧区 粒径0.1mm时，T=1700 ℃进入扩散燃烧区
kzs 1
1 1
wC kzsC,O2
k ks
化学反应能力与氧气的扩散能力处在同一数量级的情况下，燃烧速度介于 动力燃烧区和扩散燃烧区之间，称为过渡燃烧区。
在过渡燃烧区域的燃烧反应速度，将同时取决于化学反应速度和扩散速度， 两者的作用都不能忽略。
工程燃烧学
相对于收到基成分，干燥成分被放大了100/(100-War)倍，因此干燥成分/收到基成分＝100/(100-War)相对于收到基成分，可燃成分被放大了100/(100-War-Aar)倍，因此可燃成分/收到基成分＝100/(100-War-Aar)相对于干燥成分，可燃成分被放大了100/(100-Ad)倍，因此可燃成分/干燥成分＝100/(100-Ad)干馏，即把煤在隔离空气的情况下加热把煤加热到110oC，使水分蒸发，测出水分含量在隔绝空气下加热到850oC，测出挥发分含量然后通入空气使焦块全部燃烧，测出灰分和固定碳含量高位发热量：单位质量的煤完全燃烧后，燃烧烟气的温度降低至室温时放出的全部热量低位发热量：单位质量的煤完全燃烧时，所放出全部热量中去除烟气中水蒸气汽化热后的量煤的发热量测定3种方法氧弹量热计直接测定应用工业分析值计算应用元素分析值计算炭化程度高，比热减小通常，矿物质含量增高，比热降低温度变化，比热先增后降导热系数随炭化程度升高和温度升高而增大同一煤种，水分含量增大，导热系数增大粘结性：粉碎后的煤在隔绝空气的情况下加热到一定温度时，煤的颗粒相互粘结形成焦块的性质焦结性：指在工业炼焦条件下，一种煤或几种煤混合后的粘结性，也就是煤能炼出冶金焦炭的性质实验室中用坩埚法测定粘结性，干馏后按外形分八个等级，称为粘结序数1粉状—焦炭残留物均为粉末2黏着—残留物粘着，手轻压成粉末3弱黏着—残留物粘结，手轻压碎成小块4不熔融黏结—手指用力压裂成小块5不膨胀融化黏结—成浅平饼状，表面有银白色金属光泽6微膨胀熔融黏结—表面银白色金属光泽，表面有小气泡7膨胀熔融黏结—表面银白色金属光泽，高度不超过15mm8强膨胀熔融黏结—焦渣高度大于15mm汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料进行配比，使其产生的爆震强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。
辛烷值高，抗爆性好汽油抗爆能力的大小与化学组成有关。
工程燃烧学工程燃烧学18
RTz2h E
Tzh
Tb2
k0e E /( RTzh )cAcBVQr
S
RTz2h E
状态方程：pA=cARTzh=xAp0, pB=p0-pA=cBRTzh =xBp0，即： cA=xAp0/RTzh, cB=xBp0/RTzh, 代入上式得
p02xBE
着火浓度界限图。这些曲线统称为着火浓度界限。
这些曲线呈U形，U形区内为着火区。
定压时着火界限
定温时着火界限
E
Q1 k0e RTzh CACBVQr
• 散热速率为：
Q2 S (Tzh Tb )
• 根据热自燃的充分必要条件： Q1=Q2，dQ1/dT=dQ2/dT
E
• 可得： k0e RTzh CACBVQr S Tzh Tb2
E
k0e RTzh CACBVQr
E RTz2h
S
• 将以上两式相除，得： • 将其代入Q1的表达式，可得：
e
E RTzh
ln
p0 Tz2h
1 SR3
2
ln
QrVk0
xA
xB
E
E 2RTzh
该式称为谢苗诺夫方程。
如果a 、S、Qr 、V、 xA、xB 均已知，可作出谢苗诺夫方程的曲线图。
着火温度与压力的关系
对于谢苗诺夫方程，还可以固定压力p，作T-xA着火浓度界限图，固定温度T 作p-xA
无论是均相气体燃料或固体燃料，当周围介质温度T0达到一定值后，即出
现热自燃着火，此时的系统温度即为自燃温度。 试验表明，在一定的炉内压力p0下，可燃混合物的浓度变化时，其自燃温
度也会发生变化。 热自燃存在一定的界限（温度-浓度，压力-浓度）。
工程燃烧学工程燃烧学27
强化燃烧的方式
• 如果燃烧过程中的燃料初始浓度值不变，则加强通风速度，可使扩散 速度系数增大。因此，在扩散燃烧区域，要强化燃烧，就必须加大风 速，加强燃料与氧的扰动混合。
三、过渡燃烧控制区
• 当 mix ch 时，则整个燃烧时间等于扩散混合时间与化学反应时间之和,
• 即 mix ch ，这种情况称为过渡燃烧控制区。
τ
τch
τmix
强化燃烧的方式
• 在过渡燃烧控制区内，氧的扩散速度和燃料的化学反应速度较为接近， 即氧的扩散速度常数β与化学反应速度常数k值相比，哪一个都不能忽 略。
• 要强化这个区域的燃烧，提高温度和强化燃料与氧的扰动混合，同样 都是重要的措施。
小结
燃烧反应控制区间 动力燃烧控制区、扩散燃烧控制区和过渡燃烧控制区 控制区间强化燃烧的方式
τmix
动力燃烧区域发生在低温区，在动力燃烧控制区中，氧气浓度足够高，化学反应速度 较慢，燃烧反应速度决定于化学反应速度，可以认为与扩散速度无关。
强化燃烧的方式
• 根据阿累尼乌斯定律，反应速度常数k取决于温度，它随燃烧过程温度的升高而 增大得很快。因此，在动力燃烧区域，反应速度w将随温度T的升高而按指数关
系急剧地增大。
k k0eE RT
• 在此区域内，提高温度是强化燃烧反应的有效措施。
二、扩散燃烧控制区
• 当 mix ch 时，则整个燃烧时间近似等于扩散混合时间，即 mix ，这种情况可
称为扩散燃烧。
τ≈τmix
τch
τmix
• 燃烧过程的进展与化学动力因素关系不大，而主要取决于流体动力学的扩散混合因素。 也就是说，此时燃烧反应的温度已经很高，化学反应能力远大于扩散能力。
以碳粒的燃烧为例，其步骤如下： （1）氧扩散到碳表面； （2）扩散的氧被碳表面吸附； （3）碳与氧发生化学反应； （4）燃烧产物解吸附； （5）燃烧产物向外扩散。
工程燃烧学工程燃烧学30
1）增强空气与燃料蒸汽之间的对流和紊流扩散，加速已蒸发的燃料气体尽 快着火和燃烧。 2）应用旋转气流，中心形成回流区，使高温的热烟气回流至火焰根部加热 雾化气流，使之着火、燃烧，这由调风器通过合理的配风来实现。
3）一、二次风的合理配置 合理分配送入火焰根部一次风与中心风比例。一般将送入调风器的空气分成两部分。一部 分从喷嘴附近送入，首先与雾化气流混合，称为一次风；另一部分离喷嘴稍远处送入，称 为二次风。 燃油雾化气流的扩张角与空气射流的扩张角度应合理匹配。 采用旋转气流，使燃烧器出口附近形成大小适当的回流区，以利燃料的着火与燃烧。 加强风、油后期的混合。 维持低氧燃烧、提高风速、降低阻力以及尽量促使后期混合等，也都是重要的配风原则。
着火阶段
油雾与空气获取热 量迅速达到着火温 度以上，才能保持 稳定燃烧，这个热 量叫做着火热。
加强“油气”和 空气混合的措施
着火热的来源
一、提高燃烧器出口空气流速 二、加强燃烧器出口气流的燃动 三、送入一定量的一次风与油雾预先混合，乙
方油雾产生热裂现象
一、高温烟气和炉墙的辐射热
二、回流的高温烟气与混合物间的对流热
二、液体燃料燃烧特征
液体燃料的沸点低于着火温度，先蒸发后燃烧，总是燃烧其蒸汽； 燃烧过程分为三步：
1.蒸发
较慢
2.混合
油蒸汽与氧相互扩散，较快
3.燃烧
燃烧速度快
油燃烧速度取决于最慢的蒸发速度
液体燃烧只能在表面蒸发，并在离液滴表面一定距离的火焰面上燃烧，液体表面 无火焰，内部无火焰
液体燃料燃烧时，如果缺氧，会产生热分解。
防止或减轻热 分解措施
二、使雾化气流出口区域的温度适当降低，即使产 生热分解也能形成轻质碳氢化合物。
三、使雾化的液滴尽量细，达到迅速蒸发和扩散混 合，避免高温缺氧区的扩大。
3）一、二次风的合理配置 合理分配送入火焰根部一次风与中心风比例。一般将送入调风器的空气分成两部分。一部 分从喷嘴附近送入，首先与雾化气流混合，称为一次风；另一部分离喷嘴稍远处送入，称 为二次风。 燃油雾化气流的扩张角与空气射流的扩张角度应合理匹配。 采用旋转气流，使燃烧器出口附近形成大小适当的回流区，以利燃料的着火与燃烧。 加强风、油后期的混合。 维持低氧燃烧、提高风速、降低阻力以及尽量促使后期混合等，也都是重要的配风原则。
着火阶段
油雾与空气获取热 量迅速达到着火温 度以上，才能保持 稳定燃烧，这个热 量叫做着火热。
加强“油气”和 空气混合的措施
着火热的来源
一、提高燃烧器出口空气流速 二、加强燃烧器出口气流的燃动 三、送入一定量的一次风与油雾预先混合，乙
方油雾产生热裂现象
一、高温烟气和炉墙的辐射热
二、回流的高温烟气与混合物间的对流热
二、液体燃料燃烧特征
液体燃料的沸点低于着火温度，先蒸发后燃烧，总是燃烧其蒸汽； 燃烧过程分为三步：
1.蒸发
较慢
2.混合
油蒸汽与氧相互扩散，较快
3.燃烧
燃烧速度快
油燃烧速度取决于最慢的蒸发速度
液体燃烧只能在表面蒸发，并在离液滴表面一定距离的火焰面上燃烧，液体表面 无火焰，内部无火焰
液体燃料燃烧时，如果缺氧，会产生热分解。
防止或减轻热 分解措施
二、使雾化气流出口区域的温度适当降低，即使产 生热分解也能形成轻质碳氢化合物。
三、使雾化的液滴尽量细，达到迅速蒸发和扩散混 合，避免高温缺氧区的扩大。
工程燃烧学工程燃烧学6
Rw=560/t+650/T1max+0.27w1max
6）煤的燃尽特性指数RJ：
煤的燃尽特性指数RJ同样由热天平测定，但除燃烧 特性曲线外，还需要煤焦燃尽曲线。
RJ=10/(Aa+Bb+Cc+Dd)
RJ
＜2.5 2.5~3 3~4.4 4.4~5.29 ≥5.29
着火难易程度
极难燃尽煤种 难燃尽煤种 中等燃尽煤种 易燃尽煤种 极易燃尽煤种
5）煤的着火稳定性指数Rw：
t ——着火温度，℃ w1max——易燃峰的最大燃烧速率，mg/min T1max ——易燃峰的最大燃烧速率所对应的温度， ℃
Rw ≤4.02 4.02~4.67 4.67~5 5~5.59 ≥5.59
着火难易程度
极难着火煤种 难着火煤种 中等着火煤种 易着火煤种 极易着火煤种
2）燃料比：
煤的工业分析成分中固定碳（FC）与干燥无灰基挥发分（Vdaf）的 比值，表明燃煤着火和燃尽的难易程度，燃料比越大，着火就越 困难，也越难以燃尽
3）反应指数：
指煤样在氧气流中加热，使其温升速度达到15℃/min时所需要的 加热温度，反应指数越大，煤越难着火和燃烧
4）煤的燃烧特性曲线：
TG曲线反应样品质量随时间的变化 DTG曲线反映了式样燃烧过程中的质量变化率随时间或温度的变化规律 DTG的峰值代表燃烧失重速率的最大值
某烟煤据煤的煤化程度，以干燥无灰基挥发分Vdaf作为分类指标，将所有煤分为褐煤、烟煤、 无烟煤。
煤种 挥发分Vdaf
褐煤 40~60
烟煤 20~40
贫煤 10~20
无烟煤 <10
无烟煤：
表面呈明亮的金属光泽，挥发分含量低，一般<10%，且挥发分析出的温度较高，着火 困难，不易燃尽
工程燃烧学工程燃烧学20
• 降低系统混合气体浓度和环境温度以及改善散热条件都必须使系统处于比着火更 不利的状态，系统才能灭火。
二、链锁反应理论中的灭火分析
根据链锁反应着火理论，要使已着火的系统灭火，必须使系统中的自由基增长 速度小于自由基的销毁速度。可采取以下措施：
• 降低系统温度，以减慢自由基增长速度 • 增加自由基在固相器壁的销毁速度 • 增加自由基在气相中的销毁速度
三、灭火方式
• 任何物质发生燃烧，都有一个由未燃状态转向燃烧状态的过程。这一过程的发生必须同时具备三个 条件，即可燃物、氧化剂、着火源。通常又称为燃烧三要素。
• 灭火的原理就是使燃烧三要素不相互发生作用，其方法主要有隔离法、窒息法、冷却法、抑制法等。
1）隔离法 2）窒熄法 3）冷却法 4）抑制法
常用的灭火剂
灭火剂：能够有效破坏燃烧条件， 终止燃烧的物质。
气体灭火剂（七氟丙烷）
液体灭火剂（水）
固体灭火剂（干粉）
• 按形态，有气体灭火剂、液体灭火剂和固体灭火剂。 • 按种类，有水灭火剂，泡沫灭火剂、干粉灭火剂、卤代烷灭火剂、二氧化碳灭火剂、烟雾灭火剂。
3）降低系统混气浓度
保持环境温度T0和散热条件不变，为使系统灭 火，降低系统中混气的浓度C0。由放热公式 可知，放热速度Q1 将变小，放热曲线将下移。 降低混气浓度至C2，使散热曲线与放热曲线 相切于E点时，便实现了系统灭火。
• 综上所述，在热着火理论中，要想使已经着火的系统灭火，必须采取以下措施： 降低系统氧气或可燃气体的浓度；降低系统环境温度；改善系统散热条件。
一、热自燃理论中的灭火机理
1）降低环境温度T0
环境温度为从T3至T2至T1时，均不能灭火。 环境温度降至T0 时，E点是个不稳定点，由 于散热速度大于放热速度，系统会自动降温 至E’， E’是低温缓慢氧化态，即系统灭火。
二、链锁反应理论中的灭火分析
根据链锁反应着火理论，要使已着火的系统灭火，必须使系统中的自由基增长 速度小于自由基的销毁速度。可采取以下措施：
• 降低系统温度，以减慢自由基增长速度 • 增加自由基在固相器壁的销毁速度 • 增加自由基在气相中的销毁速度
三、灭火方式
• 任何物质发生燃烧，都有一个由未燃状态转向燃烧状态的过程。这一过程的发生必须同时具备三个 条件，即可燃物、氧化剂、着火源。通常又称为燃烧三要素。
• 灭火的原理就是使燃烧三要素不相互发生作用，其方法主要有隔离法、窒息法、冷却法、抑制法等。
1）隔离法 2）窒熄法 3）冷却法 4）抑制法
常用的灭火剂
灭火剂：能够有效破坏燃烧条件， 终止燃烧的物质。
气体灭火剂（七氟丙烷）
液体灭火剂（水）
固体灭火剂（干粉）
• 按形态，有气体灭火剂、液体灭火剂和固体灭火剂。 • 按种类，有水灭火剂，泡沫灭火剂、干粉灭火剂、卤代烷灭火剂、二氧化碳灭火剂、烟雾灭火剂。
3）降低系统混气浓度
保持环境温度T0和散热条件不变，为使系统灭 火，降低系统中混气的浓度C0。由放热公式 可知，放热速度Q1 将变小，放热曲线将下移。 降低混气浓度至C2，使散热曲线与放热曲线 相切于E点时，便实现了系统灭火。
• 综上所述，在热着火理论中，要想使已经着火的系统灭火，必须采取以下措施： 降低系统氧气或可燃气体的浓度；降低系统环境温度；改善系统散热条件。
一、热自燃理论中的灭火机理
1）降低环境温度T0
环境温度为从T3至T2至T1时，均不能灭火。 环境温度降至T0 时，E点是个不稳定点，由 于散热速度大于放热速度，系统会自动降温 至E’， E’是低温缓慢氧化态，即系统灭火。
工程燃烧学工程燃烧学34
qm
dr r2
qm
c pg
4
1 rl
1 rf
ln
1
cpg g Qlg
Tf Tl
再来求火焰锋面所在球面的半径 rf。假设火焰锋面之外有一半径为r的球面。氧气从远处通 过球面向内扩散的数量，必然等于火焰锋面上所消耗的氧量，因而也等于汽油流量 乘以化
学反应方程式中氧与油的当量比 β,即：
2.液滴群扩散燃烧
周围介质温度低或雾化颗粒较粗时，在燃烧区的每个液滴周围有薄层火焰包围，在火焰面 内是燃料蒸气和燃烧反应产物，火焰面外是空气和燃烧反应产物，液滴的燃料蒸气各自供 给其周围的火焰，并和氧气相互扩散混合进行燃烧反应。
此时燃烧与蒸发几乎同步进行，形成滴群的扩散燃烧。此时反应动力学因素影响不大，蒸 发过程的快慢控制着燃烧过程的进程。
设有半径为r的球面，通过该球面向内传导的热量；必然等于油在油滴表面汽化以后，流
到这个球面上并使温度升高所需要的总热量，即
4 r2
dT dr
qm
c pg
T
Tl Qlg
将上式改写，然后自油滴表面（rl和Tl）到火焰锋面（rf和Tf）积分:
Tf 4
Tl
c pg
dT T Tl
Qlg
rf rl
液滴群燃烧的三种物理模型：
预蒸发式燃烧 液滴群扩散燃烧
复合式燃烧
1.预蒸发型燃烧
燃料液滴进入火焰区前已全部蒸发完，燃烧完全在无蒸发的气相区中进行，这种燃烧情况与气 体燃料的燃烧机理相同，液滴蒸发对火焰长度的影响不大。
这种燃烧情况相当于雾化液滴很细，周围介质温度高或雾化喷嘴与火焰稳定区间距离长。
3.复合燃烧
介于预蒸发型燃烧和滴群扩散燃烧之间的一种情况。 如较为常见的喷雾液滴燃烧，由于喷出的液雾中的液滴大小不均匀，其中较小的液滴容易蒸
工程燃烧学
来分析煤的成分，挥发分的质量分数以V来表示，不可燃烧的成分是 灰分，其质量分数以A表示，固定碳的质量分数以FC表示。工业分析 的结果由M,V,A和FC组成，M+V+A+FC=100。 2）常用的四种基准 煤的四种常用基准有收到基、空干基、干燥基、干燥无灰基。 实验室中实际分析工作所得到的是空干基成分，然后再根据水分含 量等不同而换算成其他基德成分。（加） 1.1.4 煤的使用性质 为了合理使用煤、选择恰当的燃烧装置及制定燃烧操作规程， 除了煤的化学组成外，必须了解煤的使用特性 煤的工业分析是在规定条件下将煤样进行加热和干燥，测出煤 中水分、灰分、挥发分和固定碳四种成分所占的质量分数，此外还 包括煤的发热量、灰熔点的测定和剩余焦炭特征的鉴定。
1.外在水分（也叫做湿分或机械附着水），是指煤在开采、运输、 贮存和选洗过程中带进的水分，它们不被燃料燃料吸收而是机械的 附着在燃料表面上。外在水分易于蒸发，与大气温度有关，变化很 大。 2.内在水分，是指达到风干状态后燃料中残留的水分，它包括 被燃料吸收并均匀分布在可燃质中的化学吸附水和存在于煤中的矿 物质中的矿物结晶水。内在水分不易蒸发，只有在高温分解师才能 除去。通常在做分析计算和评价燃料时所说的水分就是指的这部分 水分 1.1.3 煤的成分表示方法及其换算 1）煤的成分表示方法 煤的成分表示方法通常用各组分的质量分数来表示。对煤的化学分 析分为元素分析及工业分析。煤的元素分析是煤的固有成分测定， 可按公式C+H+O+N+S+A+M=100来计算。工业分析是按煤的燃烧过程
第一章 燃料
• 本章从固体燃料、液体燃料和气体燃料三个方面入手，介绍了三 种燃料的特点和使用性能。
1.1 固体燃料
工程燃烧学工程燃烧学41
四、煤粉燃烧
1. 煤粉气流着火特性
煤粉着火的实质是：煤粉气流通过卷吸高温烟气和辐射传热使煤粉升温实现着火。烟 气与一次风混合，传热给一次风，再由一次风对流换热传给煤粉。
一次风把热能传给煤粉的对流换热的热阻比较大。20μm直径的煤粉在着火过程中因上 述对流换热将使着火推迟0.008 s~0.018s；200μm直径的煤粉的着火推迟将达到0.8s~1.8s 左右。
往复炉排炉
链条炉排炉
五、煤粉燃烧方式与装置
悬浮燃烧
悬浮燃烧，也叫火室燃烧，燃料呈悬浮状态中炉膛（燃烧室）空间中进行燃烧。为了实 现悬浮燃烧，必须将煤破碎成细小的煤粉（粒径＜0.1mm），并采用煤粉燃烧器组织煤粉 气流，连续不断地喷入炉膛中。
与层燃燃烧相比，煤粉与空气的接触面积大大增加，两者的混合得到了显著的改善，加 快了着火，燃烧非常剧烈，燃尽率高，而且过量空气系数可以控制得很低，从而使其燃烧 效率大大超过层燃燃烧。
燃烧过程中，煤块在炉排上静止。炉排具有一定的缝隙，空气自下而上流过炉排和煤层，参与燃烧反 应。
五、煤粉燃烧方式与装置
层燃炉可分为三类： （1）燃料层不移动的固定炉排炉，如手烧炉； （2）燃料层沿炉排面移动的炉子，如往复炉排炉和振动炉排炉； （3）燃料层随炉排面一起移动的炉子，如链条炉和抛煤机链条炉。
五、煤粉燃烧方式与装置
沸腾燃烧
沸腾燃烧，又称流化床燃烧。它利用空气动力使 煤粒在沸腾状态下进行传热、传质和燃烧。沸腾 燃烧所燃用的煤的粒度一般为0.2～3mm的颗粒。
运行时刚加入的煤粒受到气流的作用而迅速与灼 热料层中的高温颗粒强烈混合，并与之一起上下 翻滚运动，从而迅速升温并着火燃烧。
T01
100
着火热随 燃料性质（着火温度，燃料水分、灰分、煤粉细度）和运行工况（煤粉气流 初温、一次风率和风速）的变化而变化，当煤粉与一次风通过对流与辐射传热获得的 热量等于或大于着火热时，过了着火孕育期，着火就发生。
1. 煤粉气流着火特性
煤粉着火的实质是：煤粉气流通过卷吸高温烟气和辐射传热使煤粉升温实现着火。烟 气与一次风混合，传热给一次风，再由一次风对流换热传给煤粉。
一次风把热能传给煤粉的对流换热的热阻比较大。20μm直径的煤粉在着火过程中因上 述对流换热将使着火推迟0.008 s~0.018s；200μm直径的煤粉的着火推迟将达到0.8s~1.8s 左右。
往复炉排炉
链条炉排炉
五、煤粉燃烧方式与装置
悬浮燃烧
悬浮燃烧，也叫火室燃烧，燃料呈悬浮状态中炉膛（燃烧室）空间中进行燃烧。为了实 现悬浮燃烧，必须将煤破碎成细小的煤粉（粒径＜0.1mm），并采用煤粉燃烧器组织煤粉 气流，连续不断地喷入炉膛中。
与层燃燃烧相比，煤粉与空气的接触面积大大增加，两者的混合得到了显著的改善，加 快了着火，燃烧非常剧烈，燃尽率高，而且过量空气系数可以控制得很低，从而使其燃烧 效率大大超过层燃燃烧。
燃烧过程中，煤块在炉排上静止。炉排具有一定的缝隙，空气自下而上流过炉排和煤层，参与燃烧反 应。
五、煤粉燃烧方式与装置
层燃炉可分为三类： （1）燃料层不移动的固定炉排炉，如手烧炉； （2）燃料层沿炉排面移动的炉子，如往复炉排炉和振动炉排炉； （3）燃料层随炉排面一起移动的炉子，如链条炉和抛煤机链条炉。
五、煤粉燃烧方式与装置
沸腾燃烧
沸腾燃烧，又称流化床燃烧。它利用空气动力使 煤粒在沸腾状态下进行传热、传质和燃烧。沸腾 燃烧所燃用的煤的粒度一般为0.2～3mm的颗粒。
运行时刚加入的煤粒受到气流的作用而迅速与灼 热料层中的高温颗粒强烈混合，并与之一起上下 翻滚运动，从而迅速升温并着火燃烧。
T01
100
着火热随 燃料性质（着火温度，燃料水分、灰分、煤粉细度）和运行工况（煤粉气流 初温、一次风率和风速）的变化而变化，当煤粉与一次风通过对流与辐射传热获得的 热量等于或大于着火热时，过了着火孕育期，着火就发生。
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6/100
1、煤的用途
• 动力煤
– 发电用煤；蒸汽机车用煤；建材用煤；一般工业锅 炉用煤；生活用煤；冶金用动力煤
• 炼焦煤
– 炼焦炭用，包括气煤、肥美、焦煤、瘦煤等
7/100
2、煤的种类
• 根据母体物质碳化程度不同，分为四大类：
– 泥煤 – 褐煤 – 烟煤 – 无烟煤
8/100
泥煤
• 在地质学上
• 氮（N）一般不反应。但高温下会氧化形成有害 气体NOx，产生污染
• 一般含量为0.5~2% • 干馏工业中，可作为氮素资源回收
19/100
硫（S）
• 硫（S）有三种存在形式
• 有机硫，来自母体植物，均匀分布 • 黄铁矿硫，与铁结合在一起形成FeS2 • 硫酸盐硫，以硫酸盐的形式存在，主要是
CaSO4·2H2O和FeSO4
成分分析
确定各种物质成分的含量
3/100
一、固体燃料
4/100
固体燃料种类
• 天然固体燃料
– 木质燃料 – 矿物质燃料——主要是煤
• 人工固体燃料
– 木炭、焦炭等
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主要内容
• 1、煤的用途 • 2、煤的分类 • 3、煤的化学组成 • 4、煤的成分表达及换算 • 5、煤的使用性能
重点掌握
• 使用性能
• 受热易爆裂成碎片，可燃性较差，不易着火，但发热量大
• 工业用途
• 燃料，适合长途运输和长期储存；化肥、陶瓷、制造锻造 等行业
北京京煤集团，晋城煤业集团，焦作煤业集团， 河南永城矿区，神华宁煤集团，阳泉煤业集团
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• 工业上将煤分为四大类，每一大类中又可分为 很多小类，为什么要进行细分？
• 除掉黄铁矿硫和硫酸盐硫 • 焦炉洗精煤含硫量应控制在0.6%以下
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灰分（A）
• 灰分（A）为煤中矿物杂质在燃烧过程中经高温 分解和氧化作用后生成的固体残留物
– 是一种有害成分 • 影响高炉冶炼的经济技术指标 • 降低煤发热量 • 低熔点灰分易结渣，有碍于空气流通和气流的均 匀，使燃烧过程受到破坏 • 造成不完全燃烧，及不利于设备维护和操作
• 前两种硫都能参加燃烧，总称为可燃硫或挥发 硫；第三种硫不能进行燃烧
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• 硫（S）是一种极为有害的物质
– 硫在燃烧后生成SO2和SO3能危害人体健康和造成大 气污染及形成酸雨
– 在加热炉中能造成金属的氧化和脱碳 – 在锅炉中能引起锅炉换热面的腐蚀 – 焦炭中的硫还影响生铁和钢的质量
• 很多情况下都要进行脱硫洗选
• 工业用途
• 可作为地方性燃料，不适合远地运输和长期储存
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烟煤
• 物理化学性质
• 炭化程度较高。与褐煤相比，含碳量增加，氢和 氧的含量减少，挥发分较少，密度较大，吸水性 较小
• 工业用途
• 冶金工业和动力工业不可缺少的燃料 • 近代化学工业的重要原料 • 炼焦的主要原料，其最大的特点是具有粘结性，
• 热解水
• 有机质中的氢和氧在干馏或燃烧后形成的水
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4、煤的成分表达及换算
• 4.1 元素分析
– 以各元素组分的质量百分比表示 C+H+O+N+S+A+M=100
• 有效氢
– 氢元素与C、S结合 – 热值很高，约为C的3.7倍 – 含碳量为85%时，有效氢含量达到最大
• 化合氢
– 氢元素与O结合形成不可燃化合物H2O
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氧（O）和氮（N）
• 氧（O）是煤中的有害元素，与C、H结合构成 氧化物，使它们失去燃烧性而降低煤的热值。 炭化程度高，氧含量降低
– 最年轻的煤，刚刚由植物转变而来
• 在物理性质上
– 尚保留植物遗体痕迹，质地疏松 – 含氧量最高达28-38%，含碳较少，密度小，呈酸性
，水分含量高
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• 在使用性能上
– 挥发分高，可燃性好，反应性强，极易氧化和自燃； 含硫量低，机械性能差，灰分熔点低
• 工业应用
– 工业价值不大，不适合长途运输 – 小型锅炉燃料或气化原料
生产绿色有机复合肥中应用较广泛
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褐煤
• 地质学
• 经泥煤进一步变化后生成，已完成了植物遗体的炭化过程 。因能将热碱水染成褐色得名
• 物理化学性
• 与泥煤相比，密度较大，含碳量较高，氢和氧的含量较小 ，挥发分产率较低
• 使用性能
• 粘结性弱，很易于氧化和自燃，吸水性较强，新开采褐煤 机械强度较大，但易在空气中风化和破碎
工业分类是为了合理利用煤炭资源以及统一使 用规格。各种以煤为燃料或原料的工业对煤都 有特定的技术要求，只有恰当地使用煤种，才 能保证产品质量，合理地利用煤炭资源
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3、煤的化学组成
• 煤由结构极其复杂的有机化合物和一些无机矿 物质组成。化合物的分子结构至今仍不十分清 楚
• 化学组成测定方法
第二章 燃料概论
燃料分类
• 按状态分
– 固体燃料、液体燃料、气体燃料
• 按获得方法分
– 天然燃料、人工燃料
• 按能量释放方式分
– 化学燃料、核燃料
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燃料组成
• 通过工业分析、元素分析和成分分析，获取燃 料化学组成
工业分析 确定水分、灰分、挥发分、固定碳的含量
元素分析 确定C、H、O、N、S、灰分、水分的含量
这是其他固体燃料Biblioteka 没有的12/100• 低变质程度
– 长焰煤、气煤
• 中等变质程度
– 肥煤、焦煤
• 高变质程度
– 瘦煤、贫煤
烟煤
分类依据主要是粘结性大小和 挥发分产率大小
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无烟煤
• 地质学
• 矿物化程度最高的煤，也是年龄最老的煤
• 物理化学性
• 密度大，含碳量高，挥发分极少，组织致密而坚硬，吸水 性小，灰分少，含硫量低
– 元素分析法 – 工业分析法
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• 元素分析
煤的化学组成
碳C 氢H 氧O 氮N 硫S 灰分A 水分M
可燃质
惰性质
• C：主要可燃元素，炭化程度越高，含碳量越大
– 泥煤：~70%
烟煤：78~90%
– 褐煤：70~78% 无烟煤：90%以上
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氢（H）
• 煤的主要可燃元素，含量较低，一般在5%以下 。以两种形式存在：
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水分（M） 注意跟书本P20区别
• 外部水分
• 不被燃料吸收而是机械地附在燃料表面上的水 • 在大气中自然风干后即可去除
• 内部水分
• 被煤粒内部毛细孔吸附的水分，在内部均匀分布 • 自然风干不能去除，在105～110℃加热后去除
• 通常指水分就是上两种，称为全水分 • 化合水
• 矿物杂质的矿物结晶水，在200～500℃加热后去除