《工程燃烧学》PPT课件
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燃烧工程概论课件
包括燃油锅炉、燃油炉具 等，利用燃油与空气混合 后进行燃烧。
固体燃烧器
包括木炭炉、煤炉、加热 炉等，利用固体燃料与空 气混合后进行燃烧。
锅炉
燃煤锅炉
利用煤作为燃料，通过炉膛燃烧 产生热能，将水加热成为蒸汽或
热水。
燃油锅炉
利用燃油作为燃料，通过炉膛燃 烧产生热能，将水加热成为蒸汽
或热水。
燃气锅炉
利用燃气作为燃料，通过炉膛燃 烧产生热能，将水加热成为蒸汽
燃烧现象
燃烧过程中会产生火焰、发光、 发热、气体排放等现象，这些现 象的特征可以用来描述和分类燃烧。
燃烧的重要性与应用
燃烧的重要性
燃烧在人类生产和生活中具有非常重要的意义，如能源利用、交通运输、工业 生产等都离不开燃烧。
燃烧的应用
燃烧的应用非常广泛，如火力发电、化学工业、航空航天、交通运输等。同时， 燃烧也广泛应用于军事、民用和工业领域，是一种重要的能源利用方式。
燃烧工程在电力生产中的应用
燃烧工程在化学工业中的应用
火力发电厂是燃烧工程应用的主要领域之 一，通过燃煤、燃气等燃料燃烧产生热能， 再转化为电能供应给社会。
在化学工业中，燃烧工程被广泛应用于化 工原料的生产和加工过程中，如合成氨、 合成甲醇等。
燃烧工程在冶金工业中的应用
燃烧工程在交通运输领域的应用
冶金工业中，燃烧工程被用于加热和熔炼 金属，如钢铁冶炼、有色金属冶炼等。
国家标准
遵循国家和地方政府的燃烧安全法规和标准，确保燃烧设备和系 统的安全性能符合要求。
行业标准
根据不同行业的燃烧安全规范和标准，制定相应的安全管理制度和 操作规程。
企业标准
企业应建立符合自身实际情况的燃烧安全管理制度和操作规程，确 保员工了解并遵守相关规定。
固体燃烧器
包括木炭炉、煤炉、加热 炉等，利用固体燃料与空 气混合后进行燃烧。
锅炉
燃煤锅炉
利用煤作为燃料，通过炉膛燃烧 产生热能，将水加热成为蒸汽或
热水。
燃油锅炉
利用燃油作为燃料，通过炉膛燃 烧产生热能，将水加热成为蒸汽
或热水。
燃气锅炉
利用燃气作为燃料，通过炉膛燃 烧产生热能，将水加热成为蒸汽
燃烧现象
燃烧过程中会产生火焰、发光、 发热、气体排放等现象，这些现 象的特征可以用来描述和分类燃烧。
燃烧的重要性与应用
燃烧的重要性
燃烧在人类生产和生活中具有非常重要的意义，如能源利用、交通运输、工业 生产等都离不开燃烧。
燃烧的应用
燃烧的应用非常广泛，如火力发电、化学工业、航空航天、交通运输等。同时， 燃烧也广泛应用于军事、民用和工业领域，是一种重要的能源利用方式。
燃烧工程在电力生产中的应用
燃烧工程在化学工业中的应用
火力发电厂是燃烧工程应用的主要领域之 一，通过燃煤、燃气等燃料燃烧产生热能， 再转化为电能供应给社会。
在化学工业中，燃烧工程被广泛应用于化 工原料的生产和加工过程中，如合成氨、 合成甲醇等。
燃烧工程在冶金工业中的应用
燃烧工程在交通运输领域的应用
冶金工业中，燃烧工程被用于加热和熔炼 金属，如钢铁冶炼、有色金属冶炼等。
国家标准
遵循国家和地方政府的燃烧安全法规和标准，确保燃烧设备和系 统的安全性能符合要求。
行业标准
根据不同行业的燃烧安全规范和标准，制定相应的安全管理制度和 操作规程。
企业标准
企业应建立符合自身实际情况的燃烧安全管理制度和操作规程，确 保员工了解并遵守相关规定。
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。
《燃烧学讲义》课件
未来燃烧技术的发展趋势与挑战
发展趋势
未来燃烧技术的发展趋势包括进一步提高燃烧效率、 降低污染物排放、实现可再生能源的利用和智能化控 制等。
挑战
未来燃烧技术的发展面临诸多挑战，如技术瓶颈、经 济成本、政策法规和环保要求等。需要加强科技创新 和政策引导，推动燃烧技术的可持续发展。
感谢您的观看
THANKS
03
燃料电池可应用于汽车、船舶、航空航天、电力系统和备用电
源等领域。
生物质能燃烧技术及应用
生物质燃烧技术
生物质燃烧技术是将生物质转化为热能和电能的一种方式，具有高 效、环保、可再生的特点。
生物质燃烧设备
生物质燃烧设备包括生物质锅炉、生物质焚烧炉和生物质热电机组 等。
生物质燃烧应用
生物质燃烧可用于供热、发电和工业生产等领域，是实现可再生能源 利用的重要途径之一。
02
燃烧的基本原理
燃烧化学反应机理
01
燃烧化学反应机理是研究燃烧过 程中化学反应如何进行的机制。 它涉及到反应物分子间的相互作 用以及反应过程中的能量变化。
02
燃烧化学反应机理对于理解燃烧 过程、优化燃烧效率和减少污染 物排放具有重要意义。
燃烧反应动力学
燃烧反应动力学是研究燃烧过程中化 学反应速率以及影响反应速率的各种 因素的科学。
通过燃烧反应动力学的研究，可以了 解燃烧反应的快慢程度，进而优化燃 烧条件，提高燃烧效率。
燃烧热力学
燃烧热力学主要研究燃烧过程中能量的转化和物质的变化。 它涉及到燃烧过程中能量的释放、转移和利用。
燃烧热力学对于能源利用、环境保护和可持续发展具有重要 意义。
燃烧过程中的物质传递与热力学
燃烧过程中的物质传递与热力学涉及 到燃烧过程中物质和能量的传递与转 化过程。
《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。
燃烧学-3.着火的理论基础-PPT精品文档
可燃混合气内的某一处用点火热源点着相 强迫着火 邻一层混合气，尔后燃烧波自动的传播到 （点燃或点火） 混合气的其余部分。 ——局部加热。 Forced ignition
Spark ignition
Local initiation of a flame that will propagate.
自燃和点燃过程统称之为着火过程 。
第三章 着火的理论基础
研究不同着火方式的着火机理。 着火方式与机理 着火过程及方式 着火温度 热自燃过程分析 着火温度求解 着火的热自燃理论 谢苗诺夫公式 热自燃界限 热自燃的延迟期 链反应速度 链反应的发展过程 着火的链式反应理论 链反应的延迟期 烃类－空气混合物着火（自燃）特性 强迫着火过程 常用点火方法 强迫着火 电火花点火 点火的可燃界限
q1与q2 相离：
q1始终大于q2，一定能引起可燃混合气的着火。所以，
这种工况是不稳定的。
q1与q2 相切：
B点是临界状态，也是不 稳定的。只要环境介质温 度略高于T0，则q1和q2就 没有交点了，必然导致反 应混合气的着火。
图中 B点为着火临界点 Tb为着火温度 T0为自燃温度 T0~Tb之间的时间为着火 感应期
影响着火的因素
增加放热量q1
增加燃料浓度 增加燃料压力
增加燃料发热量
增加燃料活性
放热率曲线左移，在相同 温度下，燃料放热量增加， 着火温度降低，着火温度 E v q w Q V k n e x p V Q 降低，着火提前。 1 n 0 T R
可用着火的临界条件来确定活化能。
四、热自燃界限
log
P
T 0
工程燃烧学讲义-绪论-第1--5章
第二节：燃料的组成和特性
燃料的化学成分和性质-元素分析
C+H+O+N+S+A+M=100%
碳（C）
• 主要的可燃元素
• C+O2→CO2
• C+O2 → CO 氢（H）
+32700 kJ/kg +9270 kJ/kg
• 热值最高且最好的可燃元素
• H2+O2 → CO +120370 kJ/kg 氧（O）
• 干燥无灰基（脚标ar）： – Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100
5
2010-11-23
第二节：燃料的组成和特性
固体燃料成分基准的换算
C
H
O
N
S
A
Mw Mn
收到基 C
H
O
N
S
A
Mw Mn
空气干 C
H
O
N
S
A
Mw
燥基
干燥基 C
H
O
N
S
A
干燥无 C
H
O
N
S
灰基
第二节：燃料的组成和特性
燃料的概念与分类 燃料的组成和特性 固体燃料 液体燃料 气体燃料 燃料的分析方法
第二章： 燃料概论
4
2010-11-23
第一节：燃料的概念与分类
燃料的概念：
燃烧：伴随发热发光的剧烈氧化反应； 燃料：燃烧时能产生大量热量的可燃性物质。
燃料的分类：
固体燃料 ： • 木质燃料 • 矿物燃料
煤的其它使用性能 • 着火性 • 可磨性 • 热物性 • 热稳定性
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 第一章
2014-5-7
工程燃烧学
第4页
Ⅳ
课堂练习、作业
1、例举自然界和工程中能量转换的实例3—5个？ 2、燃烧和燃烧条件？热能利用过程？ 3、当前我国能源利用及工程燃烧中带来的主要问题？ 解决这些问题的方法和途径？ 4、锅炉的基本结构和工作原理？ 5、燃烧室和燃烧器的基本要求？ 6、当前工程燃烧的重点，要解决那些问题？
2014-5-7
工程燃烧学
第5页
Ⅴ
本次课教学内容小结
掌握重要的基本概念（能量转化、燃 烧、燃烧设备、燃烧条件）是学习本课程的 重要基础，绪论中讲的基本概念很多，要让 学生深刻理解这些基本概念，除了列举生活 中大量的事例外，还要联系实际，尤其采用 多媒体教学，更形象更实际的让学生了解这 方面的内容。
排入大气
三大部件
三个工作过程
三大辅助系统
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工程燃烧学
第45页
三大结构：
炉：煤斗、煤闸、炉排、炉墙、炉拱、给风装置、出渣板等 锅：锅筒、集箱、下降管、上升管、导汽管、过热器、省煤器 安全附件：水位计、安全阀、压力表、报警器、主汽阀、排污 阀、止回阀等 三个工作过程： ①燃料的燃烧过程 ②向水、汽的传热过程 ③水的加热、汽化、过热过程
二次能源—— 加工转化后用于工、商、农业、生活的能源
电能、热能（蒸汽、热水、冷气）、煤气、焦碳、石油制 品（汽油、煤油、柴油）、酒精、沼气、压缩空气
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工程燃烧学
第27页
能源的利用
能源的过程。
——将一次能源转化为生产或生活直接所需要的二次 空 气
热能的利用——燃料的化学能（煤、石油、天然气）
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工程燃烧学
第30页
工程燃烧学课件4
ຫໍສະໝຸດ Q低 t热 = V0 ⋅ c产
Q的计算，固体或者液体燃料用门捷列夫公式或者 实验测定，气体燃料使用各组分发热量之和计算
2、确定烟气体积V0，等于各成分体积之和
如认为只有三种成分CO2、H2O、N2，则 V0＝V0CO2＋V0H2O＋V0N2 V0CO2、V0H2O、V0N2由燃料成分计算(如何计算？) 说明：此处忽略掉了S
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
8
比热近似法
产物整体比热近似值法(表3－3)
5
理论发热温度
理论发热温度(发热温度)
在绝热Q传＝0，完全燃烧Q不＝0的基础上，进一 步忽略热分解Q分＝0，规定空气和燃料不预热Q空 ＝0，Q燃＝0，空气消耗系数n＝1，则
Q低 t热 = V0 ⋅ c产
与传热条件、炉子结构等因素有关吗？ 只和燃料性质有关
6
理论发热温度的计算
1、确定Q低值（如何计算？？）:
11
内插值近似法的过程
首先假设一个温度t’，通过表3-3查各气体的平均 比热，求出燃烧产物的平均比热c’
产物的平均比热为各组分比热的加权和 c’=(CO2’.cCO2+H2O’.cH2O+N2’.cN2)/100
计算该温度下的i’=c’ . t’,使得i’<i i =c’ t’ i i 再假设一个温度t’’，使得i’’=c’’ . t’’>i 利用i与t的线性关系，根据几何相似性，即可求出 t热
Q的计算，固体或者液体燃料用门捷列夫公式或者 实验测定，气体燃料使用各组分发热量之和计算
2、确定烟气体积V0，等于各成分体积之和
如认为只有三种成分CO2、H2O、N2，则 V0＝V0CO2＋V0H2O＋V0N2 V0CO2、V0H2O、V0N2由燃料成分计算(如何计算？) 说明：此处忽略掉了S
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
8
比热近似法
产物整体比热近似值法(表3－3)
5
理论发热温度
理论发热温度(发热温度)
在绝热Q传＝0，完全燃烧Q不＝0的基础上，进一 步忽略热分解Q分＝0，规定空气和燃料不预热Q空 ＝0，Q燃＝0，空气消耗系数n＝1，则
Q低 t热 = V0 ⋅ c产
与传热条件、炉子结构等因素有关吗？ 只和燃料性质有关
6
理论发热温度的计算
1、确定Q低值（如何计算？？）:
11
内插值近似法的过程
首先假设一个温度t’，通过表3-3查各气体的平均 比热，求出燃烧产物的平均比热c’
产物的平均比热为各组分比热的加权和 c’=(CO2’.cCO2+H2O’.cH2O+N2’.cN2)/100
计算该温度下的i’=c’ . t’,使得i’<i i =c’ t’ i i 再假设一个温度t’’，使得i’’=c’’ . t’’>i 利用i与t的线性关系，根据几何相似性，即可求出 t热
工程燃烧学1绪论
School of Energy and Power Engineering
工程燃烧与燃烧设备
（3）传质现象：广泛存在于燃烧过程中，包括形成火焰的部分或所有气 体的对流传质；火焰中某些组分相对于其他组分的分子或湍流扩散。 —火焰中的气体流动可能是由于火焰本身的流动所引起，也可由于浮力作 用而产生。 —火焰中的炽热气体由于浮力效应而不断上升，从而卷吸较冷的气体来加 以补充，结果形成气体的对流。 —燃烧中的扩散现象是由于火焰中气体组分浓度的显著差异而引起的。 —分子扩散：因分子无规则热运动使火焰中气体组分由浓度较高处传递至 浓度较低处的现象。 —湍流扩散：在湍流火焰中，凭借气体质点的湍动来进行质量传递的现象。
School of Energy and Power Engineering
能源的概念与分类
按照能源转换和利用的层次，分为一次能源、二次能源和终端能源。
一次能源（自然能源）：从自然界取得的未经加工或转换的能源，如原煤、 原油和天然气等矿物燃料，树木、农作物、草和水生植物等生物质燃料， 以及太阳能、风能、水能、核能等； 二次能源：一次能源经过加工或者转换而得到的电力、各种石油产品、焦 炭、煤气、煤液、热水、蒸汽等； 终端能源：二次能源经过输送和分配，在各种用能设备中使用。 天然气是少数可用作终端能源使用的一次能源。
7固体燃料的燃烧
知识要点
固体燃料的燃烧过程及特点 煤的旋风燃烧技术及装置
—煤的燃烧过程
—旋风燃烧原理
—煤的燃烧方式
—旋风炉的工作原理及形式
煤的层状燃烧技术及装置
煤的沸腾燃烧技术及装置
—层状燃烧过程及工作特性 —固体燃料的流态化
—层燃炉的特性参数
—沸腾燃烧的主要形式及其燃烧过程
—层燃炉的主要类型及设备 —沸腾燃烧装置
工程燃烧与燃烧设备
（3）传质现象：广泛存在于燃烧过程中，包括形成火焰的部分或所有气 体的对流传质；火焰中某些组分相对于其他组分的分子或湍流扩散。 —火焰中的气体流动可能是由于火焰本身的流动所引起，也可由于浮力作 用而产生。 —火焰中的炽热气体由于浮力效应而不断上升，从而卷吸较冷的气体来加 以补充，结果形成气体的对流。 —燃烧中的扩散现象是由于火焰中气体组分浓度的显著差异而引起的。 —分子扩散：因分子无规则热运动使火焰中气体组分由浓度较高处传递至 浓度较低处的现象。 —湍流扩散：在湍流火焰中，凭借气体质点的湍动来进行质量传递的现象。
School of Energy and Power Engineering
能源的概念与分类
按照能源转换和利用的层次，分为一次能源、二次能源和终端能源。
一次能源（自然能源）：从自然界取得的未经加工或转换的能源，如原煤、 原油和天然气等矿物燃料，树木、农作物、草和水生植物等生物质燃料， 以及太阳能、风能、水能、核能等； 二次能源：一次能源经过加工或者转换而得到的电力、各种石油产品、焦 炭、煤气、煤液、热水、蒸汽等； 终端能源：二次能源经过输送和分配，在各种用能设备中使用。 天然气是少数可用作终端能源使用的一次能源。
7固体燃料的燃烧
知识要点
固体燃料的燃烧过程及特点 煤的旋风燃烧技术及装置
—煤的燃烧过程
—旋风燃烧原理
—煤的燃烧方式
—旋风炉的工作原理及形式
煤的层状燃烧技术及装置
煤的沸腾燃烧技术及装置
—层状燃烧过程及工作特性 —固体燃料的流态化
—层燃炉的特性参数
—沸腾燃烧的主要形式及其燃烧过程
—层燃炉的主要类型及设备 —沸腾燃烧装置
燃烧学第五章 ppt课件
五、着火延滞期
• 实际的燃烧设备，不仅要求燃料能稳定地燃烧，而且 要求预混气体能及时地着火，因此了解பைடு நூலகம்燃混合物的 着火延滞期具有实际意义
•
着温v火度12T延ck所滞0 e经期xp历就的R是ET时c可C间燃0n 混合物从结气初论压始：力愠着和度火自T0延燃上迟温升期度到随的着混升火合高
i C0Ccv
32
几种可燃气体的着火范围
名称
着火温度℃
可燃物着火
着火范围相应
的浓度范围
的过量空气系数
低限 % 高限 % 高限 % 低限 %
氢 (H2)
571
一氧化碳 (CO)
609
4.0
74.2
12.4
73.8
2.94
0.184
甲烷 (CH4)
632
乙烷 (C2H6)
472
4.6
14.6
2.17
0.61
2.9
14
2
一、着火的概念
1、着火的方式与机理
–自然界中燃料的着火方式
自燃着火
（自燃）
把一定体积的混合气预热到某一温度，在该 温度下，混合气的反应速率即自动加速， 急剧增大直到着火。—— 整体加热。
强迫着火
（点燃或点火）
可燃混合气内的某一处用点火热源点着相 邻一层混合气，尔后燃烧波自动的传播到 混合气的其余部分。 ——局部加热。
Q
1
dC d
C p
dT d
Q
1
dC d
C p
dT d
Q 1 dC C p dT
dT Q 1 dC C p
2020/9/6
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
10
第六讲 预混合气体火焰-1
sus f u f
动量方程
sus2 Ps f u2 Pf f
（1）
（2）
能量方程
1 2 1 us hs u 2 h f f 2 2
（3）
由式（1）得
f uf us s
or
uf
s us f
6.1.2 爆燃与缓燃-基本方程
• 将 us 代入式（2）
Pf Ps s f C f C s
s f
( Ps
C
s
)
C
f
(4)
• 瑞利方程另一种形式。
6.1.2 爆燃与缓燃-基本方程
• 产物的压力
1 Pf 与 f
成线性关系。
• 分析瑞利方程 图
• 由于
• • • •
C s2us2 < 0。（斜率）
（2）Hugoniot（雨果尼特）方程
将式（1）与能量方程耦合
1 2 1 2 s2 2 2 h f hs (us u f ) (us 2 us ) 2 2 f
s2 1 2 us (1 2 ) 2 f
2 2 2 2 1 2 f s 1 2 2 f s us ( ) us s 2 2 f 2 s2 2 f
（3）Raleigh-Hugoniot方程
分析：
Ⅳ、Ⅴ是缓燃区（正常火焰传播区）：
燃烧后气体压力要减少或接近不变，即：Pf≈Ps。
• 燃烧器(Burners) – Cook tops, water heaters, furnaces, radiant panels, oxyacetylene torches, etc
6.1.1 基本概念--研究对象
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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根据燃料成分求Q低和V0，然后计算i，再根据i 值反算温度t
.
11
内插值近似法的过程
首先假设一个温度t’，通过表3-3查各气体的平均 比热，求出燃烧产物的平均比热c’
产物的平均比热为各组分比热的加权和
c’=(CO2’.cCO2+H2O’.cH2O+N2’.cN2)/100
计算该温度下的i’=c’ . t’,使得i’<i 再假设一个温度t’’，使得i’’=c’’ . t’’>i 利用i与t的线性关系，根据几何相似性，即可求出
空气带入的物理热Q空=Ln.c空.(t空-0) 燃料带入的物理热Q燃=c燃.(t燃-0)
热量支出
燃烧产物物理热Q产=V产.c产.(t产-0) 燃烧产物和炉向周围的传热Q传 不完全燃烧热损失Q不 产物在高温下热分解的吸热Q分
能量平衡方程
Q低+Q空+Q燃＝Q产+Q传+Q不+Q分
.
3
燃烧产物温度
才考虑热分解 并且只考虑CO2和H2O的热分解反应，则分
解热Q分
Q 分 1 2 6 0 0 V C O 1 0 8 0 0 V H 2
.
15
计算Q分
（1）忽略。在温度<1800oC的情况下，热 分解很少发生，或热分解对温度的影响很
小时，可忽略Q分＝0
（2）按CO2分解度fCO2和H2O的分解度fH2O 计算
提高假定温度 是
查找对应温度下的烟 气比热c热，计算V0lt;假定温度 范围
否
t在假定温度 范围内
否
t>假定温度 范围
是
t就是所求的烟气温度 .
10
内插值近似法
假设：c=A1+A2t+A3t2, 温度变化小时，c与t为
线性关系
利用i=c*t=Q低/V0, 认为i与t呈线性
《工程燃烧学》
第三章 工程燃烧计算
3.4 燃烧温度计算
.
1
燃烧温度
燃烧温度＝炉内燃烧后的温度＝未排放的烟气 温度，即燃料燃烧时燃烧产物达到的温度
与燃料种类、燃料成分、燃烧条件、传热条件 等因素有关
取决于热量收入和热量支出的平衡关系 从能量平衡方程出发，求燃烧温度
.
2
能量平衡
热量收入
燃料发热量Q低，因为炉内温度>100oC，水分处于蒸汽 状态
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
.
18
影响理论燃烧温度的因素
空气和燃料的预热温度
预热空气可显著提高理论燃烧温度。如对高炉煤气、 发生炉煤气，预热空气升高200oC可提高理论燃烧温 度100oC，对重油、天然气等可提高150oC
Q分 = 12600VCO+10800VH2
= 12600fCO2.(VCO2)未+10800fH2O. (VH2O)未 fCO2、 fH2O与温度有关，可查表
(VCO2)未、 (VH2O)未是没有分解时完全燃烧后的产物 成分体积，可依据燃料成分直接计算
.
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
.
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
.
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
.
9
比热近似法求解过程
比热近似法求温度（比热随温度增大而增大）
假定发热温度在某 个范围内
t热
Q低 V0 c产
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产是理论燃烧产物的比热
.
17
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Q低/V0，比考虑Q低的影响更符合规律
t理Q低QV空 ncQ 产燃Q分
t热
t热t' (ii') (t''t') i''i'
.
12
方程求解燃料理论发热温度
方程求解法
c＝A1＋A2t＋A3t2
t热
Q低 V0 c产
如认为只有三种成分CO2、H2O、N2，则
V0 c产 ＝VCO2 (A1CO2 +A2CO2t+ A3CO2t2) ＋ VH2O (A1H2O +A2H2Ot+ A3H2Ot2) ＋VN2 (A1N2 +A2N2t+ A3N2t2)
V0 c产 ＝a＋bt＋ct2
因此 ct3＋bt2＋at－Q低＝0
解方程即得t热
.
13
理论燃烧温度计算
理论燃烧温度表达式如下
t理Q低QV空 ncQ 产燃Q分
Q低、Q空、Q燃都容易计算 需要计算Vn.c产 更关键的是计算Q分
.
14
高温热分解
温度越高，分解越强；压力越高，分解较弱 工业炉中，只考虑温度，且只有大于1800度
实际温度计算式
t产Q 低Q 空Q V 燃 n cQ 产 传Q 不Q 分
理论燃烧温度
假定绝热，Q传＝0；完全燃烧，Q不＝0
t理Q低QV空 ncQ 产燃Q分
.
4
理论燃烧温度
t理Q低QV空 ncQ 产燃Q分
理论燃烧温度表示燃料在某燃烧条件下能达到 的最高温度
对选择燃料、燃烧条件、控制温度、炉温水平 的估计、热交换计算等，具有实际意义
t热
Q低 V0 c产
Q的计算，固体或者液体燃料用门捷列夫公式或者
实验测定，气体燃料使用各组分发热量之和计算
2、确定烟气体积V0，等于各成分体积之和
如认为只有三种成分CO2、H2O、N2，则 V0＝V0CO2＋V0H2O＋V0N2
V0CO2、V0H2O、V0N2由燃料成分计算(如何计算？) 说明：此处忽略掉了S
.
5
理论发热温度
理论发热温度(发热温度)
在绝热Q传＝0，完全燃烧Q不＝0的基础上，进一 步忽略热分解Q分＝0，规定空气和燃料不预热Q空 ＝0，Q燃＝0，空气消耗系数n＝1，则
t热
Q低 V0 c产
与传热条件、炉子结构等因素有关吗？
只和燃料性质有关
.
6
理论发热温度的计算
1、确定Q低值（如何计算？？）:
.
11
内插值近似法的过程
首先假设一个温度t’，通过表3-3查各气体的平均 比热，求出燃烧产物的平均比热c’
产物的平均比热为各组分比热的加权和
c’=(CO2’.cCO2+H2O’.cH2O+N2’.cN2)/100
计算该温度下的i’=c’ . t’,使得i’<i 再假设一个温度t’’，使得i’’=c’’ . t’’>i 利用i与t的线性关系，根据几何相似性，即可求出
空气带入的物理热Q空=Ln.c空.(t空-0) 燃料带入的物理热Q燃=c燃.(t燃-0)
热量支出
燃烧产物物理热Q产=V产.c产.(t产-0) 燃烧产物和炉向周围的传热Q传 不完全燃烧热损失Q不 产物在高温下热分解的吸热Q分
能量平衡方程
Q低+Q空+Q燃＝Q产+Q传+Q不+Q分
.
3
燃烧产物温度
才考虑热分解 并且只考虑CO2和H2O的热分解反应，则分
解热Q分
Q 分 1 2 6 0 0 V C O 1 0 8 0 0 V H 2
.
15
计算Q分
（1）忽略。在温度<1800oC的情况下，热 分解很少发生，或热分解对温度的影响很
小时，可忽略Q分＝0
（2）按CO2分解度fCO2和H2O的分解度fH2O 计算
提高假定温度 是
查找对应温度下的烟 气比热c热，计算V0lt;假定温度 范围
否
t在假定温度 范围内
否
t>假定温度 范围
是
t就是所求的烟气温度 .
10
内插值近似法
假设：c=A1+A2t+A3t2, 温度变化小时，c与t为
线性关系
利用i=c*t=Q低/V0, 认为i与t呈线性
《工程燃烧学》
第三章 工程燃烧计算
3.4 燃烧温度计算
.
1
燃烧温度
燃烧温度＝炉内燃烧后的温度＝未排放的烟气 温度，即燃料燃烧时燃烧产物达到的温度
与燃料种类、燃料成分、燃烧条件、传热条件 等因素有关
取决于热量收入和热量支出的平衡关系 从能量平衡方程出发，求燃烧温度
.
2
能量平衡
热量收入
燃料发热量Q低，因为炉内温度>100oC，水分处于蒸汽 状态
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
.
18
影响理论燃烧温度的因素
空气和燃料的预热温度
预热空气可显著提高理论燃烧温度。如对高炉煤气、 发生炉煤气，预热空气升高200oC可提高理论燃烧温 度100oC，对重油、天然气等可提高150oC
Q分 = 12600VCO+10800VH2
= 12600fCO2.(VCO2)未+10800fH2O. (VH2O)未 fCO2、 fH2O与温度有关，可查表
(VCO2)未、 (VH2O)未是没有分解时完全燃烧后的产物 成分体积，可依据燃料成分直接计算
.
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
.
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
.
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
.
9
比热近似法求解过程
比热近似法求温度（比热随温度增大而增大）
假定发热温度在某 个范围内
t热
Q低 V0 c产
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产是理论燃烧产物的比热
.
17
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Q低/V0，比考虑Q低的影响更符合规律
t理Q低QV空 ncQ 产燃Q分
t热
t热t' (ii') (t''t') i''i'
.
12
方程求解燃料理论发热温度
方程求解法
c＝A1＋A2t＋A3t2
t热
Q低 V0 c产
如认为只有三种成分CO2、H2O、N2，则
V0 c产 ＝VCO2 (A1CO2 +A2CO2t+ A3CO2t2) ＋ VH2O (A1H2O +A2H2Ot+ A3H2Ot2) ＋VN2 (A1N2 +A2N2t+ A3N2t2)
V0 c产 ＝a＋bt＋ct2
因此 ct3＋bt2＋at－Q低＝0
解方程即得t热
.
13
理论燃烧温度计算
理论燃烧温度表达式如下
t理Q低QV空 ncQ 产燃Q分
Q低、Q空、Q燃都容易计算 需要计算Vn.c产 更关键的是计算Q分
.
14
高温热分解
温度越高，分解越强；压力越高，分解较弱 工业炉中，只考虑温度，且只有大于1800度
实际温度计算式
t产Q 低Q 空Q V 燃 n cQ 产 传Q 不Q 分
理论燃烧温度
假定绝热，Q传＝0；完全燃烧，Q不＝0
t理Q低QV空 ncQ 产燃Q分
.
4
理论燃烧温度
t理Q低QV空 ncQ 产燃Q分
理论燃烧温度表示燃料在某燃烧条件下能达到 的最高温度
对选择燃料、燃烧条件、控制温度、炉温水平 的估计、热交换计算等，具有实际意义
t热
Q低 V0 c产
Q的计算，固体或者液体燃料用门捷列夫公式或者
实验测定，气体燃料使用各组分发热量之和计算
2、确定烟气体积V0，等于各成分体积之和
如认为只有三种成分CO2、H2O、N2，则 V0＝V0CO2＋V0H2O＋V0N2
V0CO2、V0H2O、V0N2由燃料成分计算(如何计算？) 说明：此处忽略掉了S
.
5
理论发热温度
理论发热温度(发热温度)
在绝热Q传＝0，完全燃烧Q不＝0的基础上，进一 步忽略热分解Q分＝0，规定空气和燃料不预热Q空 ＝0，Q燃＝0，空气消耗系数n＝1，则
t热
Q低 V0 c产
与传热条件、炉子结构等因素有关吗？
只和燃料性质有关
.
6
理论发热温度的计算
1、确定Q低值（如何计算？？）: