沼气燃烧知识

天然气
5
15
人工煤气 5—20.7 31—73
销毁的数量，这个过程就称为不稳定的氧化反应过
程。
着火： 由稳定的氧化反应转变为不稳定的氧化反应而
引起燃烧的一瞬间。
支链着火：在一定条件下，由于活化中心浓度迅速增
加而引起反应加速从而使反应由稳定的氧化反应转变
为不稳定的氧化反应的过程，称为支链着火
热力着火：一般工程上遇到的着火是由于系统小热量
的积聚，使温度急剧上升而引起的、这种着火称为热
燃气类别
爆炸下限 爆炸上限
（%）
（%）
脱火极限 ： 对于某一定组成的燃气—空气混合物， 在燃烧时必定存在一个火焰稳定的上限，气流速度达 到此上限值便产生脱火现象，该上限称为脱火极限。 回火极限：燃气—空气混合物还存在一个火焰稳定的 下限，气流速度低于下限值便产生回火现象，该下限 称为回火极限。 部分预混层流火焰的稳定的影响因素
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当燃气成分一定时，层流扩散火焰的长度上主要取决
于燃气的体积流量。
流量增大
火焰长度增大
出口速度一定时，喷嘴直径越大，火焰长度也越大
喷嘴直径越大，火焰长度也越大。
流量一定时，则火焰长度与直径无关。
平行气流中的自由射流
射流速度与外围平行气流速度的速度梯度
射流的扩张角
轴心速度的衰减
射流核心区的长度
2.平行气流中射流轴心速度的衰减
在常压（大气压）下 液化石油气的着火温度为 365—460℃ 天然气的着火温度为 270—540℃ 人工燃气着火温度为 270—605℃ 可燃混合物热力着火的影响因素 环境温度
压力 可燃物与环境的传热系数 成分（物性） 1、点火：当微小热源放入可燃混合物小时，则贴近 热源周围的一居混合物被迅速加热、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。
边界 1 是射流边界 边界 2 是射流核心区边界 界面 3：Cg=Ch； 界面 4：Cg=Cst； 界面 5：Cg=Cl； A：纯燃气 B：处于着火浓度上限以外的燃气和空气混合物 C：处于着火浓度范围以内的燃气和空气混合物，含有 过剩燃气； D：处于着火浓度下限以外的燃气和空气混合物，含有 过剩空气 E：处于着火浓度下限以外的燃气和空气混合物 5.层流扩散火焰长度
1、相对穿透深度与射程定义及其在气流混合过程中的 物理意义。 2、燃气自由射流的特点与图形 3、不同相交气流的流动规律 4、旋转射流的特点与产生旋转射的方法、旋流数的计 算； 第四章燃气燃烧的火焰传播 火焰面：未燃气体和已燃气体的分界面即为火焰锋 面，亦称火焰前沿（前锋）。 常压条件下火焰前锋的 厚度：10-2~10-1mm 火焰传播速度：火焰前锋沿其法线方向朝新鲜混气传 播的速度。用 Sn 表示。 测定 Sn 的实验方法的概述两种主要方法 静力法：静力法是让火焰焰面在静止的可燃混合物中 运动。 动力法：动力法则是让火焰焰面处于静止状态，而可 燃混合物气流则以层流状态作相反方内运动。 管子法、本生火焰法 影响火焰传播速度的因素 1.混气成分的影响
α值对热效率的影响 α过大，炉膛温度降低，排烟热损失增加，
热效率降低； α过小，燃料的化学热不能够充分发挥， 热效率降低。 应该保证完全燃烧的条件下α接近于 1. 烟气量 含有 1m3 干燃气的湿燃气完全燃烧后的产物 运行时过剩空气系数的确定 计算目的： 在控制燃烧过程中，需要检测燃烧过程中的过剩空气 系数，防止过剩空气变化而引起的燃烧效率与热效率 的降低。
力着火。
燃料开始燃烧的最低温度叫着火温度。即燃料在充足
空气供给下加热到某一温度，达到此温度后不再加
热，燃料依靠自身的燃烧热继续燃烧(持续 5min 以
上)，此温度即称为着火温度或着火点。
燃料的着火温度随燃料的种类、燃料的形态、燃烧时
周围的环境而变，不是一个常数。
点火的两个重要因素：着火 火焰传播 2.点火源：灼热固体颗粒、电热线圈、电火花、小火 焰等。 4.电火花点火：把两个电极放在可燃混合物中，通过 高压电打出火花释放出一定的能量，使可燃混合物点 着，称为电火花点火。 电火花点火的两个阶段：初始火焰中心的形成 火焰 的传播 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．苦耍形成初始的火焰中心，放电能 量必须有一最小极值，能量低于此极值时不能形成初 始火焰中心，这个必要的最小放电能员就是最小点火 能量 Enin。 熄火距离：当两个电极之间的距离小到无论多大的电 火花能量都不能使可燃混什物点燃时，这个最小距离 就叫熄火距离 第二章思考题 浓度、温度、压力对化学反应速度的影响 什么是支链反应，支链反应对燃烧的影响 为什么着火温度不是一个常数 影响着火温度的因素有哪些 常用燃气的最小点火能与熄火间距是多少 第三章燃气燃烧的气流混合过程 自由射流： 当气流由管嘴或孔口喷射到充满静止介质 的无限大空间时，形成的气流。 等温自由射流：周围介质的温度和密度与喷出气流相 同。 4.层流射流的等浓度面
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在燃烧器设计与燃烧设备运行管理中如何选择过剩空
气系数
运行中烟气中 CO 含量和过剩空气系数对设计与运行管
理的指导作用
燃烧温度的影响因素及其提高措施。
第二章 燃气燃烧反应动力学
链反应：不是由反应物一步就获得生成物，而是通过
一系列的基元反应来进行的，直到反应物消耗殆尽或
有外力使其终止。
链反应的分类：（a）直链反应
数，从而折算成过剩空气系数为 1 的有害物含量。
根据烟气中 O2 含量计算过剩空气系数
a
=
20.9 20.92 − O '
热值:1Nm3 燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热 值，单位是 kJ/Nm3。对于液化石油气也可用 kJ/kg。
高热值是指 1m3 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原 始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出 的热量。
生不完全燃烧损失的热量考虑在内，则所求得的烟气
温度称为理论燃烧温度 tth
实际燃烧温度：
2.影响燃烧温度的因素 热值：一般说来，理论燃烧温度随燃气低热值 Hl 的增 大而增大. 过剩空气系数：燃烧区的过剩空气系数太小时，由于 燃烧不完全，不完全燃烧热损失增大，使理论燃 烧温度降低。若过剩空气系数太大，则增加了燃烧产 物的数量，使燃烧温度也降低 燃气和空气的初始温度：预热空气或燃气可加大空气 和燃气的焓值，从而使理论燃烧温度提高。 3.烟气的焓与空气的焓 烟气的焓：每标准立方米干燃气燃烧所生成的烟气在 等压下从 0℃加热到 t℃所需的热量，单位为千焦每标 准立方米。 空气的焓：每标准立方米干燃气燃烧所需的理论空气 在等压下从 0℃加热到 t(℃)所需的热量，单位为千焦 每标准立方米。 第一章思考题 燃气的热值、理论空气量、烟气量与燃气组分的关 系，三类常用气体热值、理论空气量、烟气量的取值 范围。 在工业与民用燃烧器设计时如何使用高低热值进行计 算
理论空气需要量 每立方米(或公斤)燃气按燃烧反应计量方程式完全
燃烧所需的空气量，单位为 m3/m3 或 m3/kg。它是燃气 完全燃烧所需的最小空气量。 过剩空气系数:实际供给的空气量 v 与理论空气需要量 v0 之比称为过剩空气系数。
α值的确定 α值的大小取决于燃气燃烧方法及燃烧设备的运
行工况。 工业设备α——1.05-1.20 民用燃具α——1.30-1.80
2.混气性质的影响 导热系数增加，活化能减少或火焰温度增加时，火焰 传播速度增大。 碳原子个数的影响 3.温度的影响 温度增加，火焰传播速度增加。 4.压力的影响 压力对火焰传播速度的影响较小 5.湿度和惰性气体的影响 添加气有两面性 （1）改变混合气的物理性质， 如导热系数 催化作用 火焰传播浓度极限及其测定 定义：能使火焰继续不断传播所必需的最低燃气浓 度，称为火焰传播浓度下限(或低限)；能使火焰继续 不断传播所必需的最高燃气浓度，称为火焰传播浓度 上限(或高限)。上限和下限之间就是火焰传播浓度极 限范围，火焰传播浓度极限又称着火浓度极限、爆炸 极限。 影响火馅传播浓度极限的因素
入的物理热量(燃气和空气的热焓)；其二是燃气的化
学热量(热值)。如果燃烧过程在绝热条件下进行，这
两部分热量全部用于加热烟气本身，则烟气所能达到
的温度称为热量计温度。
燃烧热量温度：如果不计参加燃烧反应的燃气和空气
的物理热，即 ta＝tg＝o，并假设 a＝1．则所得的烟气
温度称为燃烧热量温度。
理论燃烧温度：将由 CO2HO2 在高温下分解的热损失和发
第一章 燃气的燃烧计算 燃烧：气体燃料中的可燃成分（H2、 CmHn、CO 、 H2S 等）在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用，并产生 大量的热和光的物理化学反应过程称为燃烧。 燃烧必须具备的条件：比例混合、具备一定的能量、 具备反应时间
在检测燃气燃烧设备的烟气中的有害物质时，需要根
据烟气样中氧含量或二氧化碳含量确定过剩空气系
绝对穿透深度 h ：在相交气流中，当射流轴线变得与 主气流方向一致时，喷嘴出口平面到射流轴线之间的 法向距离 h 定义为绝对穿透深度。 相对穿透深度：绝对穿透深度 h 与喷嘴直径之比，定 义为相对穿透深度，即 h/d。 射程：在射流轴线上定出一点，使该点的轴速度在 x 方向上的分速度 Vx 为出口速度 V2 的 5%，以喷嘴平面至 该点的相对法向距离 X1/d，定义为射程。 多股射流与受限气流相交时的流动规律 影响因素（1）主气流流动通道的相对半宽度 B/2d； （2）射流喷嘴相对中心距 s/d。 旋转射流：射流在从喷嘴中流出时，气流本 身一面旋 转，一面又向静止介质中扩散前，这就是旋转射流， 简称旋流。 2.旋转射流的特点： 旋转紊流运动、自由射流、和绕 流 3.产生方法 （1）使全部气流或一部分气流切向进入 （2）设置导流叶片 （3）采用旋转的机械装置 4.旋转射流的基本特性 1）.增加切向分速度，径向分速度较直流射流时大； 2）.径向和轴向上都建立了压力梯度。强旋转射流内 部形成回流区； 3）.内外回流区的存在对着火稳定性有影响； 4）.旋转射流的扩展角大； 5）.射程小 旋转射流的无因次特性——旋流数：旋流数 s 不仅反 映了射流的旋转强弱，射流动力相似的相似准则。 思考题
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1．燃气在纯氧中着火燃烧时，火焰传播浓度极限范围 将扩大。 2．提高燃气—空气混合物温度，会使反应速度加快， 火焰温度上升，从而使火焰传播浓度极限范围扩大。
3．提高燃气—空气混合物的压力，其分子间距缩 小，火焰传播浓度极限范围将扩大，其上限变化更为 显著。
4．可燃气体中加入惰性气体时，火焰传播浓度极限 范围将缩小(图 4—25)。 5．含尘量、含水蒸气量以及容器形状和壁面材料等因 素，有时也影响火焰传播浓度极 限。 各种燃气的爆炸极限如下
O2′---烟气样中的氧的容积成分
（2）根据烟气中 CO2 含量计算过剩空气系数
a
=
C O 2m
C
O
' 2
CO2m——当 ＝1 时，干燃烧产物中 CO2 含量，%；
CO2′——实际干燃烧产物中 CO2 含量，%。
1.4 个燃烧温度定义及计算公式
热量计温度：一定比例的燃气和空气进入炉内燃烧，
它们带入的热量包括两部分：其一是由燃气、空气带
（b）支链反
应
可燃气体的燃烧都属于支链反应
稳定ຫໍສະໝຸດ Baidu氧化反应过程；任何可燃气体在一定条件下与
氧接触，都要发生氧化反应。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： 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干其
低热值是指 1m3 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始 温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热 量。 一般焦炉煤气的低热值大约为 16000—17000KJ/m3 天然气的低热值是 36000—46000 KJ/m3 液化石油气的低热值是 88000—120000KJ/m3 按 1KCAL=4.1868KJ 计算： 焦炉煤气的低热值约为 3800—4060KCal/m3 天然气的低热值是 8600—11000KCal/m3 液化石油气的低热值是 21000—286000KCal/m3 热值的计算 热值可以直接用热量计测定，也可以由各单一气体的 热值根据混合法则按下式进行计算：