燃料油的燃烧

燃料油的燃烧1

燃料油的汽化温度比其着火温度低得多，燃烧时它只能在蒸发成油蒸气的状态下再着火燃烧。因此燃料油燃烧的原理几乎与燃料气完全相同，所不同的只是在燃烧前要先行汽化而已。当然无需等燃料油全部汽化后才开始燃烧，一般是燃料油从表面首先开始蒸发，燕发后的油蒸气和空气中的氧相互扩散，油蒸气遇到氧后燃烧，所以蒸发、扩散与燃烧三个过程是同时进行的。但是油蒸气和氧之间的扩散速度远远小于燃烧的化学反应速度，因此决定燃烧过程快慢的是扩散的速度。所以这种燃烧属于“扩散燃烧”。如果能设法增加蒸发和扩散速度，就可以提高燃烧速度，强化燃烧。

增加燃料油的总表面积，就可以增加蒸发和扩散速度，从而提高燃烧速度，强化燃烧。人们曾采取过许多扩大燃料油总表面积的方法，例如将油泼在杂乱堆集的耐火砖块上燃烧;采用滴油器燃烧等。直到十八世纪末才出现了雾化燃烧方法，即用雾化器(油喷嘴)将燃料油雾化成大小只有几十至几百微米的雾状细滴。在空气的包围下，每个雾滴表面都可以形成燃烧面。

燃料油经油喷嘴雾化后进人燃烧道和炉内。最初，细小的油滴相对于空气以较快的速度向前运动。经过极短距离后，被空气所阻滞，很快就和空气流的速度接近，相对速度接近于零。所以可用单独在静止气流中的油滴燃烧模型来了解油滴在燃烧道及炉内燃烧的基本规律。

设有一直径为d0的油滴随空气飘动，油滴与空气之间没有相对运动，则这个油滴燃烧过程的物理模型可描述如下:油滴的周围有一个扩散火焰锋面(如图7-7所示)，油滴外表面与火焰锋面之间是蒸发的油蒸气，其浓度在靠近油滴表面处最大，沿火焰锋面方向逐渐降低，在火焰锋面上浓度为零。火焰锋面之外是空气，空气中的氧不断向火焰锋面扩散过来，形成一个氧浓度梯度，在火焰锋面上氧浓度为零。火焰锋面上的温度最高，忽略辐射散热，其温度就是理论燃烧温度。火焰锋面发出的热量同时向内外两侧传导(辐射和对流传热一般可忽略)。向内传导的热量传到油滴表面后把油滴加热，使油蒸发汽化。油滴在高温火焰锋面包围下，近似地可认为已达到饱和温度。

油蒸气从油滴表面到火焰锋面的流量可以根据火焰锋面到油滴表面的导热所提供的汽化潜热来计算。而氧气向火焰锋面扩散的数量必然等于火焰锋面上所消耗的氧量，因而也等于油蒸气的流量乘上化学反应方程式中氧与油的当量比(即理论空气量)。如果忽略油滴周围温度场的不均匀对导热系数、扩散系数的影响，也不考虑油滴表面生成的油蒸气向外扩散所引起的质量流，则根据上述关系作一个近似的计算，可以得到油滴烧完的时间τ与油滴初始直径d0的平方成正比的关系式:

式中的K为比例常数.其值与燃料油的密度、导热系数、比热、汽化潜热、饱和温度、燃烧理论空气量和火焰温度等因数有关。

由上述油滴燃烧的物理模型还可以看出，油蒸气从油滴表面向火焰锋面扩散的过程中，受高温而又遇不到氧，因而不可避免地会发生裂解而析炭，燃烧过程中，灼热的炭粒会发出连续光谱的热辐射，这就是油的燃烧为什么总是发光火焰的原因。

必须说明，实际上油滴的燃烧情况还要复杂得多。油滴相互之间、池滴与空气之间的对流效应对油滴燃烧都有影响。特别是在许多粒度不等的油滴组成的雾化炬中，油滴在相互十分靠近的条件下，它们的火炬相互传热而又相互防碍氧扩散。

燃料油雾化炬喷射进燃烧道和炉膛后，一方面受到炉膛和燃烧道的辐射热对油滴的加热，另一方面，主要是受湍流扩散而进人雾化炬的高温气体(燃烧产物)的对流加热。在离开油喷嘴一定距离处，当嫩料与空气比例适当，并达到着火温度时，就开始着火燃烧。也就是说，在开始着火的截面(着火前沿区)以前，有一个吸热的“预备区”。重质燃料油雾化炬着火所必需的热量约为2.5~3.8MJ/kg，约占其低发热值的6%~10%。