第一章第1节燃烧机理.
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式中： ––化学反应速度系数
k
炭粒表面气相中O2的浓度， C–– O2
• 扩散速度: 单位时间内，扩散至单位炭粒表面的氧量
Vd d CO CO
–––气流中心氧的浓度， 式中： CO
–––扩散速度系数 d
平衡条件下：
Vg Vd V
2 CO2 kCO2 d CO
燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生
大量的热量并伴随着强烈的发光现象。 可燃物可归纳为二类，即：固态炭和可燃气体 气体燃料：可燃气体 液体燃料：加热气化，大分子气态烃高温裂化固态炭
和小分子烃或氮气（可燃气体）
固体燃料：受热挥发出可燃气体，剩下固态炭粒
• 燃烧类型 普通燃烧： 靠燃烧层热气体传导传热给邻近的冷可燃气体 混合物而进行火焰的传播。火焰传播速度小，仅为 几米/秒；压力变化小，可视为等压燃烧过程。一般 窑炉内进行的燃烧过程均属于普通燃烧过程。 爆炸性燃烧： 靠压力波将冷可燃气体混合物加热到着火温度 以上而燃烧。火焰传播速度大，约为1000～4000米 /秒；通常在高温、高压下进行。原子弹爆炸属于爆 炸性燃烧。
• 几种气体燃料的链锁反应过程
• 延迟着火现象（气体燃料的燃烧特点） 气体燃料的燃烧是按链锁反应进行的，当气 体燃料与空气的混合物加热至着火温度后， 要经过一定的感应期后才能迅速燃烧，在感 应期内不断产生含有高能量的链锁剌激物,此 时并不放出大量的热量，故不能立即使邻近 层气体温度升高而燃烧，这种现象叫延迟着 火现象。 延迟着火的时间与气体燃料的种类、温度、 压力有关，温度和压力升高，延迟时间短。
（2）预热空、煤气混合物，着火浓度范围扩大；
（3）煤气与纯氧混合燃烧时，着火浓度范围扩大。 天然气的浓度范围很小，说明什么问题？
火焰的传播
• 火焰传播现象：通过热量传递使燃烧逐渐 向前推进的现象。实验说明
• 正在燃烧着的气体称为燃烧前沿面，也简 称燃烧前沿。如图5－3所示。 • 混合物以速度υ自左向右推进，产生燃烧前 沿（火焰前沿），如果υ 均匀，则燃烧前沿 为一平面并以速度μ自右向左推移。。 • 燃烧前沿对管壁的相对位移有三种可能的 情况： •
第一章 燃烧过程及燃烧设备
燃烧过程的基本理论 气体燃料的燃烧过程及燃烧设备
液体燃烧的燃烧过程及燃烧设备
固体燃料的气化过程及设备
第一节 燃烧过程的基本理论
• • • • • 燃烧定义及燃烧类型 着火温度 着火浓度范围 火焰传播速度（气体燃料的燃烧速度） 燃烧机理
一、燃烧定义及燃烧类型
• 定义：
• 自然着火： • 容器内整个气体温度同时达到着火温度的过程， 煤气爆炸属于这种过程。 • 强迫着火： • 在冷混合物中，用一个不大的点火热源，在某一 局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后自动 向其他地方传播，最终使整个混合物都在达到着 火燃烧。工业窑炉内燃烧属于强制点火过程。 • • “点不着”现象 ——为什么？ “熄灭”现象——为什么
固态炭的燃烧机理
可燃气体的燃烧机理
可燃气体主要是指氢气、一氧化碳和烃类
• 反应过程的实质
按链锁反应进行的，中间活化物的存在是链锁反应
进行的条件，H2的剌激物是H、OH、CO的剌激物
是H、OH，烃类的剌激物是0。 剌激物的产生过程及特点 气体间分子之间互相碰撞、气体分子在高温下分 解、电火花激发均能产生上述活化物，该反应是吸 热反应。
三、着火浓度范围
定义：
气体燃料与空气的比例，必须在一定的范围内才能
进行燃烧，这一范围叫着火浓度范围或着火浓度极
限。为什么？
如果煤气与空气在容器内混合均匀，且在着火浓度
范围内，当有明火存在时，瞬间会产生温度很高的
燃烧产物，压力急剧增大，可产生爆炸现象，故着
火浓度极限又叫爆炸极限。
可燃气体含量低于下限时，由于可燃气体量
（1）氧化速率加大或散热速率减小，着火温度降低； （2）与可燃气体的组成及参数有关，
压力高，着火温度低；可燃组分多，着火温度低；
（3）与散热条件有关，周围介质温度高着火温度低； （4）与空气系数有关，燃料与接近理论需要量的 空气混合着火温度低； 表4-20某些气体或燃料在空气中的着火温度范围。
工业窑炉内着火的特点
固态炭的燃烧机理
炭的燃烧反应过程 气-固两相的物理化学反应，反应过程如下： O2扩散炭粒表面化学反应生成CO和CO2，CO和 CO2从炭粒表面扩散达反应达平衡。
•
炭的燃烧速度
燃烧速度：单位时间内单位炭粒表面所烧掉的炭量。
化学反应速度:单位时间内，单位炭粒表面上氧化反应消耗的氧量。
Vg kCO2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
K 1 1 1 k d
太少，局部点燃时，其氧化反应产生的热量
不足以使邻近气体加热至着火温度以上而燃
烧。
可燃气体含量高于上限时，由于氧量太少，
局部点燃时，其氧化反应产生的热量不足以
使邻近气体加热至着火温度以上而燃烧。
各种气体的着火浓度范围见表4-21
•
影响着火浓度范围的因素
（1）空、煤气喷入高温空间时，不受着火浓度的限制；
• 可燃混合物的初始温度越高，火焰传播速度 就越大。 • 生产实践中常常将空气和煤气在燃烧前进行 预热。 火焰传播速度还与气流的湍流强度及传热条件 有关： 湍流强度越大，火焰传播速度就越大。 在绝热情况下，火焰传播速度较快； 当向外界散热较强时，火焰传播速度减小。
四、燃烧机理
•
•
可燃气体的燃烧机理
燃烧过程及条件：
过程： 燃料和空气预热—着火温度燃烧—火焰传播 条件： 燃料、空气 着火温度 着火浓度
二、着火温度
• 定义：
任何燃料的燃烧都有“着火”和“燃烧”两
个阶段，由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应的
瞬间叫着火，转变时的最低温度称为着火温度
（在一定条件下燃料稳定燃烧的最低温度） 。
影响着火温度的因素
火焰传播速度的影响因素
• 燃料的发热量及成分、煤气与空气的混合比例、 可燃混合物的初始温度等。 • 可燃性气体的热值高，火焰的传播速度快。 • 可燃气体的热导率越大，火焰传播速度就越快。 可燃气体的浓度（或表示为空气过剩系数） 当 超过一定范围时，火焰将不能传播。
•
注意：正常传播速度的最大值在a＜1的某个地 方。
k
炭粒表面气相中O2的浓度， C–– O2
• 扩散速度: 单位时间内，扩散至单位炭粒表面的氧量
Vd d CO CO
–––气流中心氧的浓度， 式中： CO
–––扩散速度系数 d
平衡条件下：
Vg Vd V
2 CO2 kCO2 d CO
燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生
大量的热量并伴随着强烈的发光现象。 可燃物可归纳为二类，即：固态炭和可燃气体 气体燃料：可燃气体 液体燃料：加热气化，大分子气态烃高温裂化固态炭
和小分子烃或氮气（可燃气体）
固体燃料：受热挥发出可燃气体，剩下固态炭粒
• 燃烧类型 普通燃烧： 靠燃烧层热气体传导传热给邻近的冷可燃气体 混合物而进行火焰的传播。火焰传播速度小，仅为 几米/秒；压力变化小，可视为等压燃烧过程。一般 窑炉内进行的燃烧过程均属于普通燃烧过程。 爆炸性燃烧： 靠压力波将冷可燃气体混合物加热到着火温度 以上而燃烧。火焰传播速度大，约为1000～4000米 /秒；通常在高温、高压下进行。原子弹爆炸属于爆 炸性燃烧。
• 几种气体燃料的链锁反应过程
• 延迟着火现象（气体燃料的燃烧特点） 气体燃料的燃烧是按链锁反应进行的，当气 体燃料与空气的混合物加热至着火温度后， 要经过一定的感应期后才能迅速燃烧，在感 应期内不断产生含有高能量的链锁剌激物,此 时并不放出大量的热量，故不能立即使邻近 层气体温度升高而燃烧，这种现象叫延迟着 火现象。 延迟着火的时间与气体燃料的种类、温度、 压力有关，温度和压力升高，延迟时间短。
（2）预热空、煤气混合物，着火浓度范围扩大；
（3）煤气与纯氧混合燃烧时，着火浓度范围扩大。 天然气的浓度范围很小，说明什么问题？
火焰的传播
• 火焰传播现象：通过热量传递使燃烧逐渐 向前推进的现象。实验说明
• 正在燃烧着的气体称为燃烧前沿面，也简 称燃烧前沿。如图5－3所示。 • 混合物以速度υ自左向右推进，产生燃烧前 沿（火焰前沿），如果υ 均匀，则燃烧前沿 为一平面并以速度μ自右向左推移。。 • 燃烧前沿对管壁的相对位移有三种可能的 情况： •
第一章 燃烧过程及燃烧设备
燃烧过程的基本理论 气体燃料的燃烧过程及燃烧设备
液体燃烧的燃烧过程及燃烧设备
固体燃料的气化过程及设备
第一节 燃烧过程的基本理论
• • • • • 燃烧定义及燃烧类型 着火温度 着火浓度范围 火焰传播速度（气体燃料的燃烧速度） 燃烧机理
一、燃烧定义及燃烧类型
• 定义：
• 自然着火： • 容器内整个气体温度同时达到着火温度的过程， 煤气爆炸属于这种过程。 • 强迫着火： • 在冷混合物中，用一个不大的点火热源，在某一 局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后自动 向其他地方传播，最终使整个混合物都在达到着 火燃烧。工业窑炉内燃烧属于强制点火过程。 • • “点不着”现象 ——为什么？ “熄灭”现象——为什么
固态炭的燃烧机理
可燃气体的燃烧机理
可燃气体主要是指氢气、一氧化碳和烃类
• 反应过程的实质
按链锁反应进行的，中间活化物的存在是链锁反应
进行的条件，H2的剌激物是H、OH、CO的剌激物
是H、OH，烃类的剌激物是0。 剌激物的产生过程及特点 气体间分子之间互相碰撞、气体分子在高温下分 解、电火花激发均能产生上述活化物，该反应是吸 热反应。
三、着火浓度范围
定义：
气体燃料与空气的比例，必须在一定的范围内才能
进行燃烧，这一范围叫着火浓度范围或着火浓度极
限。为什么？
如果煤气与空气在容器内混合均匀，且在着火浓度
范围内，当有明火存在时，瞬间会产生温度很高的
燃烧产物，压力急剧增大，可产生爆炸现象，故着
火浓度极限又叫爆炸极限。
可燃气体含量低于下限时，由于可燃气体量
（1）氧化速率加大或散热速率减小，着火温度降低； （2）与可燃气体的组成及参数有关，
压力高，着火温度低；可燃组分多，着火温度低；
（3）与散热条件有关，周围介质温度高着火温度低； （4）与空气系数有关，燃料与接近理论需要量的 空气混合着火温度低； 表4-20某些气体或燃料在空气中的着火温度范围。
工业窑炉内着火的特点
固态炭的燃烧机理
炭的燃烧反应过程 气-固两相的物理化学反应，反应过程如下： O2扩散炭粒表面化学反应生成CO和CO2，CO和 CO2从炭粒表面扩散达反应达平衡。
•
炭的燃烧速度
燃烧速度：单位时间内单位炭粒表面所烧掉的炭量。
化学反应速度:单位时间内，单位炭粒表面上氧化反应消耗的氧量。
Vg kCO2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
K 1 1 1 k d
太少，局部点燃时，其氧化反应产生的热量
不足以使邻近气体加热至着火温度以上而燃
烧。
可燃气体含量高于上限时，由于氧量太少，
局部点燃时，其氧化反应产生的热量不足以
使邻近气体加热至着火温度以上而燃烧。
各种气体的着火浓度范围见表4-21
•
影响着火浓度范围的因素
（1）空、煤气喷入高温空间时，不受着火浓度的限制；
• 可燃混合物的初始温度越高，火焰传播速度 就越大。 • 生产实践中常常将空气和煤气在燃烧前进行 预热。 火焰传播速度还与气流的湍流强度及传热条件 有关： 湍流强度越大，火焰传播速度就越大。 在绝热情况下，火焰传播速度较快； 当向外界散热较强时，火焰传播速度减小。
四、燃烧机理
•
•
可燃气体的燃烧机理
燃烧过程及条件：
过程： 燃料和空气预热—着火温度燃烧—火焰传播 条件： 燃料、空气 着火温度 着火浓度
二、着火温度
• 定义：
任何燃料的燃烧都有“着火”和“燃烧”两
个阶段，由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应的
瞬间叫着火，转变时的最低温度称为着火温度
（在一定条件下燃料稳定燃烧的最低温度） 。
影响着火温度的因素
火焰传播速度的影响因素
• 燃料的发热量及成分、煤气与空气的混合比例、 可燃混合物的初始温度等。 • 可燃性气体的热值高，火焰的传播速度快。 • 可燃气体的热导率越大，火焰传播速度就越快。 可燃气体的浓度（或表示为空气过剩系数） 当 超过一定范围时，火焰将不能传播。
•
注意：正常传播速度的最大值在a＜1的某个地 方。