知识要点 1901 5气体燃料的燃烧 气体燃料燃烧原理及特点 气体燃料燃烧装置 预混可燃气体的着火和燃烧 一全预混无焰燃烧器 —预混可燃气体的着火和燃烧 一半预混燃烧器 一预混可燃气体的燃烧 — 自然引风式扩散燃烧器 气体燃料的扩散燃烧 一强制送风式扩散燃烧器 一层流扩散燃烧 —特种气体燃烧器 一湍流扩散燃烧 气体燃料的置换 一扩散燃烧火焰的稳定 一燃气互换性和燃烧适应性 一华白数 一火焰的稳定性 气体燃料置换的判别方法 School of Energy and Power Engineering
知识要点 5气体燃料的燃烧 气体燃料燃烧原理及特点 预混可燃气体的着火和燃烧 预混可燃气体的着火和燃烧 气体燃料燃烧装置 —全预混无焰燃烧器 — 半预混燃烧器 —预混可燃气体的燃烧 气体燃料的扩散燃烧 —半预混燃烧器 —自然引风式扩散燃烧器 气体燃料的扩散燃烧 —强制送风式扩散燃烧器 —层流扩散燃烧 —湍流扩散燃烧 扩散燃烧火焰的稳定 —特种气体燃烧器 气体燃料的置换 —扩散燃烧火焰的稳定 —燃气互换性和燃烧适应性 —华白数 —火焰的稳定性 —气体燃料置换的判别方法 School of Energy and Power Engineering
气体燃料燃烧原理及特点 1907 G UNN 均相燃烧（同相燃烧）：工程燃烧中，燃料燃气与空气或氧气氧化剂同为 气相。 气体燃料燃烧的基本阶段： 燃气与空气的混合阶段； 混合后可燃气体混合物的加热与着火阶段； 完成燃烧化学反应阶段。 工程燃烧条件中，可燃气体混合物点火后的加热靠其本身燃烧产生的热量 实现。 在工程燃烧中，影响燃气燃烧的主要因素不是燃烧反应速度，而是燃气与 空气间的混合速度。 根据燃气与空气在燃烧前的混合情况，燃气燃烧可分为两种类型：预混气 体燃烧及半预混燃烧；气体扩散燃烧。 School of Energy and Power Engineering
气体燃料燃烧原理及特点 均相燃烧 （同相燃烧 ）：工程燃烧中，燃料燃气与空气或氧气氧化剂同为 燃料燃气与空气或氧气氧化剂同为 气相。 气体燃料燃烧的基本阶段： 燃气与空气的混合阶段； 混合后可燃气体混合物的加热与着火阶段； 完成燃烧化学反应阶段 。 工程燃烧条件中，可燃气体混合物点火后的加热靠其本身燃烧产生的热量 实现。 在工程燃烧中，影响燃气燃烧的主要因素不是燃烧反应速度，而是燃气与 空气间的混合速度 。 根据燃气与 气在燃烧前的 合情况 空气在燃烧前的 混合情况，燃气燃烧可分为两种类 燃气燃烧可分为两种类型： 预 气混 气 体燃烧及半预混燃烧；气体扩散燃烧。 School of Energy and Power Engineering
气体燃料燃烧原理及特点 1901 黄色扩散焰 暗红色外馅 (1)预混气体燃烧及半预混燃烧 换蓝色火焰 一燃气与空气预先混合后，再送入燃 盛色内健 烧室燃烧。 一一次空气系数，a1:在燃烧前已与 燃气混合空气量与该燃气燃烧理论空 8=0 012 气量之比，反映预混气体混合状况。 图5-1·火焰形状a1的变化情况 半预混燃烧 —0<1<1,预混气体中氧化剂的数量小于燃气燃烧所需的全部氧化剂数量； 一火焰通常包括预混火焰内焰和扩散火焰外焰； 较小时，内焰的下部呈深蓝色，顶部为黄色，外焰为暗红色，较大 时，内焰的黄焰逐渐消失，颜色逐渐变淡，高度缩短，外焰越来越不清晰， 1大于1时，外焰完全消失，内焰高度有所增加。 School of Energy and Power Engineering
气体燃料燃烧原理及特点 （ 1）预混气体燃烧及半预混燃烧 —燃气与空气预先混合后，再送入燃 烧室燃烧。 — 一 次 气空 气系数，α 1：在燃烧前 与已 与 燃气混合空气量与该燃气燃烧理论空 气量之比，反映预混气体混合状况。 半预混燃烧 — 0 < α 1 < 1，预混气体中氧化剂的数量小于燃气燃烧所需的全部氧化剂数量 预混气体中氧化剂的数量小于燃气燃烧所需的全部氧化剂数量； —火焰通常包括预混火焰内焰和扩散火焰外焰； — α 1较小时，内焰的下部呈深蓝色，顶部为黄色，外焰为暗红色， α 1较大 时，内焰的黄焰逐渐消失 内焰的黄焰逐渐消失，颜色逐渐变淡，高度缩短，外焰越来越不清晰 外焰越来越不清晰， α 1大于 1时，外焰完全消失，内焰高度有所增加。 School of Energy and Power Engineering
气体燃料燃烧原理及特点 1901 G UNN 无焰燃烧：燃气与空气预先混合均匀，燃烧速度取决于着火和燃烧反应速 度，火焰没有明显轮廓。 半无焰燃烧：半预混燃烧前只有部分空气与燃气混合。 (2)气体扩散燃烧 燃气与氧化剂各自通过单独管道进入燃烧室，两者边混合边燃烧，速度受 气体扩散混合速度的限制，火焰亮度大，有明显轮廓，又称有焰燃烧。 School of Energy and Power Engineering
气体燃料燃烧原理及特点 无焰燃烧：燃气与空气预先混合均匀，燃烧速度取决于着火和燃烧反应速 度，火焰没有明显轮廓。 半无焰燃烧：半预混燃烧前只有部分空气与燃气混合。 （ 2）气体扩散燃烧 燃气与氧化剂各自通过单独管道进入燃烧室，两者边混合边燃烧，速度受 气体扩散混合速度的限制，火焰亮度大，有明显轮廓，又称有焰燃烧 。 School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 1901 VG UNN ◆预混可燃气体的着火 着火：燃烧的准备阶段。可燃气体与氧化剂在缓慢氧化的基础上，不断积 累热量和活化分子，至化学反应自行加速开始燃烧。 一自燃：预混可燃气体由于自身的温度升高而导致化学反应速度自行加速 所引起的着火，为自发行为； 一点燃：由于外界能量的加入，使预混可燃气体的化学反应速度急剧加快 所引起的着火，为强制行为。 一自然和点燃都是化学反应由低速度突然加速为极高速度的过程，在燃烧 学上称为爆炸或爆炸反应。 根据化学反应机理，引起爆炸式化学反应的两种途径： 一热爆燃：系统内热量积聚使温度升高，引起化学反应速度按阿累尼鸟斯 指数规律迅速增加； — 链锁爆燃：由于链锁反应的分枝使活化中心迅速增加，导致化学反应速 度急剧增大。 School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 预混可燃气体的着火 着火：燃烧的准备阶段。可燃气体与氧化剂在缓慢氧化的基础上，不断积 累热量和活化分子，至化学反应自行加速开始燃烧。 —自燃：预混可燃气体由于自身的温度升高而导致化学反应速度自行加速 所引起的着火，为自发行为； —点燃：由于外界能量的加入，使预混可燃气体的化学反应速度急剧加快 所引起的着火，为强制行为 。 —自然和点燃都是化学反应由低速度突然加速为极高速度的过程，在燃烧 学上称为爆炸或爆炸反应 。 根据化学反应机理，引起爆炸式化学反应的两种途径： —热爆燃：系统内热量积聚使温度升高，引起化学反应速度按阿累尼乌斯 指数规律迅速增加； —链锁爆燃：由于链锁反应的分枝使活化中心迅速增加，导致化学反应速 度急剧增大 。 School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 1901T G UNN 燃烧理论中自燃的两种类型 —热自燃：由热力爆燃引起； —链锁自燃：由链锁爆燃引起。 实际燃烧过程中不可能有纯粹的热自燃和链锁自燃，同时存在且相互促进 一预混可燃气体的加热加强分子热活化，促进每个链锁基元的反应； 一低温时链锁反应可使系统逐渐加热，同时也强化了分子的热活化。 自燃现象不可能用单一的自燃理论来解释 一 高温下热爆燃是着火的主要因素； 低温时分枝链锁爆燃则起主导作用。 School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 燃烧理论中自燃的两种类型 —热自燃：由热力爆燃引起； —链锁自燃：由链锁爆燃引起。 实际燃烧过程中不可能有纯粹的热自燃和链锁自燃，同时存在且相互促进 —预混可燃气体的加热加强分子热活化，促进每个链锁基元的反应； —低温时链锁反应可使系统逐渐加热，同时也强化了分子的热活化 。 自燃现象不可能用单一的自燃理论来解释 —高温下热爆燃是着火的主要因素； —低温时分枝链锁爆燃则起主导作用。 School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 、1901■ NG UNN 一、热自燃理论：主要研究系统内因化学反应放热而使系统温度自行升高， 从而促进了化学反应放热速度的急剧增大导致着火的过程。 (一）预混可燃气体在绝热条件下的热自燃 (1)绝热反应中燃气浓度与温度的变化关系 设绝热容器中充满预混可燃气体，初温为T,燃气初始浓度为C40；放热 反应中，温度由T上升至T,燃气浓度减为CA,由热力学第一定律可知： (C40-CA)=Cv(T-To) Q一每摩尔燃气化学反应所放出的热量； C4一燃气浓度； v一预混可燃气体的定容比热容。 School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 一、热自燃理论：主要研究系统内因化学反应放热而使系统温度自行升高， 从而促进了化学反应放热速度的急剧增大导致着火的过程。 （一）预混可燃气体在绝热条件下的热自燃 （ 1 ）绝热反应中燃气浓度与温度的变化关系 设绝热容器中充满预混可燃气体，初温为 T0，燃气初始浓度为 CA0；放热 反应中，温度由 T0上升至 T，燃气浓度减为 CA，由热力学第一定律可知： 0 0 ( )( ) Q( )( ) C C cT T A AV 0 0 − = − Q—每摩尔燃气化学反应所放出的热量； CA—燃气浓度； c V—预混可燃气体的定容比热容。 School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 1901 G UNN 绝热燃烧温度，Tmx:当燃气完全燃烧时，燃气的温度达到其最高值，亦 称理论燃烧温度。 QC40=Cv(Tmax-T)→ CTrs-T C40 Tmax-To 在绝热条件下，燃气浓度变化与温度呈线性关系 =C0 Tnax-T Tmx-7o School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 绝热燃烧温度， Tmax：当燃气完全燃烧时，燃气的温度达到其最高值，亦 称理论燃烧温度。 max 0 max 0 0 max 0 ( ) A A V A C T T QC c T T CTT − = −⇒ = − 在绝热条件下，燃气浓度变化与温度呈线性关系 max 0 0 A A T T C C T T − = T T max − 0 School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 1901 (2)热反应中的反应速度与时间的变化关系 假设绝热容器中双分子燃烧反应的反应速度为： dC=k Te RiC.CB k一常数； dt CA一气体燃料的摩尔浓度； CB一氧化剂的摩尔浓度。 记氧化剂与燃料的摩尔浓度比为aa=CEICA 则有：w-C=kTe忘aCa(子7》 T dt Tmax -To C=Im-TdC-Ca dT-ATe W(T-T) E C4o Tmax -To dt Timas -To dt dt School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 （ 2）热反应中的反应速度与时间的变化关系 E d 假设绝热容器中双分子燃烧反应的反应速度为： E k 常数； A RT A B d C w k Te C C dt − =− = k—常数； CA—气体燃料的摩尔浓度； CB —氧化剂的摩尔浓度。 / 记氧化剂与燃料的摩尔浓度比为 α = C C B A α 2 2 max 0 max 0 ( ) E A RT A dC T T w k Te C dt T T α − − =− = − 则有： max 0 max 0 2 ( ) E A A A RT C dC TT C dT dT β Te T T − − = ⇒ − = ⇒ = − School of Energy and Power Engineering max 0 max 0 max 0 ( ) A Te T T C T T dt T T dt dt ⇒ ⇒ β − −
预混可燃气体的着火和燃烧 1901 对于性质和浓度一定的气体，在给定初 B=k aCA0=C 始温度下： Tmax-To 温度T及化学反应速度w与时间的 T=f(t) 关系为： w=8(t) 绝热反应 一 绝热反应初始阶段的化学反应速度增长缓 慢，经感应期后，急剧上升而形成热自燃 (热爆炸)； 一要使化学反应转变为加速（爆炸）反应， 速度增长率必须大于零； 一等温反应中的速度增长率始终小于零，不 等温反应 会引起热自燃（爆炸)。 时间！ School of Energy and Power Engineering
预混可燃气体的着火和燃烧 CA 0 k C T T = = α 对于性质和浓度一定的气体，在给定初 β T T max 0 − T = f ( )t 始温度下： 温度 T及化学反应速度 w与时间的 ( ) ( ) f w = g t 温度 T及化学反应速度 w与时间的 关系为： —绝热反应初始阶段的化学反应速度增长缓 慢，经感应期 t 1后，急剧上升而形成热自燃 （热爆炸 ）； —要使化学反应转变为加速（爆炸）反应， 速度增长率必须大于零； —等温反应中的速度增长率始终小于零，不 会引起热自燃（爆炸）。 School of Energy and Power Engineering