第四章燃料及其燃烧详解
第四章液体燃料的燃烧理论
2．基本方程及求解
p = const
2
G —总蒸发速率
（液滴与环境无相对速度） 液滴与环境无相对速度）
df i d df i 2 4πr ρv − (4πr Di ρ )=0 dr dr dr
水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流， 水蒸气蒸发的质量流正好等于总质量流，即Stefan流。 流
22
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
C + O2 → CO 2
12
碳表面
32
44
f O2 + f CO2 = 1
( ∂f O2 ∂y )0 = −( ∂f CO2 ∂y )0
23
2．碳在纯氧中的燃烧 ．
氧扩散流
（1）液滴与环境无相对速度，只有Stefan流引起 的球对称一维流动； （2）忽略热辐射和热解离（例：CH4→C+2H2）； （3）过程是准定常的，即不考虑液面的内移效应； （4）火焰面为一几何面，火焰面上 f f = f ox = 0 。
28
2．基本方程及求解
基本方程（球坐标下） （1）基本方程
2
—单位质量液体的蒸发热 单位质量液体的蒸发热， q e = L + C l (T0 − Tl ) 单位质量液体的蒸发热
df i 2 − 4πr0 Di 0 ρ 0 ( ) 0 + 4πr0 f i 0 ρ 0 v0 = f il (4πr02 ρ 0 v0 ) dr
气体扩散流 Stefan流 流 携带的该组分 液体蒸发引起的 液滴消耗量
bD = bT = b
bT ≡ C P (T − T∞ ) qe 2
第四单元燃料及其燃烧知识点
第四单元燃料及其燃烧第一节燃烧与灭火 COMBUSTION AND FIRE-EXTINGUISHING1、燃烧的条件：（缺一不可）（1）可燃物（2）氧气（或空气）（3）温度达到可燃物的着火点燃烧：可燃物和空气中的氧气发生的反应，是一种发光发热的剧烈氧化。
注：※①金属钠和氯气反应应在通风橱中进行；反应停止后，用乙醇洗涤残渣，以除去未反应的钠，氯化钠晶体留在试管中。
※②爆炸：可燃物在有限的空间内急速燃烧，气体体积迅速膨胀而引起爆炸。
③一切可燃性气体、可燃性液体的蒸汽、可燃性粉尘在空气（或氧气）中的浓度达到一定的范围（爆炸极限），点火或者遇火星均有可能发生爆炸。
2、灭火的原理：（只要消除燃烧条件的任意一个即可）（1）消除可燃物（2）隔绝氧气（或空气）（3）降温到着火点以下自燃：没有点燃的条件下，与空气中的氧气发生氧化反应，但反应进行比较缓慢，一般没有明显现象，这种氧化反应叫缓慢氧化。
※遇到火险怎么办？冷静的同时请拨119，报警时要讲清详细地址、起火部位、着火物质、火势大小、报警人姓名及电话号码，并派人到路口迎候消防车。
3、燃料的充分燃烧影响燃烧的因素：可燃物的性质、氧气的浓度、与氧气的接触面积使燃料充分燃烧的两个条件：（1）要有足够多的空气（2）燃料与空气有足够大的接触面积。
使用打火机或者其它气体燃烧器“先点火后放气”的原因：如果先开气后点火，先喷出的大量可燃气体，就有可能与空气形成爆炸气体，这时遇到明火就有发生爆炸危险，因此必须“先点火后放气”。
第二节碳 CARBON4、同素异形体：由同种元素组成的不同单质常见的同素异形体：氧气O2、臭氧O3石墨C、金刚石C、福勒烯（足球烯、碳纳米管、巴基管）C60红磷P7、白磷P45、无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成.主要有:焦炭,木炭,活性炭,炭黑等。
不属于碳的同素异形体。
活性炭具有强烈的吸附性（物理性质），焦炭用于冶铁，炭黑加到橡胶里能够增加轮胎的耐磨性。
第四单元 燃烧与燃料解析
第四单元燃烧与燃料第一节燃烧与灭火一．燃烧的条件（重点）1．燃烧：是可燃物跟氧气发生的剧烈的发光、发热的氧化反应。
【知识解读】（1）燃烧的现象：发光、发热，反应剧烈。
（2）燃烧的反应类型：氧化反应，不一定是化合反应。
（3）燃烧的反应物：常见的燃烧都是可燃物跟氧气发生反应，但是，不是所有的燃烧都一定有氧气参加。
例如，镁就能在二氧化碳中燃烧：2Mg+CO点燃C+2MgO；钠能在氯气中燃烧：２Na＋Cl２点燃２NaCl （4）燃烧的反应条件：点燃（5）燃烧的分类及燃烧的产物注意①“完全燃烧”和“不完全燃烧”又叫“充分燃烧”和“不充分燃烧”②要掌握含C、H、O等元素的燃料完全燃烧的化学方程式：例，写出乙炔（C2H2）充分燃烧的化学方程式：a．根据“常见的燃烧都是可燃物跟氧气发生反应”可知，反应物应该是乙炔与氧气；b．根据“燃烧的反应条件是点燃”可知，乙炔燃烧的条件是“点燃”c．根据完全燃烧的产物，因为乙炔（C2H2）含有C、H，所以乙炔燃烧的产物是CO2和H2O。
所以，乙炔燃烧的化学方程式为：2C2H2+5O点燃 4CO2+2H2O2．燃烧的条件：①物质具有可燃性②可燃物要与氧气接触；③可燃物的温度达到其自身的着火点（即可燃物燃烧所需要的最低温度）【知识解读】（1）探究燃烧的条件①操作：用镊子分别夹取一根小木条和一块小石子，在酒精灯上点燃；现象：小木条能燃烧而石头不能燃烧；结论：燃烧的条件之一 ----物质具有可燃性。
②操作：用镊子分别夹取一个蘸有水、一个蘸有酒精的小棉花团，放到酒精灯火焰上片刻．现象：蘸有酒精的小棉花团容易点燃，而蘸有水的小棉花团难以点燃；结论：燃烧的条件之二----可燃物温度要达到其着火点。
③操作：分别点燃两支小蜡烛，将其中一支蜡烛用玻璃杯罩住．现象：在空气中的蜡烛能持续燃烧，而用玻璃杯罩住的蜡烛很快就熄灭了；结论燃烧的条件之三 ----可燃物要与氧气接触。
（2）燃烧必须要同时满足三个条件，才能发生燃烧的现象。
第四章 柴油机的燃料与燃烧过程
蒸发性好的组成成分其发火性差。90％和95％馏出温度标志柴油
中所含重质成分的数量。90％和95％馏出温度高，说明柴油中重
质成分较多，其挥发性较差，在气缸内不易蒸发，与空气混合不
均匀，导致排气冒烟和积炭增加；因此，应对90％和95％馏出温
度有所控制，要求其值较低。一般要求柴油的50％馏出温度应适
宜，90％馏出温度和95％馏出温度应比较低。
2）中、小型柴油机：除依靠喷雾条件的改进， 还必须依靠强烈的涡流运动—分隔式燃烧室；
2. 油膜蒸发混合
1）大部分燃油 燃燒室壁
蒸发
汽化 混合
进气涡流
油膜
压缩涡流
混合气
热分层效应 有效利用空气
2）少部分燃油以油雾形式分散在燃烧室空间， 完成着火准备，形成火源，点燃油膜蒸发混 合形成的可燃混合气。
控制燃烧室的壁温和油量，可抑制燃烧 前期的反应，控制燃烧过程的进展。
20℃，适合于冬季或寒冷地区使用。
第二节 柴油机混合气的形成
化学能 燃烧 热能 膨胀做功 机械能 一、混合气形成的特点
与汽油机相比，柴油机的混合气形成有如下的特点。首先是柴 油机的混合气形成只能在气缸内部进行；其次是混合气形成所占时 间甚短，一般占15°～35°曲轴转角，在0.0007～0.003秒的时间 内燃油经历破碎雾化、吸热、汽化、扩散与空气混合等过程，因而 混合气成分在燃烧室各处很不均匀，而且随着燃油的不断喷入在不 断改变。这就迫使柴油机的过量空气系数远大于汽油机。柴油机的 过量空气系数一般为1.2～1.5，致使气缸工作容积利用率降低。
3）介质反压力 介质的密度增加，反压力增大，作用在油
束上的空气阻力增加，有利于燃料雾化，喷雾 锥角增加，射程缩短。
4）喷油泵凸轮外形及转速
《燃料的燃烧》 讲义
《燃料的燃烧》讲义一、引言燃料的燃烧是一个我们日常生活和工业生产中常见且至关重要的现象。
从家庭取暖的炉火到驱动汽车的汽油，从发电站的煤炭燃烧到航天飞机的燃料喷射，燃烧现象无处不在。
深入了解燃料的燃烧过程、原理以及影响因素，对于提高能源利用效率、减少环境污染、保障能源安全都具有极其重要的意义。
二、燃料的种类（一）固体燃料常见的固体燃料有煤炭、木材等。
煤炭是一种重要的能源资源，根据其品质和成分的不同，可以分为无烟煤、烟煤和褐煤等。
木材在一些地区仍然被用作取暖和烹饪的燃料，但相对来说其能量密度较低，燃烧效率不高。
（二）液体燃料液体燃料包括石油制品如汽油、柴油、煤油等。
汽油通常用于汽车的内燃机，柴油则多用于卡车和船舶的发动机。
石油作为液体燃料的主要来源，其储量和开采情况对全球能源格局有着重大影响。
（三）气体燃料天然气是最为常见的气体燃料之一，它主要由甲烷组成，具有清洁、高效的特点。
此外，还有煤气、液化气等气体燃料，在不同的应用场景中发挥着作用。
三、燃烧的基本原理（一）燃烧的化学过程燃烧本质上是一种剧烈的氧化反应。
燃料中的可燃成分（如碳、氢等元素）与氧气发生化学反应，释放出热能。
以碳的燃烧为例，碳与氧气反应生成二氧化碳：C ＋ O₂＝ CO₂，同时放出大量的热。
（二）燃烧所需的条件燃烧需要同时具备三个条件：可燃物、助燃物（通常是氧气）以及达到可燃物的着火点。
只有这三个条件同时满足，燃烧才能发生。
（三）燃烧反应的热力学燃烧过程中的能量变化可以通过热力学原理来描述。
燃料燃烧释放的能量等于反应物与生成物之间的能量差。
这一能量差决定了燃烧的热效率和可利用程度。
四、燃烧的过程（一）预热阶段在燃烧开始前，燃料需要吸收一定的热量，温度逐渐升高，达到其着火点。
（二）燃烧阶段一旦达到着火点，燃料与氧气迅速反应，产生火焰和热能。
燃烧过程中，燃料分子不断分解、氧化，释放出大量的热量和气体产物。
（三）燃尽阶段随着燃烧的进行，燃料中的可燃成分逐渐减少，直至完全燃烧。
液体燃料的燃烧
（b）转杯式机械雾化喷嘴
如图5-38所示，油通过空心轴进入一个高速旋 转(3000~6000转/分)的旋转杯的内壁。在离心力的 作用下，油从旋转杯的四周甩出。由于甩出速度 很高，使油雾化。在旋转杯四周还有一股由一次 风机鼓进的高速气流，同时促进雾化。
（c）蒸汽雾化喷嘴 蒸汽雾化喷嘴可分为纯蒸汽雾化喷嘴和蒸汽机
机械能 动能
航空燃气轮机燃烧室
工作特点：
1、进口气流速度高，组织燃烧困难。 2、燃烧室容积小，且要求在短时间内发出大量的热 3、出口气流温度受到限制 4、要求工作范围宽
航空燃气轮机燃烧室
要求：
1、点火可靠 点火高度：8~9km，补氧后：12~13km
2、燃烧稳定 不熄火 不产生破坏性的振荡燃烧
三、液体的雾化
雾化液体燃料的原因 – 增加液滴进行反应的比表面积，增强与氧气的混合，强化 液体燃料燃烧。 雾化定义 – 靠外界作用将连续的液流破碎成雾状的油液滴群的过程。 雾化过程及机理 – 介质雾化：空气、蒸汽以一定的压力，高速冲击油流，使 其雾化。 – 机械雾化：油流高速旋转，脉动而破裂，同时与介质作用， 加强雾化。
④ 加强后期混合——利于残余的 难燃组分的燃尽
雾化喷嘴 调风器
两种燃烧的火焰类型
雾化燃烧：先雾化，然后在空间中一边 气化，一边燃烧。火焰与气体燃烧的扩 散火焰相似
气化燃烧：先气化，再 燃烧。火焰与气体燃烧 的预混火焰相似
典型液体燃料燃烧装置
航空燃气（涡）轮（发动）机
航空燃气（涡）轮（发动）机
（3）使雾化的液滴尽量细。达到迅速蒸发和扩散混合，避 免高温缺氧区的扩大。
4.2 单个液滴燃烧模型
单个液滴的燃烧模型,假设： 液滴为均匀对称球体; 液滴随风飘动,与空气间无相对
燃料及其燃烧特性
03
燃烧特性
燃烧过程
熄火阶段
当燃料与氧化剂耗尽或燃烧条件不再满足 时，燃烧终止。
燃烧过程
燃烧是燃料与氧化剂之间的化学反应，释 放出能量。这个过程可以分为预混合、点 火、燃烧和熄火四个阶段。
预混合阶段
燃料与氧化剂预先混合，形成可燃混合物 。
燃烧阶段
燃料与氧化剂在火焰中继续反应，释放出 能量。
燃料及其燃烧特性
目录
• 燃料简介 • 燃料特性 • 燃烧特性 • 燃料与燃烧技术 • 燃料与能源未来发展
01
燃料简介
燃料的定义与分类
分类
燃料可以根据来源分为化石燃 料、生物燃料和核燃料等。
生物燃料
如木材、农作物废弃物等，由 生物质在一定条件下转化而成。
定义
燃料是能够提供能量的物质， 通常在燃烧过程中释放能量。
燃料的重要性
01
02
03
提供能量
燃料是提供能量的主要来 源，支撑着人类社会的生 产和生活活动。
促进经济发展
燃料的应用促进了交通运 输、工业生产和能源产业 的发展，对经济发展具有 重要意义。
影响环境
燃料的燃烧会产生污染物， 对环境造成影响，因此需 要合理利用和开发清洁能 源。
02
燃料特性
物理特性
化石燃料
如煤、石油和天然气，由古代 生物遗体在长期的地质过程中 形成。
核燃料
如铀、钚等放射性元素，可用 于核裂变反应释放能量。
燃料的应用领域
能源供应
燃料是能源的主要来源，用于发电、供暖、交通 运输等领域。
工业生产
燃料广泛应用于各种工业生产过程，如钢铁、化 工、陶瓷等。
交通运输
燃料是交通工具的主要能源，如汽车、飞机和船 舶等。
初中化学燃料及其燃烧知识点总结
初中化学燃料及其燃烧知识点总结
一、燃烧的条件
1、燃烧的定义：燃烧通常指可燃物与氧气发生发光发热的剧烈的氧化反应
2、燃烧的条件
可燃物达到着火点（该物质着火燃烧所需的最低温度）的温度
可燃物与氧气／空气充分接触
二、
(一)二氧化碳与镁带的反应
反应方程式：2Mg+CO2(点燃→)C+2MgO
现象：继续燃烧，生成白色和黑色固体
结论：具有剧烈发光发热现象的化学反应都是燃烧
(二)金属钠与氯气的反应
反应方程式:2Na+Cl2(点燃→)2NaCl
现象：持续燃烧，产生黄色火焰和白烟.
置换反应：一种单质与一种化合物反应生成另一种化合物和另一种单质的反应
即A+BC→B+AC
火柴杆竖直之后为何会逐渐熄灭？
答：因为火柴杆的温度会达不到着火点
3、特殊的燃烧
自燃
白磷：少量白磷保存在冷水中（隔绝氧气）
缓慢氧化：积聚热量引发自然（缓慢氧化，不一定引发自燃例如：铁生锈、食物变质、人类衰老、橡胶老化）爆炸：可燃性气体、液体的蒸发或粉尘在空气中（必定有氧气）浓度达到爆炸极限时，点火或遇火星会爆炸H2,CO,CH4,C2H5OH,面粉
二、灭火与防火
1、灭火原理
降低火场温度
隔绝可燃物与氧气的接触
[此文档可自行编辑修改，如有侵权请告知删除，感谢您的支持，我们会努力把内容做得更好]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
从近油田或煤田的地层中逸 是炼制石油时的副产 出，是一种很好的燃料。 品，为便于输送，加 压使成液体，叫液化 石油气。 煤在炼焦炉中炼
二、燃料的组成及其换算 （一）固体、液体燃料
1、元素分析法 2、工业分析法 3、煤的基准： 用元素表示燃料的组成。 通常包括 C 、 H 、 O 、 N 、 S五种元素及部分矿物质 灰分A和水分W。 组成由挥发分（V）、固 定炭（FC）、灰分（A） 及水分（W）表示
天然气 焦时的副产品 石油气 水蒸气与炽热的焦 高炉炼铁时的 空气和少量水蒸 焦炉煤气 炭或无烟煤在煤气 副产品 气与煤或焦炭在 发生炉中反应而产 3、气体燃料 高炉煤气 煤气发生炉中反 人造煤气水煤气 生的煤气。 应而产生的煤气 常用烟煤干馏或石 油裂化等方法制取 混合发生炉煤气 城市煤气
计算基准：100㎏燃料
应用基燃料折算成分析基燃料时为（100-Wywz ）㎏，用物料 平衡关系：
应用基时含碳量=分析基时的含碳量，
故有100×Cy=(100- Wywz)×Cf
y f W W y W 由式（4-1）得： wz 100 100 W f
代入上式得
W y W f 100 100 y y f 100 W 100 W 100 W C f wz Cy C f Cf 100 100 100 W f
应 用 基 分 析 基 干 燥 基 可 燃 基
所 要 换 算 的 基
应用基 1 分析基
100 W f 100 W y
干燥基
可燃基
100 100 (W y A y )
100 100 W y 100
100 W y 100 W
f
1
100 100 (W f A f )
100 W
1
f
100 W f 100 100 (W y A y ) 100 (W f A f ) 100 100
100 W y 100
100 100 A g
1
100 A g 100
应用：已知的基×换算系数 = 所要换算的基。 换算系数是由物料平衡关系计算得到的，例如
已知Cf、Wy、Wf，求Cy
或者
f 100 W C f Cy 100 W y
[例4-1] 已知煤的可燃基组成（%）为： Cr Hr Or Nr Sr 80.2 6.1 11.6 1.4 0.7 又知 应用基时的水分组成为Wy=3.5%,干燥基时 灰分组成为Ag=8.2% 求 应用基时Cy的百分含量
解 由于三个基准O、H 2、CH 4及其它烃类 1、可燃成分： 组成 CO2、H 2O、N 2、O2及SO2等 2、不可燃成分：
s 100 H O g s 2 干、湿煤气换算关系： H2 H2 100
煤气在不同温度下所含的饱和水蒸气量见表4-4。
第二节 燃料的热工性质及选用原则 一、发热量（热值） 1、概念：单位质量或体积的燃料完全燃烧， 当燃烧产物冷却到燃烧前的温度（ 20º C ）时所 放出的热量称为燃料的发热量或热值。
⑴ 应用基 ：指实际使用的煤的组成，在各组成 的右上角以“y”表示。 Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%+Wy%=100%
⑵ 分析基：指分析实验室里所用的风干煤样 的组成，以f表示。此时，经过空气（20º C，相 对湿度 70% ）风干的煤样，煤中的水分已经与 大气达到平衡，故稳定不变了。
第四章 燃料及其燃烧 热能的来源：
1、燃料燃烧产生，由化学能转化为热能，资源 丰富，价格较低。 2 、以电为热源，电能转化为热能，热利用率 高，成本高。
本章的要求：
1、了解各类燃料的热工性质、燃烧过程及燃
烧设备的特点。
2 、掌握燃料燃烧计算的方法，合理地选用燃
料燃烧设备及组织燃料燃烧过程
第一节 燃料的种类和组成 一、燃料的种类 石油在常压下蒸馏可分别提 1、固体燃料：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤 。 炼出汽油、煤油、柴油等高
质量的燃料，剩下的残渣为 无烟煤是炭化时间最长的一种，无机材料行业中主 要以烟煤、无烟煤为主。 直馏重油（常压重油）
常压重油 直馏重油进行减压蒸馏，其 残渣为减压渣油。 2、液体燃料重油减压重油 将直馏重油进行裂化， 可得裂化煤气和裂化汽 裂化重油 油，其残渣为裂化渣油
① 高位热值（QGW）： 指燃烧产物中的H2O已 冷凝为0º C的液态水。 ②低位热值（QDW）:指燃烧产物中的H2O成20º C 水蒸气状态。
QGW与QDW两者相差的数值为单位燃料燃烧所生 成的水由0º C变成20º C的水所吸收的热量。
⑴ 固体、液体燃料 20º C时1㎏水蒸气的热含量约为2500kJ/㎏
① 先由Cr换算成Cg（%）
由表4-1得
g
100 W 100 3.6 由表4-1得 C C 73.6 71 100 100 表4-2、4-3列举了各种煤和燃料油的组成
y g
100 8.2 C 80.2 73.6 100
y
g 100 A Cr Cg 100
W 100 W 100W
y NZ f
y WN
⑶干燥基：指绝对干燥的煤的组成，以g表示。 Cg%+Hg%+Og%+Ng%+Sg%+Ag%=100%
⑷可燃基：是指无水、无灰的煤的组成，以r表示。 Cr%+Hr%+Or%+Nr%+Sr%=100%
关系图
4、不同基准的组成换算如表4-1
已 知 的 基
Cf%+Hf%+Of%+Nf%+Sf%+Af%+Wf%=100% 将应用基与分析基比较以下，可以看出煤的 水分已被分成两部分： ① 空气风干状态下残留在煤中的水分称为分 析基水分Wf或内在水WyNZ。 ② 在风干过程中逸出的水分称外在水Wywz。
应用基水分为总水分，即内在水与外在水之和。
y y y W y WWZ WNZ WWZ y 100 W WZ W f (4 1) 100