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第5章可燃液体燃烧
第5章 可燃液体的燃烧
王海燕 中国矿业大学（北京）
2011. 3
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
液体的蒸发 闪燃与爆炸温度极限 液体着火 可燃液体的稳定燃烧 原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅 液滴的蒸发和燃烧
第一节 液体的蒸发
一、蒸发过程
蒸发
凝结
– 液体分子→蒸发分子→液体分子→动态平衡。
四、闪点计算
– （一）根据沸点 tb（℃）计算 —波道查公式 (适 用于烃类 )
tf=0.6946tb－73.7 (℃)
– （二）根据可燃液体分子中碳原子数 nc计算
(tf+277.3)2=10410nc
– （三）根据液面上方环境 (蒸气 +空气 )压力 P求 可燃液体闪点对应的可燃液体饱和蒸气压 Pf， 然后查表 5-6（P234) ，插值计算 —道尔顿公式。
2．蒸气浓度 可燃蒸气浓度升高，反应速度升高，放热速度升高，自燃点降 低。 可燃蒸气浓度 =化学当量浓度自燃点最低，然后，增加可燃蒸 气浓度自燃点会增加。 247 表5-13
– 3．氧含量
氧含量升高，有利于化学反应发生，自燃点降低。 （图5-6 P248）
– 4．催化剂
活性催化剂：铈，铁，钒等氧化物，加速氧化反应， 自燃点下降。
–闭杯式闪点测定仪 :适用测定闪点低于 1000C的 液体。
二、同类液体闪点变化
–同系列 :结构相似 ,组成相差一个或多个系差的 一系列化合物。
–同系列各化合物互称同系物 ,分子量大的分子 间引力大,蒸发困难,蒸气压降低 ,闪点高。
–同系物闪点随分子量、沸点、比重的增大而增 加。
–随蒸气压降低而增加。
钝化催化剂：油品抗震剂 —四乙基铅，减缓氧化反 应，自燃点下降。
王海燕 中国矿业大学（北京）
2011. 3
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
液体的蒸发 闪燃与爆炸温度极限 液体着火 可燃液体的稳定燃烧 原油和重质石油产品燃烧时的沸溢和喷溅 液滴的蒸发和燃烧
第一节 液体的蒸发
一、蒸发过程
蒸发
凝结
– 液体分子→蒸发分子→液体分子→动态平衡。
四、闪点计算
– （一）根据沸点 tb（℃）计算 —波道查公式 (适 用于烃类 )
tf=0.6946tb－73.7 (℃)
– （二）根据可燃液体分子中碳原子数 nc计算
(tf+277.3)2=10410nc
– （三）根据液面上方环境 (蒸气 +空气 )压力 P求 可燃液体闪点对应的可燃液体饱和蒸气压 Pf， 然后查表 5-6（P234) ，插值计算 —道尔顿公式。
2．蒸气浓度 可燃蒸气浓度升高，反应速度升高，放热速度升高，自燃点降 低。 可燃蒸气浓度 =化学当量浓度自燃点最低，然后，增加可燃蒸 气浓度自燃点会增加。 247 表5-13
– 3．氧含量
氧含量升高，有利于化学反应发生，自燃点降低。 （图5-6 P248）
– 4．催化剂
活性催化剂：铈，铁，钒等氧化物，加速氧化反应， 自燃点下降。
–闭杯式闪点测定仪 :适用测定闪点低于 1000C的 液体。
二、同类液体闪点变化
–同系列 :结构相似 ,组成相差一个或多个系差的 一系列化合物。
–同系列各化合物互称同系物 ,分子量大的分子 间引力大,蒸发困难,蒸气压降低 ,闪点高。
–同系物闪点随分子量、沸点、比重的增大而增 加。
–随蒸气压降低而增加。
钝化催化剂：油品抗震剂 —四乙基铅，减缓氧化反 应，自燃点下降。
安全可燃液体的燃烧
安全可燃液体燃烧的火灾特点与防治策略
火灾特点
• 火灾扩散速度快，火势猛烈 • 火灾过程中可能产生大量有毒烟雾和气体 • 火灾扑救难度大，需要专业救援队伍
防治策略
• 加强可燃液体的储存和管理，防止泄漏和火灾事故发生 • 建立火灾应急预案，提高火灾应急处理能力 • 加强消防安全培训和宣传，提高人们的消防安全意识和 自防自救能力
• 案例 • 石油化工企业：采用安全可燃液体燃烧技术，降低火灾事故风 险 • 涂料生产企业：采用安全可燃液体燃烧技术，提高生产过程中 的安全性能 • 交通运输领域：采用安全可燃液体燃烧技术，降低运输过程中 的火灾事故风险
安全可燃液体燃烧技术的发展趋势与展望
发展趋势
• 提高安全可燃液体的燃烧性能和安全性 • 加强安全可燃液体燃烧技术的研发和应用 • 提高安全可燃液体燃烧技术的智能化和自动化水平
展望
• 安全可燃液体燃烧技术将在更多领域得到应用和推广 • 安全可燃液体燃烧技术将为提高生产和生活安全水平做 出更大贡献
谢谢观看
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燃烧的基本原理与条件
燃烧基本原理
• 物质与氧气发生化学反应，产生大量的热量和光线 • 燃烧过程中，燃料、氧气和热量之间存在平衡关系
燃烧条件
• 燃料：具有一定的可燃性 • 氧气：燃烧过程中需要氧气参与 • 引燃源：引发燃烧过程的起始条件
燃烧过程中的化学反应与能量转换
燃烧过程中的化学反应
• 燃料与氧气发生氧化反应，产生二氧化碳和水 • 燃烧过程中可能产生其他有毒物质和烟雾
评估方法
• 物质的闪点、燃点、爆炸极限等参数评估 • 物质的燃烧热、燃烧速度、燃烧效率等参数评估
燃烧与爆炸理论第五章 可燃液体的燃烧与爆炸
下限
3.3 1.5 0.8 1.7 1.4
上限
18.0 7.0 62.0 7.2 7.5 酒精 甲苯 松节油 车用汽油 灯用煤油
上限
+11 +5.5 +33.5 -38 +40
下限
+40 +31 +53 -8 +86
1.85
1.5
40
9.5
乙醚
苯
-45
-14
+13
+19
25
举例分析（设室温为0～28℃）：
27
（3）煤油： t下＝＋40℃， t上＝＋86℃，与室温 关系为： t下（+40℃） t上（+86℃）
煤油在 室温范围 内，其蒸气浓度没有达到爆炸 下限，煤油蒸气是不会爆炸的。
0 28 t℃
（4）汽油： t下＝－38℃， t上＝－8℃，与室温关 系为： t下（-38℃） t上（-8℃）
汽油在 室温范围 内，其饱和蒸气浓度已经超 过爆炸上限，它与空气的混和气体遇火源不会 发生爆炸 。
分子间力又称范德华力，分子间力中最重要的就是色散力（色 散力是由于分子运动中，电子云和原子核发生瞬时相对运动，产生 瞬时偶极而出现的分子间的吸引力）。
相对分子质量越大，分子就越易变形，色散力就越大， 蒸发就越困难，蒸气压越低。 温度越高，液体中能量大的分子束就越多，能克服液 体表面引力跑到空间的分子就越多，蒸气压就越高， 反之，蒸气压就越低。
蒸发热：在一定的温度和压力下，单位质量的液体完全蒸发所 吸收的热量。
液体蒸发吸热的原因
主要为了增加液体分子的动能以克服分子间引力而逃逸出液面， 因此，分子间力大的液体，其蒸发热也越高； 此外，蒸发热还用于气化时蒸气体积膨胀对外所做的功。
可燃液体的燃烧
（1）苯 的爆炸温 度
下限14oC
上限19oC
28 19
0 -14
有 交 叉
（2）酒精 的爆炸温度 28
下限11oC 0
上限44oC
44
11
有 交 叉
五、爆炸温度极限
（一）爆炸温度极限 2、爆炸温度极限与液体温度（设液体温度
与室温相等为0~28oC）的关系
86
（3）煤油
的爆炸温度
40
下限40oC 28
（2） 利用插值法计算闪点
t f 10.6(oC)
第二节 闪燃与爆炸温度极限
四、闪点计算
（六）根据克-克方程计算 lgP0 ( 0.2185 LV ) C tf
符号 Po Lv tf C’
含义 液体蒸气压
蒸发热 闪点温度
常数
单位 Pa kJ oC
例题6：已知癸烷爆炸下限为0.75％，环境压力为 101325Pa，试求其闪点。
单位 Pa Pa mol
例题3：已知大气压力101325Pa，试用道尔顿公 式求苯的闪点（插值法）。
解： （1）化学反应式：C6H6+7.5O2→ 6CO2+3H2O
（2）N = 7.5×2 = 15
（3）代入公式 （Pa）
Pf
P
1 4.76(N
1)
=1498.0
P
Pf
P
t
T
例题3：已知大气压力101325Pa，试用道尔顿公 式求苯的闪点（插值法）。
2、可燃液体燃点：能发生着火的液体的 最低温度称为液体的燃点或着火点。
第三节 液体着火
一、液体引燃
3、低闪点液体的引燃
闪点
环境温
度 液面上的蒸气浓度已经达到着火浓度，其混合气
燃烧学讲义第五章 可燃液体的燃烧
第5章可燃液体的燃烧5.1液体燃料的燃烧特点目前，液体燃料的主体是石油制品，因此讨论液体燃料的燃烧主要涉及燃油的燃烧。
液体燃料的沸点低于其燃点，因此液体燃料的燃烧是先蒸发，生成燃料蒸气，然后与空气相混合，进而发生燃烧。
与气体燃料不同的是，液体燃料在与空气混合前存在蒸发汽化过程。
对于重质液体燃料，还有一个热分解过程，即燃料由于受热而裂解成轻质碳氢化合物和碳黑。
轻质碳氢化合物以气态形态燃烧，而碳黑则以固相燃烧形式燃烧。
根据液体燃料蒸发与汽化的特点，可将其燃烧形式分为液面燃烧、灯芯燃烧、蒸发燃烧和雾化燃烧四种。
液面燃烧是直接在液体燃料表面上发生的燃烧。
若液体燃料容器附近有热源或火源，则在辐射和对流的影响下，液体表面被加热，导致蒸发加快，液面上方的燃料蒸汽增加。
当其与周围的空气形成一定浓度的可燃混合气、并达到着火温度时，便可以发生燃烧。
在液面燃烧过程中，若燃料蒸汽与空气的混合状况不好，将导致燃料严重热分解，其中的重质成分通常并发生燃烧反应，因而冒出大量黑烟，污染严重。
它往往是灾害燃烧的形式，例如油罐火灾、海面浮油火灾等。
在工程燃烧中不宜采用这种燃烧方式。
灯芯燃烧是利用的吸附作用将燃油从容器中吸上来在灯芯表面生成蒸汽然后发生的燃烧。
这种燃烧方式功率小，一般只用于家庭生活或其它小规模的燃烧器，例如煤油炉、煤油灯等。
蒸发燃烧是令液体燃料通过一定的蒸发管道，利用燃烧时所放出的一部分热量（如高温烟气）加热管中的燃料，使其蒸气，然后再像气体燃料那样进行燃烧。
蒸发燃烧适宜于粘度不太大、沸点不太高的轻质液体燃料，在工程燃烧中有一定的应用。
雾化燃烧是利用各种形式的雾化器把液体燃料破碎成许多直径从几微米到几百微米的小液滴，悬浮在空气中边蒸发边燃烧。
由于燃料的蒸发表面积增加了上千倍，因而有利于液体燃料迅速燃烧。
雾化燃烧是液体燃烧工程燃烧的主要方式。
对于不同的液体燃料，应依据其蒸发的难易程度不同的雾化方式。
易蒸发液体燃料的雾化（例如汽油）往往采用“汽化器”来实现。
可燃液体的燃烧
防热措施
避免可燃液体受到高温影响，特别是在夏季高温时段，应 采取有效的降温措施。
防爆措施
在可燃液体储存和运输过程中，应采取有效的防爆措施， 如安装防爆设备、使用防爆电器等；同时应配备相应的消 防器材，以便及时扑灭火灾。
安全防范措施
防火措施
严格控制火源，防止可燃液体接触火源；对储存和运输可 燃液体的设备进行定期检查和维护，确保其完好无损。
02
密度
可燃液体的密度决定了其燃烧时的扩散速度，密度越大 ，扩散速度越慢。
03
粘度
可燃液体的粘度影响其燃烧时的扩散速度和燃烧效率。 粘度越大，扩散速度越慢，燃烧效率越低。
可燃液体的物理特性
01
沸点
可燃液体的沸点决定了其挥发性，沸点越低，越容易挥 发。
02
密度
可燃液体的密度决定了其燃烧时的扩散速度，密度越大 ，扩散速度越慢。
04 可燃液体燃烧的影响因素
04 可燃液体燃烧的影响因素
液体的性质
闪点
01
闪点是可燃液体在特定条件下开始燃烧的温度。闪点越低，液
体越易燃。
燃点
02
燃点是液体在常压下完全燃烧所需的最低温度。燃点越高，燃
烧所需的温度越高。
蒸汽压力
03
蒸汽压力表示液体蒸发成蒸汽的能力，与可燃性相关。蒸汽压
力越高，越容易达到燃烧条件。
混合气体的形成
01
可燃气体
在液体蒸发过程中，可燃液体释放出可燃气体，这些气体与空气中的氧
气混合形成可燃气体混合物。
02 03
爆炸极限
可燃气体混合物的爆炸极限是衡量其燃烧特性的重要参数。爆炸极限是 指可燃气体与空气混合物在一定浓度范围内，遇到火源能够发生爆炸的 最低浓度和最高浓度。
液体燃料的燃烧
第四章 液体燃料的燃烧
4.1 液体燃料燃烧的特点
一、燃烧方式
（1） 预蒸发型燃烧 • 燃料进入燃烧空间之前蒸发为油蒸气，以不同比例与空气混
合后进入燃烧室中燃烧。例如：汽油机装有汽化器，燃气轮 机装有蒸发管。 • 此燃烧方式与气体燃料燃烧原理相同。 （2）喷雾型燃烧 • 把液体燃料通过喷雾器雾化成一股由微小油滴组成的雾化锥 气流，在雾化的油滴周围存在空气，当雾化锥气流在燃烧室 被加热，油滴边蒸发，边混合，边燃烧。 • 动力行业多采用此种燃烧方式。
讨论：
① Cp↓,λ↑→k↑ ，气体导热性能好，燃烧更快。 ② H↓→k↑ ，油的气化潜热少，燃烧更快。 ③ Tr↑→k↑ ，燃烧环境温度高，燃烧更快。 ④ T0↓→k↑ ，油的饱和温度低，燃烧更快。 ⑤ D↑→k↑ ，湍流传质能力强，燃烧更快。 ⑥ C∞↑→k↑ ，环境氧浓度高，燃烧更快。 ⑦ β↓→k↑ ，单位耗氧量低，燃烧更快。
（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。
雾化过程：
液体由喷嘴流出形成液柱或液膜；由于液体射流本身 的初始湍流以及周围气体对射流的作用（脉动、摩擦等）， 使液体表面产生波动、皱褶，并最终分离为液体碎片或细 丝；在表面张力的作用下，液体碎片或细丝缩成球形液滴； 在气动力作用下，大液滴进一步碎裂。
三、液，流出速度高，雾化好 介质压力：介质压力高，冲击力强，脉动大，雾化好 雾化喷嘴：喷嘴小，油膜薄，雾化好 旋转强度：旋转强，油膜薄，雾化好 油性质：粘度小，雾化好（油温高，粘度小）
4.1 液体燃料燃烧的特点
一、燃烧方式
（1） 预蒸发型燃烧 • 燃料进入燃烧空间之前蒸发为油蒸气，以不同比例与空气混
合后进入燃烧室中燃烧。例如：汽油机装有汽化器，燃气轮 机装有蒸发管。 • 此燃烧方式与气体燃料燃烧原理相同。 （2）喷雾型燃烧 • 把液体燃料通过喷雾器雾化成一股由微小油滴组成的雾化锥 气流，在雾化的油滴周围存在空气，当雾化锥气流在燃烧室 被加热，油滴边蒸发，边混合，边燃烧。 • 动力行业多采用此种燃烧方式。
讨论：
① Cp↓,λ↑→k↑ ，气体导热性能好，燃烧更快。 ② H↓→k↑ ，油的气化潜热少，燃烧更快。 ③ Tr↑→k↑ ，燃烧环境温度高，燃烧更快。 ④ T0↓→k↑ ，油的饱和温度低，燃烧更快。 ⑤ D↑→k↑ ，湍流传质能力强，燃烧更快。 ⑥ C∞↑→k↑ ，环境氧浓度高，燃烧更快。 ⑦ β↓→k↑ ，单位耗氧量低，燃烧更快。
（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。
雾化过程：
液体由喷嘴流出形成液柱或液膜；由于液体射流本身 的初始湍流以及周围气体对射流的作用（脉动、摩擦等）， 使液体表面产生波动、皱褶，并最终分离为液体碎片或细 丝；在表面张力的作用下，液体碎片或细丝缩成球形液滴； 在气动力作用下，大液滴进一步碎裂。
三、液，流出速度高，雾化好 介质压力：介质压力高，冲击力强，脉动大，雾化好 雾化喷嘴：喷嘴小，油膜薄，雾化好 旋转强度：旋转强，油膜薄，雾化好 油性质：粘度小，雾化好（油温高，粘度小）
【安全课件】第5章可燃液体的燃烧
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【安全课件】第5章可燃液体的燃烧
•
•第一节 液体的蒸发
第
•第二节 闪燃与爆炸温度极限
五 章
•第三节 液体的着火
可
•第四节 可燃液体稳定燃烧
燃 液
•第五节 沸溢和喷溅
体
的
•第六节 液滴的蒸发和燃烧
燃
烧
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【安全课件】第5章可燃液体的燃烧
第五节 沸溢和喷溅
一、原油的性质 二、单组分液体燃烧时热量的传递规律 三、原油燃烧时热量的传递规律 四、原油燃烧时沸溢和喷溅
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【安全课件】第5章可燃液体的燃烧
•（三）影响燃烧速度的因素
• 1.液体的初温t1 • 2.容器直径 • 3.液体•高度： 距液 离面距离容器上口边缘的 • 4.液体含水量 • 5.有机同系物液体密度（挥发性大小） • 6.风的影响
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【安全课件】第5章可燃液体的燃烧
•二、液体稳定燃烧的火焰特征
• 2.蒸气浓度升高，自燃点如何变化？（）
• • A 升高 B 降低 C 先降低后升高 D 先升高后降低 • • 3.含氧量越高，自然点（） A 越高 B 越低
• 4.催化剂如何影响液体的自然点？
• • 5.容器的K越大，自然点（） A 升高 B 降低
• 6.容器的直径增大，自然点将（）
• •A 升高 B 降低 C 先降低后升高 D 先升高后降低
9.液体着火的方式有几种？ 10.液体引燃成功的条件是什么？ 11.什么叫液体的自燃？ 12.液层厚度如何影响火焰的传播速度？
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【安全课件】第5章可燃液体的燃烧
二、可燃的液体自燃
•自燃着火：没有火源作用，仅靠外界加热而引起着火的现 •（一象）自燃点的影响因素
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45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
可燃液体的燃烧形式
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
可燃液体的燃烧形式
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
谢谢！