液体的燃烧过程及燃烧形式
液体燃烧类型及特点
液体燃烧类型及特点
易燃、可燃液体在燃烧过程中，并不是液体本身在燃烧，而是液体受热时蒸发出来的液体蒸气被分解、氧化达到燃点而燃烧，即蒸发燃烧。
因此，液体能否发生燃烧、燃烧速率高低，与液体的蒸气压、闪点、沸点和蒸发速率等性质密切相关。
常见的可燃液体中，液态烃类燃烧时，通常具有橘色火焰并散发浓密的黑色烟云。
醇类燃烧时，通常具有透明的蓝色火焰，几乎不产生烟雾。
某些醚类燃烧时，液体表面伴有明显的沸腾状，这类物质的火灾较难扑灭。
在含有水分、粘度较大的重质石油产品，如原油、重油、沥青油等发生燃烧时，有可能产生沸溢现象和喷溅现象。
(一)沸溢
从沸溢过程说明，沸溢形成必须具备三个条件：
①原油具有形成热波的特性，即沸程宽，比重相差较大;
②原油中含有乳化水，水遇热波变成蒸气;
③原油粘度较大，使水蒸汽不容易从下向上穿过油层。
(二)喷溅
在重质油品燃烧进行过程中，随着热波温度的逐渐升高，热波向下传播的距离也加大，当热波达到水垫时，水垫的水大量蒸发，蒸气体积迅速膨胀，以至把水垫上面的液体层抛向空中，向罐外喷射，这种现象叫喷溅。
燃烧学 6液体燃料的燃烧
6液体燃料的燃烧6.1液体燃料的燃烧原理✧液体燃料的燃烧方式：主要为扩散燃烧✧液体燃料的燃烧过程：先蒸发气化为油蒸汽，进而进行均相燃烧。
（1、雾化2、蒸发3、掺混4、燃烧）✧液体燃料燃烧特点：1、扩散燃烧2、非均相燃烧✧液体燃料与气体燃料的不同点：液体燃料在与空气混合之前存在着蒸发气化过程✧液体燃料在在着火燃烧前发生蒸发与气化的特点，可将其燃烧分为，液面燃烧、灯芯燃烧、蒸发燃烧、雾化燃烧。
✧燃油雾化燃烧：油的雾化油滴的蒸发油滴的燃烧过程✧雾化燃烧：用雾化器将燃油分裂成许多微小而分散的油滴，以增加燃油单位质量的表面积，使其能和周围空间的氧化剂更好地进行混合，在空间达到迅速和完全的燃烧。
✧雾化的方法可分为机械式雾化和介质式雾化。
✧液体燃料雾化的目的（为什么用雾化、为什么说雾化过程是液体燃料燃烧的关键）：（P185）✧雾化性能及质量的评定主要指标：（P185）✧雾化过程的几个阶段：（P185）✧雾化角等概念（P186-P191好好看看）✧常用雾化方式及装置：①机械雾化、介质雾化、混合式雾化、组合式雾化。
②✧配风器的作用（任务）：P195✧配风原理及配风器应该满足的要求：P196-P197✧合理的稳焰技术：P203✧对于重油燃料，燃烧器应？P204✧加强液体燃料的燃烧方法：P201（1）加强雾化，减小油滴直径，选用合适的雾化器；（2）增加空气与油滴的相对速度。
相对速度越大，越有利于燃料和空气之间的扩散、混合，加强燃烧；（3）及时、适量供风及时供风，避免高温、缺氧造成燃料热分解；适量供风，提高燃烧效率。
（4）供风原则少量一次风送入火焰根部，在着火前与燃料混合，防止油在高温下热分解；保证后期混合，提高风速，使射流衰减变慢；在着火区制造适当的回流区，保证着火；燃烧中保证油雾与空气强烈混合，气流雾化角与油雾扩散角相适应。
液体着火与稳定燃烧
烷烃和烃的含氧衍生物自燃点的比较
烷烃
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷
自燃点 (oＣ) 537 472 446 430
醇类
甲醇 乙醇 丙醇 丁醇
自燃点 (oＣ) 470 414 404 345
醛类
甲醛 乙醛 丙醛 丁醛
自燃点 (oＣ) 430 185 221 230
二、液体自燃 （二）同类液体自燃点变化规律
5、环烷类与碳原子数相同的烷烃类
（二）同类液体自燃点变化规律
3、饱和烃和非饱和烃
活泼π键
饱和烃 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 丙醇
自燃点(oＣ) 472 446 430 309 404
不饱和烃 乙烯 丙烯 丁烯 戊烯
丙烯醇
自燃点(oＣ) 425 410 384 275 363
二、液体自燃 （二）同类液体自燃点变化规律
4、烃的含氧衍生物
1、分子量增大
烷烃和醇类自燃点随分子量的变化
烷烃
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷
分子量 自燃点 （oＣ）
16
537
30
472
44
446
58
430
醇类
甲醇 乙醇 丙醇 丁醇
分子量 自燃点 （oＣ）
32 470 46 414 60 404 74 345
二、液体自燃 （二）同类液体自燃点变化规律
2、同分异构物质
二、液体自燃
体 质 力 力 取向力
非非
极非 极极
燃 烧 化化
学学 性健
原子间力！
质力
燃点
二、同类液体闪点变化规律
1、随分子量增加，同系物闪点升高；
2、沸点升高，同系物闪点升高；、比重增大，同 系物闪点升高；
4、蒸气压降低， 同系物闪点升高；
液体焚烧炉的工作原理
液体焚烧炉的工作原理
液体焚烧炉（Liquid Incinerator）属于一种特殊的燃烧设备，用于处理生活垃圾、工业废料、危险废料等含高浓度有机物质的废物。
液体焚烧炉采用高温燃烧的方式将液体废料转化为水和二氧化碳等无害物质，达到减少储存和处理负担、减少环境污染等目的。
液体焚烧炉的工作原理可以简述如下：
1.废料加入：将液体废料装入焚烧炉内，同时在废料入口处加入空气或氧气，使废料获得足够的氧气，以满足后续燃烧反应。
2.初次加热：废料进入焚烧炉后，经过初次加热，使其达到燃点。
3. 主要燃烧：当废料达到燃点后，与进入的空气或氧气在高温下发生燃烧反应，释放出大量的热能。
4.二次燃烧：由于液体废料中含有的有机物质种类复杂，并不是所有有机物质都能够在主要燃烧过程中完全分解，此时可能会产生一些有毒有害的副产物。
为了彻底降解这些物质，焚烧炉会通过进一步加热、保温、控制氧气浓度等方式，使这些副产物在高温下得到二次燃烧，同时不断增加的温度有助于保证燃烧效率。
5.排放净化：经过上述燃烧过程后，废料中的有机物质已经得到完全分解，只留下了其它无害物质如水蒸气、二氧化碳等。
该部分同志们还需要经过智能化的净化和过滤处理，以确保最终排放的气体流出水平符合环保标准。
总之，液体焚烧炉通过高温燃烧的方式，将废弃液体物质转化为无害物质，从而实现了废物无害化处理的目的。
可燃液体的燃烧形式
其他气体分子发生碰撞时，可
能会导致动能减小而凝结。如
果液面空气流动快，蒸发的蒸
气分子很快被带走，减小凝结 的几率，蒸发加快。
燃烧学
蒸发过程的主要参数
• 蒸发热
液体蒸发过程中，液体温
度逐渐降低。液体要保持原有 温度，必须从外界吸热。 使液体在恒温恒压下蒸发 所必须吸收的热量，即为液体
的蒸发热。
燃烧学
快反应速度，降低自燃点。 ③ 容器特性。容器的容积大，造成的热损失小，自燃点相对较 低。 ④ 催化剂。活性催化剂降低自燃点，钝化催化剂升高自燃点。
燃烧学
液体的蒸发与闪燃
2
可燃液体的稳定燃烧 沸溢和喷溅燃烧
3
燃烧学
原油中组分较多，密度小、沸点低的部分烃类被称为轻组 分；密度大、沸点高的部分烃类被称为重组分。 原油粘度比较大，含有一定量的水分，一般以乳化水和水 垫两种形式存在。
燃烧学
查表7-10得，苯在-20℃和-10℃时，其蒸气压分别为990.58Pa
和1950.5Pa。
用插值法求得苯的闪点为
T闪
1498 - 990.58 （ - 20 10） -14.7 ℃ 1950.5 - 990.58
燃烧学
1
2
液体的蒸发与闪燃
可燃液体的稳定燃烧
沸溢和喷溅燃烧
燃烧学
P1、P2—T1 、T2时液体的饱和蒸气压，Pa。
燃烧学
【例】 已知大气压为1.01325×105Pa，求苯的闪点。
解：苯的燃烧反应式 C6H6+7.5O2=6CO2+H2O 则N=15，带入公式计算苯在闪燃时的饱和蒸气压为
P饱 1.01325 105 Pa 1498Pa 1 4.76 (15 1)
水烧开的变化过程
水烧开的变化过程
当我们将水放置在燃烧设备上时，水开始受热并经历一系列变化，直到最终烧开。
以下是水烧开的变化过程：
1. 初始状态：在水还没有受热之前，它处于液态状态。
其分子按照高速运动，
相互之间存在一定的距离，并保持着水的形状。
2. 加热过程：一旦火焰或加热设备接触到水，热量开始传递到水分子中。
在加
热的过程中，水分子吸收热量，其内部能量不断增加，分子之间的距离开始增大。
3. 沸腾：随着水分子不断吸收热量，当温度达到水的沸点时，水开始产生气泡，从液体状态转变为气体状态。
这个过程称为沸腾。
沸腾时，水的分子变得更加活跃，距离也更远。
气泡形成并逐渐上升到液面。
4. 水的显著变化：在沸腾过程中，水温不再上升，保持在沸点附近。
当所有液
体转变为气体时，水完全烧开。
此时，水的温度与环境温度相同。
总结起来，水烧开的变化过程可以概括为：初始状态的液态水加热，水分子吸
收热量并增大运动能量，沸腾开始，水分子距离增大，形成气泡并逐渐转变为气体，水最终完全烧开。
这个过程在日常生活中非常常见，无论是煮茶还是煮饭，水的烧开都是必要的步骤。
高等燃烧学液体燃料的燃烧
dR d(di )
nd
n i
1
dn
exp
di d
n
P ( psi )
第四节 燃油喷嘴的雾化特性 三、油珠群几种典型分布
Nukiyama-Tanasawa:
dN
d(di )
ad
2 i
exp
bdin
a、b为常数
正态分布： dR exp 2 y 2 dy
y ln(di / SMD) 为常数
火箭发动机 冲压发动机
第六节 油雾燃烧 油雾燃烧模型
部分预蒸发型气体燃烧加液滴蒸发 部分小油珠已经蒸发完毕，另一部分液滴进入火焰区时其 直径已过小而着不了火，只能蒸发，因此没有滴群扩散火焰， 只有部分预混的气体火焰。
工业炉
第六节 油雾燃烧 滴群扩散燃烧
Probert滴群扩散燃烧模型：
n,
s
s d 2 /Kf
➢ 油雾中的每一个油珠所处的环境（温度与浓度等）随 时间、空间不断变化
➢ 两颗油珠体系：随着滴间距离的减小，燃烧常数先增 加后减小；多油珠体系：中央燃烧常数高，四周低。
1、相邻油珠释放燃烧热使周围温度增高，燃烧过程加速。 2、油珠周围的氧浓度降低，引起燃烧过程减缓。
第六节 油雾燃烧
油雾燃烧模型
预蒸发型燃烧 滴群扩散燃烧 复合燃烧 气相燃烧加液滴蒸发
第六节 油雾燃烧 油雾燃烧模型
预蒸发型燃烧 雾化液滴很细，周围介质温度高或喷嘴与火焰稳定区
间距离长，使液滴进入火焰区前已全部蒸发完，燃烧完全 在无蒸发的气相区中进行，这种燃烧情况与气体燃料的燃 烧机理相同，液滴蒸发对火焰长度的影响不大。
加力燃烧室
第六节 油雾燃烧 油雾燃烧模型
滴群扩散燃烧 周围介质温度低或雾化颗粒较粗（或蒸发性能差），
燃烧学 第六章 液体燃料的燃烧
• 蒸发、燃烧过程为定压、准稳定场(忽略界面内移的影响)。 • 设环境温度比燃料沸点温度高得多，油滴表面温度T0略低于沸点温度Tb0。
基本ห้องสมุดไป่ตู้程
各组分边界条件
物理量变换
物理量变换
重新整理边界条件
• 上式称为液滴燃烧的直径平方——直线定律
– 该定律说明：油滴直径的平方随时间的变化呈直线关 系
– 当油滴粒径等于0时，表明油滴完全燃尽，此时对应的 燃尽时间为：
r
d
2 0
k
4.4液雾燃烧
一、液雾的燃烧
• 工程上液体燃料的燃烧是一群粒度不同的液体组
成的液雾在燃烧
• 有必要掌握液雾燃烧的基本概念 • 了解液雾燃烧过程中配风的基本原则
燃烧学
一、斯蒂芬流定义
• 在液体或固体燃料燃烧过程中，气体与燃料的接触存在相
界面（异相反应），燃料加热气化或燃烧过程中的气体为 多组分气体，这些气体在燃料界面附近产生浓度梯度，形 成各组分相互扩散的物质流，只要在相界面上存在物理或 化学变化（如蒸发或燃烧过程），而且这种变化在不断产 生或消耗物质流，这种物理或化学变化过程与气体组分的 扩散过程的综合作用下，在相界面法线方向产生一股与扩 散物质流有关的总质量流，是一股宏观物质流动。这一现 象是Stefan在研究水面蒸发时首先发现的，故称Stefan流。
二、油滴蒸发模型
二、油滴蒸发模型
• 忽略气体和油滴间的相对流速，油滴为球形，其半径为r0，油滴的蒸发、燃
烧都以球对称进行，故燃烧时的火焰锋面为同心球面。
• 由于油滴表面温度T0比环境温度低使外界热量向油滴表面传递，并忽略辐射
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燃烧学
沸溢式和喷溅式燃烧
初沸点：原油中密度最小的烃类沸腾时的温度。 终沸点：原油中密度最大的烃类沸腾时的温度。 沸程：不同密度不同沸点的所有成分转变为蒸气的最低和
最高沸点的温度范围。单组分液体只有沸点无沸程。
燃烧学
沸程较宽的混合液体，如原油、蜡油、沥青、润滑油等， 由于没有固定的沸点，在燃烧过程中，火焰向液面传递的热量 首先使低沸点组分蒸发并进入燃烧区燃烧，而沸点较高的重质
呈现火焰的气相燃烧形式。 ① 常压下液体自由表面的燃 烧（池状燃烧） 边蒸发扩散边氧化燃烧，燃烧 速度较慢且稳定。闪点较高的液体 呈池状不太容易点燃，一般吸附在 灯芯上点燃。
燃烧学
② 液体的喷流式燃烧 在压力作用下，从容器 或管道内喷射出来的液体呈 喷流式燃烧。液体在喷流过
程中，分子具有较大动能，
部分，则携带在表面接受的热量向液体深层沉降，形成一个热
的锋面向液体深层传播，逐渐渗入并加热冷的液层。这一现象 称为液体的热波特性，热的锋面称为热波。
燃烧学
沸溢燃烧：原油粘度比较大，且含有一定量的水分。原油
中的水一般以乳化水和水垫两种形式存在。 乳化水是指在原油开采过程中，原油中的水由于强力搅拌 形成细小的水珠悬浮于油中。放置久后，油水分离，水因密度 大沉降在底部形成水垫。
燃烧学
——液体的燃烧过程 及燃烧形式
燃烧学
1
液体的特性
液体的燃烧过程
液体的燃烧形式
燃烧学
燃烧学
【Q】为什么能闻到香味？液体放在容器里，为什么会变少？
液体都具有挥发性，在一定温度下，液体都会 由液态转变为气态。液体蒸发的速度取决于液体的 性质和温度。
燃烧学
将液体置于密闭容器中，液体表面能量大的分子克服邻近分子 的吸引力，脱离液面进入空间成为蒸气分子。蒸气分子由于运动撞 到液体表面或器壁被凝结。 初始状态，由于空间中无蒸气分子，蒸发速度最大，凝结速度
式中：t—预计发生喷溅的时间(h) ；H—储罐中油面高度
(m)； h—储罐中水垫层的高度(m)；vt—原油燃烧线速度(m/h)； v1—原油的热波传播速度(m/h)；K—提前系数，储油温度低于燃 点取0，高于燃点取0.1(h/m)。
燃烧学
【例】已知某油罐储存原油10000t，油温30℃，发生了
火灾，罐内有 40 根立柱，每根立柱横截面积 0.25m2 ，罐长
燃烧学
蒸发热一方面用于增加液体分子动能来克服分子间引力使 分子逸出液面进入气态，另一方面用于分子汽化时体积膨胀所 做的功。
因此，不同分子因分子间引力不同，其蒸发热也不同。一
般地说，液体分子间引力越大，其蒸发热越大。
燃烧学
饱和蒸气压
在一定温度下，液体和它的蒸气处于平衡状态时，蒸气
所具有的压力即为饱和蒸气压。 液体的饱和蒸气压与液体的性质和温度有关。相同温度 下，液体分子间引力越强，蒸气压越低；同一液体，温度不 同时，温度升高，饱和蒸气压增大。
202650
1013250
119.6
179
燃烧学
1 2
液体的特性
液体的燃烧过程
液体的燃烧形式
燃烧学
任何液体都能在任何温度下蒸发形成蒸气并与空气或氧气 混合扩散，当达到爆炸极限时，遇点火源发生燃烧或者爆炸， 因此液体的燃烧主要是以气相形式进行，其燃烧历程为
燃烧学
轻质液体燃烧过程
轻质液体的蒸发纯属物理过程，液体分子只要吸收一定能量
燃烧学
液体的沸点
是指液体的饱和蒸气压与外界压力相等时的温度。在此
温度时，汽化在整个液体中进行，即为沸腾；而在低于此温 度时的汽化，仅在液面上进行。
因此，液体沸点与外界气压密切相关，液体沸点随外界
气压升高而升高。
燃烧学
液体的沸点和蒸发热
水在不同压强下的沸点
压强/Pa 64941 101325 沸点/℃ 88 100
燃烧学
热波在向液体深沉运动 中，由于热波温度远高于水
的沸点，因而使乳化水汽化，
大量的水蒸气形成气泡穿过
油层向液面逸出，使液面猛
烈沸腾起来，即为沸溢。
燃烧学
喷溅燃烧：随着燃烧的进行，当热波达到水垫时，水垫的
水大量蒸发，蒸汽体积迅速膨胀，把水垫上面的液体层抛向空 中燃烧。
燃烧学
•
喷溅发生的时间
t H -h KH vt v1
克服周围分子的引力即可进入气相并进一步氧化分解，发生燃烧。 通常情况下，其燃烧过程为 着火初期，液面 温度不高，蒸发速度 慢，燃烧速度低，产 生的火焰不高。
持续 燃烧
火焰热辐射使液面温
度升高，蒸发速度加快，
燃烧速度和火焰高度增大，
直至液体沸腾，烧完为止
燃烧学
重质液体燃烧过程
重质液体的蒸发，除了有相变的物理过程外，在高温下还伴
为零。随着蒸发过程的继续，蒸气分子增加，凝结速度增加。
燃烧学
【Q】蒸发和凝结过程会停止吗？
不会。最终，液体和气体会达到气液平衡状态。 这种平衡是一种动态平衡，液面分子仍在蒸发，蒸
气分子仍在凝结，只是蒸发速度和凝结速度相等。
燃烧学
蒸发热
液体蒸发过程中，失去高能量分子使液体分子平均动能
较小，液体温度逐渐降低。液体要保持原有温度，必须从外 界吸热。 使液体在恒温恒压下汽化或蒸发所必须吸收的热量，即 为液体的汽化热或蒸发热。
预计喷溅时间为
4.36 - 0.0436 t ( )h 4.905 h 0.78 0.1
随有化学裂解。重质液体的各组分沸点、密度和闪点等相差很大， 燃烧速度一般先快后慢。
轻质先蒸发先燃烧，重质液体沉降，蒸发速度降低导致燃烧
速度减小。随着燃烧进行，温度升高，热辐射加快液体燃烧。
燃烧学
液体的特性2 3源自液体的燃烧过程液体的燃烧形式
燃烧学
蒸发燃烧
是指可燃液体受热后边蒸发边与空气混合扩散、边燃烧，
喷出后迅速蒸发扩散，燃烧 速度快，火焰高。
燃烧学
动力燃烧（预混燃烧）
可燃液体的蒸气、低闪点液雾预先与空气（或氧气）混
合，遇火源产生带有冲击力的燃烧。 快速喷出的低闪点液雾，由于蒸发面积大、速度快，在 与空气进行混合的同时即已形成可燃混合气体，遇点火源就
产生动力燃烧，使未完全汽化的小雾滴在高温下立即参与燃
48m宽 48m，原油密度 0.9t/m3，含水量 1%，原油燃烧线速
度 0.1m/h，热波传播速度0.78m/h。试预计该油罐着火着火
后可能发生喷溅的时间。
燃烧学
解：油面高度为
H ( 10000 )m 4.36m 0.9 (48 48 40 0.25)
水垫层的高度为
100001% h( )m 0.0436m 1 (48 48 40 0.25)