燃气燃烧与燃烧装置第二章燃气燃烧理论
燃气燃烧方法——部分预混式燃烧.doc
燃气燃烧方法——部分预混式燃烧燃气燃烧时，一次空气过剩系数α′在0～1之间，预先混入了一部分燃烧所需空气，这种燃烧方法称为部分预混式燃烧或大气式燃烧。
一、部分预混层流火焰产生部分预混层流火焰的典型装置就是本生灯。
如图3—4—6，燃气从本生灯下部小口喷出，井引射入一次空气，在管内预先混合，预混后的气体自灯口喷出燃烧，产生圆锥形的火焰，周围大气亦供给部分空气，称为二次空气，通过扩散与一次空气未燃尽的燃气混合燃烧。
这样，在正常燃烧时形成两个稳定的火焰面：内火焰面，即由燃气与一次空气预混合后燃烧而产生。
为圆锥形，呈蓝绿色，强而有力，温度亦商，为部分预混火焰，也称为蓝色锥体；外火焰面，是二次空气与一次空气未燃尽的燃气进行的扩散混合燃烧，其形状也近似圆锥形，呈黄色，软弱无力，温度较低，这是扩散火焰。
蓝色的预混火焰锥体出现是有条件的。
若燃气／空气混合物的浓度大于着火浓度上限，火焰就不可能向中心传播，蓝色锥体就不会出现，而成为扩散式燃烧。
若混合物中燃气的浓度低于着火浓度下限，则该混合气根本不可能燃烧。
氢气燃烧火焰出现蓝色锥体的一次空气系数范围相当大，而甲烷和其它碳氢化合物的燃烧火焰出现蓝色锥体的一次空气系数范围则相当窄。
蓝色锥体的实际形状，如图3—5—5，可用管道中气流速度的分布和火焰传播速度的变化来解释。
层流时，沿管道截面上气体的流速按抛物线分布，喷口中心气流速度最大，至管壁处降为零。
静止的蓝色锥体焰面说明了锥面上各点的正常火焰传播速度sn(其方向指向锥体内部)与该点气流的法向分速度vn相平衡，也即对于预混火焰锥面上的每一点都存在以下关系式，通常称为米赫尔松余弦定律：sn=vn=vcosψ (5—5)式中ψ——预混气流方向与焰面上该点法线方向之间的夹角。
余弦定律表明了层流火焰传播速度与迎面来的气流速度在火焰稳定情况下的平衡关系，火焰虽有向内传播的趋势，但仍能稳定在该点。
另一方面，蓝色锥体焰面上各点，还有一个气流切向分速度，使该处的质点要向上移动。
燃烧理论 第二章燃烧与热化学
伴有化学反应的热交换。 放热反应Exothermic: Heat flows out of the system (to the surroundings). 吸热反应Endothermic: Heat flows into the system (from the surroundings).
解 已知: =0.286, MWair=28.85,
mair=15.9 kg/s, MWfuel=1.16(12.01)+4.32(1.008)=18.286 求: mfuel and (A/F)
先求 (A/F) 然后求 mfuel .按定义：
其中 a=x+y/4=1.16+4.32/4=2.24. 有,
V=mv;U=mu;H=mh 状态函数
只与系统当时的状态有关，与如何达到这个状态无关Depends only on the present state of the system - not how it arrived there.
与路径无关It is independent of pathway. 状态方程
定压比热Constant-pressure specific heats 对于理想气体状态下：
温度与热
• 温度 表示颗粒的随机运动，与系统的动能有关
• 热 包括两个有温度差的物体之间的能量传递
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组分 i的摩尔分数,xi
理想气体混合物
组分 i的质量分数, Yi
对于理想气体:
根据定义有 xi 和 Yi的关系 混合物分子量 MWmix 第 i组分的分压Pi
MWair=28.85. 求 : (A/F)和 . 先假定完全燃烧条件下，建立完全燃烧方程来获得空燃比，所谓的完全燃烧是指所有的碳全部
燃气燃烧器理论PPT课件
技术要求
燃 满足加热所需热量或燃烧温度——具有一定热负荷；
烧 具一定火焰特性（着火浓度、温度，燃烧速度），火焰稳定 好 燃烧效率高——燃烧完全
方便 燃烧器配备必要的自动调节、自动安全装置——自控
安全 环保
烟气毒素少——安全、环保
省地 结构紧凑、安全可靠、成本低。
省钱
.
2
分类
按一次空气分：扩散式、大气式、完全预混式 按空气供给方法分：引射式、鼓风式、自然引
风式 按燃气压力分：低压、高（中）压 按火焰形状分：直焰、平焰、可调焰 按火道处烟气出口速度分：低速（＜50m/s）、
高速（200～300m/s）、
.
3
2.2 扩散式燃烧器
定义：按照扩散式燃烧方法设计的燃烧器
.
7
2.2.2 鼓风扩散式燃烧器
工作原理
燃气燃烧所需全部空气均由鼓风机一次供给，但燃烧 前燃气与空气并不顶混——燃烧过程属扩散燃烧。
结构形式
选择原因：为了强化燃烧过程和缩短火焰长度，常采 用各种措施来加速燃气与空气的混合。
具体形式：套管式、旋流式、平流式等。
.
8
套管式燃烧器
结构：由大管和小管相套而成。 工作原理：燃气和空气在火道或燃烧室内边混合边燃烧 特点：
可调喷嘴:结构复杂，阻力较大，引射空气的性能 较差，但能适应燃气性质的变化。
.
18
喷嘴孔径与燃具热负荷的关系
.
19
.
20
.
21
调风装置
作用：保证燃烧器正常工作，获得预定的火 焰特性——运行时需经常调节一次空气量。
装置分类
在一次空气吸入口外面安装调风板 通过转动调风板来改变一次空气吸入口的有效流通 截面，从而调节一次空气的吸入量——广泛应用。 在引射器混合管内安装调节螺丝或弯曲钢条 借助螺丝或钢条的上下运动来改变燃气射流的能量 损失，从而调节一次空气吸入量。
燃气燃烧实验报告
一、实验目的1. 了解燃气燃烧的基本原理和过程。
2. 掌握燃气燃烧实验的操作方法。
3. 分析燃气燃烧的产物及其对环境的影响。
二、实验原理燃气燃烧是指燃气与空气中的氧气在适当的条件下发生化学反应，生成二氧化碳、水蒸气和热能的过程。
燃气燃烧实验可以用来研究燃烧的速率、温度、火焰结构以及燃烧产物等。
三、实验仪器与药品1. 实验仪器：燃气燃烧器、温度计、酒精灯、燃烧匙、玻璃管、集气瓶、止水夹、水槽、白瓷碟、玻璃杯、澄清石灰水、酒精、苯甲酸、萘、引燃丝等。
2. 实验药品：天然气、氧气、空气、水、澄清石灰水、苯甲酸、萘等。
四、实验步骤1. 准备实验装置，包括燃气燃烧器、温度计、酒精灯、燃烧匙等。
2. 点燃酒精灯，预热燃烧器。
3. 将天然气通入燃烧器，调节燃烧器，使其产生稳定的火焰。
4. 用温度计测量火焰温度，记录数据。
5. 将燃烧匙放入火焰中，观察火焰颜色和结构。
6. 将白瓷碟放在火焰上方，观察是否有碳黑生成。
7. 在火焰上方罩一个干燥的玻璃杯，观察烧杯壁上是否有水珠生成。
8. 在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的玻璃杯，观察石灰水是否变浑浊。
9. 将燃烧匙放入燃烧器中，点燃引燃丝，观察铁丝在氧气中的燃烧现象。
10. 在集气瓶中加入少量的水，用弹簧夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入瓶中，塞紧塞子，观察实验现象及水面的变化情况。
五、实验现象1. 燃气燃烧产生蓝色火焰，火焰温度较高。
2. 火焰上方有碳黑生成，说明天然气中含有碳元素。
3. 火焰上方有水珠生成，说明天然气中含有氢元素。
4. 火焰上方有二氧化碳生成，澄清石灰水变浑浊，再次证明天然气中含有碳元素。
5. 铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体，放热。
6. 红磷燃烧时，逐渐熄灭，有白色烟生成，水从导管流到集气瓶中，最后流入瓶中的水的体积约占总体积的1/5。
六、实验结论1. 燃气燃烧是剧烈的氧化反应，燃烧剧烈程度与氧化性气体的浓度、氧化与被氧化的物体接触面大小等因素有关。
1.燃气燃烧计算
•工程计算中有湿燃气与干燃气之分。 •由于天然气中含有一定水蒸气成分，所谓1m3湿燃气 湿燃气是指 燃气的总体积为1m3，其中包含水蒸气所占体积（实际的 燃气成分小于1m3）。 •1m3干燃气 干燃气则是指燃气成分的体积是1m3，而与其共存的 还有若干水蒸气，因此1m3干燃气的实际体积是大于1 m3 1m 1 的。由于以干燃气为计量基准不会受到燃气含湿量变化的 影响，因此1m3干燃气的概念被广泛应用。 •1m3干燃气暗含了另含相应含湿量的意义，如非特殊说明， 以后皆简称1m3燃气。
当有过剩空气时， 烟气中除上述组分外还含有过剩空气， 这时的烟气量称为实际烟气量。 如果燃烧不完全， 则除上述组分外， 烟气中还将出现 CO、 CH4、H2 等可燃组分。 根据燃烧反应方程式可以计算出燃气中各可燃组分单独 燃烧后产生的理论烟气量。
1.4.1 理论烟气量（ α = 1 时） （1）三原子气体体积
H l + I g + I a = I f + Q2 + Q3 + Q4
式中
H l —燃气的低热值（kJ/m
3
（1-13）
干燃气） ； 3 I g —燃气的物理热（kJ/m 干燃气） ； 3 （kJ/m3 I a —1m 干燃气完全燃烧时由空气带入的物理热 干燃气） ； 3 3 I f —1m 干燃气完全燃烧后所产生的烟气的焓（kJ/m 干燃气） 。
• 水蒸气的气化潜热很大 （100℃的气化潜热为2257kJ/kg；20℃的气化潜热为2454 kJ/kg）
在工业与民用燃气应用设备中，烟气中的水蒸气通常是 以气体状态排出的，因此实际工程中经常用到的是燃气 的低热值。有时为了进一步利用烟气中的热量，把烟气 冷却至其露点温度以下使水蒸气冷凝液化，只有这时才 用到燃气的高热值。 实际使用的燃气是含有多种组分的混合气体。混合气体 的热值一般根据混合法则由各单一气体的热值计算得出
燃气燃烧与应用总结归纳
燃气燃烧与应用总结归纳-2..第一章燃气的燃烧计算燃烧：气体燃料中的可燃成分（H2、 C m H n、CO 、 H 2S 等）在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用，并产生大量的热和光的物理化学反应过程称为燃烧。
燃烧必须具备的条件：比例混合、具备一定的能量、具备反应时间热值 :1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热值，单位是kJ/Nm3。
对于液化石油气也可用kJ/kg 。
3高热值是指 1m 燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。
3低热值是指 1m燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。
3一般焦炉煤气的低热值大约为16000—17000KJ/m3天然气的低热值是36000—46000 KJ/m液化石油气的低热值是88000—120000KJ/m3按 1KCAL=4.1868KJ 计算：焦炉煤气的低热值约为 3800—4060KCal/m3天然气的低热值是 8600—11000KCal/m33液化石油气的低热值是21000—286000KCal/m热值可以直接用热量计测定，也可以由各单一气体的热值根据混合法则按下式进行计算：理论空气需要量每立方米 ( 或公斤 ) 燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需的空气量，单位为333m/m或 m/kg 。
它是燃气完全燃烧所需的最小空气量。
过剩空气系数 : 实际供给的空气量v 与理论空气需要量v0之比称为过剩空气系数。
α值的确定α值的大小取决于燃气燃烧方法及燃烧设备的运行工况。
工业设备α—— 1.05-1.20民用燃具α—— 1.30-1.80α值对热效率的影响α过大，炉膛温度降低，排烟热损失增加，热效率降低；α过小，燃料的化学热不能够充分发挥，热效率降低。
应该保证完全燃烧的条件下α接近于 1.3烟气量含有1m干燃气的湿燃气完全燃烧后的产物运行时过剩空气系数的确定计算目的：在控制燃烧过程中，需要检测燃烧过程中的过剩空气系数，防止过剩空气变化而引起的燃烧效率与热效率的降低。
燃气燃烧理论基础-燃气燃烧理论基础(1)
燃气燃烧理论基础-燃气燃烧理论基础(1)燃气燃烧理论基础——燃气燃烧的基本原理一、燃气燃烧的基本定义燃气是指天然气、液化石油气、煤气等可燃气体，燃烧是指物质与氧气发生化学反应时放出热和光的过程。
因此，燃气燃烧指燃气与氧气发生化学反应时发生放热和光的过程。
二、燃气燃烧的基本条件1. 氧气供应充足。
燃烧所需的氧气是燃气与空气中氧气的混合物，空气中氧气含量为21%，如燃烧过程中氧气不足，则燃料无法充分燃烧，会产生一些危险性物质，如一氧化碳等。
2. 燃气和氧气的比例正确。
燃气和氧气的比例称为混合比，不同混合比会对燃烧效果产生影响。
当混合比过高或过低时，燃烧效果不理想，会产生大量有毒有害的气体。
3. 点火器可靠。
燃气燃烧需要点火器将燃气点燃，如果点火器不可靠，则无法点燃燃料，无法进行燃烧过程。
4. 燃气温度适宜。
燃气燃烧需要一定的温度才能够发生，如果燃气温度过低，则无法燃烧；如果燃气温度过高，则会发生过热现象，影响燃烧效果。
三、燃气燃烧的基本过程1. 燃料挥发阶段。
在燃烧开始前，燃料需要先从液态或固态转化为气态，这个过程就称为燃料挥发阶段。
2. 气态燃料和气态氧气混合阶段。
燃料挥发后，气态燃料将与气态氧气充分混合形成燃气混合物。
3. 点火阶段。
点火器将燃气混合物点燃，引起燃烧过程。
4. 燃烧阶段。
燃烧过程分为初燃和稳燃两个阶段，初燃是指点火后燃气混合物在最初阶段的燃烧，稳燃是指燃烧达到稳定状态的阶段。
5. 燃烧完毕阶段。
当燃料和氧气供应中断或燃料燃烧完毕后，燃烧过程将结束。
总之，燃气燃烧是一个复杂的过程，需要充分考虑各种因素，保证燃气燃烧的效果和安全性。
燃烧理论与技术大纲
燃烧理论与技术》课程教学大纲课程编号：08211011课程类别：专业基础课程授课对象：能源与动力工程、热能工程、工程热物理、建筑环境等专业开课学期：第6学期学分：3学分主讲教师：王俊琪等指定教材：同济大学、重庆建筑大学等编，《燃气燃烧与应用（第三版）》，中国建筑工业出版社，2005年教学目的：通过对该课程的学习，使学生掌握有关燃气燃烧的基本知识，学会相应的燃气燃烧的计算方法，能够利用化学反应动力学原理解释相关的燃烧现象及燃烧的速度，理解不同气流的混合原理和燃气燃烧火焰的传播机理及传播速度的测定方法，深刻认识燃气各种燃烧的方法，并能利用流体力学、化学反应动力学原理分析各种燃烧方法的机理。
在此基础上，进一步掌握各种不同种类的燃烧器原理、构造及其设计原理与方法，深入理解有关民用燃气用具、燃气工业炉窑的类型、结构，并能进行有关设计计算和热力计算。
第一章燃气的燃烧计算课时：1周，共3课时教学内容第一节燃气的热值一、燃烧及燃烧反应计量方程式燃烧的定义与条件；不同燃烧反应的计量方程式。
二、燃气热值的确定燃气低热值和高热值的定义及其计算方法；混合气体热值的计算。
第二节燃烧所需空气量一、理论空气需要量理论空气量的概念；理论空气量的精确计算方法和近似计算方法。
二、实际空气需要量实际空气量和过剩空气系数的概念；常用设备的过剩空气系数。
第三节完全燃烧产物的计算一、烟气量烟气的主要成分；按烟气组分计算的理论及实际烟气量；根据燃气的热值近似计算不同燃气的烟气量。
二、烟气的密度烟气密度的计算。
第四节运行时烟气中的CO含量和过剩空气系数一、烟气中CO含量的确定烟气中CO含量确定的方法及公式；燃气是否完全燃烧的判别式；工业中常用的RO2的计算方法。
二、过剩空气系数的确定完全燃烧和不完全燃烧时过剩空气系数的确定方法。
第五节燃气燃烧温度及焓温图一、燃烧温度的确定热量计温度和理论燃烧温度的概念及计算公式；影响理论燃烧温度的具体因素分析。
- 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)。
可燃混合物的热力着火过程
化学反应而发生的
热量与温度T的关 系为指数曲线L
散热量与温度 的关系是直线 M
热力着火的条件
Q1 Q2
dQ1 dT
dQ2 dT
热力着火的条件
用式(2-1)和式(2-2)代入以上联立方程式可得到：
E Ae RT
B T
T0i
热力着火的机理
假设容器内壁面温度为T0，容器内的反 应物温度为T，反应物的浓度为CA、CB。
那么，单位时间内容器中由于化学反应 产生的热量为
Q1
WHV
k0e
E RT
CAa CBb
HV
E
Ae RT
热力着火的机理
单位时间内燃气与空气的混合物通过容器 向外散失的热量为：
Q2 F T T0 BT T0
燃气着火的形式
自然着火：化学反应由于某种原因自行加速到
极高的情况而着火。
强迫着火：由外界能源如点火器加入到可燃混
合其中引起的着火。
支链着火：由于活化中心（H、CH、OH、O）
浓度迅速增加，引起反应加速而着火的现象。
热力着火：氧化反应中的放热，除各种耗损外，
仍有余两加热自身，是反应加速而着火的现象。
Ti E
E
E
2R
E
热力着火的条件
RT0i 值很小，将其大于二次方的各项略去可得
E
Ti
T0i
R E
T02i
上式为可燃混合物着火的条件。
可燃混合物只需从T0i加热，使其温度上升
T RT02i 就能着火。 E
第二节 燃气的点火
一、热物体点火 二、电火花点火
点火的定义：
当一微小热源放入可燃混合物中时，贴近 热源周围的一层混合物被迅速加热，并开 始燃烧产生火焰，然后向系统其余冷的部 分传播，使可燃混合物逐步着火燃烧。这 种现象称为强制点火，简称点火。
第二章 燃气燃烧原理
第一节 燃气的着火 第二节 燃气的点火 第三节 火焰的传播
第一节 燃气的着火
基本概念： 稳定的氧化反应过程 不稳定的氧化反应过程 燃气的着火
稳定的氧化反应过程：
如果氧化反应过程发生的热量等于散失 的热量，或者活化中心浓度增加的数量 正好补偿其销毁的数量，这个过程就称 为稳定的氧化反应过程。
一、热物体点火
点火原理分析图
火焰层单位时间内的传导 热量Q1：
层内的化学反应放热量Q2 ：
Q1
Tf
f
T0
A
Q2 f H W A
热力着火和点火的基本条件： 此时热物体表面的火焰厚度为：
Q1 Q2
2 f
Tf T0
H W
小火焰点火的临界条件
小火焰点火，基本原理与其他热物体 一样，但由于小火焰的温度通常变化 不大，所以影响其点火可靠性的关键 条件是小火焰的尺寸。实验表明，扁 平点火火焰的临界厚度是火焰稳定传 播时焰面厚度的两倍。
影响电火花点火临界条件的因素
1、浓度的影响 2、燃气性质的影响
天然气及城市燃气最小点火能的比较
第三节 火焰的传播
一、 火焰传播 二、 法向火焰传播速度的测定 三、 火焰传播浓度极限
一、 火焰传播
（一）层流火焰传播机理
1、火焰传播
当可燃混合气体被点燃后，在着火处形成一 层高温燃烧层，该高温燃烧层将热量和活化 中心传递给相邻的可燃混合气体，将其点燃 形成新的燃烧层，燃烧层这样依此向未燃的 可燃混合气体传播，使每层气体都相继经历 加热、着火和燃烧的过程。这种现象就称为 火焰传播。
影响热物体点火的因素
1、物体温度； 2、物体尺寸； 3、物体催化特性； 4、移动速度； 5、可燃混合物的热力和化学动力特性等。
二、电火花点火
电火花的点火机理:
由于产生火花时局部的气体分子被强烈激 励，电火花使局部气体温度急剧上升，使 火花区变成灼热气态物体，成为点火源， 从而使燃气着火。
火焰传播模型
2、火焰面
未燃气体与燃烧产物的分界面称为火焰面。
3、火焰传播速度
焰面向前移动的速度称为火焰传播速度，用符号S表 示，单位为m/s。
4、层流火焰传播（法向火焰传播）
当可燃混合气为静止或处于层流状态，热量以及活 化中心通过分子间的传递和扩散，从可燃混合物的 一层传播到相邻层时，称层流火焰传播。
不稳定的氧化反应过程：
如果氧化反应过程生成的热量大于散失 的热量，或者活化中心浓度增加的数量 大于其销毁的数量，这个过程就称为不 稳定的氧化反应过程。
燃气的着火：
由稳定的氧化反应变为不稳定的氧化 反应的瞬间称为着火。（或化学反应 速率很高，释放大量能量——热，其 中一部分以光的形式——火焰——表 现出来，此瞬间现象称为着火）。
2、容积燃烧理论
在强紊动下，不存在分 隔已燃气与未燃气的火 焰面，而是在整个火焰 区交错存在已燃气和未 燃气，以及燃烧气体。
3、湍流火焰的特点
形状特点：
焰面皱曲、加厚、火焰变短。
燃烧特点：
燃烧强度大、易脱火。
4、湍流火焰传播速度
4、湍流火焰传播速度
AE
RT 2
E
e RT
B
合并以上两式可得
T2
ET R
E R
T0i
0
热力着火的条件
解此二次方程式就可得到相当于切点i的着火温度：
1 1 4RT0i
T Ti
E R
2
上式中根号前只取负号，E展开成级数得：
2( RT0i ) 2( RT0i )2 4( RT0i )3 ......
水平管中的火焰传播模型
（1）如S>υ，则火
焰面向气流的上游 方向移动；
（2）如S< υ ，则
火焰面向气流的下 游方向移动；
（3）如S= υ ，则
气流速度与火焰传 播速度相平衡，火 焰面驻定不动。
（二）湍流火焰传播
湍流火焰
（二）湍ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ火焰传播
1、表面燃烧理论
认为存在皱曲的分 隔已燃气与未燃气 的火焰面。
点火能与电极间距的关系曲线
电火花点火的临界条件:
1、最小点火能：当电极间隙内的可燃混合
物的浓度、温度和压力一定时，能点燃混合气 体的电极间必要的最小放电能量就是最小点火 能Emin。
2、熄火距离：无论多大的活化能量都不能
点燃可燃混合气体的电极间最大距离，叫熄火 距离。
点火能与电极间距的关系曲线