第二章 燃烧的过程和分类
大气污染控制工程第二章1-2
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
（3）时间条件
时间条件即燃料在燃烧室中的停留时间。燃料 在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。
（4）燃料与空气的混合程度
一般取决于空气的湍流度。若混合不充分， 部分燃料在富燃条件下燃烧，将产生较多未燃尽物 质。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
完全燃烧需要的条件
2.1.1 固体燃料的燃烧
煤的燃烧 在燃烧器中，煤主要以煤粉或块状固体形式燃 烧。 a.煤粉燃烧 煤粉的燃烧受到两种形式的控制：同相燃烧和 异相燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
同相燃烧
燃料中挥发性组分首先被蒸 馏，与空气扩散混合，达到着火 点后迅速燃烧，称为同相燃烧。
异相燃烧
煤粉挥发后残留的固定 碳与空气反应，以固态燃 烧，称为异相燃烧。
图4 煤的同相燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
b.煤块燃烧
煤块燃烧则是将块状固体置于炉栅上或随炉栅 移动而燃烧。右图是上部加煤的层燃炉结构示意图。
图6 煤块的燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
2.1.2液体燃料和气体燃料的燃烧
a.液体燃料的燃烧
燃料油的燃烧过程包括： 燃料油的雾化、油雾粒子中可燃物的蒸发与扩散， 以及可燃物与空气的混合燃烧，燃烧状态受蒸发过程 控制。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
b.气体燃料的燃烧
燃烧过程包括气体燃料与空气的混合、可燃 气的加热与着火、燃烧反应三个阶段。燃烧状态 受空气的扩散和混合过程控制。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
小结：
1.煤的挥发分以气态燃烧，称为固相燃烧； 2.煤中的固定碳以固态燃烧，称为异相燃烧； 3.煤的燃烧速率取决于氧气向表面的扩散速率； 4.液体燃料以气态形式燃烧，燃烧过程受蒸发 过程控制 5.气体燃料最易燃烧，燃烧过程受空气的扩散 和混合控制
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
第二章燃烧基础知识
燃烧三角形
11
燃烧图示
12
3、燃烧的充分条件
具备了燃烧的必要条件，并不意味 着燃烧必然发生。
在各种必要条件中，还应有“量” 的要求，这就是发生燃烧或持续燃烧的 充分条件。
×
C、核爆炸 由于原子核裂变或聚变反
应释放出核能所形成的爆炸 称为核 爆炸。
为了便于和普通炸药比较，
核爆炸的威力，即爆炸释放 的能量，用释放相当能量的 TNT炸药的重量表示，称为 TNT当量。
核反应释放的能量能使反应区 （又称活性区）介质温度升高到 数千万开，压强增到几十亿大气 压(1大气压等于101325帕),成为 高温高压等离子体。反应区产生 的高温高压等离子体辐射X射线， 同时向外迅猛膨胀并压缩弹体， 使整个弹体也变成高温高压等离 子体并向外迅猛膨胀，发出光辐 射，接着形成冲击波 （即激波） 向远处传播 。 （广岛、切尔诺贝利）
燃烧的充分条件
（2）一定的氧气（氧化剂）含量 各种不同的可燃物发生燃烧，均有本身固定
的最低氧含量要求，低于这一浓度，燃烧就不会 发生。 如：汽油燃烧的最低氧含量要求为14.4%，煤油 为15%，乙醚为12%。
燃烧的充分条件
（3）一定的点火能量
各种不同可燃物发生燃烧，均有本身固 定的最小点火能量要求，低于这一能量，燃 烧便不会发生。不同可燃物质燃烧所需的最 小点火能量各不相同。 如：在化学计量浓度下，汽油的最小点火能 量为0.2ｍJ，乙醚（5.1％）为0.19ｍJ，甲醇 (2.24％)为0.215mJ（毫焦）。
燃烧的充分条件
（1）一定的可燃物浓度
第二章 燃烧与火灾基本知识
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五、粉尘爆炸 凡颗粒极其微小，遇点火源能够发生燃烧 或爆炸的固体物质称为可燃粉尘。其中游浮在 空气中的粉尘称为悬浮粉尘，其具有爆炸危险 性；堆积在物体表面上的称为沉积粉尘，其具 有火灾危险性。 粉尘爆炸的危害性：具有极强的破坏性、 容易产生二次爆炸、能产生有毒气体。
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2008年2月27日4时许，广东省深圳市南山区龙飞再 生物资回收公司废品收购站仓库发生火灾事故，造成15人 死亡，3人受伤。火灾原因系龙飞再生物资回收有限公司 在生产过程中电路超负荷运转，导致电线短路引发大火。
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2008年9月20日23时许，深圳龙岗舞王俱乐部发生特大 火灾，造成43人死亡，88人受伤。
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4、相互作用 燃烧不仅必须具备必要条件和充分条件， 而且还必须使燃烧条件相互结合、相互作用 燃烧才会发生或持续。否则，燃烧也不能发 生。Leabharlann 21Company
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第二节
燃烧类型
燃烧按可燃物质着火方式分，主要有着火、 自燃、闪燃、爆炸和轰然五种类型。
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浙江温州一个星期内连续发生三起较大火灾，造成17人死亡，引起相关媒体的 高度关注。
2007年12月3日，温州市鹿城区宽心老人公寓因老人使用打火机不当引燃可燃物
发生火灾，造成7人死亡。 12月5日，温州瑞安市飞云镇一民房因遗留火种引发火
灾，造成5人死亡。12月8日，温州市龙湾区沙城镇一民用出租房发生火灾，造成5人 死亡。 温州火灾频发，引起《新华网》等众多媒体的高度关注。 4
第二章 燃烧与大气污染
按获得方法分 按物态分 固体燃料 液体燃料 气体燃料 天然燃料 木柴、煤、油页岩 木柴、 石油 天然气 人工燃料 木炭、焦炭、煤粉等 木炭、焦炭、 汽油、煤油、柴油、 汽油、煤油、柴油、 重油 高炉煤气、 高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
第二章 燃烧与大气污染
本章主要内容
主要的大气污染物：烟尘、NOx和 主要的大气污染物：烟尘、NOx和 SO2源于燃料燃烧 燃料燃烧过程的基本原理； 燃料燃烧过程的基本原理； 污染物的生成机理； 污染物的生成机理； 如何控制燃烧过程， 如何控制燃烧过程，以便减少污染物 的排放量。 的排放量。
第一节 燃料的性质
mf m a 114 114 = = 12.5(32 + 3.78 × 28) 1723 = 0.0662 s
气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。 气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。 燃烧产物的总摩尔数为8 47.25＝64.25，因此烟气组成为： 燃烧产物的总摩尔数为8＋9＋47.25＝64.25，因此烟气组成为：
３、煤的元素分析
用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分 硫和氧的含量 的含量。 碳、氢、氮、硫和氧的含量。 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定 在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收， 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收， 滴定 与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应， 硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，S 定 SO42-，滴
燃料燃烧、空气量、烟气量计算
元素 C
重量（g） 摩尔数（mol） 需氧量（mol）
855
71.25
71.25
H
113
56.5
28.25
S
10
0.31
0.31
O
20
0.625
—
N2
2
—
—
燃烧1kg重油所需要的氧气量为： 71.25 + 28.25 + 0.31 － 0.625 =99.185 （mol/kg）
则理论空气量Va0 =（3.78+1）×99.185×22.4/1000 = 10.62 （m3/kg）
气量和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）。
解：
元素
重量（g） 摩尔数（mol）需氧量（mol）
C
657
54.75
54.75
S
17
0.53
0.53
H
3216Leabharlann 8H2O90
5
0
O
23
0.72
-0.72
污染物排放量的计算
①理论空气量
Va 0
(54.75
0.53
8 0.72) 1000
4.76 22.4
所以实际烟气体积Vfg=V0fg + V0a(α-1) = 11.01+10.47×（1.2-1）= 13.10 m3N/kg
污染物排放量的计算
例3 普通煤的元素分析如下：C 65.7％；灰分18.1％；S 1.7％；H 3.2；
水分 9.0％；O 2.3％。（含N量不计）试计算燃煤1kg所需要的理论空
量时可以忽略； e)燃料中氮主要被转化成氮气N2； f）燃料的化学式设为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代
第二节燃烧类型
性的。
（二）物质的自燃点 引起可燃物质自燃的最低温度称为自燃点。 同样可燃物的自燃点也是物质危险性大小的衡量依据。
三、闪燃
（一）定义:在一定温度下，液体或固体物质表面上产 生的可燃蒸气与空气混和后，遇到火源能够产生一闪即 灭的火苗或火光的燃烧现象称为闪燃。
３.粉尘爆炸具有多种危害，关于它的危害 性，下列说法不正确的是
A.具有极强的破坏性 B.离起火点越近，破坏性越严重 C.容易产生二次爆炸 D.能产生有毒气体 （B ）
六、轰燃
（一）定义：轰燃是指火在建筑内部突发性 的引起全面燃烧的现象。
（二）发生轰燃的临界条件 两种观点： 1、以到达地面的热通量达到一定值为条件，
开口闪点
用规定的开口闪点测定器所测得的结果叫做 开口闪点，以℃表示。常用于测定润滑油。
闭口闪点
用规定的闭口闪点测定器所测得的结果叫做 闭口闪点，以℃表示。常用以测定煤油、柴 油、变压器油等。
问题：物质的开口闪点与闭口闪点那个更大 一些？
四、爆炸
（一）定义：爆炸是指物质从一种状态通过 物理或化学变化突然变成另一种状态，并在 瞬间以机械功的形式释放出巨大能量，或是 气体在瞬间发生剧烈膨胀等现象。
重要性：闪燃往往是可燃液体发生着火的先兆。从消防 角度来看，闪燃就是危险的警告。
（二）物质的闪点
在规定的实验条件下，液体挥发的蒸汽与空气形成混合 物，遇火源能够产生闪燃的液体最低温度，称为闪点 。
符号：℃ 特点：闪点是评定液体火灾危险性的主要依据。物质的
闪点越低，火灾危险性就越大；反之，则越小。
粉尘爆炸:是指悬浮于空气中的可燃粉尘触及明火或电火
第二章 燃烧系统讲解
第二章燃烧系统第一节燃烧概况一概述燃烧方式采用从美国阿尔斯通能源公司引进的摆动式四角切圆燃烧技术。
本燃烧设备燃煤为神府东胜煤，采用中速磨煤机、冷一次风机、正压直吹式制粉系统设计，煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。
燃烧器共设置六层煤粉喷嘴，锅炉配置6台HP1003型中速磨煤机，每台磨的出口由四根煤粉管接至炉膛四角的同一层煤粉喷嘴，锅炉MCR和ECR负荷时均投5层，另一层备用，煤粉细度R75=25%。
燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统（LNCFS）。
通过分析煤粉燃烧时NOx的生成机理，低NOx煤粉燃烧系统设计的主要任务是减少挥发份氮转化成NOx，其主要方法是建立早期着火和使用控制氧量的燃料/空气分段燃烧技术。
LNCFS的主要组件为：a.紧凑燃尽风（CCOFA）；b.可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）；c.预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）；d.强化着火（EI）煤粉喷嘴。
LNCFS在降低NOx排放的同时，着重考虑提高锅炉不投油低负荷稳燃能力和燃烧效率。
通过技术的不断更新，LNCFS在防止炉内结渣、高温腐蚀和降低炉膛出口烟温偏差等方面，同样具有独特的效果。
主风箱设有6层强化着火煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。
在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有1层辅助风喷嘴，其中包括上下2只偏置的CFS喷嘴，1只直吹风喷嘴。
在主风箱上部设有2层CCOFA（Closed-coupled OFA，紧凑燃尽风）喷嘴，在主风箱下部设有1层UFA （Underfire Air，火下风）喷嘴。
参见图1：煤粉燃烧器布置图。
在主风箱上部布置有SOFA（Separated OFA，分离燃尽风）燃烧器，包括5层可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）喷嘴。
参见图2：SOFA燃烧器布置图。
连同煤粉喷嘴的周界风，每角主燃烧器和SOFA燃烧器各有二次风挡板25组，均由电动执行器单独操作。
为满足锅炉汽温调节的需要，主燃烧器喷嘴采用摆动结构，由内外连杆组成一个摆动系统，由一台气动执行器集中带动作上下摆动。
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第二章燃烧的过程和分类
第一节不同状态物质的燃烧方式
一、气体燃烧
根据燃烧前可燃气体与空气（氧）混合状况不同，其燃烧方式分为两大类：
（一）扩散燃烧
是指可燃气体从喷口（管道或容器泄漏口）喷出，在喷口处与空气中的氧边扩散混合、边燃烧的现象，称为扩散燃烧（也称为稳定燃烧）。
（二）预混燃烧
是指可燃气体与空气（氧）在燃烧前混合，并形成一定浓度的可燃混合气体，被火源点燃所引起的燃烧，称为预混燃烧。
这类燃烧往往是爆炸式的燃烧，也称为动力燃烧，即通常所说的气体爆炸。
二、液体燃烧
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气体（蒸气）被分解、氧化达到燃点而燃烧，称为蒸发燃烧。
三、固体燃烧
固体燃烧一般可分为以下四种：
（一）蒸发燃烧
是指熔点较低的可燃固体，受热后熔融，然后像易可燃液体一样蒸发成蒸气而燃烧，称为蒸发燃烧。
（二）分解燃烧
是指分子结构复杂的可燃固体，在受热后分解出其组成成份与加热温度相应的热分解产物，这些分解产物再氧化燃烧，称为分解燃烧。
（三）表面燃烧
是指某些固体可燃物的蒸气压非常小或者难子发生热分解，不能发生蒸发燃烧或分角燃烧，当空气（氧气）包围物质的表层时，呈炽热状态发生无焰燃烧，称为表面燃烧。
（四）阴燃
是指某些固体可燃物在空气（氧）不足，加热温度较低或可燃物含水分较多等条件下发生的只冒烟、无火焰的缓慢燃烧现象，称为阴燃。
第二节燃烧产物
一、燃烧产物的概念
即由燃烧或热解作用而产生的全部物质，称为燃烧产物。
也就是说，可燃物燃烧时生成的气体、固体和蒸气等物质均称为燃烧产物。
二、完全燃烧产物和不完全燃烧产物
可燃物质在燃烧过程中，如果生成的产物不能再燃烧，为完全燃烧，其产物为完全燃烧产物。
可燃物质在燃烧过程中，如果生成的产物还能继续燃烧，则称为不完全燃烧，其产物为不完全燃烧产物。
三、不同物质的燃烧产物
燃烧产物的数量、成分随物质的化学组成以及温度、空气、（氧）的供给等燃烧状况不同而有所不同。
主要分为以下四种产物：（一）单质的燃烧产物
（二）化合物的燃烧产物
（三）合成高分子材料燃烧产物
（四）木材燃烧产物
四、燃烧产物对灭火和人员疏散的影响
燃烧产物与灭火工作有着密切的关系。
它既有有利方面，也有不利方面。
（一）有利方面
1、在一定条件下有阻燃作用。
2、为火情侦察、寻找火点提供依据。
（二）不利方面
1、影响视线。
2、引起人员中毒、窒息。
3、会使人员灼伤、汤伤。
4、造成火势发展蔓延。
第三节燃烧类型
按可燃物质着火方式，燃烧主要可以分为下列四种类型。
一、闪然
（一）闪燃的概念
在一定温度下，易燃、可燃、可燃液体（也包括能蒸发出蒸气的少量固体，如石蜡、樟脑、萘等）表面上产生的蒸气，当与空气混合后，一遇着火源，就会发生一闪即灭的火苗或火光，这种现象就称为闪燃。
闪燃是一种瞬间燃烧现象，往往是着火的先兆。
（二）闪点
在规定的试验条件下（采用闭杯法测定），液体挥发的蒸气与空气形成的混合物，遇火源能够闪燃的液体最低温度，称为闪点（又称闪火点）。
闪点，是评价液体火灾危险性大小的主要依据。
如下表几种常见易燃和可燃液体的闪点
二、着火
（一）着火的概念
可燃物质在空气中与火源接触，达到某一温度时，开始产生有火焰的燃烧，并在火源移去后仍能持续燃烧的现象，称为着火。
（二）燃点
可燃物质开始发生持续燃烧所需要的最低温度，称为燃点（也称火点）。
物质的燃点越低，越容易着火，火灾危险性就越大。
部分常见可燃物的燃点，如下表所示。
三、自然
（一）自然的概念
可燃物质在没有外部火花、火焰等热源的作用下，因受热或自身发热积热不散引起的燃烧，统称为自然。
（二）自燃点
在规定的条件下，物质发生自燃的最低温度，称为自燃点。
在这一温度时，物质与空气（氧）接触，不需要明火的作用，就能发生燃烧。
物质的自燃点越低，发生自燃火灾的危险性就越大。
几种常见物质的自燃点，如下表所示。
四、爆炸
（一）爆炸的概念
凡是物质急剧氧化或分解反应产生温度、压力增加或两者同时增加的现象，称为爆炸。
从广义上讲，物质从一种状态迅速地转变为另一种状态，并在瞬间以机械功的形式释放出巨大能量，或是气体、蒸气在瞬间发生剧烈膨胀等现象，称为爆炸。
（二）爆炸的分类
从消防角度讲，爆炸通常分为物理爆炸和化学爆炸两大类。
1、物理爆炸。
装在容器内的液体或气体，如果受热引起体积迅速膨胀，使容器压力急剧增加，由于超压力和（或）应力变化使容器发生爆炸，并且爆炸前后物质的化学成分均不改变的现象，称为物理爆炸。
2、化学爆炸。
由于物质发生急剧的化学反应，产生出大量气体和较高温度，使温度，压力增加或两者同时增加而形成的爆炸现象，称为化学爆炸。
（三）爆炸浓度极限
可燃气体、蒸气或粉尘与空气（氧）的混合物，必须在一定的浓度范围内，遇引火源才能发生爆炸，这个浓度范围，称为爆炸浓度极限（简称爆炸极限），遇火源能够发生爆炸的最低浓度，称为爆炸下
限（也称为爆炸浓度下限）；遇火源能发生爆炸的最高浓度，称为爆炸上限（也称为爆炸浓度上限）。
以下几种常见可燃气体、蒸气或粉尘的爆炸极限如下表所示
（四）爆炸温度极限
可燃液体除了爆炸浓度极限外，还有一个爆炸温度极限，因为液体的蒸气浓度是在一定温度下形成的。
可燃液体在一定温度下，由于蒸发而形成的等于爆炸浓度极限的蒸气浓度，这时的温度称为爆炸温度极限。
爆炸温度极限也有下限、上限之分。
液体在该温度下蒸发出等于爆炸浓度下限的蒸气浓度，此时的温度称为爆炸温度下限。
液体的爆炸温度下限实际上就是液体闪点。
液体在该温度下蒸发出等于爆炸浓度上限的蒸气温度，此时的温度称为爆炸温度上限。
通常所说的爆炸极限，如果没有标明，就是指爆炸浓度极限。
几种常见液体爆炸浓度极限与爆炸温度极限比较，如下表所示：
爆炸极限，在消防管理中可用于评定气体（蒸气）或粉尘的火灾危险性大小。
爆炸下限愈低，爆炸浓度范围愈大，发生火灾爆炸的危险性就越大。