气体燃料燃烧
气体燃料的燃烧
气体燃料的燃烧燃烧是指气体燃料与氧气的化学反应，释放出能量和产生新的化合物。
本文将探讨气体燃料的燃烧过程、燃烧机制以及与燃烧相关的一些重要概念。
气体燃料是一种常见的能源形式，在许多领域中被广泛使用。
常见的气体燃料包括天然气、液化石油气等。
这些气体燃料具有不同的组成和物化性质，对燃烧过程有着重要的影响。
天然气是一种主要由甲烷组成的气体燃料。
甲烷是一种无色、无味的气体，在大自然中广泛存在。
天然气的主要成分还包括乙烷、丙烷和丁烷等烷烃。
天然气具有高热值、易燃等特点，被广泛用于家庭供暖、工业生产和发电等领域。
液化石油气（LPG）是一种混合物，主要由丙烷和丁烷组成。
相比于天然气，LPG具有更高的压缩性和储存性，可以在液态状态下运输和储存。
LPG是一种清洁燃料，广泛应用于烹饪、野营和汽车燃料等领域。
除了天然气和LPG，还有一些特殊的气体燃料具有独特的特性。
例如，氢气是一种无色、无味的气体，在燃烧时产生的唯一副产品是水蒸气，因此被认为是一种环保的燃料。
氢气具有高热值和轻质的特点，目前正在被广泛研究和应用于氢能源领域。
另一个重要的气体燃料是甲烷，它是一种无色、无味的气体，也是天然气的主要成分。
甲烷是一种常见的温室气体，直接使用甲烷作为燃料会产生温室气体排放。
然而，甲烷可以通过特殊的燃烧装置燃烧，将其转化为二氧化碳和水，减少温室气体排放。
综上所述，气体燃料的组成对燃烧过程具有重要影响。
了解不同气体燃料的物化性质和特点，有助于选择合适的燃料和优化燃烧过程，以提高能源利用效率和减少环境污染。
气体燃料的燃烧是指气体燃料与氧气发生化学反应的过程。
燃烧的三要素包括燃料、氧气和足够的燃料温度。
燃烧过程的第一步是点火。
当气体燃料与点火源接触时，会发生燃烧反应。
点火源可以是明火、电火花或者其他能提供足够能量的源头。
通过点火，燃料的化学能被释放，产生燃烧反应。
燃烧反应是气体燃料与氧气发生的化学反应。
气体燃料中的可燃物质与氧气结合，产生新的化合物和能量释放。
关于气体燃料燃烧技术发展的研究
一、气体燃料燃烧技术的定义和意义气体燃料燃烧技术是指利用气态燃料进行燃烧的一种技术方法。
随着能源需求的不断增加和环境污染的加剧，气体燃料燃烧技术的研究和发展变得愈发重要。
气体燃料具有资源丰富、清洁高效等特点，广泛应用于工业生产、能源利用、交通运输等领域，对于实现清洁高效能源利用、减少环境污染具有重要意义。
研究气体燃料燃烧技术的发展趋势和前沿成为了当下的热点之一。
二、气体燃料燃烧技术的研究现状在气体燃料燃烧技术的研究方面，当前主要集中在以下几个方面：1. 燃烧机理和特性：通过对气体燃料的燃烧机理和特性进行深入研究，可以揭示气体燃料在燃烧过程中的基本规律，为优化燃烧过程提供理论依据。
2. 燃烧设备和技术：针对不同的气体燃料，发展高效、低排放的燃烧设备和技术是当前的重点之一。
采用先进的燃烧控制技术，实现气体燃料的清洁高效燃烧。
3. 热力学和动力学模拟：借助数值模拟等手段，对气体燃料燃烧过程进行模拟和分析，可以更好地理解燃烧过程中的能量转化和传递规律，为燃烧技术的优化提供理论指导。
4. 环境影响和减排技术：随着环境保护意识的增强，研究气体燃料燃烧对环境的影响以及减排技术也成为了研究的热点。
如何减少气体燃料燃烧过程中产生的污染物排放，是当前研究的重要课题之一。
三、气体燃料燃烧技术发展的趋势随着科技的不断进步和能源需求的变化，气体燃料燃烧技术的发展也呈现出一些新的趋势：1. 高效清洁：未来气体燃料燃烧技术将更加注重实现高效、清洁燃烧。
通过燃烧控制技术、污染物减排技术等手段，实现气体燃料的清洁高效利用。
2. 多能联供：未来气体燃料燃烧技术将更加注重实现多能联供。
通过热电联产技术，将气体燃料转化为电能和热能进行综合利用，提高能源利用效率。
3. 绿色发展：未来气体燃料燃烧技术将更加注重实现绿色发展。
从资源开发到利用环节，都将更加注重环保和可持续发展。
四、个人观点和理解作为气体燃料燃烧技术的研究者，我认为在未来的研究中，需要更加注重气体燃料燃烧技术与环境保护的结合，实现能源利用和环境保护的双赢。
燃气燃烧与应用 知识点
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 、 H2S 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。
高热值是指1m3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。
低热值是指1m3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。
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/m3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/m3液化石油气的低热值是21000—286000KCal/m3热值的计算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m3/m3或m3/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.烟气量含有1m3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。
3.燃料燃烧解析
空气过剩系数
实际空气量：
实际供给的空气量 La 理论论空气L0
a的一些经验值： 气体燃料： 液体燃料： a＝1.05～1.15 a＝1.15～1.25
La aL0
块状固体燃料：a＝1.3～1.7 煤粉燃料： a＝1.1～1.3
2.气体燃料完全燃烧生成烟气量的计算 生成烟气的总体积应为各可燃组分燃烧生成物的体积、 燃料中的不可燃组分及燃烧所用空气带入氮的体积。
3.燃烧产物组成计算
CO2 %
CO CH 4 nCn H m CO2
Va
1 100 100%
m 1 H 2 CH C H H S H O 2 4 n m 2 2 2 100 100% H 2O% Va
SO2 %
t 20 4 4 a(t 20)
式中：a――温度修正系数，1/℃
3)固体燃料 固体燃料是由复杂的有机化合物组成的，其基本组 成元素有C、H、O、N、S，还有一些水分和灰分。 天然的固体燃料是煤，按其形成年代不同可分为泥 煤、褐煤、烟煤和无烟煤。
3.2 燃烧计算
燃烧计算的主要内容包括：一定量燃料燃烧所需要的空气 量、生成烟气量及燃烧温度的计算等。
气体燃料完全燃烧放出的热量公式
气体燃料完全燃烧放出的热量公式气体燃料完全燃烧放出的热量是一个重要的热学概念，它在我们日常生活和工业生产中都起着至关重要的作用。
通过燃烧，气体燃料中的化学能被转化为热能，从而产生热量。
本文将从人类的视角出发，以清晰流畅的语言描述气体燃料完全燃烧放出的热量的公式及其意义。
我们需要明确气体燃料的概念。
气体燃料是指能够在氧气的存在下发生燃烧的可燃气体，如天然气、液化石油气等。
当气体燃料与氧气充分混合并点燃时，发生的是一个氧化反应。
在这个反应中，气体燃料中的碳氢化合物与氧气结合，生成二氧化碳和水，同时释放出大量的热量。
那么，气体燃料完全燃烧放出的热量公式是什么呢？简单来说，这个公式可以表示为：燃料的质量乘以燃料的热值。
燃料的质量是指单位时间内燃料的质量，通常用kg/s或者g/s来表示；燃料的热值是指单位质量的燃料所释放的热量，通常用J/g或者kJ/kg来表示。
将这两个量相乘，就可以得到气体燃料完全燃烧放出的热量。
这个公式的意义非常重大。
通过这个公式，我们可以计算出燃料的热效率，也就是燃料中化学能转化为热能的比例。
热效率越高，燃料的利用率就越高，因此在工业生产和能源利用方面，我们需要尽可能提高燃料的热效率，以减少能源的浪费和环境污染。
这个公式还可以帮助我们选择合适的燃料。
不同的燃料具有不同的热值，某些燃料的热值更高，意味着单位质量的燃料可以释放更多的热量。
因此，在选择燃料时，我们可以根据其热值来判断其适用性和经济性。
气体燃料完全燃烧放出的热量公式是燃料质量乘以燃料热值。
这个公式在能源利用和环境保护方面具有重要意义，可以帮助我们计算燃料的热效率，选择合适的燃料，并提高能源利用效率。
通过深入理解和应用这个公式，我们可以更好地利用气体燃料的能量，为人类的生活和工业发展做出贡献。
燃烧学讲义-第6章气体燃料的燃烧
w'
uce
ut A = 1+ t uce a
ut a+ A a t … … uce ∝ … … = ∴ uce a τrj
At：湍动输运所引起的折算热扩散率
A t a时，有 ut = uce
A t （一般情况下 A t a
当
a）
A ut t ∝ Re = Re 若流体为管内流动， 若流体为管内流动，一般认为 uce a
uce
ut uce
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一、湍流传播的理论 一、湍流传播的理论
表面燃烧理论（舍谢尔金）
火焰面是层流型的， 火焰面是层流型的 ， 湍流脉动在一定空间内使燃烧 面弯曲、皱折，乃至破裂， 小岛”状的封闭小块， 面弯曲、 皱折 ，乃至破裂， 成“小岛”状的封闭小块， 这样增大了燃烧面积，从而增大了燃烧速度。 这样增大了燃烧面积，从而增大了燃烧速度。
2Qwm RT 2 a 2Q a lr uce = wmdT = ∴ T −T0 λ ∫ ρCp (Tlr −T0 )2 E lr B
10
燃尽时间：τrj =
ρCp (Tlr −T0 )
wmQ
uce ∝
a
τrj
火焰锋面厚度δ及可燃混合物升温预热区厚度 火焰锋面厚度 及可燃混合物升温预热区厚度S
RT 2 S定义为 T = Tlr − lr 点做 T = 定义为在 定义为 E
2
火焰传播的形式
缓燃（ 正常传播） 缓燃 （ 正常传播 ） ：火焰锋面以导热和 对流的方式传热给可燃混合物引起的火 焰传播， 也可能有辐射（ 煤粉） 焰传播 ， 也可能有辐射 （ 煤粉 ） 。 传播 速度较低（ 速度较低（1~3m/s），传播过程稳定。 m/s） 传播过程稳定。 爆燃：绝热压缩引起的火焰传播 ， 爆燃 ：绝热压缩引起的火焰传播， 是依 靠激波的压缩作用使未燃混合气的温度 升高而引起化学反应， 升高而引起化学反应 ， 从而使燃烧波不 断向未燃气推进，传播速度大于 1000m/s。 1000m/s。
第七章 燃气的燃烧方法
2、紊流扩散火焰的长度 在燃气紊流自由射流中，由实验公式，轴线上的燃气浓度 Cg与射流出口处的原始浓度C1之比为：
Cg C1 0.70 as 0.29 r
α—紊流结构系数； s—轴向距离； r—射流喷口的半径。
射流中各点的燃气浓度与空气浓度之和应该是一样的，它等 于出口处的浓度和 ：
C1 0 C1
13
思考：如何消除层流扩散火焰中的煤烟？
在火焰的内侧高温区：扩散区燃烧，可从内部提供足够多的 氧气。（例如部分预混式，完全预混式燃烧）
在火焰的外侧低温区：动力区燃烧，外部保温。如马灯、煤
油灯的玻璃罩，起到防风、保温作用。
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3、层流扩散的长度 采用相似关系来分析层流扩散火焰的基本规律。
扩散燃烧装臵 ：管1、管2 ；
家庭用燃气用具大都属于此类。如燃气灶、热水器。日 常生活中常见：打火机、煤油灯。
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燃气在一定压力下， 以一定流速从喷嘴流 出，进入吸气收缩管， 燃气靠本身能量吸入 一次空气。在引射器 内燃气和一次空气混 合，然后经头部火孔 流出，进行燃烧，形 成本生火焰。
26
27
根据气流喷出速度的不同，部分预混火焰又可分为层流和紊流。
但氧气向焰面扩散的速度基本未变，焰面的收缩点离喷
口越来越远，火焰长度不断增加。这时，火焰表面积增加，
单位时间内燃烧的燃气量↑。
b、当Vm↑→临界值时，
流动状态从层流→紊流→火焰顶点跳动。
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c、随Vm继续↑，
火焰绝大部分均扰动起来，这时扩散转变为紊流扩散， 混合加剧，燃烧强化→火焰变短。
d、随着扰动程度的加剧，混合时间↓↓，当 在动力区进行。
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3、点火环 思考：管道上气流的速度按抛物线分布，中心大，四周小， 管壁处为0。火焰会不会传到燃烧器里去？ 不会，火焰传播速度受管壁散热的影响，该处的火焰传播 速度因为管壁散热也减小了。 思考：在焰面任一点上，Sn=Vn， 火焰在该点是否能完全稳定？ 不能，只是在火焰面法向上稳定， 由于存在切向分速度，使质点向上移 动。
燃烧的条件有哪些
燃烧的条件有哪些燃烧是物质与氧气反应产生火焰和释放能量的过程。
在燃烧过程中，需要满足一定的条件。
本文将介绍燃烧的条件以及对环境和生活的影响。
第一，燃料。
燃料是燃烧的必要条件之一。
常见的燃料包括木材、煤炭、石油和天然气等。
燃料可以通过蒸发或气化产生易燃气体，也可以在固态或液态时直接燃烧。
不同类型的燃料具有不同的燃烧特性和能量输出。
第二，氧气。
氧气是燃烧的氧化剂，也是燃料燃烧的必需气体。
燃料与氧气反应会产生热量、光和气体等。
在空气中，氧气的含量约为21%，足以支持大多数物质的燃烧。
但是，如果氧气供应不足，燃烧会受到限制或无法进行。
第三，点燃源。
燃烧需要一个能够引发反应的点燃源。
常见的点燃源包括明火、火花、电火花和高温等。
当点燃源接触到燃料时，能够提供足够的能量以启动燃烧反应。
一旦燃料开始燃烧，反应会自持续，并释放出更多的热量和光。
第四，自持续链式反应。
燃烧是一种自持续链式反应，需要三个必要步骤：启动、传播和终止。
启动阶段是通过点燃源产生足够的能量以启动燃烧反应。
一旦启动，燃料与氧气反应会产生足够的热量和自由基，使燃烧反应可以持续进行。
传播阶段是自由基与氧气分子相互作用，继续产生热量和自由基，促使燃烧反应加速进行。
终止阶段是由于温度、氧气浓度或燃料耗尽等因素的限制，导致反应逐渐停止。
燃烧的条件不仅仅适用于自然燃烧，还适用于许多工业和生活过程中的燃烧反应。
燃烧对于提供能源、发电、加热和加工等方面起着重要作用。
然而，燃烧也会带来一些环境和健康问题。
首先，燃烧会释放大量的热量和废气。
火焰中的高温和燃烧产生的气体会对周围环境产生影响。
大规模的燃烧过程，如工厂生产和火灾，会导致环境污染和空气质量下降。
其次，燃烧也会产生灰尘、颗粒物和有害化学物质。
这些物质对人体健康有害，尤其对呼吸系统和心血管系统造成影响。
长期暴露于燃烧废气中的人们容易患上呼吸道疾病、癌症和其他健康问题。
为了减少燃烧对环境和健康的影响，需要采取一系列的措施。
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根据此方程，如果α、S,V、E、Q、K0 已知，n=2，可 以将上式简化为：
lnPc A1ln B Tc2 Tc气体2燃料燃x烧A(1xA)
着火界限
• 反应级数为2时的简化谢苗诺夫方程
lnTPcc2
A1ln B Tc 2 xA(1xA)
气体燃料燃烧
压力与温度的关系（浓度不变）
• 根据热自燃理论，在一定浓度下，着火温度与系 统的压力成反比
着火温度是不是物性参数？
气体燃料燃烧
着火温度的计算
Q1
T TC
Q2
T TC
Q1 T
T
TC
Q2 T
T TC
E
A e RTC B TC T0
A
E
E
e RTC B
R TC 2
TC
EE 2R 2R
14RT0 E
T C2 E R2 E R 12R E T 02R E 2 2 T 0 2 T 0R E T 0 2
Pc
非着火 区
着火区
Tc
物资名称 汽油蒸汽
自燃点（℃）
0.1MPa 0.15MPa 0.20MPa 0.25MPa 0.30MPa 0.40MPa
480
350 气体燃料3燃10烧
290
280
250
一定压力下的着火极限
Tc
PC=const
着火
x1
x2 100% xA
• 存在着火的浓度极限
• 温度升高，浓度极限范围增大，反之减小。
➢ xA为燃料的摩尔分数，xB为空气（氧）摩尔分数
CA CxA
CB CxB
C Pc R Tc
Q RV nK 1T0CnPcn2xAa(1xA)naeRE TC
S E
谢苗诺夫方程
两边取对数、整理， 得：
lnT P cn c n2R E T c1 2lnK 0Q V E xS A a R (1 n 1xA)na
即自热体系着火成功与否取决于其放热因素和散热因 素的相互关系。 发生热自燃时的温气度体称燃料为燃烧热自燃温度或着火温度。
研究对象：预混可燃气体，闭口系 简化假设:
①体积为V,表面积为S,壁温=T0 ②混合气初始温度为T0 ③容器对环境的总换热系数α不变 ④着火前容器内气体可燃料燃燃烧物浓度均匀不变
放热速率 Q1qk0CA neE/RT散热速率Leabharlann Q2S V(T
T0 )
Q1
Q
B
Q1 Ae E / RT
Q2 B (T T0 )
C A
T01
T02 气体燃料燃烧
T
改变散热条件时
气体燃料燃烧
改变初始温度时
Q1
Q2
气体燃料燃烧
改变发热曲线时
Q1
Q2
气体燃料燃烧
热自燃条件
• 系统发生热自燃的条件是Q1>=Q2。当发热曲线与 散热曲线只有一个切点时，此切点称为着火点， 其对应的温度即为着火温度
气体燃料燃烧
爆炸式化学反应
反 理应
机
热爆燃
系统内热量的积聚，使 温度升高，引起化学反 应速度按阿累尼乌斯指 数规律迅速增加
热自燃
链锁爆燃
由于链锁反应的分支 使活化中心迅速增加， 导致化学反应速度急 剧增大
链锁自燃
气体燃料燃烧
热自燃理论
• 又称谢苗诺夫热着火理论
基本思想
某一反应体系在初始条件下，进行缓慢的氧化还原反 应，反应产生热量，同时向环境散热，当产生的热量 大于散热时，体系的温度升高，化学反应速度加快， 产生更多的热量，反应体系的温度进一步升高，直至 着火燃烧。
气体燃料燃烧
预混可燃气体的燃烧过程
• 有两个基本阶段
– 着火阶段
• 燃烧的准备阶段，主要是积累热量和活化分子
– 着火后的燃烧阶段
气体燃料燃烧
预混可燃气的着火方法
着 法火
方
自燃
由于自身温度的升高而导致化学 反应速度自行加速所引起的着火
点燃
由于外界能量的加入，而使预混 可燃气体的化学反应速度急剧加 快所引起的着火
• 温度下降至某一值，系统失去爆炸性——存在着火的温
度极限
气体燃料燃烧
一定温度下的着火极限
Pc
T0=const
Pc
x1
x2 100% xA
• 存在着火的浓度极限
• 压力升高，浓度极限范围增大，反之减小。
• 压力下降至某一值，系统失去爆炸性——存在着火的
压力极限
气体燃料燃烧
链锁自燃理论
热自燃理论无 法解释的现象
完成燃烧化学反应
预混燃烧
全预混燃烧 半预混燃烧
扩散燃烧 气体燃料燃烧
预混燃烧
• 燃烧前已与燃气混合的空气量与该燃气燃烧的理 论空气量之比，称为一次空气系数，当一次空气 系数大于0而小于1时，称为半预混燃烧；当一次 空气系数大于或等于1时，称为全预混燃烧
气体燃料燃烧
5.2 预混可燃气体的着火和燃烧
气体T燃C 料燃T烧0
RT02 E
热自燃理论的应用
• 着火感应期 • 着火极限：浓度极限、压力极限、温度极限
爆炸极限 爆炸浓度极限，如：甲烷/空气：5～15% 爆炸压力极限，如：甲烷/空气：小于0.065MPa，不爆炸 爆炸温度极限，如：甲烷/空气：小于690℃，不爆炸
气体燃料燃烧
热自燃的感应期
烃类气体燃烧的“冷焰”现象 卤代烷的高效灭火性能 氢/氧体系的着火“半岛”
气体燃料燃烧
链锁自燃理论的基本思想
在氧化反应体系中，使反应加速不一定要靠热量的积累， 也可以通过分支的链锁反应，迅速增加活化中心（自由 基）浓度，来促使反应不断加速直至着火爆炸
链锁自燃理论的基本出发点：链锁反应体系着火与否 取决于该体系自由基的生成速度和销毁速度之间的关 系。
第五章 气体燃料的燃烧
气体燃料燃烧
章节安排
• 5.1 气体燃料燃烧原理及特点 • 5.2 预混可燃气体的着火和燃烧 • 5.3 气体燃料的扩散燃烧
气体燃料燃烧
5.1 气体燃料燃烧原理及特点
气体燃料燃烧
气体燃料的燃烧过程
段三 个 阶
燃气和空气的混合阶段
混合后可燃气体混合物 的加热和着火阶段
型两 种 类
• 定义
预混可燃气体从初始温度加热到着火温度 所需的时间
所有的着火过程都有感应期，长短不一， 与温度和气体成分有关
提高预混气体的温度和压力，或提高燃气 浓度，感应期可缩短
气体燃料燃烧
着火极限
在自燃临界状态：
Q1
T TC
Q2
T TC
Q1 T
T
TC
Q2 T
T TC
E
K 0Q VC A aCB beRTc STcT0
（1）
K0QVCA aCB beE/RTC(RE TC 2) S （2）
两式相除有
TC
T0
RTC2 E
带入（1）
得
[Q 1]TTC
E
K0Q VCA aCB bEeRTC 气体燃料燃烧
SRE Tc2
➢ 设反应物总摩尔浓度为C， ➢ 即C＝CA＋CB
E
K0QVCAaCBbEe RTc
SRETc2