燃烧基本理论2
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《燃烧基本理论》课件
燃烧的化学特性
放热反应
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1பைடு நூலகம்
燃烧是一种放热反应，释放出大量的热量，可以用于加热物体或驱动机械。
添加标题
2
化学键断裂
添加标题
3
燃烧过程中，可燃物质中的化学键发生断裂，释放出能量。
添加标题
4
新物质生成
添加标题
5
燃烧过程中，可燃物质与氧化剂反应生成新的物质，这些物质通常是稳定的化合物。
添加标题
6
燃烧的物理特性
含硫燃料燃烧时会产生二氧化硫等硫氧化物。
二氧化碳
氮氧化物
颗粒物
燃烧过程中，碳与氧结合生成二氧化碳。
高温下氮气与氧气反应生成氮氧化物。
燃烧过程中产生的固体颗粒物，如灰尘等。
温室效应
二氧化硫、氮氧化物等气体与水蒸气反应形成酸雨。
酸雨
空气污染
生态破坏
01
02
04
03
燃烧产生的污染物对生态系统造成破坏，影响生物多样性。
01
燃烧效率优化
通过调整燃料与空气的混合比例、燃烧温度和时间等参数，提高燃烧效率，减少不完全燃烧损失。
02
污染物排放控制
采用尾气处理、除尘、脱硫脱硝等技术，降低燃烧过程中产生的污染物排放。
燃烧的控制技术与方法
THANKS
感谢观看
长期接触污染物可能导致免疫系统功能下降，增加感染和疾病的风险。
燃烧产物对人体的影响
CATALOGUE
燃烧的应用与控制
05
燃烧化石燃料（如煤、石油、天然气）产生高温高压蒸汽，驱动发电机发电。
火力发电
利用燃气燃烧产生高速气流，驱动涡轮旋转，从而发电或提供动力。
燃气轮机
燃烧理论基础-燃烧热力学
u=u(T,v)
h=h(T,P)
微分方程
du=
( u T
)v dT
(u v
)T
dv
dh=
h
h
( T
)P dT
( P
)T
dP
9
定容比热Constant-volume specific heats
du
( u T
)v
dT
热力学定义：du/dT=cv
(
u v
)T
d
v
cv
(
u T
)v
dh
(
h T
)P
dT
(
h P
燃烧学导论：概念与应用
主要围绕燃烧物理及相关的概 念，燃烧化学内容偏少。
CK Law，Combustion Physics Irvin Glassman，Combustion James House, Principle of Chemical Kinetics
第2讲 燃烧热力学
问题1：燃烧第一直接目的是获得什么？ 锅炉、发动机、煤气灶、热气球。。。
(A
/
F
) stoic
4.76(2.24) 28.85 1 8 .2 8 6
1 6 .8 2 ,
则从上述方程有
(A /F ) ( A / F ) sto ic 1 6 .8 2 5 8 .8
0 .2 8 6
46
由于 (A/F) 是空气流率与燃料流率之比，
m ma ir 1 5 .9 k g / s 0 .2 7 0 k g / s
温度升高有更多的转动和 振动模式变得活跃：温度 越高，分子平动速度越快， 分子碰撞频率越高，有更 多的动能转变为分子转动 能和振动能。
燃烧理论基础
只需较少旳活化能
三、链式反应旳分类
新旳活化中心旳数目等于或不小于原有旳活化中心旳数目
链式反应分为
不分支反应 分支反应
四、氢气与空气旳反应——分支链式
爆炸反应
2H 2 O2 2H 2 0
反 H原应子开为始活化中心，H 2M为M任何2活H化分M子
中间反应
H O2 0H O （慢）
O H 2 H OH
第一节、燃烧反应速度及其影响原因
燃烧反应和化学反应一样，根据参加反应旳物质不同分为：
均相燃烧—气体燃料在空气中燃烧 异相燃烧—固体燃料在空气中燃烧，煤粉燃烧
一、反应速度旳定义
根据质量作用定律，反应速度有不同旳定义方式：
第一种定义：单位时间内和单位体积内燃烧掉旳燃料量或 消耗旳氧量
aA bB gG hH
kzC0
ks
k
ks k
ks k
不同反应区域分析 —动力与扩散燃烧理论
（1）动力区（化学动力控制区）
温度较低：碳表面化学反应速度远不大于氧气向 表面旳扩散速度，氧气供给充分，足够反应所需。 燃烧速度取决于化学反应速度，反应处于动力区。
K很小（温度很低），1/k很大，所以
1 1
k ks
w kC0
对于异相反应－煤粉与空气混合物
w kf ACBn
f A —单位容积可燃混合物内煤粉的表面积； CB —氧气的浓度。
二、影响化学反应速度旳主要原因
1，浓度 从前面反应速度旳定义式，可知：浓度越大，反应速度越
快。 原因：燃烧反应属双分子反应，只有当两个分子发生碰撞
时，反应才干发生。浓度越大，即分子数目越多，分子间 发生碰撞旳几率越大。
第二种定义：
在一定旳温度下，化学反应速度和各反应物旳浓度成正比 1867年由Guldberg和Wage提出 对均相反应：
三、链式反应旳分类
新旳活化中心旳数目等于或不小于原有旳活化中心旳数目
链式反应分为
不分支反应 分支反应
四、氢气与空气旳反应——分支链式
爆炸反应
2H 2 O2 2H 2 0
反 H原应子开为始活化中心，H 2M为M任何2活H化分M子
中间反应
H O2 0H O （慢）
O H 2 H OH
第一节、燃烧反应速度及其影响原因
燃烧反应和化学反应一样，根据参加反应旳物质不同分为：
均相燃烧—气体燃料在空气中燃烧 异相燃烧—固体燃料在空气中燃烧，煤粉燃烧
一、反应速度旳定义
根据质量作用定律，反应速度有不同旳定义方式：
第一种定义：单位时间内和单位体积内燃烧掉旳燃料量或 消耗旳氧量
aA bB gG hH
kzC0
ks
k
ks k
ks k
不同反应区域分析 —动力与扩散燃烧理论
（1）动力区（化学动力控制区）
温度较低：碳表面化学反应速度远不大于氧气向 表面旳扩散速度，氧气供给充分，足够反应所需。 燃烧速度取决于化学反应速度，反应处于动力区。
K很小（温度很低），1/k很大，所以
1 1
k ks
w kC0
对于异相反应－煤粉与空气混合物
w kf ACBn
f A —单位容积可燃混合物内煤粉的表面积； CB —氧气的浓度。
二、影响化学反应速度旳主要原因
1，浓度 从前面反应速度旳定义式，可知：浓度越大，反应速度越
快。 原因：燃烧反应属双分子反应，只有当两个分子发生碰撞
时，反应才干发生。浓度越大，即分子数目越多，分子间 发生碰撞旳几率越大。
第二种定义：
在一定旳温度下，化学反应速度和各反应物旳浓度成正比 1867年由Guldberg和Wage提出 对均相反应：
燃烧理论基础ppt课件
微波燃烧
微波燃烧是一种新型的热工技术，利用微波电磁场与燃料 的相互作用产生热量，实现燃料的快速、高效燃烧。微波 燃烧具有低污染、高效率和节能等优点。
06
未来展望
清洁能源的发展
清洁能源
随着环境保护意识的提高，清洁能源的发展越来越受到重视。未来，化石燃料的使用将逐渐减少，取而代之的是 太阳能、风能、水能等可再生能源。
02
燃烧化学
燃烧反应方程
燃烧反应方程是表示燃烧过程中物质 变化和能量转换的数学表达式。它由 反应物和生成物的化学式及其相应的 反应系数组成，遵循质量守恒和能量 守恒定律。
燃烧反应方程可以用来表示燃料与氧 气或其他氧化剂反应生成二氧化碳、 水蒸气等产物的过程，如C + O2 → CO2 + H2O。
热工仪表
热工仪表用于监测和控制燃烧系统的运行状态，包括温度计、压力计、流量计、氧分析仪 等。这些仪表能够实时监测燃烧过程中的各种参数，如温度、压力、流量和含氧量等。
燃烧控制技术
01
空燃比控制
空燃比是燃料和空气的混合比例，合适的空燃比是保证燃烧效率和经济
性的关键。通过控制燃料和空气的流量，可以调节空燃比，使燃烧过程
燃烧温度
01
燃烧温度是指燃烧过程中火焰或 反应区的温度，它与燃料的种类 、空气的供给、燃烧方式等因素 有关。
02
燃烧温度的高低直接影响到燃烧 产物的组成和燃烧效率，过高或 过低的温度都不利于燃烧过程的 进行。
燃烧产物
燃烧产物是指燃料在燃烧过程中产生 的气体、烟尘和灰渣等物质，它们由 燃料中的可燃元素转化而来。
可持续发展的重要性
资源节约
可持续发展强调资源的合理利用和节约，通过提高能源利用效率和减少浪费，实现经济、 社会和环境的协调发展。
微波燃烧是一种新型的热工技术，利用微波电磁场与燃料 的相互作用产生热量，实现燃料的快速、高效燃烧。微波 燃烧具有低污染、高效率和节能等优点。
06
未来展望
清洁能源的发展
清洁能源
随着环境保护意识的提高，清洁能源的发展越来越受到重视。未来，化石燃料的使用将逐渐减少，取而代之的是 太阳能、风能、水能等可再生能源。
02
燃烧化学
燃烧反应方程
燃烧反应方程是表示燃烧过程中物质 变化和能量转换的数学表达式。它由 反应物和生成物的化学式及其相应的 反应系数组成，遵循质量守恒和能量 守恒定律。
燃烧反应方程可以用来表示燃料与氧 气或其他氧化剂反应生成二氧化碳、 水蒸气等产物的过程，如C + O2 → CO2 + H2O。
热工仪表
热工仪表用于监测和控制燃烧系统的运行状态，包括温度计、压力计、流量计、氧分析仪 等。这些仪表能够实时监测燃烧过程中的各种参数，如温度、压力、流量和含氧量等。
燃烧控制技术
01
空燃比控制
空燃比是燃料和空气的混合比例，合适的空燃比是保证燃烧效率和经济
性的关键。通过控制燃料和空气的流量，可以调节空燃比，使燃烧过程
燃烧温度
01
燃烧温度是指燃烧过程中火焰或 反应区的温度，它与燃料的种类 、空气的供给、燃烧方式等因素 有关。
02
燃烧温度的高低直接影响到燃烧 产物的组成和燃烧效率，过高或 过低的温度都不利于燃烧过程的 进行。
燃烧产物
燃烧产物是指燃料在燃烧过程中产生 的气体、烟尘和灰渣等物质，它们由 燃料中的可燃元素转化而来。
可持续发展的重要性
资源节约
可持续发展强调资源的合理利用和节约，通过提高能源利用效率和减少浪费，实现经济、 社会和环境的协调发展。
燃烧过程的理论基础
550
烟煤Vdaf=40%
650
烟煤Vdaf=30%
750
烟煤Vdaf=20%
840
贫煤Vdaf=14%
900
无烟煤Vdaf=4%
1000
挥发分越高的煤，着火温度越低，即越容易着火； 挥发分越低的煤，着火温度越高，越不容易着火。
着火热
一次风：现代大中容量锅炉广泛燃用煤粉，为了使煤粉气流被更快加热到煤粉颗粒的着火温度，总是不把煤粉燃烧所需的全部空气都与煤粉混合来输送煤粉，而只是用其中一部分来输送煤粉，这部分空气称为一次风。
只有粗煤粉在炉膛高温区才可能处于扩散。
其他区域为动力或过渡区，故提高炉膛温度可强化煤粉燃烧。
一次反应：式3-26；一次产物
燃烧机理：在碳粒的吸附表面进行的多相燃烧反应。
二次反应：式3-27；二次产物
碳粒的燃烧
02
不同温度下的碳粒燃烧过程：
图3-6 低于1200℃； 高于1200℃；
气流速度影响：
影响煤粉气流着火的因素
煤粉空气混合物经燃烧器喷入炉膛后，通过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时又受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，被迅速加热，热量达到一定温度后就开始着火。
1．燃料的性质 挥发分：含量低，煤粉气流的着火温度高，着火热增大，着火所需时间长，着火点离燃烧器喷口的距离也增大。 水分：水分大，着火热也随之增大，炉内温度水平降低，从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉汽流的辐射热也相应降低，对着火不利。 灰分：灰分在燃烧过程中不能放热还要吸热，灰分在着火和燃烧过程中使得炉内烟气温度降低，同样使煤粉气流的着火推迟，并进一步影响了着火的稳定性。 煤粉细度： 煤粉愈细，着火愈容易。（这是因为在同样的煤粉浓度下，煤粉愈细，进行燃烧反应的表面积就会越大，而煤粉本身的热阻却减小，在加热时，细煤粉的温升速度就比粗煤粉要快，这样就可以加快化学反应速度，更快地着火。）
烟煤Vdaf=40%
650
烟煤Vdaf=30%
750
烟煤Vdaf=20%
840
贫煤Vdaf=14%
900
无烟煤Vdaf=4%
1000
挥发分越高的煤，着火温度越低，即越容易着火； 挥发分越低的煤，着火温度越高，越不容易着火。
着火热
一次风：现代大中容量锅炉广泛燃用煤粉，为了使煤粉气流被更快加热到煤粉颗粒的着火温度，总是不把煤粉燃烧所需的全部空气都与煤粉混合来输送煤粉，而只是用其中一部分来输送煤粉，这部分空气称为一次风。
只有粗煤粉在炉膛高温区才可能处于扩散。
其他区域为动力或过渡区，故提高炉膛温度可强化煤粉燃烧。
一次反应：式3-26；一次产物
燃烧机理：在碳粒的吸附表面进行的多相燃烧反应。
二次反应：式3-27；二次产物
碳粒的燃烧
02
不同温度下的碳粒燃烧过程：
图3-6 低于1200℃； 高于1200℃；
气流速度影响：
影响煤粉气流着火的因素
煤粉空气混合物经燃烧器喷入炉膛后，通过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时又受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，被迅速加热，热量达到一定温度后就开始着火。
1．燃料的性质 挥发分：含量低，煤粉气流的着火温度高，着火热增大，着火所需时间长，着火点离燃烧器喷口的距离也增大。 水分：水分大，着火热也随之增大，炉内温度水平降低，从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉汽流的辐射热也相应降低，对着火不利。 灰分：灰分在燃烧过程中不能放热还要吸热，灰分在着火和燃烧过程中使得炉内烟气温度降低，同样使煤粉气流的着火推迟，并进一步影响了着火的稳定性。 煤粉细度： 煤粉愈细，着火愈容易。（这是因为在同样的煤粉浓度下，煤粉愈细，进行燃烧反应的表面积就会越大，而煤粉本身的热阻却减小，在加热时，细煤粉的温升速度就比粗煤粉要快，这样就可以加快化学反应速度，更快地着火。）
燃烧基本理论
内容：燃烧基本理论一、燃烧的本质和条件（一）燃烧的本质燃烧是一种放热发光的化学反应。
燃烧同时具备三个特征，即化学反应、放热和发光，具备一个或两个特征不能称为燃烧。
（二）燃烧的条件1.必要条件：任何物质发生燃烧必须具备三个条件，即可燃物、助燃物（氧化剂）和着火源。
2.充分条件：一定的可燃物浓度，一定的氧气含量，一定的着火能量，三者相互作用。
二、燃烧类型燃烧类型主要有闪燃、自燃、着火、爆炸。
（一）闪燃在一定温度下，易燃、可燃液体表面上产生足够的可燃蒸汽，与空气混合遇着火源产生一闪即灭的燃烧现象叫作闪燃。
（二）自燃可燃物质在没有外部明火等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自行燃烧现象称为自燃。
自燃包括受热自燃和本身自燃。
1、受热自燃。
可燃物质在空气中，连续均匀地加热到一定温度，在没有外部火源的作用下，发生自行燃烧的现象叫作受热自燃。
2、本身自燃。
可燃物质在空气中，自然发热经一定时间的积蓄使物质达到自燃点而燃烧的现象，叫作本身自燃。
（三）着火可燃物质与空气（氧化剂）共存，达到某一温度时与火源接触即发生燃烧，当火源移去后，仍能继续燃烧，直到可燃物燃尽为止，这种持续燃烧的现象叫作着火。
（四）爆炸物质从一种状态迅速转变成另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生声响的现象叫爆炸。
爆炸浓度极限：可燃气体、蒸气或粉尘与空气的混合物，遇火源能够发生爆炸的浓度。
遇火源能够发生爆炸的最低浓度叫作爆炸浓度下限（也称为爆炸下限）；遇火源能发生爆炸的最高浓度叫作爆炸浓度上限（也称为爆炸上限）。
在火场上，常见的爆炸主要有以下三种：1. 气体爆炸：可燃气体与空气混合后遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
气体爆炸必须具备三个条件：气体本身具有可燃性；气体必须与空气混合达到一定的浓度；有点火源的存在。
2、粉尘爆炸：悬浮于空气中的可燃粉尘遇到明火或电火花等火源时发生爆炸的现象。
粉尘爆炸必须具备三个条件：粉尘本身具有可燃性；粉尘必须悬浮在空气中并与气混合达到爆炸浓度；有足以引起粉尘爆炸的点火能量。
燃烧过程的基本理论
煤粉着火的主要加热源
• 要使煤粉着火。必须要有热源将煤粉加热到足够 高的温度。这个热源主要包括：煤粉气流卷吸回 流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉的辐射；燃 料进行化学反应释放的热量 • 建模，研究结果表明：煤粉气流中，只有表面一 层煤粉可以接受辐射加热，考虑到这一影响，说 明煤粉气流的着火主要靠高温烟气回流 • 为了使煤粉气流更快加热到煤粉颗粒着火温度， 不能把燃烧所需要的空气全部用来输送煤粉，而 是用一部分输送煤粉，这部分为一次风，其余的 为二次风和三次风
活化能 E 破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能 的分子为活化分子。活化能 E与反应物种类有关，挥发分含量小的煤，E大 在一定的温度下，活化能 E越大，则反应速度常数 k值越小，反应速率越小； 而在一定的活化能 E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越 大 不同反应活化能不同，而且正反应和逆反应的活化能也不同。（见书119页）
§6-2煤、焦炭和煤粉的燃烧
一、煤粉燃烧燃烧的四个阶段 预热、干燥(吸热) 挥发分析出(热解),并着火 燃烧(挥发分、焦炭)(保证O2、足够温度 ) 燃尽（残余焦炭→灰渣）影响q4 着火是前提、燃尽是目的 如何强化着火→第四节 如何强化燃烧、燃尽→第五节 煤粉的燃烧，四个阶段往往交错进行，挥发分析出几乎延续 到煤粉燃烧的最后阶段，甚至是更小的粒子先着火
M M ar M mf 2510 cq T0 100 (6 45) Br ar 2510 cq Tzh 100 100 M 100 mf
第一项为加热煤粉和一次风所需热量 第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量 请问第二项中两个水分的意思？为什么要减？ 着火热大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离大，着火困难
02燃烧基本理论及火灾基础知识
燃烧基本理论
可燃物质状态不同， 燃烧过程也不同。
任何可燃物质的燃 烧都经历氧化分解、着火、 燃烧等阶段。
应急救援和消防技能提升工程
燃烧基本理论
应急救援和消防技能提升工程
三、燃烧的特征参数
1、燃烧温度 可燃物质燃烧所产生的热量在火焰燃烧区域释放出来，火焰温度即燃烧温度。
表2 一些常见物质的燃烧温度
燃烧基本理论
应急救援和消防技能提升工程
2、燃烧速率 (1)气体燃烧速率 气体燃烧速率很快。
单质气体如氢气的燃烧只需受热、氧化等过程； 化合物气体如天然气、乙炔等的燃烧则需要经过受热、分解、氧化等过程。 单质气体的燃烧速率要比化合物气体的快。 在通常情况下，混合燃烧速率高于扩散燃烧速率。 管道中气体的燃烧速率与管径有关。当管径小于某个小的量值时，火焰在管 中不传播。若管径大于这个小的量值，火焰传播速率随管径的增加而增加，但当 管径增加到某个量值时，火焰传播速率便不再增加，此时即为最大燃烧速率。
燃烧基本理论
应急救援和消防技能提升工程
二、燃烧过程
气体最易燃烧，燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解，并使其达到着火点。 气体在极短的时间内就能全部燃尽。
液体在火源作用下，先蒸发成蒸气，而后氧化分解进行燃烧。与气体燃烧相比， 液体燃烧多消耗液体变为蒸气的蒸发热。
固体燃烧有两种情况：对于硫，磷等简单物质，受热时首先熔化，而后蒸发为蒸 气进行燃烧，无分解过程；对于复合物质，受热时首先分解成其组成部分，生成气态 和液态产物，而后气态产物和液态产物蒸气着火燃烧。
应急救援和消防技能提升工程
燃 烧 基 本 理 论 及 火 天灾燃基气础管知道识连接图
应急救援和消防技能提升工程
燃 烧 基 本 理 论 及 火 灾选基择础金知属识软管
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第三篇
燃烧基本理论
第九章
着火过程
概述
• 着火过程的定义
– 指燃料与氧化剂分子均匀混合后，从开始化学反应，温度升高达 到激烈的燃烧反应之前的一段过程。
• 两种着火方式
– 自燃着火：使混合物整个容积同时达到某一温度，超过该温度， 混合物便自动地、不再需要外界作用而着火达到燃烧状态。这种 过程叫做自燃着火
• 本章的研究内容
1. 介绍着火过程的热力理论 2. 研究实现着火过程的温度条件 3. 研究使燃烧反应状态保持稳定的条件 4. 研究使火焰熄灭的条件
着火过程和着火温度
• 反应的发热速度
– 容器的体积V，内部充满可燃的混合物，器壁的温度为 T0，热效应为q，反应速度为W，反应时的温度为T， 则反应发热的速度（单位时间内反应发出的热量）为：
（
dT dn
)
n
0
0
• 该式表明，当热源表面达到点火温度时，表面处的温度梯
度为零，热源不再向可燃物传热，此后的着火过程的进行
将与热源无关，而将取决于可燃混合物的性质和对外界的
散热条件
• 点火温度与着火温度的联系，二者在概念上均指 可以实现着火的最低温度，但数值上，点火温度 往往高于着火温度，即当固体热源的表面温度达 到着火温度时，可燃混合物并不准能着火。
• 改变散热条件如容器表面积得到三组不同 斜率的散热曲线
1.
Q2 Q自1 燃
2.
Q2与Q1有一切点3，过切点3自燃
3.
Q2与Q有1一交点1—稳定平衡点
• 改变T0得到一组平行散热曲线
Q1与 Q有2两个交点：1.低温稳定点；2.高温不稳定点 Q1与Q有2 一切点3
Q1 Q自2燃
• 散热曲线不变，改变发热曲线
Q1＝q W V
W＝K0
Cn
exp(
E) RT
Q1＝qVK 0Cnexp(
E RT
)
q、V、K0均为定值，C反应过程中均不变，是初始浓度
Q1＝Aexp(
E RT
)
• 体系的散热速度
– 容器内的温度升高到T，此时系统向外散失热量，设容器的表面 积为A，气体对外界的总放热系数为α ，则散热速度（单位时间 内由体系向外散出的热量）为：
– 1点为低温稳定点，2点为高温不稳定点，3点为临界点 – 由此可见，发生自燃着火的条件是Q1>Q2，而临界条
件是Q1与Q2有一个切点，与切点相对应的温度便称为 “着火温度”或“着火点”，用TB表示。
• 着火温度：可燃混合物系统化学反应可以自动加速而达到 自燃着火的最低温度 – 必须明确，着火温度对某一可燃混合物来说，并不是 一个化学常数或物理常数，而是随具体的热力学条件 不同而不同的
• 发热曲线和散热曲线的用途
– 根据发热曲线和散热曲线讨论容器内所进行反 应可能的混合物状态
• Q1与Q2在低温区有一个交点
– 在1点Q1=Q2；在1点之前Q1>Q2，发热大于散热，系统被加 热；T继续提高，到达1点时热量达到平衡。
– 当Q2>Q1时，散热>发热，T降低，系统将重新回到1点，这种 情况自然着炎是不可能的
• 当温度达到T2时，反应速度加快到一定程度，温 度不再下降，即T2应该是一个临界温度
• 当温度超过T2时，反应速度迅速加快，温度迅速 升高，达到着火
• 点火温度的概念
• 在点火的过程中，T2是一个临界温度，点火热源的温度超 过T2，便会引起着火，该临界温度便称为“点火温度”
• 点火温度的临界条件
– 强制点火（简称点火）：在冷混合物中，用一个不大的点热源， 在某一局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后自动地向其他 地方传播，最终使整个混合物都达到着火燃烧。这就叫做强制点 火
• 着火或点火的实质
– 燃烧反应的自动加速
• 活化中心的积累
– 升高燃烧系统的温度 » 实际燃烧室内的着火过程都是靠高温实现着火的
Q2＝A(T T0 )
式中α—气体对外界的总放热系数；A—容器表面积。假设α与温 度无关，而A为定值。
Q2＝B(T T0 )
• 发热曲线与散热曲线
– 由发热速速度和散热速度的定义知：Q1与T为 超越函数关系，而Q2与T为直线关系，在Q－T 坐标系统内，Q1的曲线称为发热曲线，Q2的 曲线称为散热曲线
• 影响点火温度的因素
– 可燃混合物的性质，可燃物质含量越高，点火温度越 低
– 点火热源的性质
• 影响点火温度的因素
– 可燃混合物的性质，可燃物质含量越高，点火 温度越低
– 点火热源的性质
燃烧室着火浓度界限
• 影响着火的条件
– 温度—着火和点火的温度。 – 可燃物浓度—浓度又取决于压力和可燃物的成
• 当压力或温度下降时，着火浓度范围 缩小
• 当压力或温度下降超过某一点时，任 何浓度成分的混合气将不能着火
• 强制点火过程也存在着点火浓度界限， 超过了这个界限便不能实现点火
• 几种可燃物质的混合气体，其浓度界限（上、 下限）的计算
l
100
%
P1 P2 P3
l1 l2 l3
式中：
– P1、P2、P3－各单一可燃气体占混合气体的体积百分 数
• 切点3处相应的温度为着火温度TB，则有TB为：
TB
T0
RT02 E
TB
T0Leabharlann RT02 E点火过程
• 工业炉燃烧技术中，使可燃混合物进行着火燃烧 的方式采用强制点火
• 点火热源的类型
–小火焰，高温气体，炽热的物体或电火花
• 点火和自燃着火的区别和联系
– 区别：点火先是一小部分可燃混合物着火，然后靠燃 烧（火焰前沿）的传播使可燃混合物的其余部分达到 着火燃烧。自燃着火：所有的可燃混合物一起着火
分
• 温度和压力对可燃混合物的着火温度都有一定的 影响
• 在一定温度和压力下，并非所有的可燃预混合物 成分都能着火，而是存在一定的浓度范围
• 着火浓度界限：在一定的压力或温度下，能使可 燃混合气成分着火的一定的浓度范围，称为着火 浓度界限。
– 浓度上限：实现着火的最大浓度 – 浓度下限：实现着火的最小浓度
– 联系：都是燃烧反应的自动加速过程
• 点火过程 • 设有一容器内装有可燃混合物，器壁中有一部分点火热源，
其温度不断升高。
• 该图说明的问题？
• 惰性气体与可燃气体的区别在于是否存在燃烧反 应
• 对于可燃气体，在低于T2的条件下，处于反应的 感应期，在这个时期虽然可燃混合物不能燃烧， 但却是大量活性中心积累的过程，温度分布曲线 说明了这一点
燃烧基本理论
第九章
着火过程
概述
• 着火过程的定义
– 指燃料与氧化剂分子均匀混合后，从开始化学反应，温度升高达 到激烈的燃烧反应之前的一段过程。
• 两种着火方式
– 自燃着火：使混合物整个容积同时达到某一温度，超过该温度， 混合物便自动地、不再需要外界作用而着火达到燃烧状态。这种 过程叫做自燃着火
• 本章的研究内容
1. 介绍着火过程的热力理论 2. 研究实现着火过程的温度条件 3. 研究使燃烧反应状态保持稳定的条件 4. 研究使火焰熄灭的条件
着火过程和着火温度
• 反应的发热速度
– 容器的体积V，内部充满可燃的混合物，器壁的温度为 T0，热效应为q，反应速度为W，反应时的温度为T， 则反应发热的速度（单位时间内反应发出的热量）为：
（
dT dn
)
n
0
0
• 该式表明，当热源表面达到点火温度时，表面处的温度梯
度为零，热源不再向可燃物传热，此后的着火过程的进行
将与热源无关，而将取决于可燃混合物的性质和对外界的
散热条件
• 点火温度与着火温度的联系，二者在概念上均指 可以实现着火的最低温度，但数值上，点火温度 往往高于着火温度，即当固体热源的表面温度达 到着火温度时，可燃混合物并不准能着火。
• 改变散热条件如容器表面积得到三组不同 斜率的散热曲线
1.
Q2 Q自1 燃
2.
Q2与Q1有一切点3，过切点3自燃
3.
Q2与Q有1一交点1—稳定平衡点
• 改变T0得到一组平行散热曲线
Q1与 Q有2两个交点：1.低温稳定点；2.高温不稳定点 Q1与Q有2 一切点3
Q1 Q自2燃
• 散热曲线不变，改变发热曲线
Q1＝q W V
W＝K0
Cn
exp(
E) RT
Q1＝qVK 0Cnexp(
E RT
)
q、V、K0均为定值，C反应过程中均不变，是初始浓度
Q1＝Aexp(
E RT
)
• 体系的散热速度
– 容器内的温度升高到T，此时系统向外散失热量，设容器的表面 积为A，气体对外界的总放热系数为α ，则散热速度（单位时间 内由体系向外散出的热量）为：
– 1点为低温稳定点，2点为高温不稳定点，3点为临界点 – 由此可见，发生自燃着火的条件是Q1>Q2，而临界条
件是Q1与Q2有一个切点，与切点相对应的温度便称为 “着火温度”或“着火点”，用TB表示。
• 着火温度：可燃混合物系统化学反应可以自动加速而达到 自燃着火的最低温度 – 必须明确，着火温度对某一可燃混合物来说，并不是 一个化学常数或物理常数，而是随具体的热力学条件 不同而不同的
• 发热曲线和散热曲线的用途
– 根据发热曲线和散热曲线讨论容器内所进行反 应可能的混合物状态
• Q1与Q2在低温区有一个交点
– 在1点Q1=Q2；在1点之前Q1>Q2，发热大于散热，系统被加 热；T继续提高，到达1点时热量达到平衡。
– 当Q2>Q1时，散热>发热，T降低，系统将重新回到1点，这种 情况自然着炎是不可能的
• 当温度达到T2时，反应速度加快到一定程度，温 度不再下降，即T2应该是一个临界温度
• 当温度超过T2时，反应速度迅速加快，温度迅速 升高，达到着火
• 点火温度的概念
• 在点火的过程中，T2是一个临界温度，点火热源的温度超 过T2，便会引起着火，该临界温度便称为“点火温度”
• 点火温度的临界条件
– 强制点火（简称点火）：在冷混合物中，用一个不大的点热源， 在某一局部地方点火，先引起局部着火燃烧，然后自动地向其他 地方传播，最终使整个混合物都达到着火燃烧。这就叫做强制点 火
• 着火或点火的实质
– 燃烧反应的自动加速
• 活化中心的积累
– 升高燃烧系统的温度 » 实际燃烧室内的着火过程都是靠高温实现着火的
Q2＝A(T T0 )
式中α—气体对外界的总放热系数；A—容器表面积。假设α与温 度无关，而A为定值。
Q2＝B(T T0 )
• 发热曲线与散热曲线
– 由发热速速度和散热速度的定义知：Q1与T为 超越函数关系，而Q2与T为直线关系，在Q－T 坐标系统内，Q1的曲线称为发热曲线，Q2的 曲线称为散热曲线
• 影响点火温度的因素
– 可燃混合物的性质，可燃物质含量越高，点火温度越 低
– 点火热源的性质
• 影响点火温度的因素
– 可燃混合物的性质，可燃物质含量越高，点火 温度越低
– 点火热源的性质
燃烧室着火浓度界限
• 影响着火的条件
– 温度—着火和点火的温度。 – 可燃物浓度—浓度又取决于压力和可燃物的成
• 当压力或温度下降时，着火浓度范围 缩小
• 当压力或温度下降超过某一点时，任 何浓度成分的混合气将不能着火
• 强制点火过程也存在着点火浓度界限， 超过了这个界限便不能实现点火
• 几种可燃物质的混合气体，其浓度界限（上、 下限）的计算
l
100
%
P1 P2 P3
l1 l2 l3
式中：
– P1、P2、P3－各单一可燃气体占混合气体的体积百分 数
• 切点3处相应的温度为着火温度TB，则有TB为：
TB
T0
RT02 E
TB
T0Leabharlann RT02 E点火过程
• 工业炉燃烧技术中，使可燃混合物进行着火燃烧 的方式采用强制点火
• 点火热源的类型
–小火焰，高温气体，炽热的物体或电火花
• 点火和自燃着火的区别和联系
– 区别：点火先是一小部分可燃混合物着火，然后靠燃 烧（火焰前沿）的传播使可燃混合物的其余部分达到 着火燃烧。自燃着火：所有的可燃混合物一起着火
分
• 温度和压力对可燃混合物的着火温度都有一定的 影响
• 在一定温度和压力下，并非所有的可燃预混合物 成分都能着火，而是存在一定的浓度范围
• 着火浓度界限：在一定的压力或温度下，能使可 燃混合气成分着火的一定的浓度范围，称为着火 浓度界限。
– 浓度上限：实现着火的最大浓度 – 浓度下限：实现着火的最小浓度
– 联系：都是燃烧反应的自动加速过程
• 点火过程 • 设有一容器内装有可燃混合物，器壁中有一部分点火热源，
其温度不断升高。
• 该图说明的问题？
• 惰性气体与可燃气体的区别在于是否存在燃烧反 应
• 对于可燃气体，在低于T2的条件下，处于反应的 感应期，在这个时期虽然可燃混合物不能燃烧， 但却是大量活性中心积累的过程，温度分布曲线 说明了这一点