燃烧理论基础第六章
06第六章 液体燃料燃烧
二、重油燃烧过程
重油油滴的燃烧特点，既不同于轻油， 重油油滴的燃烧特点，既不同于轻油，又有 别于煤粉，而介于这两者之间． 别于煤粉，而介于这两者之间．因此过程比 较复杂。 较复杂。 当重油油滴进入高温炉膛空间后， 当重油油滴进入高温炉膛空间后，油滴被烟 气加热。 气加热。当油滴温度未达到重油的沸腾温度 时，蒸发出来的重油蒸汽主要靠浓度差进行 扩散，即服从费克定律。 扩散，即服从费克定律。
图6-1 重油旋转气流燃烧过程
对一般油滴直径为200µm的重油，通常单个 的重油， 对一般油滴直径为 的重油 油滴的燃烧时间约为0.2s左右，比油滴在炉膛 左右， 油滴的燃烧时间约为 左右 内停留时间约2s左右短数倍以上 左右短数倍以上。 内停留时间约 左右短数倍以上。但由于氧 浓度、温度、风速、 浓度、温度、风速、紊流等多种复杂因素影 响重油燃烧，存在着参数分布不均匀现象， 响重油燃烧，存在着参数分布不均匀现象， 故重油仍存在燃烧不完全热损失， 故重油仍存在燃烧不完全热损失，需要采取 措施来减少这些热损失。 措施来减少这些热损失。
（1）以一定空气量从喷嘴周围送入，防止火焰 ）以一定空气量从喷嘴周围送入， 根部高温、缺氧而产生热分解。 根部高温、缺氧而产生热分解。 （2）使雾化气流出口区域的温度适当降低，即 ）使雾化气流出口区域的温度适当降低， 使产生热分解也能形成对称的分解产物－ 使产生热分解也能形成对称的分解产物－轻 质碳氢化合物。 质碳氢化合物。 （3）使雾化的液滴尽量细，达到迅速蒸发和扩 ）使雾化的液滴尽量细， 散混合，避免高温缺氧区的扩大。 散混合，避免高温缺氧区的扩大。
一、雾化原理
雾化过程就是把液体燃料破碎成细小液滴群 的过程。雾化过程是极为复杂的物理过程， 的过程。雾化过程是极为复杂的物理过程， 它与流体的紊流扩散、液滴穿越气体介质时 它与流体的紊流扩散、 所受到的空气阻力等因素有关。研究表明， 所受到的空气阻力等因素有关。研究表明， 液体燃料射流与周围空气间的相对速度和雾 化喷嘴前后的压差是影响雾化过程的重要参 压差越大、相对速度越大， 数。压差越大、相对速度越大，雾化过程进 行得越快，液滴群的尺寸也就越细。 行得越快，液滴群的尺寸也就越细。雾化过 程是通过液体的破碎来实现的。 程是通过液体的破碎来实现的。
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ppt课件
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。
燃烧理论基础简介
燃烧理论基础简介一、碳粒燃烧的动力区、扩散区、过渡区1．动力区：温度低于900～1000℃时，化学反应速度小于氧气向碳粒表面的扩散速度，氧气的供应十分充足，提高扩散速度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于温度。
2．扩散区：温度高于1200℃时，化学反应速度大于氧气向碳粒表面的扩散速度，以至于扩散到碳粒表面的氧气立刻被消耗掉，碳粒表面处的氧浓度接近于0，提高温度对燃烧速度影响不大，燃烧速度取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。
3．过渡区：介于动力区和扩散区之间，提高温度和提高扩散速度都可以提高燃烧速度。
若扩散速度不变，只提高温度，燃烧过程向扩散区转化；若温度不变，只提高扩散速度，燃烧过程向动力区转化。
二、直流煤粉燃烧器1、煤粉燃烧器的作用煤粉燃烧器是燃煤锅炉燃烧设备的主要部件。
其作用是：(1) 向炉内输送燃料和空气；(2) 组织燃料和空气及时、充分的混合；(3) 保证燃料进入炉膛后尽快、稳定的着火，迅速、完全的燃尽。
在煤粉燃烧时，为了减少着火所需的热量，迅速加热煤粉，使煤粉尽快达到着火温度，以实现尽快着火。
故将煤粉燃烧所需的空气量分为一次风和二次风。
一次风的作用是将煤粉送进炉膛，并供给煤粉初始着火阶段中挥发分燃烧所需的氧量。
二次风在煤粉气流着火后混入，供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量，以保证煤粉完全燃烧。
直流燃烧器通常由一列矩形喷口组成。
煤粉气流和热空气从喷口射出后，形成直流射流。
（二）、直流煤粉燃烧器的类型直流煤粉燃烧器的一、二次风喷口的布置方式大致上有两种类型。
一类适用于燃烧容易着火的煤，如烟煤、挥发分较高的贫煤以及褐煤。
这类燃烧器的一、二次风喷口通常交替间隔排列，相邻两个喷口的中心间距较小。
我们称为均等配风方式，这种方式适合烟煤的燃烧。
因一次风携带的煤粉比较容易着火，故希望在一次风中煤粉着火后及时、迅速地和相邻二次风喷口射出的热空气混合。
这样，在火焰根部不会因为缺乏空气而燃烧不完全，或导致燃烧速度降低。
燃烧理论基础-燃烧热力学
• 3.76=79（N2）/21( O2)
37
反应物和产物混合物
重要概念：
• 化学当量空燃比（理论空燃比）：化学当 量燃烧时空气与燃料的质量比。
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。
比热的温度特性
15
比热（热容）
比热随温度变化使状态参数计算更复杂
T
u(T ) uref cv (T )dT
Tref T
h(T ) href cp (T )dT
问题2
• 如果你将1kg的甲烷与20kg的空气混合燃 烧，最终的产物是怎样的？
• 如果将空气量减少到10kg，产物会不一 样吗？
产物的分子结构由化学过程决定；产物中各 种组分的比例由热力学过程决定。
3
问题3
• 如果你将1kg的甲烷与20kg的空气混合燃 烧，最终的温度如何？
• 如果将空气量减少到10kg,最终的温度如 何？
40
过量空气百分比
% excess (1- ) 100%
41
例 2.1
一个小型的低污染排放的固定燃气轮机， 在满负荷下运行(3950kW)，此时的当量 比为0.286（贫燃），空气流量为 15.9kg/s。 当量的燃料（天然气）成分是 C1.16H4.32. 请求出燃料的流率及这台燃气 轮机的运行空燃比。
温度是重要燃烧参数，通过温度知道后续热力 过程、传热过程的品质。
4
主要内容
• 状态参数 • 热力学第一定律 • 反应物与产物的组成 • 绝对（标准）焓与形成焓 • 燃烧焓与热值 • 绝热燃烧温度 • 化学平衡 • 燃烧的平衡产物
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。
燃烧学复习资料
第一章 燃烧的化学基础燃烧：可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟的现象。
本质：一种氧化还原反应，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。
也有人认为游离基的连锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。
爆炸：与燃烧没有本质差别，是燃烧的常见表现形式。
燃烧的必要条件1、可燃物（还原剂）：凡能与氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质。
2、助燃物（氧化剂）：凡与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质。
3、点火源：凡能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源。
燃烧的充分条件 1.一定的可燃物浓度2.一定的助燃物浓度3.一定的引燃能量 相互作用 燃烧持续的要素 1.外加热（着火源）或者反应释放足够能量维持燃烧 2.可燃物质3.氧或助燃剂4.合理配比 5.混合作用火灾：在时间和（或）空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。
火灾预防：1、控制可燃物2、隔绝空气3、消除点火源 火灾扑救：1、隔离法2、窒息法3、冷却法4、抑制法反应速率：单位时间内在单位体积中反应物消耗或生成物产生的摩尔数。
()sm mol dtdc dt Vdn⋅=⋅=3/ωfF eE bB aA +→+ωωωωω====febaFEBA系统反应速率(ω)代表反应系统的化学反应速率，其数值是唯一的。
质量作用定律：等温条件下，任何瞬间反应速度与该瞬间各反应物的浓度的某次幂成正比。
在基元反应中，各反应物浓度的幂次等于该反应物的化学计量系数。
fF eE bB aA +→+反应速度方程为：bB a AC KC V =K 为反应速度常数，其值等于反应物为单位浓度时的反应速率。
(a+b) 称为反应级数。
注意：质量作用定律只适于基元反应，对于非基元反应，只有分解为若干个基元反应时，才能逐个运用质量作用定律。
1. 反应温度对化学反应速度影响很大，通常是反应速度随着温度的升高而加快。
2. 范德霍夫近似规则：对于一般反应，如果初始浓度相等，温度每升高10℃，反应速度大约加快2~4倍。
燃烧学整理内容
第二章燃料的燃烧计算完全燃烧与不完全燃烧燃料燃烧时所需空气量及烟气生成量烟气分析燃烧设备的热平衡计算中的简化微量的稀有气体所有气体都作为理想气体不考虑烟气的热分解和灰质的热分解产物略去空气中和CO2第一节燃料燃烧所需空气量计算一、燃料燃烧所需理论空气量理论空气量即根据化学反应式计算出来的燃料完全燃烧时所需空气量。
Nm3干空气/kg燃料，Nm3干空气/Nm3燃料，V0液体燃料与固体燃料燃烧所需理论空气量气体燃料燃烧所需理论空气量二、燃料燃烧时实际空气需要量空气系数实际空气需要量第二节完全燃烧时烟气的计算一、液体燃料与固体燃料烟气的计算理论烟气量的计算实际烟气量的计算烟气焓的计算燃料理论燃烧温度二、气体燃料烟气的计算理论烟气量的计算实际烟气量的计算第三节不完全燃烧时烟气量的计算一、液体燃料与固体燃料二、气体燃料三、燃料不完全燃烧烟气量与完全燃烧烟气量的关系第四节烟气分析计算一、成分的检验方法二、空气系数的检测计算三、燃料不完全燃烧损失计算四、奥氏烟气分析器第五节燃烧设备的热平衡第三章燃烧化学反应动力学基础化学反应动力学是研究化学反应机理和化学反应速度及其影响因素的一门学科一·基本概念单相系统与单相反应：在一个系统内各个组成都是同一物态，则称此系统为单相系统。
在此系统内进行的化学反应，则称单相反应。
多相系统与多相反应：在一个系统内各个组成不属同一物态，则称此系统为多相系统。
在多相系统内进行的化学反应，则称多相反应。
分子反应：单分子反应------化学反应时只有一个分子参与反应，I2=2I双分子反应------反应时有两个不同种类或相同种类的分子同时碰撞而发生的反应，CO2+H2 CO+H2O三分子反应------反应时有三个不同种类或相同种类的分子同时碰撞而发生的反应，2CO+O2=CO2简单反应与复杂反应：一个反应是由若干个单分子或双分子间或三分子反应相继实现，成为复杂反应；而组成复杂反应的各基本反应则称之为简单反应或基元反映级反应：一级反应、二级反应、三级反应，反应速度与反应物浓度的几次方成比例就是几级反应，或反应级数是几就是几级反应浓度：摩尔浓度、千克浓度、分子浓度、相对浓度等。
自燃理论燃烧学基础
q
Q1
Q2
a点：
b
b点：
c点：
a
c
T0
T
可编辑课件PPT
相交： 相切： 相离：
20
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：T0，P一定； h变！
q
Q1
Q 2 自燃重要的准则：
b
斜率h02是个临界值， 超过这个对流换热系
数，反应就会不断加
a
c
速直至着火，该斜率 称为临界对流换热系
决定曲线位置关系的因素 ：T0，h一定； P变！
q
Q1
a点：
Q2
b
b点： c点：
c
相交：
a
相切：
相离：
T0
T
可编辑课件PPT
24
放热速率： Q1QVZφnAeE/RT 散热速率：Q2Ah(TT0)
决定曲线位置关系的因素 ：T0，h一定； P变！
q
Q1
自燃重要的准则：
Q 2 反应压力P02是个临界
b 值，体系超过这个压 力，反应就会不断加
q
Q1 Q2
a点：
稳定点，体系只能稳定在交点处 作低温、缓慢的氧化反应，反应
b
无法加速，体系不能着火；
b点：
c a
T01 T02 T03 Tc
非稳定点，但是热力学非自发状 态。
c点：
T
可编辑课件PPT
临界点，标志着体系处于由维持 低温、稳定氧化反应状态到不能 维持这种状态（即到加速反应状 态）的过渡状态，体现了体系热 自燃着火条件。Tc出现火焰的最 低临界温度，为该条件下的15自燃
数形结合法：
《燃烧学》习题
《燃烧学》习题第一章燃烧的化学基础习题1.解释下列基本概念:(1)燃烧(2)火灾(3)烟(4)热容(5)生成热(6)标准燃烧热(7)热值(8)低热值2.燃烧的本质是什么?它有哪些特征?举例说明这些特征.3.如何正确理解燃烧的条件?根据燃烧条件，可以提出哪些防火和灭火方法?5.物质浓度、体系温度和反应活化对反应速度速率有何影响?6.燃烧反应速度方程是如何得出的?在该方程中，KOS(KOS’)和ES是否有直接的物理意义?为什么?8.举例说明燃烧产物(包指烟)有哪些毒害作用?其危害性主要体现在哪几个方面?9.试求出在p＝1atm、T=273K下，1公斤苯(C6H6)完全燃烧所需要的理论空气量。
10.已知木材的组成为:C-46%、H-6.0%、O-37.0%、N-2.0%、W-9.0%，问在p＝1atm、T=273K下木材完全燃烧产物体积是多少?11.木材的组成为C-48%、H-5%、O-40%、N-2%、W-5%.试求在1.5atm、30℃的条件下燃烧5kg 这种木材的实际需要空气体积、实际产物体积和产物密度。
(空气消耗系数数取1.5)l2.已知煤气成分为:C2H4-48%、H2-37.2%、CH4-26.7%、C3H6-1.3%、CO-4.6%、CO2-10.7%、N2-12.7%、02-2.0%，假定P=1atm、T=273K、空气处于干燥状态，问燃烧1m3煤气(1)理论空气量是多少m3？(2)各种燃烧产物是多少m3?(3)总燃烧产物是多少m3?l3.焦炉煤气的组成为:CH4-22.5%、H2-57%、C2H2-3.7%、CO–6.8%、CO2-2.3%、N2-4.7%、H20-3.0%，(体积百分数.在1.2atm、25℃的条件下燃烧3m3的这种煤气，实际需要空气体积、实际产物体积和产物密度分别是多少?(空气消耗系数取1.2)14.试求燃烧lkg甲醇、乙醇和丙醇的混合物(混合质量比为56:30:20)的理论需要空气味积.15.什么叫做恒压热容、恒容热容?什么叫做平均热容?16.在常压下1000Kg甲烷由260℃开温至538℃所需的热量QP是多少？17.已知某可燃物燃烧后的产物组成为：CO2-9%、N2-67%、H20-22%、O2-2%.试分别精确计算和粗略计算4m3的这种产物从0℃上升导1727℃所需要的热量.18.试求甲醇在25℃条件下的标准燃烧热.19.试用气相苯乙烯(C6H5C2H6)的标准燃烧热求它的标准生成热。