A03 气体燃料的燃烧技术详解.ppt

第3章 气体燃料的燃烧技术 《燃烧与污染控制技术》 林其钊 2012年9月 §3-1 气体燃料燃烧的特点 工业上常用的气体燃料主要有天然气、焦炉煤气、高炉煤气、液化石油气及反射炉煤气等 气体燃料的种类虽多，它们有共同的优缺点 优点： 1 燃烧方法简便，易于实现自动化； 2 点火、停炉操作简单，可以冷炉点火； 3 燃烧强度大，容积热负荷高，可以实现无焰燃烧； 4 过剩空气系数低，排烟损失少； 5 燃烧时无灰渣，有利于环境保护； 6 利用回收余热，预热燃料，以便降低能耗； 7 适应各种加热工艺要求，易于调节炉内温度/炉内气氛和火焰长度等 缺点： 1 价格昂贵，贮存和运输困难，需用大容量的贮气罐； 2 有些气体有毒，使用时，应防止煤气中毒； 3 气体燃料和一定量的空气混合时，有爆炸危险，使用时应注意安全。 不同种类的燃料，不同的煤气压力，应采用不同的燃烧方法和燃烧装置 气体燃料的燃烧一般包括三个基本过程： 燃料和空气的混合过程 混合气体的升温和着火过程 混合气体的燃烧过程 在高温的燃烧室和高温窑炉中，化学反应极快，燃烧过程本身可以看成是瞬间完成的 因此控制燃烧过程的主要因素是燃料和空气的混合 混合的快慢与好坏，将直接影响燃烧速度和火焰长度 根据煤气和空气的混合方式，可将燃烧分成两种类型，即扩散燃烧和预混燃烧 对应上述两种燃烧方式，在工业应用上则有强制送风的有焰燃烧和靠喷射器引风的无焰燃烧 扩散燃烧时： 煤气和空气在进入炉膛前不预先混合，而是分别送入 在燃烧室内边混合、边燃烧 这时火焰很亮，有明显的轮廓，所以扩散燃烧又称“有焰燃烧” 预混燃烧时： 煤气和空气在烧嘴内已均匀混合，燃烧时火焰透明，火炬无明显轮廓，所以称为“无焰燃烧” 下面将两种燃烧方式的特点分述如下： 扩散燃烧 1 因为空气和煤气进入燃烧室后才开始混合，边混合、边燃烧，所以燃烧速度较慢，火焰较长，需要较大的燃烧空间 燃烧速度主要取决于混合速度 2 为减少不完全燃烧损失，要求过量空气系数较大，一般? =1.15~1.25 3 扩散燃烧时，煤气中的重碳氢化合物在高温缺氧条件下容易裂解，生成碳黑，造成机械不完全燃烧损失 火焰中生成的碳黑，使火焰黑度增加，辐射换热增强 4 由于煤气和空气进入燃烧室前不混合，所以无回火和爆炸的危险 因此可以将煤气和空气预热到较高的温度，有利于提高炉温和节约燃料 5 煤气燃烧所需要的空气由风机供给，所以不需要很高的煤气压力 6 烧嘴能力大，结构紧凑，容易布置。 预混燃烧 1 因为空气和煤气在燃烧前已经均匀混合，所以燃烧速度快，火焰短，燃烧空间小，容积热负荷大，高温区集中 燃烧速度主要取决于化学反应速度，即取决于燃烧室温度 当供风充分时，几乎没有化学不完全燃烧损失 2 过量空气系数小，一般? =1.05~1.10，所以燃烧温度高，排烟热损失少 3 由于燃烧速度快，煤气中碳氢化合物来不及分解，火焰中游离碳粒较少，所以火焰黑度小，不发光，为蓝色的透明体 为了提高火焰黑度，增强火焰的辐射能力，有时人为地在某一区域提高煤气浓度，使之裂解，形成发光火焰 或者喷入可以辐射连续光谱的重油或固体可燃粒子（煤粉、焦末、木炭粉等） 经验证明，当喷入的可燃粒子的发热量为烧嘴供热能力的15%时，火焰辐射强度可提高3倍 4 因为煤气和空气在燃烧前已均匀混合，所以有回火的危险 燃烧时要注意安全，严格控制预热温度 5 对于喷射式烧嘴，要求煤气有足够的压力，以免引起回火或因引风量不足而出现燃烧不完全现象 煤气的热值越高，要求煤气的压力越高 §3-2 气体燃料的预混燃烧 §3-2-1 预混火焰的传播 燃料和空气流经预混式燃烧器（通常为喷射式烧嘴）后，形成均匀的可燃混合气，随后流入炉膛燃烧 将点火源撤走以后，要求燃烧着的可燃混合气不回火、不熄火，保持连续稳定的燃烧状态 预混气的燃烧状态可分为两类：一类是缓燃，即正常火焰传播；二是爆震 爆震波： 爆震波在预混气中的传播，是由于激波压缩使未燃混气温度升高而引起着火的 爆震燃烧时，火焰传播速度极块（1000~3000 m /s ），温度极高（6000K），压力极大（可达2026500Pa） 显然，此种燃烧方式无法在工业燃烧设备中应用 缓燃波（正常火焰传播）： 是指在可燃混气的着火界限范围内，混合气的某一局部地区被点燃后，火焰向混合气的整个空间传播 在可燃混合气和燃烧产物之间形成一个火焰面，该火焰面的移动，称为火焰传播 正常火焰传播是由热传导或活性中心传递引起的 当靠近点火源的可燃混合气被点燃后，这部分气体因燃烧而放出热量，通过热传导加热周围相邻的气体，使其温度升高而着火燃烧 新燃烧的气体又将另一层相邻的气体点燃 这样，火焰面便一层一层地传播下去 在火焰传播过程中，压力不变，传播速度较低（不大