燃气课件-第五章.ppt

燃 气 主讲：李东雄 第五章 燃气燃烧方法 第一节 扩散式燃烧 第二节 部分预混式燃烧 第三节 完全预混式燃烧 第四节 燃烧过程的强化与完善 第一节 扩散式燃烧 一、燃烧的动力区和扩散区、过渡区(也叫中间区) 燃气燃烧所需时间包括燃气—氧化剂的混合时间+化学反应所需时间。 即 (physics chemical) 不同情况下，影响燃烧速度的因素不同 1. 在动力区：主要影响因素为化学反应速度，如活化能、T、P、浓度等。 2. 在扩散区：主要影响因素为燃气与空气的混合速度，如气流速度等。 3. 在中间区：主要影响因素为化学反应速度和混合速度 ② 火焰焰面为圆锥形，焰面以内为燃气，焰面以外为空气，焰面处α=1，燃烧产物浓度最大。 ③ 火焰长度与气流速度成正比，对同一种燃气和同一燃烧器，气流速度越大，火焰越长。 ④ 燃气流量一定时，火焰长度与气流速度无关，仅与气体的扩散系数成反比。扩散系数越大，火焰越短。(扩散系数即单位时间从空气中扩散到燃气中的氧量)。 3.扩散火焰的形状为圆锥形 三、火焰由层流向紊流的过渡 四、扩散火焰中的多相过程 1. 碳氢化合物CmHn进行扩散燃烧时，可能2个不同区域： ① 真正的扩散火焰，外观为从喷口垂直向上伸展的一个很薄的反应层。 ② 光焰区:有固定碳粒燃烧，变为多相燃烧，外观为有亮点。 2. 原因 ① 燃气中的H2、CO稳定性好，高温下不会发生分解反应。 ② CmHn热稳定性差，而且分子量越大的CmHn热稳定性越差。 ③ CmHn在高温下发生脱氢过程和碳原子的积聚过程，生成一定数量的固体碳粒，碳粒燃烧时呈明亮的淡黄色光焰。 ④ 如果碳粒来不及燃尽，被燃烧产物带走，就形成煤烟。在高温火焰区，固体碳粒的燃烧在扩散区进行(因为氧的扩散主要是分子扩散)。通常碳粒来不及在高温区烧完，随气流流入火焰尾部低温区,燃烧由扩散区转为动力区(温度低造成)，此后，碳粒的燃烧可能完全中断，未燃尽的碳粒冷却后便形成碳黑，沉积在加热表面或管壁上。 五、火焰辐射 ◆ 燃气火焰辐射有两种情况： ①不发光的透明火焰的辐射，主要为高温气体的辐射，如CO2、H2O。 ②黄色、光亮而不透明的光焰辐射，其中火焰内的游离碳粒子产生的固体辐射占很大比例。气体辐射仅在窄波段进行，辐射能力弱，而发光固体颗粒辐射具有连续发射光谱能力，辐射能力强。 ◆研究表明(国际火焰研究基金会)，燃料中的碳:氢重量比(R=C/H)增加，火焰辐射率呈直线增加。所以燃气中添加液体燃料，可提高火焰辐射能力。液体燃料种类对火焰辐射有很大影响。 六、小结 扩散式燃烧容易产生煤烟，燃烧温度也相当低，污染受热面和环境，热强度不能满足生产需要。 第二节 部分预混式燃烧 ④ 含CmHn较多的燃气，外锥体可能出现两种情况： ⅰ. 预混空气量较多时 , CmHn在反应区内转化为含氧的醛、乙醇等。外锥火焰可能是透明，不发光的。 ⅱ. 较小时, CmHn高温分解，形成碳粒，外锥火焰就会成为发光火焰。 ⑤ 如果燃气—空气混合物中燃气浓度大于着火浓度上限，形成的火焰将是发散形火焰，不会出现蓝色内锥体，而成为扩散燃烧；如果混合物中燃气浓度低于着火浓度下限，则不会出现燃烧。 ⑥ 当S＜ν时，(S表示火焰传播速度,表示气流速度)在燃烧器出口的周边上，存在一个稳定的水平焰面区间，此处S=ν(火焰传播机理中曾讲到:对于流动气体，当S=ν时，是稳定燃烧的条件之一)。它是空气—燃气混合物的点火源，又称点火环。点火环使层流大气火焰根部得到稳定。 二、部分预混层流火焰的几个现象 1. 离焰：当燃烧强度增大时，由于S=ν的区间靠近喷口，点火环逐渐变窄，最后点火环消失，火焰脱离喷口，在一定距离以外燃烧，称为离焰。 2. 脱火：如果气流速度再增大，火焰就被吹灭，称为脱火。 3. 回火：如果燃气流量不断减小，即流速不断减小，内锥体越来越低，最后由于气流速度小于S，火焰将缩进喷口，称为回火。 4. 脱火和回火危害： ① 引起不完全燃烧，产生CO等有毒气体。 ② 引起熄火后容易产生爆炸。 5. 影响火焰稳定性的因素: ④ 喷口直径 直径越小，管壁散热作用增大，回