燃烧学的讲义.doc

表 11燃料的分类 8 表 12世界石油储量1020亿吨 9 表 13我国一次能源消耗结构（％） 9 表 14我国燃煤设备利用率 9 表 15煤的元素组成及水分含量 11 表 16不同基准的换算系数 13 表 17各种基之间低位发热量的换算关系 16 表 18各种常用燃料的低位发热量 17 表 19石油馏分的组成 19 表 110代表性的燃料用油成分和发热量 19 表 111各种燃料用油的爆炸极限 21 表 112由原油得到的主要商业燃料及其主要的平均性质 21 表 21燃料燃烧的（湿）烟气成分 33 表 22Heats of Formation at 298 K[4] 48 表 23Approximate Flame Temperatures Of Various Stoichiometric Mixtures, Initial Temperature 298 K [4] 53 绪论 燃烧是日常生活中常见的一种现象。燃烧问题与人民生活息息相关。从好的方面说，燃烧是工业生产中一种最基本的能量转换方式。几乎人类社会的各个方面都直接或间接地依赖于燃烧，从家用的取暖照明到各种交通工具。从不好的方面说，燃烧也有危险甚至致命的一面：每年发生于城市和野外的火灾都造成大量的生命和财产的损失，从汽车和工厂中排出的有害物质污染着我们的环境，各种先进的常规军事武器是毁灭人类的重要潜在因素。 所以研究燃烧问题具有重要的现实意义，但燃烧究竟是什么？把燃料放在空气中点燃？这种描述过于简单了，燃烧是比这复杂得多的过程。为更好地理解燃烧现象，掌握燃烧理论，这里先介绍一下燃烧的基本特征。 燃烧基本特征 简单地说，燃烧是一种发光发热的剧烈的化学反应。具体来说有以下几点： 首先燃烧意味着火焰，发光发热。如木材在空气中燃烧，天然气在空气中燃烧，氢、氧混合气的燃烧，还有一些特殊的燃烧，如氯和钠(Na(s)/Cl2(g))的反应，铝粉和水的反应，镁粉和CO2的反应，硝化纤维（用于炸药）的自燃等。但通常所说的燃烧仅限于易燃物在空气中的燃烧。燃烧是一个复杂的过程，而“火”仅是其结果。而火的本质就是物体发出的光。那么是什么物体发光呢？实际上是反应区中有固体颗粒受热发光才形成我们通常所说的火焰。因为燃烧放出的热量使燃烧产物的温度很高（一般在300K-2500K之间），使它们处于气态，气体发光只是在某些特殊的波段，而且强度很弱。燃烧过程中产生的固体颗粒是不完全燃烧产生的炭黑。事实上我们应这样来理解火焰：火焰本身是一个不可见的，炽热的燃烧界面，但由于有固体颗粒产生或有不燃颗粒经过而变得可见。比如一种早期的舞台灯具，把石灰撒入氢/氧射流火焰（温度4000K，但基本不可见，石灰熔点是2850K），而发出明亮耀眼的光。 第二，燃烧是“自传播”的。自传播是指一旦点燃，由于随后产生的高温和活性组分，它将一直维持下去，直到燃料或氧化剂耗尽，或是遇到阻燃介质（阻止燃料氧化剂混合或把温度降到自燃点以下）。这里注意燃烧中的两个相继的过程：第一是点火时的吸热过程，第二是随后的猛烈的氧化放热过程，导致燃烧的“自传播”。 燃烧的传播通常是一个很慢的过程。实际上对固体和液体燃料来说非常慢：蜡烛火焰，0.1 mm/s，（它曾经被用作时钟）； 气体燃料、空气预混气火焰，通常0.5 m/s ，(但在湍流火焰里可达100 m/s , 对于爆轰燃烧则 1000 m/s)。 根据燃烧传播机理，燃烧过程要分为以下几种类型： 气相自由火焰燃烧：这是最常见的燃烧过程，如蜡烛，打火机，本生灯，内燃机，锅炉等。 惰性多孔介质内的受限火焰燃烧：一种新型的燃烧方式，可以增强燃烧强度和稳定性，但存在材料耐热性的问题。 阴燃（没有火焰的多孔介质燃烧）：多孔可燃物的缓慢燃烧，没有可见的火焰，如点着的香烟，木材或煤的余烬等。点燃的香烟头部是典型的阴燃过程。圆柱状的用烟纸包裹的烟叶就是多孔燃料。香烟点燃后，如果放在静止的空气中，是一种亮度较暗的阴燃过程，中心温度大概有850K左右，边缘温度大概在650K左右；在吸烟过程中，温度值可分别达到1000K和850K左右。这种燃烧过程没多少工程上的实际用途，但涉及相当的安全问题，因为火灾往往是从阴燃开始的。 催化燃烧：主要通过活性组分（而不是温度）来传播燃烧过程，通常没有火焰。比如在室温下氢和氧在金属铂的表面上的反应。 爆轰燃烧：燃烧过程和激波耦合在一起，以超声速传播。 第三，燃烧是个氧化反应过程，燃料的原子失去电子被氧化，氧化剂原子得到电子被还原。 人类对于燃烧的认识过程 英国著名的哲学家佛朗西斯.培根曾说：“阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作与笔记使人精确。读史使人明智，诗歌使人巧慧，数学使人深沉，伦理之学使人庄重，逻辑与修辞使人善辩。”因此我们有必要了解科学的发