材料工程（燃料与燃烧）ppt课件.ppt

 3、湍流火焰 在湍流扩散火焰中无法区分燃烧焰面和混合区等部分，在整个火焰内都进行着煤气和空气的混合、预热和着火燃烧。 火焰的形状和长度取决于煤气和空气的交角和流动特性。当空气沿平行于火焰轴线方向流动时，形成细长的圆锥状火焰；当空气强烈旋转时，形成短而宽的火焰。在工业中常采用各种方法来调节和强化湍流火焰。  4、长焰燃烧与其它燃烧方法比较有如下特点： (1)煤气和空气是边混合边燃烧，燃烧速度较慢，强 化燃烧过程的主要手段是改善空气、煤气的混合条件。 (2)烧嘴的结构对空、煤气的混合速度起着决定性的 作用。改变烧嘴的结构，就可以得到不同燃烧速度 和火焰长度，但要求空气系数大(α=1.2～1.6)，否则易 出现不完全燃烧现象。 (3)燃烧速度慢，火焰较长，沿火焰长度方向上的温 度分布较均匀。在边混合边燃烧时易析出固体小炭粒， 提高了火焰的黑度和辐射强度。 (4)不需要很高的煤气压力（500～3000Pa），所以 常把有焰烧嘴称为低压烧嘴。 (5)由于空气、煤气不预先混合，所以允许把空气、 煤气预热到较高的温度，有利于回收余热和节约燃料。 (6)稳定性好，不会回火。  二、短焰燃烧1、特点 煤气在烧嘴内预先和部分空气(一次空气)混合 (0α11)，喷出后燃烧，并进一步与二次空气混合 燃烧，火焰较短。 图4-10表示短焰燃烧的火焰情况。火焰由内焰与 外焰两个锥体组成。在内锥 燃烧焰面上未燃烧的燃料， 靠射流从周围空气吸入空气 (二次空气)并与之混合，继 续燃烧至外锥才燃烧完全。  在射流中，中心线上的速度最大，边界上的速度最小，速度分布呈抛物线。锥形燃烧焰面为一曲面。在该曲面上的某一点，气流的法向分速度与燃烧正常法向传播速度相等，这样就保持燃烧焰面在法向方向上的稳定。 式中 W——该点气体流速，m／s； Wn，f——法向火焰传播速度，m／s； φ——气体流速与垂直于焰面的分速度间的交角。 内焰的底部略大于烧嘴出口直径，因为烧嘴内混合物的压强大于大气压，故喷出后气流要扩大。 内焰的长度(Lif)与气流喷出速度及一次空气与理论空气量比值(即一次空气系数)有关。气流喷出速度增加，使内焰长度增大；而一次空气系数增加时，使燃烧速度加快，使内焰长度缩短。  内焰根部的稳定燃烧极为重要。当气流速度增加，根部不断往外移，易发生脱火现象。反之，当气流速度降低至小于火焰传播速度时，则易发生火焰返入烧嘴而形成回火现象。 相应于脱火或回火时的气流速度称为脱火或回火速度。它们与煤气的性质、一次空气量与理论空气量的比值(一次空气系数)及烧嘴出口直径等有关。回火速度在一次空气系数α1值接近1时达最大值；烧嘴喷出口直径愈大，愈易回火而不易脱火。 煤气燃烧时，产生回火时易发生爆炸事故；产生脱火时，易发生中毒事故。 短焰燃烧与长焰燃烧相比，燃烧速度较大，火焰较短，燃烧温度较高和燃烧较易完全，但稳定性较差。 三、无焰燃烧 煤气与空气在烧嘴内完全混合(α≥1)，喷出后立即燃烧的一种燃烧方法。在无焰火焰中无内锥，只有一个锥形燃烧焰面，在燃烧焰面上大部分煤气被烧掉，剩余的小部分煤气在燃烧焰面后继续燃烧。由于燃烧迅速完成，火焰短而透明，无明显轮廓，因此这种燃烧方法叫无焰燃烧。 为了使混合气体喷出后立即燃烧，防止脱火，常设置某种形式的稳燃结构，如燃烧道、挡墙、多孔陶瓷板及金属网等。 无焰燃烧的优点是：空气系数相对小(α=1.05左右)，燃烧温度高，燃烧热力强度大，不完全燃烧损失极小，但燃烧不稳定性增强。 四、火焰的控制 在燃烧过程中，需根据工艺要求控制火焰的长度、性质及刚度。 火焰长度的控制，在前面已略述及。（气流喷出速度；一次空气系数）火焰的性质，有氧化焰、还原焰、中性焰。氧化焰是指燃烧产物中含一定量氧而无CO或只有极微量的CO存 在时的火焰，此时气体具有氧化能力。还原焰的燃烧产物中含一定量的CO，此时气体具有还原能力。通常燃烧气体中CO含量低于2％时称弱还原气氛，CO含量在3～ 5％时称强还原气氛。中性焰指燃烧气体中即无氧亦无CO存在时的火焰，实际上很难 达到，一般只能做到接近于中性焰。火焰的刚度，系指火焰的刚直情况，它与喷出气流的速度有关。 流速大，则刚度好。  (二)量热计式燃烧温度(tm)假定燃料在绝热系统中完全燃烧，并且不考虑燃烧产 物在高温下的热分解，则按经简化的上式计算出的燃烧 温度称为量热计式燃烧温度，即  当tf、ta均为0℃且α=l时，则此时算出的燃烧温度称“燃料理论发热温度”或“发热温度”，“产热度”，用