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5气体燃料的燃烧

5.1气体燃料燃烧原理及特点

1、单相（同相、均相）反应：在一个系统内反应物与生成物属同一物态。

2、多向反应（异相反应）：在一个系统内反应物与生成物不属与同一物态。

3、气体燃料的燃烧过程包括三个阶段：燃气和空气的混合阶段、混合后可燃气体混合物的加热和着火阶段、完成燃烧化学反应阶段。全预混燃烧（无焰燃烧、动力燃烧）

4、两种类型预混燃烧：半预混燃烧

扩散燃烧（有焰燃烧）

一次空气系数：燃烧前已与燃气混合的空气量与该燃气燃烧的理论空气量之比。

当一次空气系数大于0而小于1时，称为半预混燃烧；

当一次空气系数大于或等于1时，称为全预混燃烧

预混燃烧：如果燃气与空气预先混合后，再送入燃烧室燃烧，这种燃烧成为预混燃烧。

扩散燃烧：如果燃气与空气不预先混合后，而是通过各自管道送入燃烧室燃烧，此时燃气内部无一次空气，这种在燃烧室内边混合边燃烧的方式称为扩散燃烧。

5.2预混可燃气体的着火与燃烧

1、预混可燃气体的燃烧过程两个基本阶段：着火阶段、着火后的燃烧阶段

2、预混可燃气体的着火方法：

点燃

自燃热自燃：

链锁自燃：

预混燃烧的特点：P135

爆炸式化学反应

3.热自燃理论：

某一反应体系在初始条件下，进行缓慢的氧化还原反应，反应产生热量，同时向环境散热，当产生的热量大于散热时，体系的温度升高，化学反应速度加快，产生更多的热量，反应体系的温度进一步升高，直至着火燃烧。

自热体系着火成功与否取决于其放热因素和散热因素的相互关系。

发生热自燃时的温度称为热自燃温度或着火温度。

理论燃烧温度：当燃气完全燃烧时，燃气温度达到最高值Tmax，称为理论燃烧温度（绝热燃烧温度）

预混气体在绝热条件下的热自然：

绝热热自然条件：

上式的物理意义：①只有当温度升高而使反应速度的增加速率超过因燃料消耗而引起反应速度下降速率时，预混合可燃气体在绝热条件下才会发生热自燃。②绝热过程不是引起热自燃的充分条件。只要过程开始后，反应物浓度足够大，初始温度较高，虽初始反应速度较低，但随后的反应速度总会不断增大，并导致热自燃着火。

预混气体在散热条件下的热自然：

反应放热：

向环境散热：

着火取决于放热量与散热量的相互关系及其随温度而增长的性质。

预混气体在散热条件下的热自然：

预混气体在散热条件下的不同To时的热自燃：

TB

TB

A点：低温区稳定点，其绝对值太低，熄灭状态，对应于一个反应速率很小的缓慢氧化工况。

B点：着火点（临界点）有波动→要么回到B点，要么着火

C点：高温非稳定点，两种发展方向，对热自燃而言不可能出现的工况。

着火温度（着火点B对应温度）：指在一定的混合物压力P和一定的壁温To下引起自燃着火的最低温度。

线Ⅲ：Q1＞Q2，没交点，着火

线Ⅱ（QⅡ）：Q1≥Q2，一个切点，特定系统的临界散热直线。

热自燃着火的临界条件:

系统发生热自燃的条件：：Q1≥Q2

着火临界温度的影响因素：

①仅能在T0=T0Ⅱ时才能实现临界自燃着火，即TB与T0有关。T0越低，着火温度越低。增加散热后，自燃条件被破坏。

②η↓有利着火

③燃料活性强（E小或k0大）易着火

④T0↑容易着火

着火感应期ti：指预混可燃气体从初始温度加热到着火温度TB所需时间。（当可燃气体的温度、压力、燃气浓度升高时感应期可缩短，有利于着火和燃烧性能的改善）

4.点燃理论

①点燃与热自燃的区别：

热自燃整个混合气的温度较高，反应和着火在容器的整个空间进行的。点燃使混合气的部分气体受到高温点火源的加热而反应，然后向空间传播。

点燃温度一般高于自燃温度、

点燃不仅取决于炽热体附近局部气体是否着火，且还取决于该着火能否被传播。

点燃方法：炽热物点燃、电火花或电弧点燃、小火焰点燃、压缩点燃、高温气体点燃。

③影响着火浓度界限（可燃极限）的因素：P143

1、压力p↓→可燃极限↓

2、流速w↑→着火范围变窄

3、可燃混合物初温T0↓→着火范围变小

4、掺入其它物质

⑤预混可燃气体的燃烧

当可燃混合气的某一局部点燃着火时，将形成一个薄层火焰面，火焰面产生的热量加热邻近层的混合气，使其温度升高至着火温度而发生燃烧。这样一层一层地着火燃烧，把燃烧扩展到整个混合气，称为火焰传播

根据流动状况，预混燃烧可以分为层流燃烧和湍流燃烧两种

层流燃烧:

火焰前锋：正在进行激烈发光反应，同时发出光和热的气体薄层（温度最高）

火焰前锋特点：P147

层流流动下火焰前锋沿法线方向相对于新鲜混合气的移动速度称为“正常传播速度”或“层流传播速度”

层流火焰传播理论:

①热力理论：火焰中化学反应主要是由于热量的导入使分子热活化而引起的，所以火焰前沿的反应区在空间中的移动决定于从反应区向新鲜预混可燃气体传热的传导率。