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1、燃烧过程基本理论第1页，本讲稿共25页T01QTQ散Q放T1第2页，本讲稿共25页1点点1之前，之前，Q1Q2，系统被加，系统被加热，温度逐渐升高；热，温度逐渐升高；点点1处处Q1=Q2，过程稳定下来；过程稳定下来；点点1后，后，Q2Q1，系统受到冷，系统受到冷却重新回到却重新回到1点点点点1处温度不高，不能自动加速处温度不高，不能自动加速到自然着火。到自然着火。例：处于储存例：处于储存期的燃料。期的燃料。反应放热量与系统散热量之间发生平衡反应放热量与系统散热量之间发生平衡 热自热自燃着火的燃着火的充分条件充分条件低温稳定点T01QTQ1Q2T1T1不是不是第3页，本讲稿共25页1-2之间之间
2、Q2Q1，1点过点过渡到渡到2点必须有外界热量点必须有外界热量加入加入2点，点，Q1=Q2，当过程稍向左，系统被当过程稍向左，系统被冷却到冷却到1点点稍向右，系统能着火稍向右，系统能着火12Q2Q1Q2T01T02QT高温不稳定点T2T2T2直线与曲线有直线与曲线有一个交点和两个交点一个交点和两个交点均不能发生自燃均不能发生自燃1第4页，本讲稿共25页C点处点处Q1=Q2;C点左边，点左边，Q1Q2;C点右边，点右边，Q1Q2;C点为热自然着火发生的点为热自然着火发生的临界点，称为临界点，称为着火点着火点，TC称为着火温度。称为着火温度。Q2Q1Q2Q2T01T02T03TCQT2C着火临界条
3、件：着火临界条件：Q1=Q2；第5页，本讲稿共25页初始温度为初始温度为 时时，Q1Q2 这种工况下，尽管可以这种工况下，尽管可以发生自燃着火，但所对发生自燃着火，但所对应初始条件却并非自然应初始条件却并非自然着火的临界条件。着火的临界条件。Q2Q1Q2Q2T01T02T03TCQTT03Q2初始温度的增加有利于自燃着火的发生初始温度的增加有利于自燃着火的发生C第6页，本讲稿共25页QTQ1Q2T01改变散热条件改变散热条件Q2Q2加强系统的散热，即增大 ，将使原有自然着火条件被破坏。例如：易燃、易爆物品例如：易燃、易爆物品仓库加强通风仓库加强通风第7页，本讲稿共25页QTQ2Q1Q1Q1提高
4、系统的压力，或者浓度，将有利于发生自然着火；例如：柴油机气缸内预混例如：柴油机气缸内预混可燃气高压下自然着火。可燃气高压下自然着火。影响临界着火条件因素影响临界着火条件因素化学动力学因素化学动力学因素：燃料性质、混气成分、环境温度：燃料性质、混气成分、环境温度流体力学因素流体力学因素：气流速度、燃烧室结构尺寸：气流速度、燃烧室结构尺寸第8页，本讲稿共25页各种燃料的着火过程有所不同各种燃料的着火过程有所不同 加热时，由闪点加热时，由闪点燃点燃点着火点着火点 要想稳定燃烧，要想稳定燃烧，t 着火点着火点固体燃料：固体燃料：受热后，先析出挥发分，然后在一定受热后，先析出挥发分，然后在一定温度下挥发
5、分先燃着，固定碳（即焦炭）后燃着。温度下挥发分先燃着，固定碳（即焦炭）后燃着。Vdaf着火点着火点 气体燃料：气体燃料：着火温度取决于燃料的组成、触媒、加着火温度取决于燃料的组成、触媒、加热条件等。热条件等。液体燃料：液体燃料：第9页，本讲稿共25页4.4.2 着火浓度范围着火浓度范围概念：概念：气体燃料与空气混合后，体积比必须在一定的范围内，才能气体燃料与空气混合后，体积比必须在一定的范围内，才能着火燃烧，这一范围称为着火浓度范围或着火极限着火燃烧，这一范围称为着火浓度范围或着火极限(爆炸极限爆炸极限)。影响因素影响因素：混合物温度混合物温度，着火浓度范围，着火浓度范围 气体燃料组成：着火浓
6、度范围随燃料组成气体燃料组成：着火浓度范围随燃料组成 变化而变化变化而变化第10页，本讲稿共25页4.4.3 固态炭的燃烧固态炭的燃烧4.4.3.1 固态碳的燃烧机理固态碳的燃烧机理反应机理一反应机理一 C+O2=CO2（一次反应）一次反应）CO2+C=2CO（二次反应）二次反应）反应机理二反应机理二 2C+O2=2CO（一次反应）一次反应）2CO+O2=2CO2（二次反应）二次反应）第11页，本讲稿共25页=mCO+nCO2xC+(1/2)yO2=CxOyCxOyCxOy+O2m、n与温度有关9001200：4C+3O2=2CO+2CO21450以上：3C+2O2=2CO+CO2反应机理三：
7、反应机理三：氧向碳表面扩散碳与氧反应的化学反应产物向外扩散 C的燃烧过程的燃烧过程：第12页，本讲稿共25页 炭的燃烧时氧化过程与扩散过程的结合，其燃烧炭的燃烧时氧化过程与扩散过程的结合，其燃烧速度与速度与化学反应速度化学反应速度和和扩散速度扩散速度有关。有关。化学反应速度化学反应速度扩散速度扩散速度平衡时平衡时4.4.3.2 固态碳的燃烧速度固态碳的燃烧速度第13页，本讲稿共25页 燃烧速度常用单位时间内单位表面积燃烧的炭量燃烧速度常用单位时间内单位表面积燃烧的炭量表示（表示（Vc）,而炭的消耗量与氧的消耗量之比决定于燃烧产而炭的消耗量与氧的消耗量之比决定于燃烧产物中物中CO及及CO2的数量
8、。的数量。m取值在取值在0.3750.75内变化内变化当燃烧产物中只有当燃烧产物中只有CO时，时，m=0.75当燃烧产物中只有当燃烧产物中只有CO2时，时，m=0.375总的燃烧速度系总的燃烧速度系数数第14页，本讲稿共25页l低温时，化学反应速度系数小，低温时，化学反应速度系数小，此时燃烧速度决定于此时燃烧速度决定于化学反应速度系数化学反应速度系数k，燃烧速度随，燃烧速度随温度升高而急剧增加，与气流速度无关：温度升高而急剧增加，与气流速度无关：动力燃烧区动力燃烧区l温度较高时，化学反应速度系数温度较高时，化学反应速度系数扩散速度系数，扩散速度系数，此时燃烧速度决定于此时燃烧速度决定于扩散能力
9、扩散能力，燃烧速度与气流速，燃烧速度与气流速度有关：度有关：扩散燃烧区扩散燃烧区第15页，本讲稿共25页燃烧速度的影响因素燃烧速度的影响因素碳的氧化碳的氧化反应速度反应速度空气燃烧产空气燃烧产物扩散速度物扩散速度碳粒的碳粒的形状形状燃料与空气燃料与空气的混合程度的混合程度表面温度1000时，为扩散燃烧第16页，本讲稿共25页4.4.4 可燃气体的燃烧可燃气体的燃烧可燃气体的燃烧按链锁反应的方式进行的。可燃气体的燃烧按链锁反应的方式进行的。H、O、OH等为连锁反应刺激物，是反应进行的必要等为连锁反应刺激物，是反应进行的必要条件条件生成连锁刺激物的反应如下：生成连锁刺激物的反应如下：H22HO22
10、OH+O2OH+OO+H2OH+H第17页，本讲稿共25页4.4.4.1 氢的燃烧氢的燃烧 链锁反应过程（产生三个刺激物H原子）H O+H2 H2O H+O2 OH+H2 H2 OH+H2 H2O HHH总反应 H+3H2+O22H2O+3H第18页，本讲稿共25页4.4.4.2 一氧化碳的燃烧一氧化碳的燃烧H和和OH为链锁刺激物为链锁刺激物 O+CO CO2 H+O2 OH+CO CO2H连锁反应过程连锁反应过程总反应2CO+O2+H2C2O+H 氢气和水气所产生的刺激物氢气和水气所产生的刺激物H、OH可加速一氧化碳的可加速一氧化碳的燃烧燃烧 第19页，本讲稿共25页3.3.4.3 气态烃的
11、燃烧气态烃的燃烧CH4的连锁反应过程的连锁反应过程 O CH4+O CH4O+O2 H2O H2O CH4O2 HCOOH HCHO+O2 CO+O CO2 O总反应：总反应：O O活性原子为链锁反应的刺激物活性原子为链锁反应的刺激物 O+CH4+2O2 2 H2O+CO2+O气体燃烧特点：气体燃烧特点：按连锁反应进行按连锁反应进行混合并加热到着火温度之后，要经过一定的感应期，混合并加热到着火温度之后，要经过一定的感应期，才能迅速燃烧才能迅速燃烧延迟着火现象延迟着火现象第20页，本讲稿共25页3.3.5 火焰传播速度火焰传播速度概念概念火焰传播火焰传播燃烧焰面不断向未燃气体移动的现象称为火焰的
12、传播（扩散）现象火焰传播速度火焰传播速度燃烧焰面向未燃气体移动的速度f或：单位时间内，在火焰单位面积上所烧掉的气体体积。获得稳定火焰的条获得稳定火焰的条件件：流速与火焰传播速度大小相等、方向相反影响火焰传播速度的因素影响火焰传播速度的因素：混合物的组成、温度、压力、水分及燃烧管道的尺寸等第21页，本讲稿共25页可燃气体的含量与火焰传播速度之间的关系可燃气体的含量与火焰传播速度之间的关系 A、H2的火焰传播速度比甲烷（的火焰传播速度比甲烷（CH4）、乙烷（）、乙烷（C2H6）大的很多，因）大的很多，因H2的的导温系数远大于后者；导温系数远大于后者；B、存在着火焰传播的极限值；、存在着火焰传播的极
13、限值；C、空气过剩系数、空气过剩系数接近于接近于1而略小于而略小于1时，速度最大；时，速度最大；D、提高气体混合物的温度、增加燃烧管的尺寸、减少燃烧的热损失，均、提高气体混合物的温度、增加燃烧管的尺寸、减少燃烧的热损失，均能使邻近的可燃气体较快地达到着火温度而燃烧，从而提高火焰传播的速能使邻近的可燃气体较快地达到着火温度而燃烧，从而提高火焰传播的速度。度。E、回火与脱火回火与脱火几种可燃气体组成的可燃气体，其最大法向火焰传播速度几种可燃气体组成的可燃气体，其最大法向火焰传播速度 第22页，本讲稿共25页例例 发生炉煤气的温度为发生炉煤气的温度为50，其体积百分组成（，其体积百分组成（%）为：）
14、为：CO H2 CH4 CO2 N2 O2 30.6 13.2 4.0 3.4 48.6 0.2求管径为求管径为50mm时该煤气燃烧时的最大法向火焰传播速度时该煤气燃烧时的最大法向火焰传播速度第23页，本讲稿共25页解解:发生炉煤气的可燃物含量为：发生炉煤气的可燃物含量为：30.6+13.2+4.0=47.8%可燃物的体积百分含量为：可燃物的体积百分含量为：CO：30.647.8=64%H2 :13.247.8=27.6%CH4：447.8=8.4%不考虑惰性气体，煤气温度在不考虑惰性气体，煤气温度在0时，在时，在25.4mm管中的最大管中的最大法向火焰传播速度法向火焰传播速度n,f第24页，本讲稿共25页考虑惰性气体考虑惰性气体煤气温度为煤气温度为50时的传播速度：时的传播速度：管径为管径为50mm时火焰传播速度：时火焰传播速度：第25页，本讲稿共25页