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1、燃气燃烧理论基础,燃气基础知识第一章 燃气燃烧计算基础第二章 燃气燃烧反应动力学第三章 燃气燃烧的火焰传播 第四章 燃气燃烧方法第五章 大气式燃烧器第六章 燃气互换性,燃气基础知识,一、燃气的主要物理性质1. 容积%组成2. 燃气的密度（kg/Nm3）与相对密度 标准状态：0.1013MPa，0 相对密度 s =/a （a = 1.29kg/Nm3）3. 燃气的热值H（kJ/Nm3） 低热值Hl 和 高热值Hh 混合燃气的热值: H =Hi ri = H1 r1+ H2 r2+ +Hn rn4. 理想气体状态方程 PV = RT P/ = RT V 比容（Nm3/kg ） 密度 R 通用气体常
2、数，8.31J/（MolK）,二、城市燃气的分类1. 燃烧特性参数 华白数W：与燃烧热负荷有关的参数 （ MJ/m3） 燃烧势CP：与燃烧火焰传播速度、燃烧稳定性有关的参数2. 城市燃气分类标准 天然气，液化气，人工燃气,燃气基础知识,第一章 燃气燃烧计算基础,一、燃气的燃烧过程 燃气 混合 燃烧(化学反应） 烟气：CO2, H2O, N2, O2, 空气 点火 CO, SO2, NOX 二、燃气燃烧的基本反应,三、燃烧所需空气量 （一） 理论空气需要量 （m3/Nm3干燃气） （二）实际空气量 空气过剩系数 V = V0四、理论烟气量和实际烟气量,第一章 燃气燃烧计算基础,第一章 燃气燃烧计
3、算基础,五、不完全燃烧时的计算,第一章 燃气燃烧计算基础,六、 理论燃烧温度tth 的近似计算 燃气、空气常温，完全燃烧，忽略热分解（1800），绝热。 燃气低热值 = 烟气量比热燃烧温度 Hl = If = Vn Cf tth tth = Hl / VnCf 天然气燃烧产物的平均比热表,第二章 燃气燃烧反应动力学,一、 化学反应速度（一）化学反应速度 单位时间内反应物浓度的变化， 即单位时间、单位体积内反应物的消耗量： W = dC / d （ kMol / m3 s） CH4+ 2O2 = CO2+2H2O W =dCCH4/d =0.5dCO2/d = dCCO2/d 化学反应速度： 反
4、应级数 n 反应速度常数 k,第二章 燃气燃烧反应动力学,化学反应速度 反应级数 n 反应速度常数 k 阿伦尼乌斯定律： k= k0 exp（ E / RT） k0 频率因子（指前因子） E 活化能 R 通用气体常数,第二章 燃气燃烧反应动力学,（二）影响化学反应速度的因素 W = k0 exp（ E / RT）Cn 1. 温度 T 温度升高，反应速度加快；到一 定温度后，增加缓慢 2. 活化能 E 反应进行的难易程度； E 高，难于反应 3. 反应物浓度 C 浓度高，反应速度加快（与反应级数 n 有关） 4. 气相反应物分压 p 分压p大即浓度高，反应速度也加快 5. 反应级数 n 由化学反
5、应本身决定,二、燃气的着火,（一）气体燃料两种着火方式： 自燃着火： 强制着火：常温可燃混合物中，用一热源局部点火燃烧， 向周围传播，最后达到整个可燃混合物燃烧。（二）着火热力理论：以热量平衡为基础。化学反应发出的热量超过散失的热量 时，就能着火。着火温度与燃气成分、浓度（压力）、容器壁温（传热） 等因素有关，着火温度不是一个物性参数。,第二章 燃气燃烧反应动力学,第三章 燃气燃烧的火焰传播,一、正常火焰传播正常火焰传播速度 即法向火焰传播速度 Sn 火焰传播速度 与气流法线分速度相等时，能稳定燃烧。,第三章 燃气燃烧的火焰传播,火焰传播速度Sn 可燃混合气导热系数 Q 可燃混合气热值 燃烧反
6、应平均速率 0 可燃混合气密度 C p 可燃混合气比热 Tm 烟气出口温度 T0 可燃混合气初始温度,第三章 燃气燃烧的火焰传播,二、影响层流火焰传播速度Sn的因素 （一） 可燃混合气比例的影响 （二） 燃气性质的影响,第三章 燃气燃烧的火焰传播,（三） 温度的影响 1. 初始温度的影响可燃混合物初始温度高，燃烧温度增加，化学反应速率增加，因而Sn增大。,第三章 燃气燃烧的火焰传播,2. 火焰温度的影响在高温情况下，随着火焰温度的提高，Sn显著提高；在更高温度下，由于热分解产生的自由基浓度大大增加，促进反应，进一步提高火焰传播速度Sn 。,第三章 燃气燃烧的火焰传播,（四） 压力的影响 Sn
7、pk Sn 50 50-100 100 k 0 0 0,（五）惰性气体的影响 燃气中加入惰性气体N2，热值降低，反应速度减慢，将使火焰传播速度Sn下降。,第三章 燃气燃烧的火焰传播,三、 火焰传播浓度极限（爆炸极限，着火浓度极限） 在燃气-空气混合气中 1. 浓度确定时，仅在一定的温度、压力条件下，才能着火；2. 在一定的温度（压力）条件下，燃气与空气的比例在一定 的范围内火焰才能传播；3. 能使火焰持续不断传播所必须的最低（高）燃气浓度，称 为火焰传播浓度下（上）限。,第三章 燃气燃烧的火焰传播,单一燃气的爆炸极限 （常温，20),第三章 燃气燃烧的火焰传播,第四章 燃气燃烧方法 燃气的燃烧
8、过程 （1）燃气与空气的流入、混合 （2）混合气的加热与着火 （3）完成燃烧化学反应 燃烧热加热新鲜混合气，维持不断燃烧。,第四章 燃气燃烧方法,一、燃气燃烧方法的分类： 按照混合时间与化学反应时间两者比较 （一）扩散式燃烧（有焰燃烧） 扩散混合控制： 燃气、空气分别喷入，混合速度控制燃烧；火焰长，稳定性好；燃烧时间长；煤气与空气可分别预热以提高温度。 （二）完全预混式燃烧（无焰燃烧） 动力学控制： 燃烧速度快，火焰短；空气消耗系数 n 较小，燃烧温度高，空间热强度较大；但空气与煤气温度不能预热过高。 （三）部分预热式燃烧（大气式燃烧器） 介乎两者之间，,第四章 燃气燃烧方法,二、扩散式燃烧
9、层流扩散火焰的结构 1 外侧混合区（燃烧产物+空气） 2 内侧混合区（燃烧产物+燃气） 3 =0 处为燃气区 =1 处为火焰面,第四章 燃气燃烧方法,三、 部分预混式燃烧（大气式燃烧器） （一）部分预混层流火焰 燃气预先混入部分空气（01 ），燃烧加强，火焰清晰，火焰温度提高。内锥体（兰色锥体），气流的法向速度与法向火焰传播速度相等，形 成稳定火焰面。外锥体，内锥之外按扩散方式与空气混合后燃烧。,第四章 燃气燃烧方法,兰色火焰出现条件：1. 燃气-空气混合物浓度在爆炸上限与爆炸下限之间。 2. 气流的切向分速使下面质点对上面质点点火。3. 火焰根部存在点火源：火焰传播速度 Sn = 气流速度 V 1点：SnV 2点：SnV 3点：Sn = V 火焰面稳定 点火环,（二）部分预混层流火焰的稳定 （比较气流速度和火焰传播速度） 离焰：气流速度快，点火环变窄而消失，火焰脱离燃烧器出口 脱火：气流速度进一步加大，大于火焰传播速度，火焰被吹熄 回火：气流速度减到小于火焰传播速度，火焰缩进燃烧器 燃气的火焰传播速度Sn越大，脱火曲线和回火曲线位置高，不易脱火而易回火，如人工气。天然气则相反， Sn 小，易脱火不易回火 。 2 脱火曲线 (气流速度上限) 4 回火曲线 (气流速度下限) 1 光焰曲线，过小时,由于 碳氢化合物热分解，形成 碳粒和煤烟，燃烧不完全,
