工程燃燒學(xué) 復(fù)習(xí)思考題(10111).doc

工 程 燃 燒 學(xué) 復(fù) 習(xí) 思 考 題1、 自然界有哪幾種能量形式？說明自然界的太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降倪^程和熱力發(fā)電廠中能量的轉(zhuǎn)化過程？ 機(jī)械能（位能、動能）、電能、化學(xué)能、熱能（溫度）、風(fēng)能（速度）、光能（強(qiáng)度）、聲能、核能、生物質(zhì)能 核能太陽能生物質(zhì)能（光合作用 ）; 礦物質(zhì)的（煤、油、天然氣）的化學(xué)能; 空氣密度變化空氣流動風(fēng)能; 水蒸氣升高空氣運(yùn)動雨落下高位水流動水力能; 加熱各種物質(zhì)（水）熱能; 半導(dǎo)體光電效應(yīng)電能（光電效應(yīng)） 燃燒 傳熱發(fā)電廠中，煤、油、天然氣的化學(xué)能-煙氣的熱能-工質(zhì)的內(nèi)能- 流動 沖擊 空氣爐內(nèi) 電磁感應(yīng) 在爐內(nèi) -工質(zhì)的動能-葉片的動能-電能噴管 葉輪 發(fā)電機(jī)2、 熱能利用主要表現(xiàn)在哪些方面？常用熱能利用設(shè)備的種類和特點(diǎn)？通常對一個燃燒器和燃燒室各有哪些具體要求？ 熱能的利用燃料得化學(xué)能（煤、石油、天然氣）-高溫?zé)煔獾臒崮?-蒸汽 -能機(jī)械能-電能 -生產(chǎn)（蒸煮、加熱、干燥、漂洗、反應(yīng)、保溫）采暖通風(fēng)、制冷、生活用氣。 燃燒室的基本要求： 燃燒效率高完全燃燒程度、取決于燃料、燃燒方式、燃燒過程組織管理。 燃燒強(qiáng)度大單位時間、空間、面積上的燃燒量，結(jié)構(gòu)空間小、耗材少。 燃燒穩(wěn)定性好火焰正常著火、傳播、穩(wěn)定燃燒、不產(chǎn)生脫火、回火、超溫、沖墻等。 燃燒污染少不產(chǎn)生SO2、NOx粉塵和碳黑，與燃料種類、燃燒方式、末部煙氣處理有關(guān)。 燃燒器基本要求： 1）能夠?qū)崿F(xiàn)良好的混合（速差、相交、旋轉(zhuǎn)）對重油、油渣、煤灰、水煤漿尤為重要。 2）點(diǎn)火容易，火焰穩(wěn)定（點(diǎn)火環(huán)多頭交叉，穩(wěn)焰罩） 3）結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，安裝操作方便3、 何謂燃料的燃燒？完全燃燒所需要條件？氣、液、固三種燃料的燃燒過程燃燒和特點(diǎn)？工程燃燒過程中主要存在的問題和解決的途徑？工程燃燒重點(diǎn)研究課題有哪些？燃燒是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其本質(zhì)是燃料與氧化劑發(fā)生劇烈發(fā)光發(fā)熱反應(yīng)。 燃燒條件有足夠的溫度（達(dá)到著火溫度），有足夠的空氣和良好的混合，有足夠的時間和空間，及時輸入和排出燃燒產(chǎn)物。 主要存在的問題和解決方法 ： 可利用礦物質(zhì)的燃料資源有限（煤300年，油50年，天然氣50年）存在能源危機(jī)。解決方法有：大力開發(fā)新的可再生能源 能源利用率低（僅為1/2-1/3）以煤為主，燃燒技術(shù)落后，各種能量轉(zhuǎn)化和傳遞的熱工設(shè)備落后。解決方法有：開發(fā)各種高效清潔的燃燒技術(shù)，開發(fā)高效的各種熱工傳質(zhì)設(shè)備（鍋爐、冷機(jī)、換熱器）。 生產(chǎn)的大量污染. 解決方法有：控制總量排放、達(dá)標(biāo)排放、高效的脫硫脫硝和除塵過程。 存在各種安全隱患：氣體燃料開采，輸送，儲運(yùn)過程引起大火和災(zāi)難的后果、中毒；煤的開采過程中發(fā)生瓦斯爆炸，透水等惡性事故。解決方法：加強(qiáng)安全教育、提高防范意識，提高安全技術(shù)措施，定期檢查和集中大檢查4、 固體燃料種類？煤分類的依據(jù)和種類？煤的工業(yè)分析成分和性能指標(biāo)？標(biāo)準(zhǔn)煤的概念和應(yīng)用？石油制品的種類、成分和性能指標(biāo)？氣體燃料的種類、來源、成分和性能指標(biāo)？ 工業(yè)分析 ： 水分（M）+灰分（A）+可揮發(fā)分（V）+固定碳（C)=100%. 特性指標(biāo):發(fā)熱量（熱值）單位燃料(kg、m3)完全燃燒時所釋放的熱量（kJ/kg），有高低位熱值之分，相差值為燃燒產(chǎn)物中蒸氣的汽化潛熱。 標(biāo)準(zhǔn)煤Qgw=70004.18kJ/kg,稱理想的標(biāo)準(zhǔn)煤，用于各種能量消耗的比較和統(tǒng)計。5、 燃料燃燒計算的基本原則？理論空氣量和理論煙氣量的計算？何謂空氣過剩系數(shù)？當(dāng)變化時對燃料燃燒有何影響？通常氣、液、固燃料燃燒時的取值范圍？ 理論空氣量單位燃料完全燃燒所需要的最少空氣量（kga/kgf）、 （Nm3/kgf） 過量空氣系數(shù) 變化是分析：=1時 理論上，燃料可完全氧化燃燒，燃料與空氣之比稱為化學(xué)當(dāng)量比。 1時 能達(dá)到空氣燃燒（充分混合），但不能太大增加排煙損失，降低爐溫、影響 燃燒。 6、 燃料的理論燃燒溫度和理論發(fā)熱溫度有區(qū)別？提高實(shí)際燃燒溫度有何作用？可采取哪些措施來提高燃燒溫度？怎樣計算煙氣的焓值？在哪些情況下要考慮飛灰的焓？理論燃燒溫度 : 大大增加燃燒反應(yīng)速度、縮短燃燒時間和節(jié)約燃燒空間;大大增加煙氣的輻射換熱量， 增加200，換熱量可增加90%;增加NOX的產(chǎn)生量，增加污染物的產(chǎn)生.7、 何謂化學(xué)反應(yīng)速度？怎樣來確定化學(xué)反應(yīng)速度？主要影響反應(yīng)速度的因素有哪些？在工程燃燒過程中，通?？刹扇∧男┓椒▉硖岣呋瘜W(xué)反應(yīng)速度？ 化學(xué)反應(yīng)速率W單位時間內(nèi)參與反應(yīng)的初始反應(yīng)物或最終生成物濃度的變化率。 a.溫度對W的影響:當(dāng)T時，對W提高的作用減少，低溫時利用T來使W更有利;EW,高溫對高活化能更有 利煤的燃燒，重油的燃燒。 b.活化能E : 活化能E 活化分子數(shù)增加 反應(yīng)速度W,可采用各種催化劑、將飽和分子分解成離子、根、原子，從而使NE W. c.反應(yīng)壓力P:在燃?xì)廨啓C(jī)中，采用壓縮空氣燃燒使W,循環(huán)增壓比最大達(dá)到25，可使燃燒室體積和燃燒時間大大縮短。d.反應(yīng)物濃度C1、C2、C3:增加反應(yīng)物的濃度增加接觸反應(yīng)面積（液體和固體）液體霧化，固體粉化 ，從而使We.混合物不可燃組分對W的影響:當(dāng)燃燒氣體中滲有不可燃?xì)怏w（N2、CO2時）W要受到影響。因此得到純氧和富氧燃燒時，燃燒速度增加很多，切割、火箭上升等采用純氧燃燒.8、 何謂活化能？當(dāng)活化能變化時對化學(xué)反應(yīng)有何影響？可采用何種方法來降低活化能？ 活化能: 普通分子變?yōu)榛罨肿有枰盏淖钚∧芰?E=83700418700J/gmol;破壞舊健和建立新健所需的最少能量H2健能431200J/gmol.9、何謂鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？它一般有哪幾個過程組成？請舉例說明？ 鏈鎖反應(yīng)：采用某種方法，一旦使這個反應(yīng)引發(fā)，就會發(fā)生一系列反復(fù)循環(huán)的連串反應(yīng)，使反應(yīng)自動進(jìn)行下去，只要鏈載體（活化中心原子、離子、根）不消失，反應(yīng)就不會停止。 鏈鎖反應(yīng)的三個過程： 鏈的形成光、高能電磁輻射、引入微量催化劑。 鏈的增長式傳遞，單鏈傳遞（不分枝）傳遞，反應(yīng)速度取決于開始活化中心。分枝傳遞反應(yīng)，速度迅速增加而引起爆炸。 鏈的中斷，活化中心相互碰撞(P較高時)或與容器碰撞（P較低時）而消失。通常增加S/V值，P增加，引入抑制劑使鏈的中斷加快。 10、請解釋化學(xué)物理概念：預(yù)混合可燃?xì)怏w、著火、熱自燃、鏈?zhǔn)阶匀?、點(diǎn)燃、爆炸；熱著火的機(jī)理、條件、溫度和界限？鏈?zhǔn)阶匀嫉臋C(jī)理、條件？請解釋著火半島現(xiàn)象？ 預(yù)混氣體氣體燃料與氧化劑（空氣）均勻混合的氣體。 著火把燃燒化學(xué)反應(yīng)速度W劇烈增長的現(xiàn)象稱著火。 熱自燃由自身溫度的不斷提高，使活化分子的數(shù)量增多，而引起W劇烈增長的現(xiàn)象。 鏈鎖自燃由于分枝鏈鎖反應(yīng)而使活化中心迅速增殖，而引起W劇烈增長的現(xiàn)象。 點(diǎn)燃由于外界能量的輸入（電火化、電弧、熾熱物體、火焰）使局部氣體強(qiáng)烈著火，然后局部火 焰擴(kuò)展到整個空間（整個點(diǎn)燃過程伴隨著火焰的傳播過程）。 爆炸化學(xué)反應(yīng)速度劇烈增長，整個反應(yīng)在瞬間完成。 著火機(jī)理：在一定的外界條件下，可燃物釋放的熱量Q1對周圍散失的熱量Q2時,由于內(nèi)部熱量不 斷積聚而使活化分子不斷增多，溫度不斷增高。這樣不斷加速導(dǎo)致著火。 系統(tǒng)的（臨界)著火條件： 鏈鎖自燃由于某種原因，而使活化中心數(shù)量隨時間劇烈增殖引起W劇烈增長的現(xiàn)象。 鏈鎖反應(yīng)速度W: 活化中心濃n-熱運(yùn)動產(chǎn)生的結(jié)果，與溫度有關(guān)而與鏈鎖反應(yīng)幾乎無關(guān) w1;鏈鎖分枝反應(yīng)的結(jié)果，與活化中心n濃度有關(guān)，W2=nf;活化中心自身碰撞消失（P很高時）和與壁面碰撞消失（P很低時）W3=ng .11、點(diǎn)燃和自燃相比有何特點(diǎn)？點(diǎn)燃方式種類和應(yīng)用？使可燃混合氣體易于點(diǎn)燃，工程上可采取哪些措施？ 自燃發(fā)生在整個容積內(nèi)，從局部開始后擴(kuò)散到整個空間。點(diǎn)燃過程伴隨著火焰的傳播過程，進(jìn)展取決于是否能傳播點(diǎn)燃溫度比自燃溫度高得多，T1000K 點(diǎn)燃方式和應(yīng)用:用熾熱物體（電阻絲，爐壁、耐火磚面）點(diǎn)燃，用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)爐上。電火花和電弧點(diǎn)燃，是利用高壓放電現(xiàn)象點(diǎn)燃可燃?xì)怏w，用于打火機(jī)、燃燒器、汽油發(fā)動機(jī)等。局部火焰點(diǎn)燃，利用高溫氣體回流點(diǎn)燃，用于鍋爐、大型燃燒器，工業(yè)爐窖。自燃方法點(diǎn)燃，利用活塞絕熱壓縮可燃?xì)怏w到高溫高壓引起自燃，用于柴油機(jī)上。12、火焰?zhèn)鞑サ母拍睢C(jī)理？火焰?zhèn)鞑サ乃俣群陀绊懸蛩兀砍Ｓ脷怏w的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?火焰?zhèn)鞑c(diǎn)燃局部氣體著火燃燒（傳播） 鄰近氣體燃燒（傳播） 火焰?zhèn)鞑C(jī)理在火焰前鋒內(nèi)進(jìn)行劇烈的燃燒反應(yīng)，使邊界上產(chǎn)生很大的濃度梯度和溫度梯度引起強(qiáng)烈的能量和質(zhì)量交換鄰近氣體著火燃燒化學(xué)反應(yīng)在空間的移動?；鹧?zhèn)鞑ニ俣龋夯鹧媲胺宸ㄏ蛳鄬τ谛迈r氣體的移動速度用SL表示。13、平面火焰的穩(wěn)定條件？為什么說平面火焰在實(shí)際過程中幾乎不存在？曲面火焰的穩(wěn)定條件和穩(wěn)定機(jī)理？工程上常用的火焰穩(wěn)定方法（圖）？ a.采用各種鈍體而形成的低速區(qū).b.采用多股交叉進(jìn)行點(diǎn)燃.c.采用氣流旋轉(zhuǎn)|中間形成負(fù)壓,使高溫氣體回流.d.采用空擴(kuò)在根部造成回流區(qū)并采用耐火材料進(jìn)行加熱點(diǎn)火. e.采用低速點(diǎn)火出口處形成低速區(qū);f.采用逆向噴射.14、氣體射流混合的種類和特點(diǎn)？強(qiáng)化燃料和空氣混合的技術(shù)措施？使流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)有哪幾種方法？旋流強(qiáng)度計算和影響因素？ a.自由射流氣體由噴射入靜止空氣的不受空間限制的流動。特點(diǎn)：由于不斷卷吸周圍的氣流，射流邊界不斷變寬，中心速度不斷變化變小，最后淹沒在大氣中。 b.同軸多股射流特點(diǎn):用于低壓燃?xì)饩哂写罅髁康娜紵?，相互混合著火，火焰穩(wěn)定，大多用于預(yù)混合氣體的無焰燃燒。 c. 相交射流 相交射流的混合更強(qiáng)烈，可將燃燒分成多股小流噴入空氣中，也可將空氣分為多股流噴入火焰中。多數(shù)用于天然氣和水煤氣等熱值較高的燃料。 d.旋轉(zhuǎn)射流 旋轉(zhuǎn)作用，其擴(kuò)散角很大，射程短，混合強(qiáng)烈中間出現(xiàn)一個回流區(qū)，將燃燒后的高溫氣體回流點(diǎn)火?；亓鲄^(qū)的存在對燃料的著火燃燒有很重要的作用，因此很廣，幾乎所有難以燃燒的燃料（重油、水漿、煤粉）都采用。 15、預(yù)混氣體燃燒和氣體擴(kuò)散燃燒各有什么特點(diǎn)？怎樣來組織預(yù)混氣體的燃燒過程？ 預(yù)混合氣體燃燒的特點(diǎn): 度高2550106Kcal/nm3, 小到1.05仍能完全燃燒，輻射能力強(qiáng)，火焰混度高， 一般無化學(xué)不完全燃燒，燃燒效率高，污染少， 燃燒穩(wěn)定性差，易發(fā)生回火和脫火，需采取措施穩(wěn)焰， 預(yù)熱溫度受到限制， 需較高的燃?xì)庖淞?，不適合與低燃?xì)鈮毫θ紵?火焰為藍(lán)色不發(fā)光火焰，黑度小，輻射力受到一定的影響，而且火焰集中在噴口附近，不易控制，主要用于環(huán)保要求高的場合。 擴(kuò)散燃燒的主要特點(diǎn): a) 穩(wěn)定性好，不發(fā)生回火，也不易發(fā)生脫火；b) 結(jié)構(gòu)簡單，不需預(yù)先混合；c) 可用低壓燃?xì)?，預(yù)熱溫度不受限制；d) 火焰強(qiáng)度低，火焰長，需要較大的燃燒空間；e) 值較大，=1.11.2，燃燒溫度低，輻射力受到影響；f) 存在著化學(xué)不完全燃燒，污染物較多；g) 火焰為發(fā)光焰，黑度大，輻射能力增強(qiáng)；16、大氣引射式燃燒器的原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能指標(biāo)？怎樣進(jìn)行設(shè)計計算？ 17、氣體射流擴(kuò)散燃燒種類？自由射流層流擴(kuò)散燃燒有何特點(diǎn)（圖）？當(dāng)射流速度變化時，其火焰的長度和形狀將發(fā)生什么變化（圖）？為什么說化學(xué)不完全燃燒是擴(kuò)散燃燒不可避免的？18、常見的燃?xì)馊紵饔械姆N類、特點(diǎn)和應(yīng)用？19、液體燃料燃燒種類？油滴燃燒過程要經(jīng)過哪幾個階段？為什么說霧化過程是液體燃料燃燒的關(guān)鍵？ 燃燒過程的進(jìn)展取決于受熱蒸發(fā)、擴(kuò)散混合、著火燃燒三個過程，其中最慢的過程蒸發(fā)過程是液 體燃料燃燒關(guān)鍵因素。 油滴的蒸發(fā)速度: S0表面積、D擴(kuò)散系數(shù)、油密度、dY/dx表面的濃度梯度;D油性質(zhì)決定，不易改變；dY/dx加強(qiáng)混合，對流和輻射傳熱；S0將油霧化成很小的顆粒是增強(qiáng)液體燃燒的最有效的方法。20、液體燃料霧化的機(jī)理、主要影響因素、質(zhì)量評價指標(biāo)、霧化方法？工程上常用的霧化器的種類、原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用？ 霧化機(jī)理: 外力油壓形成的推進(jìn)力、介質(zhì)的作用力是破壞原來形狀的力；內(nèi)力有表面張力和粘性力，維持原來的現(xiàn)狀的力。霧化過程：當(dāng)外力內(nèi)力油滴分裂，此時外力下降而內(nèi)力上升，直到兩種力達(dá)到平衡。 影響因素: 油壓P：P上升推進(jìn)力上升W上升湍流擾動大，霧化更細(xì)，用于機(jī)械霧化。 油溫t：t上升粘度下降內(nèi)摩擦力下降有利于霧化，一般加熱100以上降低。 霧化介質(zhì)的作用力（面，時間，速度差）油滴的剪切力增加霧化更細(xì)。 霧化器結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸液滴速度，介質(zhì)速度，相互作用面、力、時間等。質(zhì)量評價指標(biāo):霧化角;噴霧射程;霧化細(xì)度;霧化均勻度;燃料的流量密度分布.霧化方法:機(jī)械霧化;氣體介質(zhì)霧化;旋轉(zhuǎn)機(jī)械式油霧化.21、單液滴蒸發(fā)和燃燒的特點(diǎn)和影響因素？滴狀燃燒和滴間燃燒？液滴群燃燒的特點(diǎn)？為了使液體燃料能穩(wěn)定完全燃燒，在工程上可采取哪些技術(shù)措施？ 滴狀燃燒當(dāng)dd1時，油滴燃燒可保持獨(dú)立的火焰面，燃燒情況與單液滴燃燒相同。滴間燃燒當(dāng)dd1時，油滴燃燒不能保持獨(dú)立的火焰面，油氣混合物只能在油滴間進(jìn)行燃燒。油滴群燃燒的特點(diǎn)：（1）相互之間有熱量交換，減少了散熱損失，強(qiáng)化燃燒；（2)相鄰油滴同時燃燒，相互競爭氧氣，延長燃燒時間；（3）具有比均勻混合可燃?xì)馊紵鼮閷拸V的著火界限和穩(wěn)定工作范圍。22、為什么說研究固體燃料燃燒很重要？煤粒的燃燒過程和需要的條件？碳粒燃燒的五個階段、機(jī)理？燃燒速度和溫度的關(guān)系？為強(qiáng)化固體燃料燃燒工程上常用的技術(shù)措施？碳粒燃燒機(jī)理 :表面反應(yīng):2C+O22CO ;C+O2CO2;初級反應(yīng)，一次反應(yīng) 氣相反應(yīng):CO+O2CO2; CO2+CCO ;次級反應(yīng)，二次反應(yīng) 強(qiáng)化炭粒燃燒的措施： 低溫時，要加強(qiáng)換熱過程（高溫?zé)煔饣亓?、高溫爐墻的反射等）。 高溫階段時要加強(qiáng)擴(kuò)散過程、交叉混合流、增加顆粒表面（粉碎增加表面積和混合過程） 加入催化劑（金屬粉末），油煤混燃燒、助燃、富氧燃燒等。 23、固體燃料的燃燒方式？手燒爐、鏈條爐、循環(huán)流化爐、煤粉爐的原理、結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)和應(yīng)用？煤粉燃燒器的種類、特點(diǎn)和在爐內(nèi)的布置？層床燃燒-固定爐排; 層床燃燒-鏈條爐排; 沸騰燃燒; 懸浮燃燒;旋風(fēng)燃燒 24、工程燃燒過程中煙塵產(chǎn)生的機(jī)理、影響因素？消除或降低煙塵的措施？常用除塵器的種類、原理、特點(diǎn)和應(yīng)用？煙灰控制的方法:A.燃燒過程改善:a)氣體燃料選擇合適值，并加強(qiáng)混合，一般采用半預(yù)混合燃燒，采用燃料分流，空氣旋轉(zhuǎn)混合。b)液體燃料合理選擇霧化器，采用合理的加熱方式（回流、輻射面加熱）提供中心風(fēng)和二次風(fēng)。c)固體燃料選擇合理的顆粒度和水分（必要時適當(dāng)加水），控制值和混合方式。 B.根據(jù)燃燒方式和鍋爐容量的大小選擇合理的除塵器 . C.沸騰管煤粉