高等燃燒學(xué)復(fù)習(xí)題參考答案集

1、高等燃燒學(xué)習(xí)題集與解答第一章緒論1什么叫燃燒？答：燃燒標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)定義：燃燒是一種發(fā)光發(fā)熱的劇烈的化學(xué)反應(yīng)。燃燒的廣義定義： 燃燒是指任何發(fā)光發(fā)熱的劇烈的化學(xué)反應(yīng)，不一定要有氧氣參加。2、燃燒的本質(zhì)是什么？它有哪些特征？舉例說明這些特征。答：燃燒的本質(zhì)是一種氧化還原反應(yīng)。它的特征是：放熱、發(fā)光、發(fā)煙并伴有火焰。3、 如何正確理解燃燒的條件？根據(jù)燃燒條件，可以提出哪些防火和滅火方法？答：可燃物、助燃物和點(diǎn)火原始燃燒的三要素，要發(fā)生燃燒，可燃物和助燃物要有一定的數(shù)量和濃度，點(diǎn)火源要有一定的溫度和足夠的熱量。根據(jù)燃燒的條件，可以提出 一下防火和滅火的方法：防火方法：a控制可燃物；b、隔絕空氣；c、清除點(diǎn)

2、火源滅火方法：a隔離法；b、窒息法；c、冷卻法；d、抑制法4、我國目前能源與環(huán)境的現(xiàn)狀怎樣？電力市場的現(xiàn)狀如何？如何看待燃燒科 學(xué)的發(fā)展前景？答：我國目前能源環(huán)境現(xiàn)狀：一、能源豐富而人均消費(fèi)量少我國能源雖然豐富，但是分布不均勻，煤炭資源60%以上在華北，水力資源 70%以上在西南，而工業(yè)和人口集中的南方八省一市能源缺乏。雖然在生產(chǎn)方面，自解放后，能源 開發(fā)的增長速度也是比較快，但由于我國人口眾多，且人口增長快，造成我國人均能源消費(fèi) 量水平低下，僅為每人每年0.9噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而1噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量大概可以把 400噸水從常溫 加熱至沸騰。二、能源構(gòu)成以煤為主，燃煤嚴(yán)重污染環(huán)境從目前狀況看，煤炭仍然在我

3、國一次能源構(gòu)成中占70%以上，成為我國主要的能源，煤炭在我國城市的能源構(gòu)成中所占的比例是相當(dāng)大的。以煤為主的能源構(gòu)成以及62%的燃煤在陳舊的設(shè)備和爐灶中沿用落后的技術(shù)被直接燃燒 使用，成為我國大氣污染嚴(yán)重的主要根源。據(jù)歷年的資料估算，燃煤排放的主要大氣污染物， 如粉塵、二氧化硫、氮氧化物、一硫化碳等，對我國城市的大氣污染的危害已十分突出：污 染嚴(yán)重、尤其是降塵量大；污染冬天比夏天嚴(yán)重；我國南方燒的高硫煤產(chǎn)生了另一種污染 一一 酸雨；能源的利用率低增加了煤的消耗量。三、農(nóng)村能源供應(yīng)短缺我國農(nóng)村的能源消耗，主要包括兩方面，即農(nóng)民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耗能。我國農(nóng)村人口多，能源需求量大，但農(nóng)村所用電量僅占

4、總發(fā)電量的14%左右。而作為農(nóng)村主要燃料的農(nóng)作物桔桿，除去飼料和工業(yè)原料的消耗，剩下供農(nóng)民作燃料的就不多了。即使加上供應(yīng)農(nóng)民生活用 的煤炭，以及砍伐薪柴，揀拾干畜糞等，也還不能滿足對能源的需求。電力市場現(xiàn)狀：2008年10月份，中國電力工業(yè)出現(xiàn)4.65 %的負(fù)增長，為十年來首次出現(xiàn)單月負(fù)增長。 11月，部分省市用電增幅同比下降超過 30%。在煤價(jià)大幅上漲和需求下滑的影響下，目前火 電企業(yè)虧損面超過90%，預(yù)計(jì)全年火電全行業(yè)虧損將超過 700億元。2009年，走過今年“寒冬”的電力行業(yè)將機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，挑戰(zhàn)大于機(jī)遇。受整個(gè)經(jīng)濟(jì)下 滑的影響，“過?！钡膶擂螌⒗^續(xù)顯現(xiàn)。電價(jià)矛盾將更加突出。今年以來，

5、國家制定的煤電價(jià)格聯(lián)動(dòng)政策遲遲無法實(shí)施，導(dǎo)致發(fā)電 企業(yè)虧損不斷累積，電價(jià)矛盾日益尖銳。面對明年經(jīng)濟(jì)形勢的復(fù)雜情況，電力銷售價(jià)格能否 適時(shí)調(diào)整，具有很大的不確定性。結(jié)構(gòu)調(diào)整有望借勢“提速”。明年寬松的用電環(huán)境正好為中國電力結(jié)構(gòu)調(diào)整騰出了時(shí)間和 空間。面對今年的大變局，國內(nèi)發(fā)電企業(yè)將從跑馬圈地式的快速擴(kuò)張，轉(zhuǎn)向注重效益的發(fā)展 模式。燃燒科學(xué)的發(fā)展前景：燃燒學(xué)是一門正在發(fā)展中的學(xué)科。能源、航空航天、環(huán)境工程和火災(zāi)防治等方面都 提出了許多有待解決的重大問題，諸如高強(qiáng)度燃燒、低品位燃料燃燒、煤漿（油-煤，水-煤，油-水-煤等）燃燒、流化床燃燒、催化燃燒，滲流燃燒、燃燒污染物排放和控制、 火災(zāi)起因和防止等

6、。我國的能源現(xiàn)狀也決定了必須大力的發(fā)展燃燒學(xué)科。燃燒學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展將與湍流 理論、多相流體力學(xué)、輻射傳熱學(xué)和復(fù)雜反應(yīng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)等學(xué)科的發(fā)展相互滲透、相互促進(jìn)。第二章燃燒化學(xué)基礎(chǔ)1、標(biāo)準(zhǔn)生成焓、生成焓的定義？反應(yīng)焓的定義及計(jì)算方法？燃料發(fā)熱量（熱值）與燃燒焓、反應(yīng)焓的關(guān)系？答：生成焓定義：化合物的構(gòu)成元素（最穩(wěn)定的單質(zhì)）經(jīng)化合反應(yīng)生成1mol該化合物的焓的增量。標(biāo)準(zhǔn)生成焓：是化合物的構(gòu)成元素在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（298K,0.1MPa）,經(jīng)化合反應(yīng)生成1mol該化合物的焓的增量。在特定的溫度壓力下（等溫等壓）進(jìn)行的反應(yīng)，反應(yīng)物與 產(chǎn)物具有相同的t,p,則產(chǎn)物與生成物間的焓值之差為該反應(yīng)的反應(yīng)焓。如果化

7、合物不是由元 素直接反應(yīng)的生成物，則反應(yīng)后生成物與反應(yīng)物間的焓差值，不是生成焓，而是反應(yīng)焓。發(fā)熱量與反應(yīng)焓、燃燒焓大小相等，符號(hào)相反。2、什么是熱著火？什么是鏈?zhǔn)街?？其區(qū)別是什么？熱著火需要滿足的條件 是什么？化學(xué)鏈著火需要滿足的條件是什么？答：熱著火：可燃混合物由于本身氧化反應(yīng)放熱大于散熱，或由于外部熱源加熱，溫度 不斷升高導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不斷自動(dòng)加速，積累更多能量最終導(dǎo)致著火。鏈?zhǔn)街穑河捎谀撤N原 因，可燃混合物中存在活化中心，活化中心產(chǎn)生速率大于銷毀速率時(shí)，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速度不 斷加速，最終導(dǎo)致著火。熱著火過程與鏈?zhǔn)街疬^程區(qū)別是：熱著火通常比鏈?zhǔn)街疬^程強(qiáng) 烈得多。熱著火過程：溫度升高引發(fā)

8、的，將使得系統(tǒng)中整體的分子動(dòng)能增加，超過活化能的 活化分子數(shù)按指數(shù)規(guī)律增加。導(dǎo)致 燃燒反應(yīng)自動(dòng)加速。鏈?zhǔn)街疬^程：主要是活化中心局部 增加并加速繁殖引起的，由于活化中心會(huì)被銷毀，所以鏈?zhǔn)街鹜ǔ＞窒拊诨罨行牡姆敝?速率大于銷毀速率的區(qū)域，而不引起整個(gè)系統(tǒng)的溫度大幅度增加，形成冷焰”但是，如果活化中心能夠在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)加速繁殖并引起系統(tǒng)能量的整體增加，就形成爆炸。3、自燃著火和強(qiáng)迫著火的區(qū)別是什么？答：強(qiáng)迫著火和熱自燃在本質(zhì)上沒有多大的差別，但在著火方式上則存在較大的差別。 熱自燃時(shí)，整個(gè)可燃物質(zhì)的溫度較高，反應(yīng)和著火在可燃物質(zhì)的整個(gè)空間內(nèi)進(jìn)行。而強(qiáng)迫著 火時(shí)，可燃物質(zhì)的溫度較低，只有很少一部分

9、可燃物質(zhì)受到高溫點(diǎn)火源的加熱而反應(yīng)，而在 可燃物質(zhì)的大部分空間內(nèi)，其化學(xué)反應(yīng)速率等于零。強(qiáng)迫著火時(shí)著火是在局部地區(qū)首先發(fā)生 的，然后火焰向可燃物質(zhì)所在其他地區(qū)傳播。與熱自燃過程類似，強(qiáng)迫著火過程也有著火溫度、著火孕育期和著火界限。但是強(qiáng)迫過 程還有一個(gè)更重要的參數(shù)，即點(diǎn)火源尺寸。影響強(qiáng)迫著火過程上述參數(shù)的因素除了可燃物質(zhì) 的化學(xué)性質(zhì)、濃度、溫度和壓力外，還有點(diǎn)燃方法、點(diǎn)火能和可燃物質(zhì)的流動(dòng)性質(zhì)等，而且 后者的影響更為顯著。一般來說，強(qiáng)迫著火溫度比熱自燃溫度高。4、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫著火的臨界條件是什么？答：強(qiáng)迫著火的臨界條件是：圖為熾熱物體邊界層內(nèi)的溫度分布。在熾熱物體壁面處可燃物的溫度Tw2即為臨界點(diǎn)

10、燃溫度。要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫著火的臨界條件為:梯度等于零，即：-dx0 當(dāng)著火發(fā)生以后，出現(xiàn) dT/dx W 0的情況5、什么叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？它是怎樣分類的？鏈反應(yīng)一般可以分為幾個(gè)階段？答：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是一種在反應(yīng)過程中含有自由原子或自由基等活化物質(zhì)的特殊反應(yīng)，如果 通過某一種方式（如光照射等）將其引發(fā)，便相繼發(fā)生一系列的鏈鎖反應(yīng)，使反應(yīng)一環(huán)扣一環(huán) 的不斷進(jìn)行下去。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)分為不分支鏈反應(yīng)（或直鏈反應(yīng)）和分支鏈反應(yīng)兩類。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一般分為鏈的激發(fā)（引發(fā)）、鏈的傳遞和鏈的斷裂（中斷）三個(gè)階段。第三章燃燒物理學(xué)基礎(chǔ)1自由射流積分（動(dòng)量守恒）條件、熱焓差和濃度差守恒條件的物理意義是什 么？答：自由射流動(dòng)量守恒是指沿射

11、流的軸線方向，在任意斷面上，以射流的速度w與速度w2之差（w-w2）計(jì)算的動(dòng)量是一個(gè)不變的常數(shù)。 其值恒等于出口斷面上的以出口速度 w1與射 流的速度w2之差計(jì)算的射流初始動(dòng)量。同動(dòng)量守恒條件相似可以得出，沿軸線方向上，任意斷面上的熱焓差和濃度差都是不變 的常數(shù)，且恒等于出口斷面上的射流與伴隨流之間的熱焓差和濃度差。2、把熱射流射入冷空間中，和把冷射流射入熱空間中，射流的軸線速度、溫度 差和濃度差衰減的情況有何區(qū)別？這對工程燃燒的二次風(fēng)參數(shù)的選取有何指導(dǎo) 意義？答：（1）把熱射流射入冷空間中時(shí)，射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減都很快，因?yàn)?B的值較大。而且隨B值增大，三者衰減速度均明顯加快。

12、（2）把冷射流射入熱空間時(shí)，很明顯B值相對（1）中要小，所以此時(shí)射流的軸線速度、 溫度差和濃度差衰減都很慢，而且隨B值減小，衰減更慢。（3）從這個(gè)方面講，組織鍋爐內(nèi)氣流流動(dòng)時(shí)，應(yīng)用B值低一些的一次風(fēng)，從而保證較慢 的衰減速度，有足夠的擾動(dòng)范圍，以保證氣流流動(dòng)。而從燃燒供氧的角度講應(yīng)用B值高一些 的一次風(fēng)，以加強(qiáng)湍流混合和傳質(zhì)，有利于燃燒。3、 一臺(tái)燃天然氣的工業(yè)鍋爐，運(yùn)行時(shí)煙氣中的氧的摩爾分?jǐn)?shù)為3%。求解運(yùn)行 的空燃比和當(dāng)量比。天然氣按甲烷來處理解：已知：x2 0.03，Wfuel 16.04，Wair 28.85 ；求：（A/F）、先假定完全燃燒條件下，建立完全燃燒方程來獲得空燃比，所謂的完

13、全燃燒 是指所有的碳全部形成二氧化碳，氫形成水：CH4+a（O2+3.76N2） CO2+2H2O+bO2+3.76aN2其中a和b可用氧原子的守恒來建立方程.2a=2+2+2b b=a-2從摩爾分?jǐn)?shù)的定義有:、/ m當(dāng)量空燃比為:當(dāng)量比為:4.76 2 28.85st16.04A/F st17.10.84A/ F20.3xO2bntotba 21 2b 3.76a14.76a0.03a 21 4.76aa=2.368空燃比為：A/Fnairn fuelWair Wfuel4.76a Wair1Wfuel20.33、一個(gè)小型的低污染排放的地面燃?xì)廨啓C(jī)，在滿負(fù)荷下運(yùn)行（3950kw）,此時(shí)的當(dāng)量

14、比為0.286,空氣流量為15.9kg/s。等效燃料（天然氣）成分為C1.16H4.32， 求：燃料的質(zhì)量流率及其運(yùn)行的空燃比。解：已知：0.286 , Wair28.85, mair 15.9kg/s , Wfuel1.16 12.01 4.32 1.008 18.286求：mfuel 和（A/F）按定義：a x y/41.16 4.32/42.24A/F st4.76a-WaiWfuel476 2.2借佩82A/FA/F st16.820.28658.8mfuelmairA/F15.9kg /s58.80.27kg / s1atm，4、計(jì)算CH 4和空氣混合物在化學(xué)當(dāng)量下的定壓絕熱燃燒溫度

15、。壓力為 初始溫度為298K。解：假設(shè)：1.反應(yīng)完全燃燒，燃燒產(chǎn)物僅為 CO2, H2O, N22.假設(shè)產(chǎn)物的比熱為常數(shù)，用在 1200K,其中Tad先估計(jì)為2100KCH4+2Q2+3.76N2) 1CO 2+2H2O+7.52N 2Nco21， Nh2o 2， N n27.52查表得生成焓和1200K時(shí)的比熱：hf,ch417.8kcal/mol，hfCpco2 13.466cal/mol K，Cph?。94kcal/mol， hf,h2o57.8kcal /mol10.444cal / mol K， cpn2 8.060cal / mol Khreac N CH 4 hf ,ch4pro

16、dNco2 hf ,co2 Nh2o hf ,h2oNco2 cpco2N h2o cph2oN n2 cpn2(Tad298)reacprod得：Tad2317.7K第四章燃料1、燃料的化學(xué)成分有那些？以及各個(gè)成分的性質(zhì)是什么？答：無論是固體燃料、液體燃料還是氣體燃料，他們的主要組成都是多種碳?xì)浠衔?。從元素分析的角度來看，燃料主要組分是 C、H、O、N、S以及水分和灰分。碳（C）。碳是常用燃料中主要的可燃元素，一般占煤成分的20%70%。碳元素包括煤受熱分解時(shí)產(chǎn)生的揮發(fā)分中的碳和固定碳。碳化程度越深的煤，固定碳的含量也越高。由于固 定碳的燃點(diǎn)很高，含碳量越高的煤，其著火燃盡也越困難。氫（H

17、 ）。氫是燃料中熱值高且有利于燃燒的元素。約為 3%5%，且均以化合物的狀態(tài)存 在。氫含量的多少，直接影響煤的熱值、著火和燃盡。氧（O）。氧在各種煤中的含量差別很大。隨著煤的地質(zhì)年齡的增長，煤中的氧不斷分解 逸出，氣含氧量逐漸降低。氧使煤中的可燃碳及可燃?xì)涞暮肯鄬p少，從而降低煤的熱值。氮（N）。氮是燃料中的惰性元素，一般情況下不參與燃燒過程。燃料發(fā)生燃燒反應(yīng)后， 氮以游離狀態(tài)隨著燃燒煙氣排出燃燒設(shè)備。燃料中的氮含量一般都不高，如煤中的氮含量通 常僅為 0.5%2.5%。硫（S）。各種燃料中均含有一定量的硫，但不同種類的燃料中硫含量與硫的存在狀態(tài)差 別較大。煤中的硫一般以三種形式存在，即有有

18、機(jī)硫、黃鐵礦硫和硫酸鹽硫。灰分（A）?；曳质侵溉剂现兴锌扇嘉镔|(zhì)完全燃燒而燃料所含的礦物質(zhì)在燃燒過程中經(jīng) 歷一系列分解、化合等復(fù)雜反映后所剩余的殘?jiān)?。灰分是煤中的有害雜質(zhì)，煤中的灰分含量 高，則可燃質(zhì)相對減少，這不僅降低了煤的熱值，而且影響煤的著火和燃盡程度。水分（M ）。各種煤的水分含量差別較大。水分是燃料中不可燃的有害組分，它的存在降低了燃料中的可燃質(zhì)的含量。2、燃料氣的熱擴(kuò)散系數(shù)、燃料的發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)速度、氣體的密度、氣體的 壓力、可燃?xì)怏w的初溫、鋒面形狀等因素如何影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?？答：燃料氣的熱擴(kuò)散系數(shù)增大、燃料的發(fā)熱量增大、化學(xué)反應(yīng)速度增大、氣體的密度減 小、可燃?xì)怏w初溫越大

19、，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣榷紩?huì)增大。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c壓力的1/2*( n-2)次方成正比?；鹧驿h面凹，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃?，火焰鋒面凸散熱增多，層流火焰?zhèn)鞑ニ?度減小。3、煤的種類有那些？分別有什么特點(diǎn)？答：煤是由植物殘骸經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成的。根據(jù)母體物 質(zhì)碳化程度的不同，可將煤分成泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤四大類。泥炭。在使用性能上，泥炭的揮發(fā)分含量高，可燃性好，含硫量低，機(jī)械性能差，灰熔 點(diǎn)很低，泥炭的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值不大，也不適宜于遠(yuǎn)途運(yùn)輸，主要用作小型鍋爐燃料或氣化原 料。褐煤。褐煤是泥炭在地?zé)岷蛪毫ψ饔孟逻M(jìn)行炭化所生成的煤。與泥炭相比，褐煤的密度 較大，含碳量相對增加，

20、水分和揮發(fā)分均減少，在使用性能上，褐煤黏性弱，極易氧化和自 燃，吸水性較強(qiáng)。在空氣中極易風(fēng)化和破碎，褐煤不適宜于遠(yuǎn)途運(yùn)輸和長期儲(chǔ)存，一般可作 為地方性燃料在產(chǎn)區(qū)附近使用。煙煤。煙煤是褐煤進(jìn)一步碳化而轉(zhuǎn)變成的煤種。與褐煤相比，煙煤的揮發(fā)分減少，吸水 性較小，含氧量減少，含碳量增高，且具有較強(qiáng)的黏結(jié)性。無煙煤。無煙煤表現(xiàn)上有黑色光澤，均勻而無明顯的分層。與煙煤相比，無煙煤密度較 大，含碳量更高，而揮發(fā)分較少。在使用性能上，無煙煤組織致密而堅(jiān)硬，吸水性小，適合 于遠(yuǎn)途運(yùn)輸和長期儲(chǔ)存。4、煤熱解的試驗(yàn)方法有哪些？答：煤的熱解的試驗(yàn)方法有兩大類，靜態(tài)樣品法和連續(xù)流動(dòng)法。前者煤樣是靜止的，后 者煤樣為連續(xù)

21、進(jìn)料和出料。靜態(tài)樣品法包括：固定床法，金屬網(wǎng)柵加熱法以及熱天平法。熱天平法由于其精度高， 容易規(guī)范，目前受到了極大的重視，采用熱天平通過計(jì)算可以得到熱解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。連續(xù)流動(dòng)法包括：流化床熱解法、機(jī)械攪拌法、氣體夾帶煤粉通過加熱的反應(yīng)器法、自 由沉降反應(yīng)器法、等離子高速加熱煤粉法等。應(yīng)該指出的是，在研究煤的熱解特性時(shí)，煤是在各種不同的加熱速率、氣氛、壓力等條 件下得到的，熱解產(chǎn)物必須和工業(yè)分析測定的揮發(fā)分含量加以區(qū)別，因?yàn)楹笳邇H僅是一種簡 便標(biāo)準(zhǔn)。第五章氣體燃料燃燒1如何定義擴(kuò)散燃燒和動(dòng)力燃燒？答：一般來說，氣體燃料燃燒所需的全部時(shí)間由兩部分組成，即氣體燃料與空氣混合所需的時(shí)間mix和燃料

22、氧化的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間 ch。如果不考慮這兩種過程在時(shí)間上的重疊，整個(gè)燃燒過程所需時(shí)間為mix ch燃料與空氣的混合有分子擴(kuò)散及湍流擴(kuò)散兩種方式，因此燃料與空氣混合的時(shí)間可寫成mix式中，M、 T是分子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散時(shí)間。當(dāng)mixch時(shí)，則整個(gè)燃燒時(shí)間即可近似地等于氧化反應(yīng)時(shí)間，即ch。這種燃燒稱為化學(xué)動(dòng)力燃燒或動(dòng)力燃燒。預(yù)混可燃?xì)怏w的燃燒屬于動(dòng)力燃燒。動(dòng)力燃燒過程將強(qiáng)烈地受 到化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素的控制。反之，當(dāng)mixch時(shí)，則整個(gè)燃燒時(shí)間近似等于擴(kuò)散混合時(shí)間，即mix。這種情況可稱為擴(kuò)散燃燒或燃燒在擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行，此時(shí)燃燒過程的進(jìn)展與化學(xué)動(dòng)力因素關(guān)系不大，而主要取決于流體動(dòng)力學(xué)的擴(kuò)散混合因素2、什么

23、是擴(kuò)散火焰？什么是預(yù)混火焰？答：擴(kuò)散火焰：燃料和氧化劑邊混合邊燃燒，這時(shí)由于擴(kuò)散作用對燃燒起控制作用，又稱 擴(kuò)散火焰。預(yù)混火焰：燃料和氧化劑預(yù)先混合好，這時(shí)化學(xué)動(dòng)力學(xué)因素對燃燒起控制作用，亦稱動(dòng)力 燃燒。3、什么是離焰、吹熄、脫火和回火？答：離焰：若火焰脫離噴口，懸舉在噴口上方，但不熄滅。吹熄：發(fā)生離焰時(shí)，火焰雖不立即熄滅，但此時(shí)火焰將吸人更多的二次空氣，使懸舉的 火焰中燃?xì)鉂舛冉档汀Ｈ艨扇蓟旌蠚饬魉倮^續(xù)增大，火焰則會(huì)出現(xiàn)吹熄現(xiàn)象。脫火：若火焰脫離噴口并熄滅，這種現(xiàn)象稱為脫火。顯然，脫火主要是由于噴口出口氣 流速度過高而引起的，故又常稱為吹脫。相反，當(dāng)w減小到一定值時(shí)，火焰面也無法繼續(xù)保持穩(wěn)定

24、。此時(shí)，火焰將縮人燃燒器噴 口內(nèi)，在噴口內(nèi)燃燒，這種現(xiàn)象稱為回火。燃燒器在工作時(shí)，不允許發(fā)生離焰、吹熄、脫火或回火問題。吹熄和脫火將造成燃?xì)庠谌紵壹捌渲車h(huán)境中的累積，一旦再遇到明火便會(huì)使大量燃?xì)庋杆僦穑瑥亩斐纱笠?guī)模 爆燃，同時(shí)燃?xì)庖矔?huì)對人員造成毒害作用?；鼗饎t可能燒毀燃燒區(qū)，甚至引起燃燒器或儲(chǔ)氣 罐發(fā)生爆炸，也可能導(dǎo)致火焰熄滅，從而造成嚴(yán)重后果。4、引射式大氣燃燒器有什么特點(diǎn)？答：燃燒器由兩大部分組成：引射器和頭部。工作時(shí)具有一定壓力的氣體燃料以一定的 速度從噴嘴噴出，進(jìn)入收縮型吸氣管，并借助燃料射流的吸卷作用帶入一次空氣。燃料與空 氣在引射器內(nèi)混合，把動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽缓髲念^部的火

25、孔流出，并從周圍大氣中獲取二 次空氣，完成整個(gè)燃燒過程。和擴(kuò)散式燃燒器相比，引射式大氣燃燒器的火焰溫度比較高，火焰短，火力強(qiáng)；但結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，燃燒穩(wěn)定性較差。與鼓風(fēng)式燃燒器相比，引射式大氣燃燒器不必鼓風(fēng)，投資少，不耗 電；但熱負(fù)荷不宜太大，否則結(jié)構(gòu)相當(dāng)笨重。和火道式無焰燃燒器相比，引射式大氣燃燒器 熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬廣，可燃燒低壓煤氣；但熱強(qiáng)度較低。一次空氣余氣系數(shù)基本上不隨煤氣 壓力而變化。因此，這類燃燒器具有可貴的自動(dòng)調(diào)節(jié)性能。5、本生燈火焰穩(wěn)定的機(jī)理是什么？如何使用本生燈測量層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋看穑罕旧鸁舻幕鹧娣€(wěn)定機(jī)理：本生燈出口處 Re較小，一般屬層流，火焰鋒面以Uce傳播, 可燃混合氣以

26、w速度前進(jìn)，合成速度的結(jié)果就是形成了的圓錐面。這也稱為余弦定律：WnWCOSUce。的存在使得火焰鋒面上質(zhì)點(diǎn)沿 a-b方向移動(dòng)，為使火焰穩(wěn)定，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)由a移至b時(shí)，必須有另一質(zhì)點(diǎn)補(bǔ)充上來。因此在接近火炬根部的焰 鋒表面上，必須存在一固定的點(diǎn)火源（不斷點(diǎn)燃火焰根部附近的可燃?xì)怏w 以補(bǔ)充被氣流帶走的質(zhì)點(diǎn)）。此即圓錐面火焰鋒面的策源，底部四周一圈 環(huán)形火焰鋒面一一點(diǎn)火環(huán)。點(diǎn)火環(huán)的存在是由于燃料混合物噴出本生燈后 在邊緣上速度很低，有一些地方射流速度正好等于Uce，即形成了點(diǎn)火環(huán)。如圖所示，當(dāng)火焰穩(wěn)定時(shí)，混合氣體在火焰鋒面法向的分速度就等于氣體火焰的傳播速度。測量空氣與燃?xì)饬髁浚傻没旌蠚怏w流量，根據(jù)已

27、知的噴嘴直徑，可計(jì)算出混合氣體的 流速；再測量火焰的高度，算出火焰圓錐投影的半角，即可得到混合氣體在火焰鋒面法向的 分速度，即為氣體火焰?zhèn)鞑ニ俣取５诹乱后w燃料的燃燒1液體燃料的燃燒方式有哪幾種？各有何特點(diǎn)？答：根據(jù)液體燃料在著火燃燒前發(fā)生蒸發(fā)與氣化的特點(diǎn)，可將其燃燒分為液面燃燒、燈 芯燃燒、蒸發(fā)燃燒和霧化燃燒四種方式。（1）液面燃燒。液面燃燒是指直接在液體表面上發(fā)生的燃燒。在液面燃燒過程中，若燃 料蒸氣與空氣的混合不良，則將導(dǎo)致燃料嚴(yán)重裂解，通常其中的重質(zhì)成分并不發(fā)生燃燒反應(yīng), 因而將冒出大量黑煙，嚴(yán)重污染環(huán)境空氣。（2）燈芯燃燒。燈芯燃燒是利用燈芯的毛細(xì)吸附作用將燃油由容器中抽吸上來，并在

28、燈 芯表面生成油蒸氣，然后油蒸氣與空氣混合發(fā)生的燃燒。（3）蒸發(fā)燃燒。蒸發(fā)燃燒是使液體燃料通過一定的蒸發(fā)管道，利用燃燒時(shí)放出的一部分 熱量加熱管中的燃料，使其蒸發(fā)，然后再像氣體燃料那樣進(jìn)行燃燒。蒸發(fā)燃燒方式適合于黏 度不高、沸點(diǎn)不太高的輕質(zhì)液體燃料，在工程燃燒中有一定的應(yīng)用。（4）霧化燃燒。霧化燃燒是利用各種形式的霧化器將液體燃料破碎霧化為大量直徑為幾 微米到幾百微米的小液滴，并使它們懸浮在空氣中邊蒸發(fā)邊燃燒。由于燃料的霧化，使其表 面積增加了上千倍，因而有利于液體燃料迅速有效地燃燒。2、液體燃料霧化的主要特性參數(shù)有哪些？答：液體燃料霧化質(zhì)量的好壞對燃燒過程及燃燒設(shè)備的工作性能有著重大影響。通

29、常評 價(jià)液體燃料霧化器的霧化性能及質(zhì)量的主要指標(biāo)為：霧化角、霧化液滴細(xì)度、霧化均勻度、 流量密度分布、噴霧射程、調(diào)節(jié)比，對于介質(zhì)霧化噴嘴，還有氣耗率等。3、機(jī)械霧化與介質(zhì)霧化有何不同？答：機(jī)械霧化噴嘴也叫離心式霧化噴嘴，它有多種形式。機(jī)械霧化油燒嘴的結(jié)構(gòu)簡單、 緊湊，工作噪音小，適用于粘度較低的燃油。燃用霧化質(zhì)量較差的油品時(shí)，易出現(xiàn)堵塞或霧 化粒度較粗等問題，油壓要求高，一般應(yīng)達(dá) 1.52.5MPa,系統(tǒng)可靠性要求高，油泵耗能大。介質(zhì)霧化噴嘴。又稱氣動(dòng)式霧化噴嘴，它的工作原理是利用空氣或蒸汽作為霧化介質(zhì)， 將其壓力能轉(zhuǎn)換為高速氣流，使液體燃料噴散為霧化炬。這種燒嘴結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)比較方便， 但是

30、手動(dòng)油閥難以實(shí)現(xiàn)微量調(diào)節(jié)。此外，燒嘴的移動(dòng)套管部分要求精密加工，否則易引起火 焰偏斜。由于燒嘴結(jié)構(gòu)簡單，空氣與燃油之間僅相遇一次，混合效果較差。4、什么是液滴蒸發(fā)時(shí)的斯蒂芬流？答：液滴在靜止高溫環(huán)境下蒸發(fā)，驅(qū)動(dòng)力不僅與濃度差有關(guān)而且與液滴周圍的溫差有關(guān)。 因此其蒸發(fā)過程不是簡單的傳質(zhì)，而是傳熱傳質(zhì)的綜合過程。下圖所示為液滴蒸氣過程燃料蒸氣和其他氣體 x （空氣）含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的變化趨勢, 其中下標(biāo)S表示液滴表面。燃料蒸氣含量在液滴表面最高。隨著半徑增大，含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 逐漸減小，直到無窮運(yùn)處，mg 0。對于空氣，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化正好上反，在無限運(yùn)處， mXg 1.0，并逐漸減小到液滴表面的

31、 mxgs值。顯然，在任意半徑處，有 mXg m1.0。液體周圍成分分布顯然，空氣和燃料蒸氣在液滴表面與環(huán)境之間存在含量梯度。由于含量梯度的存在，使 燃料蒸氣不斷地從表面向外擴(kuò)散；相反地，空氣 x則從外部環(huán)境不斷地向液滴表面擴(kuò)散。在 液滴表面，空氣力圖向液滴內(nèi)部擴(kuò)散，然而空氣既不能進(jìn)入液滴內(nèi)部，也不在液滴表面凝結(jié)。 因此，為平衡空氣的擴(kuò)散趨勢，必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向流動(dòng)。根據(jù)質(zhì)量平衡定理，在液滴表面 這個(gè)反向流動(dòng)的氣體質(zhì)量正好與身液滴表面擴(kuò)散的空氣質(zhì)量相等。這種氣體在液滴表面或任 一對稱球面以某一速度vg離開的對流流動(dòng)被稱為斯蒂芬（Stefan）流。5、如何強(qiáng)化油霧燃燒？答：增強(qiáng)霧化功能，減小油滴

32、尺寸，提高霧化的均勻性；提高燃燒室的溫度水平，強(qiáng)化 蒸發(fā)階段的傳熱。第七章固體燃料的燃燒1、影響煤熱解的因素有哪些？如何影響？答：影響煤熱解的因素很多，主要包括：（1）溫度的影響。在正常的熱解溫度下，溫度越高，熱解產(chǎn)物的生成量越大，但曲線的 形狀隨加熱速率或煤種的不同而有所不同。（2）加熱速率的影響。加熱速率的影響比較復(fù)雜。高的加熱速率可以縮短熱解時(shí)間，但 不影響最終熱解產(chǎn)率。隨著熱解速率的提高，達(dá)到一定熱解失重量的溫度也隨之提高。（3）壓力的影響。隨著熱解壓力增加，熱解析出量呈單一下降趨勢，這是由于壓力增大, 煤粒內(nèi)部裂化及炭沉積度增大。（4）顆粒粒度的影響。增大顆粒粒度對熱解產(chǎn)率的影響很小

33、，但由于顆粒粒度的改變將 導(dǎo)致溫升速率放慢，如果停留時(shí)間一定，則可能導(dǎo)致熱解產(chǎn)物量也減少。（5）氣氛的影響。在不同的工藝過程中，煤熱解所處的氣氛會(huì)不相同。如在煤燃燒時(shí)， 熱解是在空氣中進(jìn)行的，此時(shí)熱解產(chǎn)物析出后馬上會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。而在煤氣化 或干餾過程中，熱解是在熱解產(chǎn)物中進(jìn)行的。（6）煤種的影響。煤種對熱解失重的影響是明顯的，首先表現(xiàn)在不同的煤種其工業(yè)分析 揮發(fā)分有差別，無煙煤的熱解失重很小，而煙煤就相對較高，而且揮發(fā)分含量越高，揮發(fā)分 析出的速率也越快一些。2、闡述描述揮發(fā)分燃燒的三種方法一一局部平衡法、總體反應(yīng)速率法、完全反 應(yīng)法。答：（1）局部平衡法。局部平衡法沿自 Seek

34、er等人的研究，他們采用全息攝影方法觀察 了熱解產(chǎn)物從煤粒中的釋放過程，觀察到了熱解產(chǎn)物的射流并形成熱解產(chǎn)物云。此時(shí)，如氣 體溫度和停留時(shí)間合適，則每一個(gè)小云均能與氧氣結(jié)合形成擴(kuò)散火焰。（2）總體反應(yīng)法?？傮w反應(yīng)法的提出是基于有些過程熱解產(chǎn)物和氧化性氣體并不處于熱 平衡狀態(tài)，有些組分復(fù)雜而機(jī)理又十分清楚，該方法將各種不同成分的化學(xué)反應(yīng)速率歸納為 一個(gè)總體反應(yīng)。目前常用的總體反應(yīng)速率模型有以下三類：1）假定碳?xì)浠衔锶紵龣C(jī)理歸納為一個(gè)產(chǎn)物為 CO和H20的總體反應(yīng)。2）總體反應(yīng)的產(chǎn)物為CO和H2。3）提供了 H2、CO、C2H4及烷烴的總體反應(yīng)速率。（3）完全反應(yīng)方法。為了精確描述熱解產(chǎn)物的完整

35、燃燒情況，應(yīng)該把熱解產(chǎn)物的每一個(gè) 組分的反應(yīng)機(jī)理結(jié)合在一起，以形成整體的反應(yīng)機(jī)理。3、分析二次反應(yīng)對碳燃燒過程的影響。答：碳球的初次反應(yīng)是 C+ O2=CO2及2C+ O2=2CO。實(shí)際上，除碳與氧的初次反應(yīng)外， 一氧化碳可能還要與氧在碳球周圍的空間內(nèi)燃燒，在溫度較高時(shí)，二氧化碳在碳球表面還會(huì) 發(fā)生氣化反應(yīng)。也就是說，碳球在燃燒過程中還存在著二次反應(yīng)，即C+CO2=2CO2CO+O2=2CO2（1）當(dāng)溫度低于700C時(shí)，氧擴(kuò)散到碳球表面，按下式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，即4C+3O2=2CO2+2CO由于反應(yīng)溫度較低，二氧化碳和碳球之間還不能發(fā)生氣化反應(yīng)，一氧化碳也不能與氧在 空間內(nèi)燃燒。反應(yīng)生成的二氧化

36、碳與一氧化碳濃度相等，都向外擴(kuò)散出去，這種情況下，二 次反應(yīng)的影響很小。（2）當(dāng)溫度在8001200C范圍內(nèi)時(shí)，反應(yīng)方程仍為上式。一氧化碳此時(shí)由碳球表面向遠(yuǎn) 處擴(kuò)散時(shí)，與氧相遇即發(fā)生燃燒，形成火焰鋒面。只有與一氧化碳燃燒后剩余的氧才能繼續(xù) 擴(kuò)散到碳球表面與碳發(fā)生反應(yīng)。由于環(huán)境溫度不夠高，反應(yīng)生成的二氧化碳仍不能與碳球發(fā) 生氣化反應(yīng)，其在向外擴(kuò)散過程中，匯合了一氧化碳空間燃燒生成的二氧化碳，一并向遠(yuǎn)處 擴(kuò)散。(3) 當(dāng)溫度大于12001300C時(shí)，碳球表面上的反應(yīng)隨溫度升高而加速，即使介質(zhì)中的氧 能擴(kuò)散到碳球表面，一次反應(yīng)的產(chǎn)物基本上只是一氧化碳。一氧化碳在火焰鋒面處就將從遠(yuǎn) 處向碳球表面擴(kuò)散來

37、的氧完全消耗掉，并生成二氧化碳。與一氧化碳不同，二氧化碳同時(shí)向 遠(yuǎn)處及向碳球表面擴(kuò)散。向表面擴(kuò)散的二氧化碳到達(dá)碳球表面后就和碳發(fā)生氣化反應(yīng)。C+CO2=2CO反應(yīng)生成的一氧化碳又由碳球表面擴(kuò)散到火焰鋒面， 并與自遠(yuǎn)處擴(kuò)散而來的氧發(fā)生燃燒反應(yīng)。 二氧化碳由火焰鋒面擴(kuò)散到碳球表面就起了運(yùn)輸化合狀態(tài)氧的作用而使碳?xì)饣?、什么是煤粉氣流的著火熱？試分析影響煤粉氣流著火的主要因素。答：煤粉著火過程中，首先必須具備一定的著火熱。將煤粉氣流加熱到著火溫度所需要 的熱量稱為著火熱。它主要用于加熱煤粉和空氣以及使煤中水分蒸發(fā)和過熱。影響煤粉氣流 著火的主要因素如以下幾點(diǎn)：(1) 燃料性質(zhì)。煤的可燃基揮發(fā)分如果

38、很低，它的著火溫度很高，煤粉氣流就必須加熱 到很高溫度才能正常地著火。煤的灰分顯著增加時(shí)，煤粉氣流的著火點(diǎn)也會(huì)推遲。煤的水分 增加時(shí)，著火熱增加；煤中的灰分增高，推遲煤粉氣流著火。(2) 次風(fēng)量和一次風(fēng)速。一次風(fēng)量和一次風(fēng)速提高都要使著火點(diǎn)推遲。一次風(fēng)量增加 時(shí)，著火熱增大，因此著火要推遲。一次風(fēng)速過高將降低煤粉氣流的加熱速度，使著火距離 加長。但一次風(fēng)速又過低，燃燒器噴口會(huì)被燒壞。(3) 煤粉氣流初溫。提高煤粉與一次風(fēng)氣流的初溫，可以降低著火熱，使著火提前。另 外，燃燒器的結(jié)構(gòu)特性及鍋爐負(fù)荷的變化也影響煤粉氣流的著火。第八章 燃料燃燒引起的污染及其防治1、炭黑的形成機(jī)理是什么？炭黑的種類分為

39、哪些？答：碳黑是碳?xì)浠衔镌诟邷厝毖鯒l件下熱解產(chǎn)生的碳煙顆粒。碳黑的生成機(jī)理非常復(fù) 雜，其結(jié)構(gòu)屬于無定形碳，粒徑分布較寬，從不足 1ym到100ym。碳?xì)淙剂先紵闪綖?0nm以上的微粒的過程分為兩個(gè)階段。第一階段，低分子量 不飽和烴由化學(xué)反應(yīng)形成微粒核的高分子化階段，產(chǎn)生碳煙核；第二階段，碳煙核經(jīng)過聚合、 生長形成碳黑微粒。碳黑一旦形成則難以燃盡，往往以黑色碳煙的形式污染大氣。燃料與空 氣混合不充分時(shí)，燃燒產(chǎn)生的火焰是發(fā)光火焰，能夠發(fā)出可見光和紅外線，光譜分析表明火 焰內(nèi)存在游離碳。從火焰中產(chǎn)生的碳煙就是這些游離碳或者碳的自由基高分子化后形成的。這個(gè)過程與燃燒形態(tài)和火焰的發(fā)光燃燒有重要關(guān)

40、系。即使是預(yù)混火焰，燃料過剩也會(huì)產(chǎn)生碳 煙。燃料的碳?xì)浔容^高時(shí)，更容易產(chǎn)生碳煙?；鹧鏈囟容^高時(shí)，根據(jù)化學(xué)平衡原理，碳原子 難以聚集成碳煙，火焰的光輻射強(qiáng)度較高，但是碳煙在排出火焰前將被氧化。碳?xì)漕惾剂先紵龝r(shí)生成的碳黑，按其生成機(jī)理及其特殊形式，有氣相析出型碳黑、剩余 型碳黑、雪片型碳黑以及積碳等幾種形式。2、煙氣除塵技術(shù)有哪些？答：煙氣除塵技術(shù)是應(yīng)用最廣的煙塵控制技術(shù)。煙氣除塵的方法和設(shè)備很多，基本原理 是利用不同的力對煙塵顆粒發(fā)生作用，使顆粒與氣體分離，然后集中收集煙塵。(1) 機(jī)械除塵器。機(jī)械除塵器主要有重力沉降式、慣性式、旋風(fēng)式等型式。前兩種除塵 器一般能除去直徑大于20叩以上的粗顆粒，

41、效率不高，阻力較小，常作為初級(jí)除塵器。(2) 濕式除塵器。濕式除塵器的基本原理是通過顆粒與水滴或其它液體的慣性碰撞而將 其截獲，并隨水滴流走。為了保證煙氣與水滴充分接觸，必須使水霧化為較小的液滴，并且具有較合理的空間分布。濕式除塵器還能除掉煙氣中部分SO2和NOx等物質(zhì)，在處理煙氣溫度高、濕度大或常規(guī)性的粉塵方面應(yīng)用較多，但能耗和水耗大，容易腐蝕設(shè)備，且需對水和 廢液作再處理。(3) 靜電除塵器。靜電除塵器利用高電壓產(chǎn)生的庫侖力清除煙塵。它的結(jié)構(gòu)主要包括電 暈極和集塵極兩部分，當(dāng)在兩極加上高達(dá) 2060kV的直流電壓后，電暈極產(chǎn)生電暈放電，產(chǎn) 生大量負(fù)離子。含塵煙氣通過時(shí)，顆粒與負(fù)離子碰撞而帶

42、上負(fù)電，并在電場力的作用下流向 集塵極。帶電顆粒在集塵極釋放出負(fù)電荷后沉積，完成粉塵與氣體的分離。(4) 袋式除塵器。袋式除塵器是利用過濾原理除塵。含塵煙氣通過用棉、麻、人造纖維等編 制物制成的布袋時(shí)，粉塵受到阻擋而留在布袋表面，而氣體則穿過纖維孔隙排出。3、流化床燃燒控制N2O的方法有哪些？答：流化床燃燒控制N20的方法如下：(1) 提高流化床運(yùn)行溫度。提高燃燒溫度，特別是流化床運(yùn)行溫度，N20發(fā)生分解反應(yīng)， 顯然會(huì)迅速減少N2O的排放，但是，提高溫度可能會(huì)同時(shí)導(dǎo)致 NOx排放升高及爐內(nèi)脫硫效果 降低。因此，提高流化床溫度控制 N20排放時(shí)，通常應(yīng)同時(shí)采用分級(jí)燃燒等方法降低 NOx排 放及米

43、用咼溫脫硫劑，以達(dá)到脫硫、脫氮及咼燃燒效率的統(tǒng)一 O(2) 低氧燃燒。降低過量空氣系數(shù)，可以減少 N20排放，特別是在接近理論空氣量時(shí)效 果更佳。同時(shí)采用低過量空氣系數(shù)和空氣分級(jí)燃燒， 在理論上可同時(shí)減少N2O和NOx，但是， 降低過量空氣系數(shù)必須有較好的運(yùn)行控制手段，防止飛灰含碳量顯著增加。(3) 再燃燒法。再燃燒法是在流化床爐膛之后補(bǔ)充天然氣等燃料燃燒，提高煙氣溫度， N2O在高溫下分解，降低N20排放。(4) 催化反應(yīng)降低N20。流化床中的固態(tài)物質(zhì)均對N20的熱分解有一定的催化作用，實(shí) 際上一些催化劑對N20具有強(qiáng)烈分解作用4、爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)的工作原理是什么？答：爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)（FSI）的反應(yīng)機(jī)理仍然是鈣基脫硫。爐內(nèi)直接