燃?xì)庹n件-第五章

1、山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校 主講主講：李東雄李東雄 動力工程系系動力工程系系山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校第一節(jié)第一節(jié) 擴(kuò)散式燃燒擴(kuò)散式燃燒 第二節(jié)第二節(jié) 部分預(yù)混式燃燒部分預(yù)混式燃燒第三節(jié)第三節(jié) 完全預(yù)混式燃燒完全預(yù)混式燃燒第四節(jié)第四節(jié) 燃燒過程的強(qiáng)化與完善燃燒過程的強(qiáng)化與完善 山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等專科學(xué)校一、燃燒的動力區(qū)和擴(kuò)散區(qū)、過渡區(qū)一、燃燒的動力區(qū)和擴(kuò)散區(qū)、過渡區(qū)(也叫中間區(qū)也叫中間區(qū))燃?xì)馊紵枞細(xì)馊紵钑r間時間包括燃?xì)獍ㄈ細(xì)庋趸瘎┑难趸瘎┑幕旌匣旌蠒r間時間+化學(xué)反化學(xué)反應(yīng)應(yīng)所需時間。所需時間。 即即 (physics chemical) chph

2、山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校不同情況下，影響燃燒速度的因素不同不同情況下，影響燃燒速度的因素不同 1. 在動力區(qū)在動力區(qū)：主要影響因素為主要影響因素為化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度，如活化能、，如活化能、T、P、濃度等。、濃度等。 2. 在擴(kuò)散區(qū)在擴(kuò)散區(qū)：主要影響因素為燃?xì)馀c空氣的主要影響因素為燃?xì)馀c空氣的混合速度混合速度，如，如氣流速度等。氣流速度等。 3. 在中間區(qū)在中間區(qū)：主要影響因素為主要影響因素為化學(xué)反應(yīng)速度和混合速度化學(xué)反應(yīng)速度和混合速度二、層流擴(kuò)散火焰的結(jié)構(gòu)二、層流擴(kuò)散火焰的結(jié)構(gòu)1.擴(kuò)散式燃燒：燃?xì)庵胁缓趸瘎紵璧难鯕鈱⒁揽繑U(kuò)擴(kuò)散式燃燒：燃?xì)庵胁缓趸瘎?，燃燒所需的?/p>

3、氣將依靠擴(kuò)散作用從周圍大氣中獲得，這種燃燒方式稱為擴(kuò)散式燃燒。散作用從周圍大氣中獲得，這種燃燒方式稱為擴(kuò)散式燃燒。2. 主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)： 在層流狀態(tài)下，擴(kuò)散燃燒依靠分子擴(kuò)散作用使周圍氧氣進(jìn)在層流狀態(tài)下，擴(kuò)散燃燒依靠分子擴(kuò)散作用使周圍氧氣進(jìn)入燃燒區(qū)，但由于分子擴(kuò)散緩慢，因此層流擴(kuò)散燃燒的速度取入燃燒區(qū)，但由于分子擴(kuò)散緩慢，因此層流擴(kuò)散燃燒的速度取決于氧的擴(kuò)散速度；同時由于化學(xué)反應(yīng)快，火焰厚度很小。決于氧的擴(kuò)散速度；同時由于化學(xué)反應(yīng)快，火焰厚度很小。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校 火焰焰面為圓錐形，焰面以內(nèi)為燃?xì)?，焰面以外為空氣，火焰焰面為圓錐形，焰面以內(nèi)為燃?xì)猓婷嬉酝鉃榭諝?，焰面?/p>

4、焰面處=1，燃燒產(chǎn)物濃度最大。，燃燒產(chǎn)物濃度最大。 火焰長度與氣流速度成正比，對同一種燃?xì)夂屯蝗紵鹧骈L度與氣流速度成正比，對同一種燃?xì)夂屯蝗紵?，氣流速度越大，火焰越長。器，氣流速度越大，火焰越長。 燃?xì)饬髁恳欢〞r，火焰長度與氣流速度無關(guān)，僅與氣體燃?xì)饬髁恳欢〞r，火焰長度與氣流速度無關(guān)，僅與氣體的擴(kuò)散系數(shù)成反比。擴(kuò)散系數(shù)越大，火焰越短。的擴(kuò)散系數(shù)成反比。擴(kuò)散系數(shù)越大，火焰越短。(擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)即單位時間從空氣中擴(kuò)散到燃?xì)庵械难趿考磫挝粫r間從空氣中擴(kuò)散到燃?xì)庵械难趿?。 山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校3.擴(kuò)散火焰的形狀為圓錐形擴(kuò)散火焰的形狀為圓錐形 層流擴(kuò)散火焰的結(jié)構(gòu)層流擴(kuò)散火焰

5、的結(jié)構(gòu)1外側(cè)混合區(qū)（燃燒產(chǎn)物外側(cè)混合區(qū)（燃燒產(chǎn)物+空氣）；空氣）；2內(nèi)側(cè)混合區(qū)（燃燒產(chǎn)物內(nèi)側(cè)混合區(qū)（燃燒產(chǎn)物+燃?xì)猓?；燃?xì)猓?；Cg燃?xì)鉂舛龋蝗細(xì)鉂舛?；Ccp燃燒產(chǎn)物濃度；燃燒產(chǎn)物濃度；CO2氧氣濃度氧氣濃度射流本身有一射流本身有一等速核心區(qū)等速核心區(qū)，而且，而且軸軸線速度最大線速度最大。射流沿火焰軸線方向。射流沿火焰軸線方向流動中，燃?xì)庖鲃又?，燃?xì)庖┻^較厚的內(nèi)側(cè)混穿過較厚的內(nèi)側(cè)混合區(qū)合區(qū)（燃燒產(chǎn)物（燃燒產(chǎn)物+燃?xì)猓┎拍芘c氧燃?xì)猓┎拍芘c氧碰面碰面,故需要一段故需要一段時間時間,而在這段時而在這段時間內(nèi)燃?xì)鈱⒘鬟^一定間內(nèi)燃?xì)鈱⒘鬟^一定距離距離,使使焰面焰面拉長拉長。燃?xì)庠谙蚯傲鲃拥倪^程中不。燃

6、氣在向前流動的過程中不斷燃燒斷燃燒,純?nèi)細(xì)獾捏w積越來越少純?nèi)細(xì)獾捏w積越來越少,最最后在中心線上全部燃燼后在中心線上全部燃燼,所以火焰所以火焰末端變尖而整個火焰面成圓錐形末端變尖而整個火焰面成圓錐形。當(dāng)燃?xì)饬髁坷^續(xù)增加時當(dāng)燃?xì)饬髁坷^續(xù)增加時,燃?xì)饬魉偃細(xì)饬魉僭黾釉黾?而氧的擴(kuò)散速度未變而氧的擴(kuò)散速度未變,故火焰故火焰長度不斷增加長度不斷增加,火焰表面積不斷增火焰表面積不斷增大大。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校三、火焰由層流向紊流的過渡三、火焰由層流向紊流的過渡氣流速度增加時擴(kuò)散火焰長度和燃燒工況的變化氣流速度增加時擴(kuò)散火焰長度和燃燒工況的變化1火焰長度終端曲線；火焰長度終端曲線；2層流火

7、焰終端曲線層流火焰終端曲線當(dāng)氣流速度增加至某一當(dāng)氣流速度增加至某一臨界臨界值值時時,氣體流動狀態(tài)由氣體流動狀態(tài)由層流轉(zhuǎn)為層流轉(zhuǎn)為紊 流紊 流 , 火 焰 頂 點(diǎn) 開 始火 焰 頂 點(diǎn) 開 始 跳 動跳 動 。若氣流速度再增加若氣流速度再增加,則則火焰本火焰本身開始擾動身開始擾動,擴(kuò)散過程由分子擴(kuò)擴(kuò)散過程由分子擴(kuò)散轉(zhuǎn)為散轉(zhuǎn)為紊流擴(kuò)散紊流擴(kuò)散(即混合時間變即混合時間變短短)，燃燒過程得到強(qiáng)化，燃燒過程得到強(qiáng)化，火焰火焰當(dāng)混合速度大大超過化學(xué)反應(yīng)速度時，燃燒開始在動力區(qū)進(jìn)行，火當(dāng)混合速度大大超過化學(xué)反應(yīng)速度時，燃燒開始在動力區(qū)進(jìn)行，火焰開始焰開始喪失穩(wěn)定性喪失穩(wěn)定性，如果繼續(xù)強(qiáng)化燃燒，如果繼續(xù)強(qiáng)化燃

8、燒,會發(fā)生會發(fā)生火焰間斷火焰間斷現(xiàn)象，甚至現(xiàn)象，甚至完全完全脫離噴口脫離噴口。長度相應(yīng)縮短長度相應(yīng)縮短，在紊流區(qū)火焰長度與氣流速度無關(guān)。在整個火炬內(nèi)進(jìn)，在紊流區(qū)火焰長度與氣流速度無關(guān)。在整個火炬內(nèi)進(jìn)行著混合，預(yù)熱和化學(xué)反應(yīng)行著混合，預(yù)熱和化學(xué)反應(yīng),火焰形狀和長度完全取決于燃?xì)夂涂諝饣鹧嫘螤詈烷L度完全取決于燃?xì)夂涂諝獾牧飨蚝土鲃犹匦?。的流向和流動特性。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校不同壓力下乙炔在空氣中的擴(kuò)散火焰不同壓力下乙炔在空氣中的擴(kuò)散火焰1擴(kuò)散火焰；擴(kuò)散火焰；2光焰區(qū)光焰區(qū)當(dāng)壓力升高時當(dāng)壓力升高時,由于碳粒增多由于碳粒增多,光焰區(qū)伸長光焰區(qū)伸長,使火焰高度突然增加好幾倍。使火焰高度

9、突然增加好幾倍。四、擴(kuò)散火焰中的多相過程四、擴(kuò)散火焰中的多相過程1. 碳?xì)浠衔锾細(xì)浠衔顲mHn進(jìn)行擴(kuò)散燃燒時，可能進(jìn)行擴(kuò)散燃燒時，可能2個不同區(qū)域：個不同區(qū)域： 真正的擴(kuò)散火焰，外觀為從噴口垂直向上伸展的一個很薄真正的擴(kuò)散火焰，外觀為從噴口垂直向上伸展的一個很薄的反應(yīng)層。的反應(yīng)層。 光焰區(qū)光焰區(qū):有固定碳粒燃燒，變?yōu)槎嘞嗳紵庥^為有亮點(diǎn)。有固定碳粒燃燒，變?yōu)槎嘞嗳紵?，外觀為有亮點(diǎn)。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等專科學(xué)校2. 原因原因 燃?xì)庵械娜細(xì)庵械腍2、CO穩(wěn)定性好，高溫下不會發(fā)生分解反應(yīng)。穩(wěn)定性好，高溫下不會發(fā)生分解反應(yīng)。 CmHn熱穩(wěn)定性差熱穩(wěn)定性差，而且分子量越大的，而且分子量越

10、大的CmHn熱穩(wěn)定性越差。熱穩(wěn)定性越差。 CmHn在高溫下發(fā)生在高溫下發(fā)生脫氫過程脫氫過程和和碳原子的積聚過程碳原子的積聚過程，生成一定，生成一定數(shù)量的固體碳粒，碳粒燃燒時呈數(shù)量的固體碳粒，碳粒燃燒時呈明亮的淡黃色光焰明亮的淡黃色光焰。 如果碳粒來不及如果碳粒來不及燃盡燃盡，被燃燒產(chǎn)物帶走，就形成，被燃燒產(chǎn)物帶走，就形成煤煙煤煙。在高溫。在高溫火焰區(qū)，固體碳粒的燃燒在擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行火焰區(qū)，固體碳粒的燃燒在擴(kuò)散區(qū)進(jìn)行(因?yàn)檠醯臄U(kuò)散主要是分子因?yàn)檠醯臄U(kuò)散主要是分子擴(kuò)散擴(kuò)散)。通常碳粒來不及在高溫區(qū)燒完，隨氣流流入火焰尾部低溫。通常碳粒來不及在高溫區(qū)燒完，隨氣流流入火焰尾部低溫區(qū)區(qū),燃燒由擴(kuò)散區(qū)轉(zhuǎn)為動力

11、區(qū)燃燒由擴(kuò)散區(qū)轉(zhuǎn)為動力區(qū)(溫度低造成溫度低造成)，此后，碳粒的燃燒可，此后，碳粒的燃燒可能完全中斷，未燃盡的碳粒冷卻后便形成能完全中斷，未燃盡的碳粒冷卻后便形成碳黑碳黑，沉積在加熱表面，沉積在加熱表面或管壁上。或管壁上。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校五、火焰輻射五、火焰輻射 燃?xì)饣鹧孑椛溆袃煞N情況：燃?xì)饣鹧孑椛溆袃煞N情況：不發(fā)光的透明火焰的輻射，主要為高溫氣體的輻射，如不發(fā)光的透明火焰的輻射，主要為高溫氣體的輻射，如CO2、H2O。黃色、光亮而不透明的光焰輻射，其中火焰內(nèi)的游離碳黃色、光亮而不透明的光焰輻射，其中火焰內(nèi)的游離碳粒子產(chǎn)生的固體輻射占很大比例。氣體輻射僅在窄波段進(jìn)粒子產(chǎn)生的

12、固體輻射占很大比例。氣體輻射僅在窄波段進(jìn)行，輻射能力弱，而發(fā)光固體顆粒輻射具有連續(xù)發(fā)射光譜行，輻射能力弱，而發(fā)光固體顆粒輻射具有連續(xù)發(fā)射光譜能力，輻射能力強(qiáng)。能力，輻射能力強(qiáng)。研究表明研究表明(國際火焰研究基金會國際火焰研究基金會)，燃料中的碳，燃料中的碳:氫重量比氫重量比(R=C/H)增加，火焰輻射率呈直線增加。所以燃?xì)庵刑砑右涸黾樱鹧孑椛渎食手本€增加。所以燃?xì)庵刑砑右后w燃料，可提高火焰輻射能力。液體燃料種類對火焰輻射有體燃料，可提高火焰輻射能力。液體燃料種類對火焰輻射有很大影響。很大影響。 山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校六、小結(jié)六、小結(jié)擴(kuò)散式燃燒容易產(chǎn)生煤煙，燃燒溫度也相當(dāng)擴(kuò)散式

13、燃燒容易產(chǎn)生煤煙，燃燒溫度也相當(dāng)?shù)?，污染受熱面和環(huán)境，熱強(qiáng)度不能滿足生低，污染受熱面和環(huán)境，熱強(qiáng)度不能滿足生產(chǎn)需要。產(chǎn)需要。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等專科學(xué)校一、部分預(yù)混層流火焰一、部分預(yù)混層流火焰 1. 部分預(yù)混式燃燒也稱為大氣式燃燒，即往燃?xì)庵蓄A(yù)先加部分預(yù)混式燃燒也稱為大氣式燃燒，即往燃?xì)庵蓄A(yù)先加入一部分空氣入一部分空氣 ，然后進(jìn)行燃燒。，然后進(jìn)行燃燒。1)(0 2. 特點(diǎn)特點(diǎn): 火焰為不發(fā)光的清潔火焰，火焰溫度高?；鹧鏋椴话l(fā)光的清潔火焰，火焰溫度高。 火焰由內(nèi)錐體和外錐體組成。內(nèi)錐體火焰為不發(fā)光的火焰由內(nèi)錐體和外錐體組成。內(nèi)錐體火焰為不發(fā)光的藍(lán)色火焰，由預(yù)混空氣和部分可燃成分燃燒形成

14、，其余部分藍(lán)色火焰，由預(yù)混空氣和部分可燃成分燃燒形成，其余部分按擴(kuò)散方式在外錐體燃燒。按擴(kuò)散方式在外錐體燃燒。 預(yù)混空氣量越少，外錐體就越大。預(yù)混空氣量越少，外錐體就越大。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校 含含CmHn較多的燃?xì)猓忮F體可能出現(xiàn)兩種情況：較多的燃?xì)?，外錐體可能出現(xiàn)兩種情況： . 預(yù)混空氣量較多時預(yù)混空氣量較多時 , CmHn在反應(yīng)區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)化為含氧的醛、在反應(yīng)區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)化為含氧的醛、乙醇等。外錐火焰可能是透明，不發(fā)光的。乙醇等。外錐火焰可能是透明，不發(fā)光的。 . 較小時較小時, CmHn高溫分解，形成碳粒，外錐火焰就會成為發(fā)光火高溫分解，形成碳粒，外錐火焰就會成為發(fā)光火焰。焰。

15、如果燃?xì)馊绻細(xì)饪諝饣旌衔镏腥細(xì)鉂舛却笥谥饾舛壬舷?，形成的火焰空氣混合物中燃?xì)鉂舛却笥谥饾舛壬舷蓿纬傻幕鹧鎸⑹前l(fā)散形火焰，不會出現(xiàn)藍(lán)色內(nèi)錐體，而成為擴(kuò)散燃燒；如果混將是發(fā)散形火焰，不會出現(xiàn)藍(lán)色內(nèi)錐體，而成為擴(kuò)散燃燒；如果混合物中燃?xì)鉂舛鹊陀谥饾舛认孪?，則不會出現(xiàn)燃燒。合物中燃?xì)鉂舛鹊陀谥饾舛认孪?，則不會出現(xiàn)燃燒。 當(dāng)當(dāng)S時，時，(S表示火焰?zhèn)鞑ニ俣缺硎净鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?表示氣流速度表示氣流速度)在燃燒器出口的周在燃燒器出口的周邊上，存在一個穩(wěn)定的水平焰面區(qū)間，此處邊上，存在一個穩(wěn)定的水平焰面區(qū)間，此處S=(火焰?zhèn)鞑C(jī)理中曾火焰?zhèn)鞑C(jī)理中曾講到講到:對于流動氣體，當(dāng)對于流動氣體，當(dāng)S=時，

16、是穩(wěn)定燃燒的條件之一時，是穩(wěn)定燃燒的條件之一)。它是空。它是空氣氣燃?xì)饣旌衔锏娜細(xì)饣旌衔锏狞c(diǎn)火源點(diǎn)火源，又稱，又稱點(diǎn)火環(huán)點(diǎn)火環(huán)。點(diǎn)火環(huán)使層流大氣火焰根。點(diǎn)火環(huán)使層流大氣火焰根部得到穩(wěn)定。部得到穩(wěn)定。 )4 . 0(山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校二、部分預(yù)混層流火焰的幾個現(xiàn)象二、部分預(yù)混層流火焰的幾個現(xiàn)象 1. 離焰：離焰：當(dāng)燃燒強(qiáng)度增大時，由于當(dāng)燃燒強(qiáng)度增大時，由于S=的區(qū)間靠近噴口，點(diǎn)的區(qū)間靠近噴口，點(diǎn)火環(huán)逐漸變窄，最后點(diǎn)火環(huán)消失，火焰脫離噴口，在一定火環(huán)逐漸變窄，最后點(diǎn)火環(huán)消失，火焰脫離噴口，在一定距離以外燃燒，稱為離焰。距離以外燃燒，稱為離焰。 2. 脫火脫火：如果氣流速度再增大

17、，火焰就被吹滅，稱為脫火。：如果氣流速度再增大，火焰就被吹滅，稱為脫火。 3. 回火回火：如果燃?xì)饬髁坎粩鄿p小，即流速不斷減小，內(nèi)錐體：如果燃?xì)饬髁坎粩鄿p小，即流速不斷減小，內(nèi)錐體越來越低，最后由于氣流速度小于越來越低，最后由于氣流速度小于S，火焰將縮進(jìn)噴口，稱，火焰將縮進(jìn)噴口，稱為回火。為回火。 4. 脫火和回火脫火和回火危害危害： 引起不完全燃燒，產(chǎn)生引起不完全燃燒，產(chǎn)生CO等有毒氣體。等有毒氣體。 引起熄火后容易產(chǎn)生爆炸。引起熄火后容易產(chǎn)生爆炸。 山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校5. 影響火焰穩(wěn)定性的因素影響火焰穩(wěn)定性的因素: 火焰?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣萐 S越大，回火極限速度也越大

18、。越大，回火極限速度也越大。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校 噴口直徑噴口直徑直徑越小，管壁散熱作用增大，回火可能性減小。直徑越小，管壁散熱作用增大，回火可能性減小。 燃?xì)庑再|(zhì)燃?xì)庑再|(zhì)燃?xì)夥N類不同，火焰?zhèn)鞑ニ俣炔煌捊姑簹獾娜細(xì)夥N類不同，火焰?zhèn)鞑ニ俣炔煌捊姑簹獾腟大，大，易引起回火；天然氣的易引起回火；天然氣的S小，易引起脫火。小，易引起脫火。 周圍空氣組成及流動周圍空氣組成及流動周圍介質(zhì)氧含量低時，燃燒速度降低，增加了脫火的可周圍介質(zhì)氧含量低時，燃燒速度降低，增加了脫火的可能性。能性。周圍介質(zhì)流速大，易脫火。周圍介質(zhì)流速大，易脫火。周圍介質(zhì)流動方向與火焰有較大夾角，易引起脫火。周

19、圍介質(zhì)流動方向與火焰有較大夾角，易引起脫火。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校三、部分預(yù)混紊流火焰三、部分預(yù)混紊流火焰 層流燃燒方式只適用于小型設(shè)備，大型設(shè)備必須采層流燃燒方式只適用于小型設(shè)備，大型設(shè)備必須采用紊流燃燒方式。用紊流燃燒方式。 特點(diǎn)特點(diǎn): 火焰明顯縮短，頂部較圓。火焰明顯縮短，頂部較圓。 焰面皺曲，火焰厚度增加，火焰總表面積焰面皺曲，火焰厚度增加，火焰總表面積。 紊流尺度大時，火焰面擾動強(qiáng)烈紊流尺度大時，火焰面擾動強(qiáng)烈,焰面變?yōu)橛稍S多焰面變?yōu)橛稍S多燃燒中心所組成的一個燃燒層。燃燒層厚度取決于質(zhì)點(diǎn)燃盡燃燒中心所組成的一個燃燒層。燃燒層厚度取決于質(zhì)點(diǎn)燃盡所需時間。所需時間。山西大

20、學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等專科學(xué)校紊流火焰可分為三個區(qū)：紊流火焰可分為三個區(qū)： 焰核區(qū)焰核區(qū)：混合物尚未點(diǎn)著的冷區(qū)。焰核：混合物尚未點(diǎn)著的冷區(qū)。焰核區(qū)長度取決于火焰?zhèn)鞑ミ^程（流速，火焰區(qū)長度取決于火焰?zhèn)鞑ミ^程（流速，火焰?zhèn)鞑ニ俣?，出流半徑）傳播速度，出流半徑?著火和燃燒區(qū)著火和燃燒區(qū)：約：約90%的燃?xì)馊紵?。厚的燃?xì)馊紵：穸热Q于火焰紊流特性和混合物性質(zhì)，用度取決于火焰紊流特性和混合物性質(zhì)，用強(qiáng)化燃燒的辦法難以縮小火焰厚度強(qiáng)化燃燒的辦法難以縮小火焰厚度 燃盡區(qū)燃盡區(qū)：完成全部燃燒。燃盡區(qū)厚度主：完成全部燃燒。燃盡區(qū)厚度主要取決于混合物動力特性及氣流速度要取決于混合物動力特性及氣流速度(停停留

21、時間留時間)，速度越大，燃盡區(qū)厚度越長。，速度越大，燃盡區(qū)厚度越長。 要縮小火焰尺寸，主要方法是減小冷核要縮小火焰尺寸，主要方法是減小冷核長度，可用減小噴口直徑，減小點(diǎn)火周邊長度，可用減小噴口直徑，減小點(diǎn)火周邊長度的方法實(shí)現(xiàn)。例如，用一鈍體放在氣長度的方法實(shí)現(xiàn)。例如，用一鈍體放在氣流軸線上作為補(bǔ)充的點(diǎn)火源，以減小氣流流軸線上作為補(bǔ)充的點(diǎn)火源，以減小氣流周邊點(diǎn)火長度。周邊點(diǎn)火長度。紊流火焰的結(jié)構(gòu)紊流火焰的結(jié)構(gòu)山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校四、紊流預(yù)混火焰的穩(wěn)定四、紊流預(yù)混火焰的穩(wěn)定 采用人工的穩(wěn)焰方法，出發(fā)點(diǎn)仍為改變氣流速度以及改采用人工的穩(wěn)焰方法，出發(fā)點(diǎn)仍為改變氣流速度以及改變傳播速度

22、。變傳播速度。 常用方法：在噴口處設(shè)置一個點(diǎn)火源。常用方法：在噴口處設(shè)置一個點(diǎn)火源。a. 連續(xù)作用的人工點(diǎn)火裝置，如熾熱物體，輔助火焰。如連續(xù)作用的人工點(diǎn)火裝置，如熾熱物體，輔助火焰。如圖圖 1b.使熾熱的燃燒產(chǎn)物流回火焰根部形成點(diǎn)火源，如采用火使熾熱的燃燒產(chǎn)物流回火焰根部形成點(diǎn)火源，如采用火焰穩(wěn)定器焰穩(wěn)定器:圓棒、圓棒、V型棒、錐體、平盤、鼓形盤等。如圖型棒、錐體、平盤、鼓形盤等。如圖2 圖圖1 用輔助火焰作點(diǎn)火源用輔助火焰作點(diǎn)火源1燃燒器火孔；燃燒器火孔；2小孔；小孔；3環(huán)形縫隙環(huán)形縫隙圖圖2 各種形狀的鈍體穩(wěn)焰器各種形狀的鈍體穩(wěn)焰器山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校 1. 完全預(yù)混式

23、燃燒又稱為無焰燃燒：完全預(yù)混式燃燒又稱為無焰燃燒： 火焰很短，甚至看不見。火焰很短，甚至看不見。 2. 進(jìn)行完全預(yù)混式燃燒的條件：進(jìn)行完全預(yù)混式燃燒的條件： 燃?xì)夂涂諝恻c(diǎn)火前預(yù)先按化學(xué)當(dāng)量比混合均勻。燃?xì)夂涂諝恻c(diǎn)火前預(yù)先按化學(xué)當(dāng)量比混合均勻。 設(shè)置專門的火道，使燃燒區(qū)內(nèi)保持穩(wěn)定的高溫。設(shè)置專門的火道，使燃燒區(qū)內(nèi)保持穩(wěn)定的高溫。 3. 特點(diǎn)特點(diǎn): 火道的火道的qv很高，很高， 較小較小(通常通常 =1.051.10)，燃燒溫度，燃燒溫度高。高。 燃燒速度快，火焰穩(wěn)定性較差。燃燒速度快，火焰穩(wěn)定性較差。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等專科學(xué)校4. 火道裝置火道裝置:(1). 右圖為用一個緊接的火道來

24、穩(wěn)焰。右圖為用一個緊接的火道來穩(wěn)焰。 來自燃燒器來自燃燒器1的燃?xì)獾娜細(xì)?空氣混合物進(jìn)入空氣混合物進(jìn)入火道火道3，在火道中形成火焰，在火道中形成火焰2。由于。由于引射作引射作用用，在火焰的根部吸入熾熱的煙氣，形成，在火焰的根部吸入熾熱的煙氣，形成煙氣回流區(qū)煙氣回流區(qū)，形成一個穩(wěn)定的火源。，形成一個穩(wěn)定的火源。 如果如果火道有足夠的長度火道有足夠的長度，則火焰將充，則火焰將充滿火道的斷面，燃燒穩(wěn)定，但滿火道的斷面，燃燒穩(wěn)定，但火道較短時火道較短時，火焰僅占火道的一部分，可能會吸入來自火焰僅占火道的一部分，可能會吸入來自周圍的冷空氣使燃燒中斷。周圍的冷空氣使燃燒中斷。 如果火道的如果火道的壁面未達(dá)

25、到熾熱狀態(tài)壁面未達(dá)到熾熱狀態(tài)，也，也將增加煙氣向周圍介質(zhì)的熱損失，使煙氣將增加煙氣向周圍介質(zhì)的熱損失，使煙氣溫度降低而失去點(diǎn)燃混合物的能力。因此，溫度降低而失去點(diǎn)燃混合物的能力。因此，必須對燃燒室采取良好的保溫措施。必須對燃燒室采取良好的保溫措施?；鸬乐谢鹧娴姆€(wěn)定圖火道中火焰的穩(wěn)定圖1燃燒器；燃燒器；2火焰；火焰；3火道火道山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校(2). 用小孔用小孔(即在一塊版面上鉆有即在一塊版面上鉆有許多小孔，如多孔陶瓷板許多小孔，如多孔陶瓷板) 或火道或火道 天然氣和空氣在多孔陶瓷板上天然氣和空氣在多孔陶瓷板上燃燒時的溫度變化曲線燃燒時的溫度變化曲線 在在面板面板上鉆有許

26、多小孔，當(dāng)孔上鉆有許多小孔，當(dāng)孔口直徑小于臨界孔徑時，火焰就不口直徑小于臨界孔徑時，火焰就不會回入孔眼以內(nèi)，會回入孔眼以內(nèi)，燃燒在接近多孔燃燒在接近多孔板外表面附近進(jìn)行板外表面附近進(jìn)行。 即使然氣即使然氣-空氣混合物在通過空氣混合物在通過孔板前，混合物的溫度孔板前，混合物的溫度很低很低，但經(jīng)，但經(jīng)過陶瓷板的孔眼時混合物得到過陶瓷板的孔眼時混合物得到預(yù)熱預(yù)熱，溫度約為溫度約為1150。預(yù)熱至高溫的燃。預(yù)熱至高溫的燃?xì)鈿?空氣混合物的燃燒反應(yīng)進(jìn)行的空氣混合物的燃燒反應(yīng)進(jìn)行的十分迅速，在離多孔陶瓷板外表面十分迅速，在離多孔陶瓷板外表面很近的距離很近的距離L1內(nèi)可以全部完成。內(nèi)可以全部完成。 因此，具

27、有無焰的特性。因此，具有無焰的特性。L0為小孔式火道長度。為小孔式火道長度。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校一、兩個熱強(qiáng)度一、兩個熱強(qiáng)度 1. 面積熱強(qiáng)度：指燃燒室面積熱強(qiáng)度：指燃燒室(或火道或火道)單位面積上在單位時間內(nèi)單位面積上在單位時間內(nèi)所發(fā)出的熱量。所發(fā)出的熱量。 式中：式中：Q放熱量放熱量FQqf qf與燃?xì)饣旌衔锍跛俣瘸烧?，表示可燃混合物燃燒反?yīng)與燃?xì)饣旌衔锍跛俣瘸烧?，表示可燃混合物燃燒反?yīng)的速度。的速度。2. 容積熱強(qiáng)度容積熱強(qiáng)度:單位體積，單位時間內(nèi)所發(fā)出的熱量。單位體積，單位時間內(nèi)所發(fā)出的熱量。(kJ/m3h)VQqvqv與燃燒室長度有關(guān)，表示燃燒設(shè)備的緊湊程度。與

28、燃燒室長度有關(guān)，表示燃燒設(shè)備的緊湊程度。(kJ/m2h)山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等專科學(xué)校二、燃燒過程強(qiáng)化的途徑二、燃燒過程強(qiáng)化的途徑 燃燒速度取決于混合速度和化學(xué)反應(yīng)速度。燃燒速度取決于混合速度和化學(xué)反應(yīng)速度。化學(xué)反應(yīng)速度又化學(xué)反應(yīng)速度又與燃?xì)庑再|(zhì)、氧化劑性質(zhì)、可燃混合物濃度、溫度、與燃?xì)庑再|(zhì)、氧化劑性質(zhì)、可燃混合物濃度、溫度、P等有關(guān)，通等有關(guān)，通常助燃氧氣來自空氣，燃燒又在大氣壓下進(jìn)行，故強(qiáng)化燃燒主要常助燃氧氣來自空氣，燃燒又在大氣壓下進(jìn)行，故強(qiáng)化燃燒主要措施應(yīng)從提高溫度措施應(yīng)從提高溫度T和強(qiáng)化氣流混合等方面考慮。和強(qiáng)化氣流混合等方面考慮。 強(qiáng)化途徑有強(qiáng)化途徑有: 1.預(yù)熱燃?xì)夂涂諝?/p>

29、預(yù)熱燃?xì)夂涂諝?預(yù)熱燃?xì)夂涂諝猓商岣呋鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣阮A(yù)熱燃?xì)夂涂諝?，可提高火焰?zhèn)鞑ニ俣萐，提高反應(yīng)速度，提高反應(yīng)速度，提高燃燒溫度，進(jìn)而增加燃燒強(qiáng)度。具體可利用煙氣余熱來預(yù)熱提高燃燒溫度，進(jìn)而增加燃燒強(qiáng)度。具體可利用煙氣余熱來預(yù)熱空氣?？諝?。 2.加強(qiáng)紊動加強(qiáng)紊動 山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校 3. 煙氣再循環(huán)煙氣再循環(huán) 將部分高溫?zé)煔庖蛉紵髋c混合物混合，可提高反應(yīng)將部分高溫?zé)煔庖蛉紵髋c混合物混合，可提高反應(yīng)區(qū)溫度，增加燃燒強(qiáng)度。區(qū)溫度，增加燃燒強(qiáng)度。 4. 應(yīng)用旋轉(zhuǎn)氣流應(yīng)用旋轉(zhuǎn)氣流 噴出氣流能產(chǎn)生回流區(qū)，從內(nèi)、外兩側(cè)加大卷吸高溫?zé)焽姵鰵饬髂墚a(chǎn)生回流區(qū)，從內(nèi)、外兩側(cè)加大卷吸高溫

30、煙氣的量，進(jìn)而增加燃燒強(qiáng)度。氣的量，進(jìn)而增加燃燒強(qiáng)度。方法方法: 全部或部分氣流沿切向進(jìn)入主通道。全部或部分氣流沿切向進(jìn)入主通道。 在軸向管道中設(shè)置導(dǎo)向葉片在軸向管道中設(shè)置導(dǎo)向葉片,使氣流旋轉(zhuǎn)。使氣流旋轉(zhuǎn)。 采用旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置采用旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置,如轉(zhuǎn)動葉片或轉(zhuǎn)動管子等如轉(zhuǎn)動葉片或轉(zhuǎn)動管子等,使使通過其中的氣流旋轉(zhuǎn)。通過其中的氣流旋轉(zhuǎn)。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校三、減少三、減少NOX生成量的方法生成量的方法 燃?xì)馊紵髸a(chǎn)生有害物質(zhì)如燃?xì)馊紵髸a(chǎn)生有害物質(zhì)如CO2，CO，NOX，SO2和和SO3等。等。1. NOX的生成機(jī)理的生成機(jī)理:燃?xì)馊紵^程中，排放出來的燃?xì)馊紵^程中，排放

31、出來的NOX主要為主要為NO，以后再氧，以后再氧化成化成NO2。NOX生成取決于兩個因素：生成取決于兩個因素：T； 氧濃度氧濃度2. 減少減少NO生成量的措施生成量的措施: (1) 分段燃燒分段燃燒：即保持總：即保持總 不變，把送到燃燒器的空氣量（一不變，把送到燃燒器的空氣量（一次風(fēng)量）減少到低于次風(fēng)量）減少到低于V0，將另一部分空氣從燃燒器上部送入，將另一部分空氣從燃燒器上部送入，未燃盡氣體上升時，遇到上方送入的空氣可得到完全燃燒，未燃盡氣體上升時，遇到上方送入的空氣可得到完全燃燒，這種燃燒方式稱為分段燃燒。可降低火焰溫度，從而減少這種燃燒方式稱為分段燃燒?？山档突鹧鏈囟?，從而減少NO生成量

32、。生成量。 (2) 煙氣再循環(huán)煙氣再循環(huán):將尾部排出的部分低溫?zé)煔馔諝饣旌?，混將尾部排出的部分低溫?zé)煔馔諝饣旌?，混合后再作為助燃劑送入爐膛，既提高空氣溫度（好著火）合后再作為助燃劑送入爐膛，既提高空氣溫度（好著火）,又降低氧濃度（抑制燃燒強(qiáng)度）又降低氧濃度（抑制燃燒強(qiáng)度）,使?fàn)t膛溫度降低。使?fàn)t膛溫度降低。山西大學(xué)工程學(xué)院 太原電力高等?？茖W(xué)校 (3) 設(shè)計新型燃燒器設(shè)計新型燃燒器燃?xì)庀到y(tǒng)存在四個燃燒區(qū)域燃?xì)庀到y(tǒng)存在四個燃燒區(qū)域: 點(diǎn)火和穩(wěn)焰區(qū)；點(diǎn)火和穩(wěn)焰區(qū)； 主燃燒區(qū)主燃燒區(qū)； 混合區(qū)混合區(qū)(高溫?zé)煔夂蜖t內(nèi)煙氣的混合高溫?zé)煔夂蜖t內(nèi)煙氣的混合)； 爐膛區(qū)爐膛區(qū)(該區(qū)內(nèi)焰氣的濃度，溫度較均勻該區(qū)內(nèi)焰氣的濃度，溫度較均勻)。 NOx大部分在大部分在主燃燒和混合區(qū)主燃燒和混合區(qū)形成，故低形成，故低NOx燃燒器設(shè)計原燃燒器設(shè)計原則則: 減少氣體在高溫點(diǎn)火區(qū)和穩(wěn)焰區(qū)的停留時間。減少氣體在高溫點(diǎn)火區(qū)和穩(wěn)焰區(qū)的停留時間。 減少燃燒區(qū)的溫度。減少燃燒區(qū)的溫度。 讓溫度較低的煙氣與熾熱的燃燒產(chǎn)物盡快混合。讓溫度較低的煙氣與熾熱的燃燒產(chǎn)物盡快混合。 將爐膛溫度維持在一個適當(dāng)?shù)乃?。將爐膛溫度維持在一個適當(dāng)?shù)乃健?(4) 采用催化燃燒采用催化燃燒 采用催化劑