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1章 緒論1、 什么叫燃燒？答：燃燒標準化學(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、

2、清除點火源滅火方法：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量水平低下，僅為每人每年0.9噸標準煤，而1 噸標準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，燃煤嚴重污染環(huán)境從目前狀況看，煤炭仍然在

3、我國一次能源構(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：污染嚴重、尤其是降塵量大；污染冬天比夏天嚴重；我國南方燒的高硫煤產(chǎn)生了另一種污染酸雨；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

4、量大，但農(nóng)村所用電量僅占總發(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的負增長，為十年來首次出現(xiàn)單月負增長。11月，部分省市用電增幅同比下降超過30。在煤價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)將機遇與挑戰(zhàn)并存，挑戰(zhàn)大于機遇。受整個經(jīng)濟下滑的影響，“過剩”的尷尬將繼續(xù)顯現(xiàn)。電價矛盾將更加突出。今年

5、以來，國家制定的煤電價格聯(lián)動政策遲遲無法實施，導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)虧損不斷累積，電價矛盾日益尖銳。面對明年經(jīng)濟形勢的復(fù)雜情況，電力銷售價格能否適時調(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。我

6、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)動力學(xué)等學(xué)科的發(fā)展相互滲透 、相互促進。第2章 燃燒化學(xué)基礎(chǔ)1、 標準生成焓、生成焓的定義？反應(yīng)焓的定義及計算方法？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。標準生成焓：是化合物的構(gòu)成元素在標準狀態(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。如果化合

7、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，符號相反。2、 什么是熱著火？什么是鏈式著火？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)不斷自動加速，積累更多能量最終導(dǎo)致著火。鏈式著火：由于某種原因，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，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速度不斷加速，最終導(dǎo)致著火。熱著火過程與鏈式著火過程區(qū)別是：熱著火通常比鏈式著火過程強烈得多。熱著火過程：溫度升高引發(fā)的，將使

8、得系統(tǒng)中整體的分子動能增加，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)自動加速。鏈式著火過程：主要是活化中心局部增加并加速繁殖引起的，由于活化中心會被銷毀，所以鏈式著火通常局限在活化中心的繁殖速率大于銷毀速率的區(qū)域，而不引起整個系統(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、 自燃著火和強迫著火的區(qū)別是什么？ 答：強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，整個可燃物質(zhì)的溫度較高，反應(yīng)和著火在可燃物質(zhì)的整個空間內(nèi)進行。而強迫著火時，可燃物質(zhì)的溫度較低，只有很少一部分可燃物質(zhì)受

9、到高溫點火源的加熱而反應(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。強迫著火時著火是在局部地區(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，強迫著火過程也有著火溫度、著火孕育期和著火界限。但是強迫過程還有一個更重要的參數(shù)，即點火源尺寸。影響強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，還有點燃方法、點火能和可燃物質(zhì)的流動性質(zhì)等，而且后者的影響更為顯著。一般來說，強迫著火溫度比熱自燃溫度高。4、 實現(xiàn)強迫著火的臨界條件是什么？ 答：強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。即為臨界點燃溫度。要實現(xiàn)強迫著火的臨界條件為：在熾熱物體壁面

10、處可燃物的溫度梯度等于零，即： 當著火發(fā)生以后，出現(xiàn)的情況。5、 什么叫做鏈式反應(yīng)？它是怎樣分類的？鏈反應(yīng)一般可以分為幾個階段？ 答：鏈式反應(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)的不斷進行下去。 鏈式反應(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。鏈式反應(yīng)一般分為鏈的激發(fā)（引發(fā)）、鏈的傳遞和鏈的斷裂（中斷）三個階段。第3章 燃燒物理學(xué)基礎(chǔ)1、 自由射流積分（動量守恒）條件、熱焓差和濃度差守恒條件的物理意義是什么？ 答：自由射流動量守恒是指沿射流的軸線方向，在任意斷面上，以射流的速度

11、w與速度w2之差（w-w2）計算的動量是一個不變的常數(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之差計算的射流初始動量。 同動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，射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減都很快，因為的值較大。而且隨值增大，三者衰減速度均明顯加快。（2） 把冷射流射入熱空間時，很明顯值相對（1）中要小，

12、所以此時射流的軸線速度、溫度差和濃度差衰減都很慢，而且隨值減小，衰減更慢。（3） 從這個方面講，組織鍋爐內(nèi)氣流流動時，應(yīng)用值低一些的一次風，從而保證較慢的衰減速度，有足夠的擾動范圍，以保證氣流流動。而從燃燒供氧的角度講應(yīng)用值高一些的一次風，以加強湍流混合和傳質(zhì)，有利于燃燒。3、一臺燃天然氣的工業(yè)鍋爐，運行時煙氣中的氧的摩爾分數(shù)為3%。求解運行的空燃比和當量比。天然氣按甲烷來處理 解：已知: ，；求: (A/F)、ff 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+

13、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從摩爾分數(shù)的定義有： a=2.368空燃比為： 當量空燃比為： 當量比為： 3、 一個小型的低污染排放的地面燃氣輪機，在滿負荷下運行（3950kw），此時的當量比為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)量流率及其運行的空燃比。解：已知：，求： 和（A/F）按定義： 4、 計算CH4和空氣混合物在化學(xué)當量下的定壓絕熱燃燒溫度。壓力為1atm，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，N2 2.假設(shè)產(chǎn)物的比熱為常數(shù)，用在1

14、200K，其中Tad先估計為2100K CH4+2(O2+3.76N2)1CO2+2H2O+7.52N2 ，查表得生成焓和1200K時的比熱： ， ， 令得：第4章 燃料1、燃料的化學(xué)成分有那些？以及各個成分的性質(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氫化合物。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。由于固定碳的燃點很高，含碳量越高的煤，其著火燃盡也越困難。氫（H）。氫是燃料

15、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氫的含量相對減少，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，即有有機硫、黃鐵礦硫和硫酸鹽硫?；?/p>

16、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渣?；曳质敲褐械挠泻﹄s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、可燃氣體的初溫、鋒面形狀等因素如何影響層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊模看穑喝剂蠚獾臒釘U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、可燃氣體初溫越大，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣榷紩龃蟆恿骰鹧鎮(zhèn)?/p>

17、播速度與壓力的1/2*(n-2)次方成正比。火焰鋒面凹，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍龃?，火焰鋒面凸散熱增多，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小。3、煤的種類有那些？分別有什么特點？ 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，機械性能差，灰熔點很低，泥炭的工業(yè)應(yīng)用價值不大，也不適宜于遠途運輸，主要用作小型鍋爐燃料或氣化原料。褐煤。褐煤是泥炭在地熱和壓力作用下進行炭化所生成的煤。與泥炭相比，褐煤的密度較大，含碳量相對增加，水分和揮發(fā)分均減少，在使用性能上，褐煤黏性弱，極

18、易氧化和自燃，吸水性較強。在空氣中極易風化和破碎，褐煤不適宜于遠途運輸和長期儲存，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硬，吸水性小，適合于遠途運輸和長期儲存。4、煤熱解的試驗方法有哪些？ 答：煤的熱解的試驗方法有兩大類，靜態(tài)樣品法和連續(xù)流動法。前者煤樣是靜止的，后者煤樣為連續(xù)進料和出料。靜態(tài)樣品法包括：固定床法，金屬網(wǎng)柵加熱法以及熱

19、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，采用熱天平通過計算可以得到熱解反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)。連續(xù)流動法包括：流化床熱解法、機械攪拌法、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，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，因為后者僅僅是一種簡便標準。第5章 氣體燃料燃燒1、如何定義擴散燃燒和動力燃燒？答：一般來說，氣體燃料燃燒所需的全部時間由兩部分組成，即氣體燃料與空氣混合所需的時間和燃料氧化的化學(xué)反應(yīng)時間。如果不考慮這兩種過程在時間上的重疊，整個燃燒過程

20、所需時間為 燃料與空氣的混合有分子擴散及湍流擴散兩種方式，因此燃料與空氣混合的時間可寫成 式中，、是分子擴散、湍流擴散時間。 當時，則整個燃燒時間即可近似地等于氧化反應(yīng)時間，即。這種燃燒稱為化學(xué)動力燃燒或動力燃燒。預(yù)混可燃氣體的燃燒屬于動力燃燒。動力燃燒過程將強烈地受到化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)因素的控制。反之，當時，則整個燃燒時間近似等于擴散混合時間，即。這種情況可稱為擴散燃燒或燃燒在擴散區(qū)進行，此時燃燒過程的進展與化學(xué)動力因素關(guān)系不大，而主要取決于流體動力學(xué)的擴散混合因素2、什么是擴散火焰？什么是預(yù)混火焰？答：擴散火焰：燃料和氧化劑邊混合邊燃燒，這時由于擴散作用對燃燒起控制作用，又稱擴散火焰。預(yù)混火焰

21、：燃料和氧化劑預(yù)先混合好，這時化學(xué)動力學(xué)因素對燃燒起控制作用，亦稱動力燃燒。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，火焰雖不立即熄滅，但此時火焰將吸人更多的二次空氣，使懸舉的火焰中燃氣濃度降低。若可燃混合氣流速繼續(xù)增大，火焰則會出現(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w減小到一定值時，火焰面也無法繼續(xù)保持穩(wěn)定。此時，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，不允許發(fā)生離焰、吹熄、脫火或回火問題。吹熄

22、和脫火將造成燃氣在燃燒室及其周圍環(huán)境中的累積，一旦再遇到明火便會使大量燃氣迅速著火，從而造成大規(guī)模爆燃，同時燃氣也會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氣罐發(fā)生爆炸，也可能導(dǎo)致火焰熄滅，從而造成嚴重后果。4、引射式大氣燃燒器有什么特點？ 答：燃燒器由兩大部分組成：引射器和頭部。工作時具有一定壓力的氣體燃料以一定的速度從噴嘴噴出，進入收縮型吸氣管，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，把動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，然后從頭部的火孔流出，并從周圍大氣中獲取二次空氣，完成整個燃燒過程。和擴散式燃燒器相比，引射式大氣燃燒器的火焰溫度比較高，火焰短，火力強；但結(jié)構(gòu)

23、復(fù)雜，燃燒穩(wěn)定性較差。與鼓風式燃燒器相比，引射式大氣燃燒器不必鼓風，投資少，不耗電；但熱負荷不宜太大，否則結(jié)構(gòu)相當笨重。和火道式無焰燃燒器相比，引射式大氣燃燒器熱負荷調(diào)節(jié)范圍寬廣，可燃燒低壓煤氣；但熱強度較低。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調(diào)節(jié)性能。5、本生燈火焰穩(wěn)定的機理是什么？如何使用本生燈測量層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?？答：ba本生燈的火焰穩(wěn)定機理：本生燈出口處Re較小，一般屬層流，火焰鋒面以傳播，可燃混合氣以w速度前進，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：。的存在使得火焰鋒面上質(zhì)點沿a-b方向移動，為使火焰穩(wěn)定，當質(zhì)點由a移至b時，必須有

24、另一質(zhì)點補充上來。因此在接近火炬根部的焰鋒表面上，必須存在一固定的點火源（不斷點燃火焰根部附近的可燃氣體以補充被氣流帶走的質(zhì)點）。此即圓錐面火焰鋒面的策源，底部四周一圈環(huán)形火焰鋒面點火環(huán)。點火環(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，即形成了點火環(huán)。 如圖所示，當火焰穩(wěn)定時，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。測量空氣與燃氣流量，可得混合氣體流量，根據(jù)已知的噴嘴直徑，可計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?。?章 液體燃料的燃燒1、液體燃料的燃燒方

25、式有哪幾種？各有何特點？ 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，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吸附作用將燃油由容器中抽吸上來，并在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行燃

26、燒。蒸發(fā)燃燒方式適合于黏度不高、沸點不太高的輕質(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。通常評價液體燃料霧化器的霧化性能及質(zhì)量的主要指標為：霧化角、霧化液滴細度、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、機械霧化與介質(zhì)霧化有何不同？答：機械霧化噴

27、嘴也叫離心式霧化噴嘴，它有多種形式。機械霧化油燒嘴的結(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，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，但是手動油閥難以實現(xiàn)微量調(diào)節(jié)。此外，燒嘴的移動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)時的斯蒂芬流？答：液滴在靜止高溫環(huán)境下蒸發(fā)，驅(qū)

28、動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)量分數(shù)）的變化趨勢，其中下標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)量分數(shù)）逐漸減小，直到無窮運處，。對于空氣，其質(zhì)量分數(shù)的變化正好上反，在無限運處，并逐漸減小到液滴表面的值。顯然，在任意半徑處，有。 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散；相反地，空氣x則從外部環(huán)境不斷地向液滴表面擴散。在液滴表面，空氣力圖向液滴內(nèi)部擴散，然而空氣

29、既不能進入液滴內(nèi)部，也不在液滴表面凝結(jié)。因此，為平衡空氣的擴散趨勢，必然會產(chǎn)生一個反向流動。根據(jù)質(zhì)量平衡定理，在液滴表面這個反向流動的氣體質(zhì)量正好與身液滴表面擴散的空氣質(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離開的對流流動被稱為斯蒂芬（Stefan）流。5、如何強化油霧燃燒？ 答：增強霧化功能，減小油滴尺寸，提高霧化的均勻性；提高燃燒室的溫度水平，強化蒸發(fā)階段的傳熱。第7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）

30、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間，但不影響最終熱解產(chǎn)率。隨著熱解速率的提高，達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，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不相同。如在煤燃燒時，熱解是在空氣中進行的，此時熱解產(chǎn)物析出后馬上會與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。而在煤氣化或干餾過程中，熱解是在熱解產(chǎn)物中進行的。（6

31、）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Seeker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，如氣體溫度和停留時間合適，則每一個小云均能與氧氣結(jié)合形成擴散火焰。（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)雜而機理又十分清楚，該方法將

32、各種不同成分的化學(xué)反應(yīng)速率歸納為一個總體反應(yīng)。目前常用的總體反應(yīng)速率模型有以下三類：1）假定碳氫化合物燃燒機理歸納為一個產(chǎn)物為CO和H2O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)物的完整燃燒情況，應(yīng)該把熱解產(chǎn)物的每一個組分的反應(yīng)機理結(jié)合在一起，以形成整體的反應(yīng)機理。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，二氧化碳在碳球表面還會發(fā)生氣化反應(yīng)。也就是說，碳球

33、在燃燒過程中還存在著二次反應(yīng)，即C+CO2=2CO2CO+O2=2CO2 （1）當溫度低于700時，氧擴散到碳球表面，按下式進行化學(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)生成的二氧化碳與一氧化碳濃度相等，都向外擴散出去，這種情況下，二次反應(yīng)的影響很小。 （2）當溫度在8001200范圍內(nèi)時，反應(yīng)方程仍為上式。一氧化碳此時由碳球表面向遠處擴散時，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)，

34、其在向外擴散過程中，匯合了一氧化碳空間燃燒生成的二氧化碳，一并向遠處擴散。 （3）當溫度大于12001300時，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處向碳球表面擴散來的氧完全消耗掉，并生成二氧化碳。與一氧化碳不同，二氧化碳同時向遠處及向碳球表面擴散。向表面擴散的二氧化碳到達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散到火焰鋒面，并與自遠處擴散而來的氧發(fā)生燃燒反應(yīng)。二氧化碳由火焰鋒面擴散到碳球表面就起了運輸化合狀態(tài)氧的作用而使碳氣化。4、什么是煤粉氣流的著火熱？試分析

35、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：（1）燃料性質(zhì)。煤的可燃基揮發(fā)分如果很低，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，煤粉氣流的著火點也會推遲。煤的水分增加時，著火熱增加；煤中的灰分增高，推遲煤粉氣流著火。（2）一次風量和一次風速。一次風量和一次風速提高都要使著火點推遲。一次風量增加時，著火熱增大，因此著火要推遲。一次風速過高將降低煤粉氣流的加熱速度，使著火距離加長。但一次風速又

36、過低，燃燒器噴口會被燒壞。（3）煤粉氣流初溫。提高煤粉與一次風氣流的初溫，可以降低著火熱，使著火提前。另外，燃燒器的結(jié)構(gòu)特性及鍋爐負荷的變化也影響煤粉氣流的著火。第8章 燃料燃燒引起的污染及其防治1、炭黑的形成機理是什么？炭黑的種類分為哪些？答：碳黑是碳氫化合物在高溫缺氧條件下熱解產(chǎn)生的碳煙顆粒。碳黑的生成機理非常復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)屬于無定形碳，粒徑分布較寬，從不足1m到100m。碳氫燃料燃燒生成粒徑為10nm以上的微粒的過程分為兩個階段。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

37、污染大氣。燃料與空氣混合不充分時，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。這個過程與燃燒形態(tài)和火焰的發(fā)光燃燒有重要關(guān)系。即使是預(yù)混火焰，燃料過剩也會產(chǎn)生碳煙。燃料的碳氫比較高時，更容易產(chǎn)生碳煙?；鹧鏈囟容^高時，根據(jù)化學(xué)平衡原理，碳原子難以聚集成碳煙，火焰的光輻射強度較高，但是碳煙在排出火焰前將被氧化。碳氫類燃料燃燒時生成的碳黑，按其生成機理及其特殊形式，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

38、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）機械除塵器。機械除塵器主要有重力沉降式、慣性式、旋風式等型式。前兩種除塵器一般能除去直徑大于20m以上的粗顆粒，效率不高，阻力較小，常作為初級除塵器。（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

39、。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，當在兩極加上高達2060kV的直流電壓后，電暈極產(chǎn)生電暈放電，產(chǎn)生大量負離子。含塵煙氣通過時，顆粒與負離子碰撞而帶上負電，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，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N2O的方法如下：（1）提高流化床運行溫度。提高燃燒溫度，特別是流化床運行溫度，N2O發(fā)生分解反

40、應(yīng)，顯然會迅速減少N2O的排放，但是，提高溫度可能會同時導(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N2O排放時，通常應(yīng)同時采用分級燃燒等方法降低NOx排放及采用高溫脫硫劑，以達到脫硫、脫氮及高燃燒效率的統(tǒng)一。（2）低氧燃燒。降低過量空氣系數(shù)，可以減少N2O排放，特別是在接近理論空氣量時效果更佳。同時采用低過量空氣系數(shù)和空氣分級燃燒，在理論上可同時減少N2O和NOx，但是，降低過量空氣系數(shù)必須有較好的運行控制手段，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充天然氣等燃料燃燒，提高煙氣溫度，N2O在高溫下分解，降低N2O排放。（4）催化反應(yīng)降低N2O。流化床中的固態(tài)物質(zhì)均對N2O的熱分解有一定的催化作用，實際上一些催化劑對N2O具有強烈分解作用。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)機理仍然是鈣基脫硫。爐內(nèi)直接噴鈣脫硫技術(shù)是將脫硫劑直接噴入爐內(nèi)溫度為10501150的區(qū)域，利用爐內(nèi)高溫實現(xiàn)鈣基脫硫劑的