工程燃烧学 1绪论46页PPT

Vk/V0=α或β
漏风系数和空气平衡
漏风系数与理论空气量之比：Δα/V0
气体燃料燃烧时的空气量计算
第三节：燃烧烟气量计算
理论烟气量计算
理论烟气量：1公斤燃料完全燃烧所生成的烟气量；
完全燃烧时的实际烟气量计算
需考虑过量空气量及其所带水分的影响
不完全燃烧时烟气量的计算
理论烟气量没有变化，但实际烟气量相对于完全燃烧 时要增大；如果不完全燃烧只产生CO，烟气中碳燃烧 产物的总体积不变，但总的烟气体积会增大
• 不可燃元素，越少越好。
第二节：燃料的组成和特性
燃料的化学成分和性质-煤的元素分析
氮（N） • 不可燃且有害元素，高温下形成氮氧化物
硫（S） • 可燃且有害元素，燃烧时形成硫氧化物； • 煤炭中以S、FeS2及各种硫酸盐形式存在；气体燃料中 以H2S形式存在。
灰分（A） • 燃料完全燃烧后的残渣，属有害物质。越少越好。
燃烧过程的监测、诊断与控制
本课程的学习方法
从日常生活中最简单的燃烧现象开始思考； 多阅读一些有关燃烧技术、燃烧设备的杂志和书； 充分认识到燃烧现象的复杂性，学会利用燃烧理
论来解释日常生活和实际产生过程中的燃烧现象； 要记住概念、方法和要领以及物理意义； 不要死记公式； 不要死记推导过程；
解决能源与环保问题的迫切需要 • 能源的概念与分类
– 一次能源与二次能源 – 清洁能源与非清洁能源 • 能源的主要构成：化石能源 • 节能减排的关键----燃烧过程
几种主要的能源生产过程 • 燃煤发电厂 • 燃油（气）发电厂 • 水力发电站 • 风力发电站 • 核电站
论
几种电力生产过程
核电厂简介
工程燃烧的研究及发展

exp
Etotal RTB
]
hS V
TB
Etotal 2R
Etotal 2R
1 4R T0II Etotal
可以看出TB有两个解。取等号右边两项相加所对应的 TB 值很高，它位于 曲线上的拐点以上，实际上 TB不可能如此高。所以我们可以不予考虑，只取TB较低
的值。
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即 ：TB
Etotal 2R
总之，混气的初温，浓度，流速和混气性质对着火 和熄火都有影响。初温较高，浓度接近于化学恰当比， 混气流速低或活化能小均会使着火过程容易实现，亦即 有利于稳定燃烧；而熄火则发生在初温较低（比着火温 度低），浓度偏离化学恰当比，流速较高的情况下。
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第三节 可燃极限
1.可燃性 燃料与氧化剂的混合物在点火的情况下，如果会产生
从图中可以看出，当温度或压力降低时，着火温 度缩小，当压力或温度下降到某一数值时，着火界限缩 成一点，如果压力或温度继续降低，任何混合气成分都 不能着火。
燃料/氧化剂混合物中温度和压力可燃极限随当量比变化的典型 曲线
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可燃边界 取决于反应容器的尺寸， 点火源的能量，火焰传播的方向（向 上，向下，水平），压力，温度和混 合物中稀释气体的量和性质。
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则系统的能量方程为：
的热
表示单位气体混合气在单位时间内反应放出
量，称为生热速率。
外界散
表示单位气体混合气在单位时间内平均向
发的热量，称为散热速率。
取决于阿累尼乌斯因子
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取决于阿累尼乌斯因子 为T的线性函数，斜率
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初始值：
着火速率取决于生热速率与散热速率的相互关系 及其随温度而增长的性质。分析 和 随温度的变化， 就可以得出系统的着火特点，并导出着火的临界条件。

综化上的所物述质，不一物定质都燃是烧能是够氧燃化烧反的应物，质而氧化反应不一定是燃烧，能被氧8
可燃物质的多数氧化反应不是直接进行的，而是经过一系列复杂的中 间反应阶段；不是氧化整个分子，而是氧化连锁反应中间产物——游 离基或原子。
可见，燃烧是一种极其复杂的化学反应，游离基的连锁反应是燃烧反 应的实质，光和热使燃烧过程中发生的物理现象。
如：汽油、柴油、煤油、酒精 。
气体可燃物
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河南消防职业培训学校(漯河站） 2019/9/16
凡是在空气中能发生燃烧的气体，都称为可燃气 体。可燃气体在空气中需要与空气的混合比在一 定浓度范围内（即燃烧最低浓度），并还要一定 的温度（即着火温度）才能发生燃烧。
如：H2 CL2 CH4、 氢气 氯气 甲烷此外， 有些物质在通常情况下不燃烧。但在一定条件下 又可以燃烧。如：赤热的铁在纯氧中能发生剧烈 燃烧；赤热的铜能在纯氯气中发生剧烈燃烧；铁、 铝本身不燃，但把铁、铝粉碎成粉末，不但能燃 烧，而且在一定条件下还能发生爆炸。
3、一定的点火能量
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河南消防职业培训学校(漯河站） 2019/9/16
可燃物发生燃烧，都有本身固有的最小点火能要求，达到一定的 强度才能引起可燃物着火。否则燃烧就不会发生。所需火源的强度， 取决于可燃物质的最小点火能（引燃温度），不同可燃物质燃烧所需 的引燃温度各不相同。汽油0.2mJ，乙醚0.19mJ。
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生物质燃烧技术
生物质成型燃料、生物质气化 等技术。
趋势展望
未来燃烧技术的发展将更加注 重环保、能效和智能化。
燃烧设备的能效与环保性能
能效评价
燃烧设备的能效主要通过热效率、燃烧效率 等指标进行评价。
能效改进措施
采用高效燃烧器、优化燃烧工况等措施提高 能效。
环保性能评价
主要通过污染物排放水平进行评价，如烟尘 、二氧化硫、氮氧化物等。
燃烧污染控制政策与标准
政策制定
政府制定相关政策，限制 燃烧污染物的排放，推动 清洁能源的发展。
标准制定
制定严格的燃烧污染物排 放标准，要求企业达标排 放，对不达标的企业进行 处罚。
监督与执行
政府相关部门对燃烧污染 控制进行监督和执法，确 保相关政策和标准得到有 效执行。
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工程燃烧学的应用与发展
工程燃烧学在其他领域的应用
工业生产过程
在工业生产过程中，许多工艺流程涉及到燃 烧过程，如冶金、陶瓷、玻璃等行业的熔炼 、烧成过程。通过应用工程燃烧学原理，可 以提高产品质量和降低能耗。
航空航天领域
在航空航天领域，燃烧学原理的应用对于推 进系统的性能至关重要。火箭发动机、航空 燃气涡轮发动机等设备的优化设计都需要借
区域传播的速度。
火焰稳定性
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火焰稳定性是指火焰在各种条件下都能保持稳定燃烧的能力，
包括燃料供应、气流速度、温度和压力等因素的影响。
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燃料及其燃烧特性
燃料的种类与特性
燃料分类
根据来源和化学组成，燃料可分 为化石燃料、生物质燃料和核燃 料等。
特性描述
每种燃料有其独特的物理和化学 性质，如密度、热值、含硫量等 ，这些性质影响其燃烧特性和环 境影响。

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传质基础
• Fick定律（形式、各参数意义） • Stephen问题 • 单个液滴蒸发时间（D2定律）
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燃烧动力学
• 概念：基元反应、反应级数、链式反应 • 碰撞理论（理解） • 基元反应速率、Arrhenius定律 • Kc、kf、kr与kp的关系 • 链式反应过程 • 两种近似方法：稳态近似与局部平衡假设
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湍流预混火焰
• 湍流预混火焰比层流预混火焰传播快的原 因
• 三种湍流火焰模式（根据湍流强度、长度 尺度划分）、各模式传播速度影响因素
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扩散火焰
• 扩散火焰 • 层流扩散火焰特征（火焰表面、火焰高度、
浮力影响、碳烟生成、火焰高度-流量关系） • 层流扩散火焰物理描述（T-f、Yi-f） • 火焰高度影响因素 • 层流扩散火焰向湍流扩散火焰的转变
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几个重要的反应机理
• H2-O2系统 （几个爆炸极限） • CO氧化机理（区分干式、湿式机理） • 高链烷烃氧化机理（乙烷的8步氧化机理）
C-C断裂脱氢自由基产生染料分子 进一步断裂脱氢反应甲酸基、甲醛生 成氧化CO氧化机理
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简化守恒方程
• 简单化学反应 • 守恒标量：混合物分数（概念与计算）、
混合物绝对焓（了解其前提）
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层流预混燃烧
• 火焰、预混火焰概念 • 层流火焰传播速度、影响层流预混火焰传播速度
与火焰厚度的因素（温度、压力、当量比、燃料 类型） • 点火、可燃性与熄火
燃烧三阶段 热自燃理论及应用（着火熄火过程） 可燃极限（P、T、浓度范围） 最小点火能量 火焰稳定（两个必要条件）
燃烧学复习
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本课程内容
• 绪论 • 燃烧热力பைடு நூலகம் • 传质基础 • 燃烧动力学 • 几个重要的反应机理 • 层流预混燃烧 • 湍流预混燃烧 • 扩散火焰 • 液滴蒸发与燃烧

纯碳与氧反应的表观频率因子 Ko,c仅是碳粒温度与直径的函数，而煤焦反 应的频率因子 Ko,ch K ocf (s) , 表示煤焦比表面积f（s）影响 煤焦反应速率的某一函数，显然f（s）是 个物理因素，它的大小与煤质有关，因此煤焦反应的频率因子与煤质有 关。
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4．实验室研究情况
分析挥发分含量，它是按我国标准规定，将干燥 的煤样放在有盖坩埚内，在900±10℃的马弗炉中 加热7min，煤样所失去的重量。
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2． 煤粉的着火特性
以煤着火机理研究、煤粉的着火特性实验研究及评 判为主要内容
煤粉着火机理的研究已有长达一个多世纪的历程， 其中一个主要的争论是,煤的着火是均相还是非均 相的。
Kd=2.3ФD/（d RTa）
其中，Ф为化学当量系数，与反应机理有关，在
C+O2→2CO时，Ф=2，在C+O2→CO2时Ф=1
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其他影响因素
燃烧速度不仅与边界层扩散有关，而且与氧在孔 内的扩散有关。
孔内扩散系数与焦的孔隙结构密切相关。 煤中矿物组成及含量对煤焦燃烧反应也具有影响。
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傅维标的研究
原因是：在前人处理数据中，将化学因素及物理因素引起对炭粒着火的 影响都归入E、Ko,c 中。其次，在用着火温度来确定反应动力学参数时， 许多研究者常以观察到火焰出现或者炭粒发光作为着火的标志，但此刻 与理论上定义的着火时刻相距较远，所以导致误差也较大。
E应是颗粒表面温度的函数，由煤焦与氧的化学特性决定，而与煤质无 关；
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三、 煤粒着火过程及着火动力学
1．着火的定义 任何燃料的燃烧过程，都有“着火”及“燃烧”两个
阶段，由缓慢的氧化反应转变为剧烈的氧化反应（即 燃烧）的瞬间叫着火，转变时的最低温度叫着火温度。 Essenhigh指出 临界着火的情况下，有的点 dT dt 0, d 2T d 2t 0 出现

（8）燃烧测试技术（20世纪60年代）：燃烧测量技术进展主要反 映在喷雾测量、流场测量、火焰测量和燃烧过程产物测量等方面。
采用粒子图像测速(PIV)、粒子跟踪测速(PTV)技术和激光多普勒 (LDV)技术准确测量缸内气体运动规律。
相位多普勒粒径PDA(PDPA)技术和激光散射粒径(LDSA)测量技术能 测量出喷雾粒径大小和分布规律。
laser induced fluorescence (PLIF)平面激光诱导荧光成像
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（9） 20世纪90年代以来：大型商用模拟计 算程序：Star－CD、KIVA、 Fluent等的出 现， 推动了燃烧理论、排放控制理论的进 一步发展。燃烧学在深度和广度上都有了飞 跃的发展。
出用连续介质力学方法研究燃烧基本现象。
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（7）计算燃烧学（20世纪70年代）：斯波尔丁(Spalding)系统地 把计算流体力学的方法用于有燃烧现象的边界层流动、回流流动及 旋流流动，建立了燃烧问题的数值计算方法，并逐渐形成了计算燃 烧学。斯波尔丁和哈洛:继承普朗特，雷诺和周培源等的工作，将 “湍流模型方法”引入了燃烧学的研究，提出了湍流燃烧模型。
为相关专业学习提供基础知工程性强涉及面广内容丰富注意理论与实际结合202112738燃烧理论燃烧理论课程内容课程内容燃烧物理学基础燃料多组分气体基本参量分子疏运定律及三传比拟多组分反应流体的守恒方程新型燃烧技术与节能减排设计2021127391717参考书目参考书目3高等燃烧学岑可法等浙江大学出版社2002124燃烧学第2版严传俊范玮等西北工业大学出版社20087
1.1能源的概念与分类
燃烧：燃烧是一种发光发热的剧烈的化学反应。燃烧是一种重要的 能源转化形式。

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工程燃烧学
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Ⅳ
课堂练习、作业
1、例举自然界和工程中能量转换的实例3—5个？ 2、燃烧和燃烧条件？热能利用过程？ 3、当前我国能源利用及工程燃烧中带来的主要问题？ 解决这些问题的方法和途径？ 4、锅炉的基本结构和工作原理？ 5、燃烧室和燃烧器的基本要求？ 6、当前工程燃烧的重点，要解决那些问题？
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Ⅴ
本次课教学内容小结
掌握重要的基本概念（能量转化、燃 烧、燃烧设备、燃烧条件）是学习本课程的 重要基础，绪论中讲的基本概念很多，要让 学生深刻理解这些基本概念，除了列举生活 中大量的事例外，还要联系实际，尤其采用 多媒体教学，更形象更实际的让学生了解这 方面的内容。
排入大气
三大部件
三个工作过程
三大辅助系统
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三大结构：
炉：煤斗、煤闸、炉排、炉墙、炉拱、给风装置、出渣板等 锅：锅筒、集箱、下降管、上升管、导汽管、过热器、省煤器 安全附件：水位计、安全阀、压力表、报警器、主汽阀、排污 阀、止回阀等 三个工作过程： ①燃料的燃烧过程 ②向水、汽的传热过程 ③水的加热、汽化、过热过程
二次能源—— 加工转化后用于工、商、农业、生活的能源
电能、热能（蒸汽、热水、冷气）、煤气、焦碳、石油制 品（汽油、煤油、柴油）、酒精、沼气、压缩空气
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能源的利用
能源的过程。
——将一次能源转化为生产或生活直接所需要的二次 空 气
热能的利用——燃料的化学能（煤、石油、天然气）
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工程燃烧学 1绪论
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭