扩散燃烧与全预混燃烧.

2020年一级消防工程师《消防安全技术实务》教材精讲班讲义第一篇消防基础知识既然走上了消防考试的道路，那么请不要轻言放弃，生活中有很多的苦难，然而这就是生活，但人生不止于此!第一章燃烧第一节燃烧的本质与条件（1）燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。

（2）燃烧过程中，燃烧区的温度较高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光。

发光的气相燃烧区就是火焰，它是燃烧过程中最明显的标志。

（3）由于燃烧不完全等原因，会使产物中产生一些小颗粒，这样就形成了烟。

（4）燃烧可分为有焰燃烧和无焰燃烧。

多数可燃物质的燃烧都是在蒸气或气体的状态下进行的，称为有焰燃烧。

而有的固体物质则不能变为气态，其燃烧只发生在氧气与固体表面的氧化还原反应，称为无焰燃烧。

一、燃烧条件燃烧的发生和发展，必须具备三个必要条件，即可燃物、助燃物和引火源。

叫做燃烧三角形。

（一）可燃物：能与空气中的氧或其他氧化剂起化学反应，并形成燃烧的物质，称为可燃物。

（二）助燃物：与可燃物结合能导致和支持燃烧的氧化剂，称为助燃物。

（三）引火源：使物质开始燃烧的外部热源（能源）称为引火源。

燃烧发生时，上述三个条件必须同时具备。

燃烧发生的充分条件可表述为：具备足够数量或浓度的可燃物；具备足够数量或浓度的助燃物；具备足够能量的引火源；上述三者相互作用。

二、燃烧的链式反应自由基自由基是一种高度活泼的化学基团，容易自由结合或与其他物质的分子反应，从而使燃烧按链式反应的形式扩展，也称游离基。

对于多数有焰燃烧而言，其燃烧过程中存在未受抑制的自由基作中间体。

自由基的链式反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。

因此，可以用着火四面体来表示有焰燃烧的四个条件，即可燃物、助燃物、引火源和链式反应自由基。

第二节燃烧类型及其特点一、按燃烧发生瞬间的特点分类：可分为着火和爆炸。

消防安全技术实务第一篇消防基础知识第一章燃烧基础知识第一节燃烧条件一、燃烧的的发生和发展，必须具备3个必要条件——可燃物、助燃物（氧化剂）和引火源（温度）。

二、大部分燃烧发生和发展需要4个必要条件——可燃物、助燃物（氧化剂）、引火源（温度）和链式反应自由基第二节燃烧类型一、燃烧类型分类：按照燃烧形成的条件和发生瞬间的特点，可分为着火和爆炸。

其中着火分为点燃和自燃，自燃又可分为化学自燃和热自燃。

二、闪点、燃点、自燃点的概念闪点：在规定的试验条件下，液体挥发的蒸气与空气形成的混合物，遇火源能够闪燃的液体最低温度（采用闭杯法测定），称为闪点。

闪点是可燃性液体性质的主要标志之一，是衡量液体火灾危险性大小的重要参数。

闪点越低，火灾危险性越大，反之则越小。

闪点是判断液体火灾危险性大小以及对可燃性液体进行分类的主要依据。

可燃性液体的闪点越低，其火灾危险性也越大。

例如，汽油的闪点为－50℃，煤油的闪点为38～74℃，显然汽油的火灾危险性就比煤油大。

根据闪点的高低，可以确定生产、加工、储存可燃性液体场所的火灾危险性类别：闪点＜28℃的为甲类；闪点≥28℃至＜60℃的为乙类；闪点≥60℃的为丙类。

燃点：在规定的试验条件下，应用外部热源使物质表面起火并持续燃烧一定时间所需的最低温度，称为燃点。

易燃液体的燃点一般高出其闪点1～5℃，且闪点越低，这一差值越小，特别是在敞开的容器中很难将闪点和燃点区分开来。

因此，评定这类液体火灾危险性大小时，一般用闪点。

对于闪点在100℃以上的可燃液体，闪点和燃点差值达30℃，这类液体一般情况下不易发生闪燃，也不宜用闪点去衡量它们的火灾危险性。

固体的火灾危险性大小一般用燃点来衡量。

自燃点：在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度，称为自燃点。

在这一温度时，物质与空气（氧）接触，不需要明火的作用，就能发生燃烧。

不同的可燃物有不同的自燃点，同一种可燃物在不同的条件下自燃点也会发生变化。

可燃物的自燃点越低，发生火灾的危险性就越大。

燃气燃烧方法
燃烧方法，是燃烧装置热工性能最直接和最重要的影响因素之一。

燃气燃烧在不同物态燃料中是一种最理想的燃烧方式，一般是将燃气通过燃烧器喷向空气中进行。

根据燃气与空气在燃烧前的混合情况，可将燃气燃烧方法分为三种：
1．扩散式燃烧法
将燃气、空气分别从相邻的喷口喷出，或者燃气直接喷人空气中，两者在接触面上边混合边燃烧，也称有焰燃烧法。

2．完全预混式燃烧法
按一定比例将燃气、空气均匀混合，再经燃烧器喷口喷出，进行燃烧。

由于预先均匀混合，可燃混合气一到达燃烧区就能在瞬间燃烧完毕，燃烧火焰很短，甚至看不见火焰，故电称为无焰燃烧法。

3．部分预混式燃烧法
在燃气中预先混入部分空气(通常，一次空气系数=0．45～0．75)，然后经燃烧器喷入空气中燃烧，也称为半无焰燃烧法。

从本质上看燃气的燃烧过程，与其它种类燃料一样，也包括以下三个阶段：
(1)燃气与空气的混合，属物理过程，需要消耗一定的能量和时间；
(2)混合气的加热和达到着火，也屑物理过程，依靠可燃混合气本身燃烧反应产生的热量来预热；
(3)完成燃烧化学反应，属化学过程，反应速度受化学动力
学因素控制。

所以，燃气燃烧过程所需的时间，包括氧化剂与燃气混合预热所需的时间ph和进行化学反应所需的时间ch,即：
=Ph+ch
按燃烧阶段所需时间不同，也可区别出以上不同类型的燃烧方法。

如果ph远大于ch，则ph，燃烧在扩散区进行，物理因素是影响燃烧全过程的主要因素：反之，ph远小于ch，则ch燃烧在动力区进行，化学动力学因素是影响燃烧全过程的主要因素；若phch。

燃烧在中间区进行。

什么是扩散燃烧和动力燃烧（混合燃烧）
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在可燃气体（蒸气）与空气混合气的燃烧过程中，可燃气（蒸气）分子与氧化剂分子从释放源通过扩散达到相互接触，在点火源所提供能量的激发下，发生氧化反应而燃烧（或爆炸）。

细分起来．燃烧过程可以分为分子扩散混合与氧化反应两个阶段，而分子扩散速度远比氧化反应速度慢得多。

因此可燃气（蒸气）分子与氧化剂分子扩散混合情况就成了燃烧速度快慢的制约因素。

据此，将燃烧分为扩散燃烧和动力燃烧（混合燃烧）两类。

扩散燃烧：如果可燃气（蒸气）与氧化剂（空气中氧气）的混合是在燃烧过程中进行的，即边混合边燃烧，这种燃烧叫做扩散燃烧。

动力燃烧：如果可燃气与空气（或其它氧化剂）在未点燃前已经均匀混合好，并且完全是气相，一旦遇火源发生燃烧（爆炸）。

这种燃烧叫做动力燃烧，或叫混合燃烧。

以煤气为例：
管道煤气在炉子燃嘴处喷出燃烧，是典型的扩散燃烧，如图1－2所示。

火焰的明亮区是扩散区，火焰中心发暗的锥形区叫燃料锥。

空气中的氧气分子由火焰周围空间向内扩散，煤气分子由管道口向外扩散，两种分子在扩散区相遇，完成氧化反应而燃烧。

如果煤气未经点燃而泄漏（由管口或破裂处）到空间与空气混合，预混气充满了整个空间，一旦遇到火源，预混气被点燃，燃烧迅速传到整个空间，反应速度极快，形成爆炸。

在扩散燃烧中，氧化反应速度比扩散速度快得多，分子扩散多少就反应多少。

因此燃烧速度取决于氧化反应速度。

一般说来，扩散燃烧比较平稳、易控，而动力燃烧速度要比扩散速度快得多，往往引起爆炸，很多爆炸事故都是由此造成的。

各种低氮燃烧技术的特点技术01扩散式燃烧这是⼀种最简单的燃烧⽅式，该燃烧⽅式的优点是简单、容易点⽕、不会回⽕、燃烧稳定及燃具结构简单。

缺点是，对于空⽓需求量⼤的⾼热值燃⽓，靠层流扩散达不到完全燃烧，烟⽓中C0含量⽐较⾼，燃具体积⽐较⼤。

强制⿎风扩散燃烧⽅式多⽤于⼯业炉中的⼯业燃烧器。

采⽤这种燃烧⽅式需要合理地组织空⽓与燃⽓混合，避免产⽣⼤量的N0x与C0。

O2含量2%--12%；，相对点⽕容易。

但是，NOX含量⽆法控制。

技术02部分预混式燃烧部分预混式燃烧习惯上⼜称⼤⽓式燃烧。

与扩散式燃烧相⽐，部分预混式燃烧具有燃烧完全、⽕焰短、热强度⼤的优点，但是这种燃烧⽅式可能产⽣回⽕、离焰与脱⽕，在控制好⼀次空⽓的条件下，能具有⼀定范围的不离焰、不回⽕的稳定⽕焰区，在此区内可以调节热负荷。

部分预混式燃烧也有以下缺点：a.需要组织好⼆次空⽓，需要⾜够的⼆次空⽓进⼝⾯积及必要的炉膛⾼度，所以很难减⼩燃烧设备的体积。

b.燃烧产物中N0x含量较⾼，采取措施后，N0x含量降低，⽽C0含量升⾼，很难达到C0与N0x含量都降低的效果。

在有些较⼤功率燃烧器结构中，为了保证点⽕成功率，中⼼形成⽕焰⿊区，采⽤部分预混。

其他与扩散式燃烧相同。

技术03精准控制全预混式燃烧将燃烧所需空⽓精准混⼊燃⽓再进⾏燃烧的全预混式燃烧，其特点是⽕焰短，附着于燃烧表⾯，甚⾄看不到⽕焰，故也称作⽆焰式燃烧。

这种燃烧⽅式的稳定性较差，稳定燃烧的范围较⼩，必须采⽤防⽌离焰与回⽕的稳焰措施。

精准控制全预混式燃烧的优点：燃烧强度⼤，⽕焰短，可以降低炉膛⾼度；不需要⼆次空⽓，省去了⼆次空⽓的⼊⼝⾯积；具有较⼤的⾯积热强度与体积热强度，可缩⼩燃烧设备体积；⽕焰⾯可以靠近热交换器，增⼤传热系数；燃烧产物中C0及N0x含量都⽐较低。

精准控制全预混式燃烧的缺点及特殊的技术要求：当热负荷较⼤时，⽆法利⽤燃⽓⾃⾝压⼒通过引射器吸⼊空⽓，需要有保证燃⽓与空⽓混合⽐例的装置，并且维持此⽐例不受热负荷变化的影响；应有可靠的避免离焰、回⽕的稳焰措施，必要时需要冷却头部，防⽌回⽕。

预混燃烧⼀、预混燃烧的基本介绍1.贫燃预混燃烧的介绍贫燃预混燃烧是在保证燃料充分燃烧的情况下，增⼤空⽓的供给量，从⽽降低燃烧室的温度，满⾜较低的污染物排放标准（可以做到低NOx的排放）。

但是与常规的扩散燃烧技术相⽐，贫燃预混燃烧是在偏离正常化学当量⽐下进⾏的，这就会产⽣燃烧的不稳定性（主要包括回⽕以及振荡燃烧），严重阻碍了贫燃预混燃烧技术的发展。

维持贫燃预混燃烧室内的正常燃烧，其关键就在于避免⽕焰的吹熄与振荡燃烧。

⽕焰吹熄现象是因为燃烧室内当量⽐被控制在接近贫燃熄⽕极限，以便尽量降低⽕焰温度以及的排放，⽽在这种燃烧状况下，⽕焰传播速度很低，在相对⾼速的⽕焰流场中，会导致⽕焰的熄灭现象，这种现象发⽣的时间很短，被称为静态不稳定。

因此要避免⽕焰吹熄，维持预混⽕焰的稳定燃烧，关键就在于保持⽕焰燃烧速度与流场速度的平衡，可从以下两种⽅法着⼿：①提⾼燃烧速度；②降低燃⽓供给速度。

提⾼燃烧速度可使⽤端流产⽣器提⾼⽕焰瑞流强度，⽽降低燃⽓平均速度可以通过减少燃⽓供给做到，但是燃机的总效率也会下降，通常采⽤在燃烧室内安装钝体稳焰器或在燃烧室避免加⼯凹槽形成局部低速区域，使⽕焰燃烧速率与流场速率均衡，以便维持⽕焰的燃烧。

另外除上述⽅法外，旋流因为其特殊的流动特性，也常⽤于稳定湍流⽕焰。

预混燃烧的不稳定受燃料种类、进⽓温度、燃料⼀空⽓过量空⽓系数、燃烧室⼏何参数、燃烧室温度以及压⼒等众多参数的影响。

按压⼒振荡频率可将燃烧不稳定分为：低频振荡、中频振荡、⾼频振荡。

按照压⼒振荡涉及的燃烧系统部件可以将其定义为三类：燃烧系统不稳定、燃烧室腔体不稳定以及固有燃烧不稳定。

根据燃烧系统内不同扰动间的相互关系，可将燃烧不稳定分为受迫燃烧不稳定和⾃激燃烧不稳定，也可称为受迫振荡和⾃激振荡。

⼆、国内外研究现状及进展Lieuwen等⼈对预混燃烧室内的燃烧不稳定性进⾏了理论和实验研宄，将预混燃烧室分为进⼝区域、燃烧区域以及燃烧产物区域三个部分，⽤“完全撞拌反应器”模型（WSR）对当量⽐波动引起燃烧热释放波动的机理进⾏了描述和分析。

实务基础知识必考（一）燃烧(2)第二节燃烧类型及其特点二、按燃烧物形态分类燃烧物形态：（一）气体燃烧可燃气体的燃烧不需像固体、液体那样经熔化、蒸发过程，其所需热量仅用于氧化或分解，或将气体加热到燃点，因此容易燃烧且燃烧速度快。

根据燃烧前可燃气体与氧混合状况不同，其燃烧方式分为扩散燃烧和预混燃烧。

1.扩散燃烧即可燃性气体和蒸气分子与气体氧化剂互相扩散，边混合边燃烧。

在扩散燃烧中，可燃气体与空气或氧气的混合是靠气体的扩散作用来实现的，混合过程要比燃烧反应过程慢得多，燃烧过程处于扩散区域内，整个燃烧速度的快慢由物理混合速度决定。

扩散燃烧的特点为：燃烧比较稳定，火焰温度相对较低，扩散火焰不运动，可燃气体与气体氧化剂的混合在可燃气体喷口进行，燃烧过程不发生回火现象（火焰缩入火孔内部的现象）。

对稳定的扩散燃烧，只要控制得好，就不会造成火灾，一旦发生火灾也较易扑救。

2.预混燃烧是指可燃气体、蒸气预先同空气（或氧）混合，遇引火源产生带有冲击力的燃烧。

预混燃烧一般发生在封闭体系中或在混合气体向周围扩散的速度远小于燃烧速度的敞开体系中，燃烧放热造成产物体积迅速膨胀，压力升高，压强可达709.1～810.4kPa。

火焰在预混气中传播，存在正常火焰传播和爆轰两种方式。

预混燃烧的特点为：燃烧反应快，温度高，火焰传播速度快，反应混合气体不扩散，在可燃混合气中引入一火源即产生一个火焰中心，成为热量与化学活性粒子集中源。

（二）液体燃烧易燃、可燃液体在燃烧过程中，并不是液体本身在燃烧，而是液体受热时蒸发出来的液体蒸气被分解、氧化达到燃点而燃烧，即蒸发燃烧。

因此，液体能否发生燃烧、燃烧速率高低，与液体的蒸气压、闪点、沸点和蒸发速率等性质密切相关。

可燃液体会产生闪燃的现象，发生闪燃时的最低温度称为闪点。

可燃液态烃类燃烧时，通常产生橘色火焰并散发浓密的黑色烟云。

醇类燃烧时，通常产生透明的蓝色火焰，几乎不产生烟雾。

某些醚类燃烧时，液体表面伴有明显的沸腾状，这类物质的火灾较难扑灭。