第六章 固体燃料的燃烧(20161118)

《燃料的燃烧》讲义一、引言燃料的燃烧是我们日常生活和工业生产中不可或缺的一部分。

从家庭取暖、烹饪到汽车驱动、发电，燃料的燃烧为我们提供了能源和动力。

然而，燃烧过程并非简单的化学反应，它涉及到众多的物理和化学原理，以及对环境和能源利用的重要影响。

二、燃料的种类1、固体燃料常见的固体燃料包括煤炭、木材和生物质等。

煤炭是一种重要的化石燃料，其种类繁多，如无烟煤、烟煤和褐煤等。

不同种类的煤炭在热值、含碳量和杂质含量等方面存在差异。

木材作为一种传统的燃料，在一些地区仍然被广泛使用，但燃烧效率相对较低，且会产生较多的烟尘。

生物质燃料如秸秆、木屑等，具有可再生的特点，但也需要合适的燃烧技术来提高效率和减少污染。

2、液体燃料液体燃料主要有石油及其衍生品，如汽油、柴油和煤油等。

石油是一种复杂的混合物，通过精炼可以得到不同用途的液体燃料。

汽油通常用于轻型车辆，柴油则适用于重型车辆和工业设备。

此外，还有一些生物液体燃料，如生物柴油和乙醇，它们来自可再生资源，对环境相对友好。

3、气体燃料气体燃料包括天然气、液化石油气（LPG）和煤气等。

天然气是一种清洁高效的燃料，主要成分是甲烷。

LPG 通常由丙烷和丁烷组成，易于储存和运输。

煤气则是通过煤炭的气化过程产生的，但其使用范围相对较窄。

三、燃烧的基本原理1、燃烧的化学方程式燃烧是燃料与氧气发生的剧烈氧化反应。

以甲烷（CH₄）的燃烧为例，其化学方程式为：CH₄＋ 2O₂ → CO₂＋ 2H₂O ＋热量。

在这个过程中，燃料中的碳和氢与氧气结合，生成二氧化碳和水，并释放出大量的热能。

2、燃烧的条件燃烧需要同时满足三个条件：可燃物、助燃物（通常是氧气）和达到着火点的温度。

只有当这三个条件都具备时，燃烧才能发生。

例如，纸张是可燃物，在空气中（含有氧气），当受到足够高的温度（着火点）时，就会燃烧起来。

3、完全燃烧与不完全燃烧完全燃烧是指燃料中的碳和氢完全与氧气反应，生成二氧化碳和水，此时释放的热量最多，对环境的污染也相对较小。

第6章扩散火焰与液体燃料燃烧6.1 扩散火焰与预混合火焰的区别研究燃烧的火焰现象，通常以反应物形成的方式分成预混合火焰和扩散火焰两种。

在预混合火焰中，反应物在进入火焰以前就完全混合好。

在多数预混合火焰中，燃烧过程同时受控于化学动力学及传热与扩散作用，燃烧速度极快。

在扩散火焰中，燃料和氧化剂在燃烧开始前还没有完全混合好，或者完全没有混合;而是在燃烧过程中，靠燃料与氧化剂的相互扩散、混合而成为反应混合物，因而反应物的混合和燃烧是同时进行的。

由于化学反应速度远远大于气流速度、扩散速度和混合速度，因此在扩散燃烧过程中，控制燃烧速度的主要因素是燃料和氧化剂的扩散速度而不是化学反应速度。

燃料和氧化剂在火焰阵面上是按化学当量比混合的，这是扩散火焰的共性。

液体燃料的着火温度远远高于它的沸点温度，而且燃烧反应所需的活化能也远远大于燃料的汽化热，因此可以推论，液体燃料不能在液相进行燃烧，只有在汽化后的燃料蒸气与氧化剂混合后才能进行燃烧。

例如汽油的汽化热为335kJ/kg。

而活化能约为1281kJ/kg。

液体燃料总是先蒸发后着火的，所以燃烧总是在气态下进行的。

6.2 液体燃料的喷雾特性在油管破裂泄漏引起的火灾事故中，液体燃料可被喷射成微粒云，雾化后再燃烧。

在燃烧技术中，为了强化燃烧，希望将液体燃料制作成均匀分布的微粒喷雾。

这样可以大大增加燃料蒸发面积，增加燃料与空气接触机会，以迅速达到混合、蒸发、燃烧的目的。

例如若1ml的燃油是球形的，其表面积为484mm2，若雾化成40μm的粒子，油滴总数是2.99×107个，其表面积为1.5×105(mm2)，面积增加近310倍。

在柴油发动机中，燃油自喷油器孔中以很高的压力(Pinj,max=180～200MPa)和很高的速度(可高达300m/s)喷出，在高速流动中所产生的内部扰动及气缸中空气阻力的作用下，被粉碎成细小的油粒，其直径为5～250 μm 。

喷雾特性是燃油喷射的空间特性。

《燃料的燃烧》讲义一、燃料的定义与分类燃料，简单来说，就是能够通过燃烧过程释放出能量的物质。

燃料的种类繁多，根据其状态，可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。

固体燃料常见的有煤炭、木材等。

煤炭是一种重要的能源，在工业生产和日常生活中都有广泛应用。

它的特点是能量密度相对较高，但燃烧过程中可能会产生较多的污染物。

木材作为一种传统的燃料，在一些地区仍然被使用，但其能量释放相对较低，且供应有限。

液体燃料主要包括石油及其衍生品，如汽油、柴油、煤油等。

石油是现代社会的主要能源之一，被广泛用于交通运输、工业生产等领域。

这些液体燃料具有易于储存和运输的优点。

气体燃料则有天然气、煤气等。

天然气是一种相对清洁的燃料，燃烧后产生的污染物较少。

煤气在一些地区也用于居民生活和工业生产。

二、燃料燃烧的基本原理燃料燃烧是一个化学反应过程。

以碳（C）的燃烧为例，碳与氧气（O₂）反应生成二氧化碳（CO₂），同时释放出大量的热能。

化学方程式为：C ＋ O₂＝ CO₂＋热能。

燃烧的发生需要同时满足三个条件：可燃物（即燃料）、助燃物（通常是氧气）以及达到可燃物的着火点（即燃烧所需的最低温度）。

只有这三个条件同时具备，燃料才能顺利燃烧。

在燃烧过程中，燃料分子与氧气分子发生碰撞和结合，化学键被打破和重新组合，从而释放出能量。

这个过程的速度和效率受到多种因素的影响，如燃料与氧气的混合程度、燃烧温度、压力等。

三、燃料燃烧的影响因素1、燃料的性质不同的燃料具有不同的化学组成和物理性质，这直接影响着燃烧的效果。

例如，燃料的含碳量、含氢量、挥发分含量等都会对燃烧的速率、火焰温度和燃烧产物产生影响。

含碳量高的燃料，如煤炭，燃烧时会产生较多的二氧化碳和烟尘；而含氢量高的燃料，如天然气，燃烧更充分，产生的污染物相对较少。

挥发分含量高的燃料容易着火和燃烧，但燃烧稳定性可能较差。

2、氧气供应充足的氧气供应是保证燃料完全燃烧的关键。

如果氧气供应不足，燃料就会不完全燃烧，产生一氧化碳（CO）等有害气体。