燃料种类及其燃烧2

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1、材料工程基础主讲:陈常连2010.10团结严谨勤奋求实3.3.1基本概念及燃烧理论燃烧是指燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生大量的热量并伴随着有强烈发光的现象。燃烧可以产生火焰，而火焰又能在适合的可燃介质中自行传播。这种火焰能自行传播的特性是燃烧反应区别于其他化学反应的最主要特征。燃烧可分为普通的燃烧和爆炸性燃烧两种类型。普通的燃烧：靠燃烧层的热气体传质传热给邻近的冷可燃气体混合物层而进行火焰的传播。一般可视为等压过程。爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度以上而燃烧，火焰传播速度大，约为1000—4000m/s

2、。通常是在高压、高温下进行。1燃烧过程的基本理论2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备一般窑炉中燃料的燃烧，属于普通的（正常的）燃烧。从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成。一种是可燃气体如H2、CO及CmHn等，另一种是固态碳。例如：液体燃料，受热气化形成气态烃类，同时在高温缺氧处，煤气中的重碳氢化合物裂解，生成碳黑。固体燃料燃烧时，首先是挥发分逸出，随后是可燃气体和固态碳燃烧。讨论燃料的燃烧过程，可分别讨论可燃气体、固态碳两种基本可燃组分的燃烧。2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备着火浓度范围概念：气体燃料与空气混合后，体积比必

3、须在一定的范围内，才能着火燃烧，这一范围称为着火浓度范围或着火极限。影响因素：混合物温度↑，着火浓度范围↑气体燃料组成：着火浓度范围随燃料组成变化而变化2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备（1）固态碳的燃烧碳的燃烧是气-固相两相反应的物理-化学过程。氧气扩散至碳粒表面与它作用，生成CO及CO2气体再从表面扩散出来。燃烧碳粒附近CO2、CO、O2浓度的变化2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备固态碳的燃烧机理反应机理一C+O2=CO2（一次反应）CO2+C=2CO（二次反应）反应机理二2C+O2=2CO（一次反应）2CO+O2=2CO2（二次反应）

4、2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备=mCO+nCO2xC+yO2=CxOyCxOyCxOy+O2m、n与温度有关900~1200℃：4C+3O2=2CO+2CO21450℃以上：3C+2O2=2CO+CO2C的燃烧过程：反应机理三：——氧向碳表面扩散碳与氧反应反应产物向外扩散——2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备固态碳的燃烧速度燃烧速度的影响因素碳的氧化反应速度空气燃烧产物扩散速度碳粒的形状燃料与空气的混合程度表面温度<800℃，为动力燃烧表面温度>1000℃时，为扩散燃烧2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备

5、（1）：动力燃烧：当温度较低时，化学反应速度慢，而物理混合速度相对较快，燃烧速度主要决定于化学条件，即炉内温度，我们把这种燃烧称为动力燃烧，或者说燃烧于动力区。（2）：扩散燃烧：当温度较高，化学反应速度较快，而物理混合速度相对较小时，燃烧速度主要取决于炉内氧对燃料扩散情况，我们把这种燃烧情况叫扩散燃烧，或者说燃烧处于扩散区。（3）：当炉内温度与混合情况相适应时，燃烧速度既与温度有关，又与氧对燃料的混合、扩散有关，我们把这种燃烧情况叫做过渡燃烧，或者说燃烧处于过渡区。（2）可燃气体（H2、CO及烃类）的燃烧可燃气体的燃烧过程是一系列链锁反应。

6、链锁反应的产生必须要有链锁刺激物（中间活性物）的存在，如H、O及OH。它们是由于分子间的互相碰撞、气体分子在高温下的分解、或电火花的激发而产生。在氢气或一氧化碳的燃烧过程中，有氢或水汽的存在可产生刺激物，加速反应的进行。甲醛的存在，可产生O活性原子刺激物，对烃类的燃烧有利。延迟着火现象2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备可燃气体的燃烧按链锁反应的方式进行的。H、O、OH等为连锁反应刺激物，是反应进行的必要条件生成连锁刺激物的反应如下：H2→2HO2→2OH+O2→OH+OO+H2→OH+H2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备氢的燃烧链锁反应过程

7、（产生三个刺激物H原子）HO+H2H2OH+O2OH+H2H2OH+H2H2OHHH总反应H+3H2+O2→2H2O+3H2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备一氧化碳的燃烧H和OH为链锁刺激物O+COCO2H+O2OH+COCO2H连锁反应过程总反应2CO+O2+H→2C2O+H氢气和水气所产生的刺激物H、OH可加速一氧化碳的燃烧2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备气态烃的燃烧CH4的连锁反应过程OCH4+OCH4O+O2H2OH2OCH4O2HCOOHHCHO+O2CO+OCO2O总反应：O活性原子为链锁反应的刺激物O+CH4+2O2→2H2

8、O+CO2+O气体燃烧特点：延迟着火——混合并加热到着火温度之后，要经过一定的感应期，才能迅速燃烧2.3燃烧基本理论、燃烧过程及设备（3）火焰传播速度概念火焰传播——燃烧焰面不断