1、第一章 燃氣的燃燒計算燃燒：氣體燃料中的可燃成分（H2、 CmHn、CO 、 H2S 等）在一定條件下與氧發生激烈的氧化作用，并產生大量的熱和光的物理化學反應過程稱為燃燒。燃燒必須具備的條件：比例混合、具備一定的能量、具備反應時間熱值:1Nm3燃氣完全燃燒所放出的熱量稱為該燃氣的熱值，單位是kJ/Nm3。對于液化石油氣也可用kJ/kg。 高熱值是指1m3燃氣完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，而其中的水蒸氣以凝結水狀態排出時所放出的熱量。 低熱值是指1m3燃氣完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，但煙氣中的水蒸氣仍為蒸汽狀態時所放出的熱量。一般焦爐煤氣的低熱值大約為1600017000KJ/m3天然

2、氣的低熱值是3600046000 KJ/m3 液化石油氣的低熱值是88000120000KJ/m3 按1KCAL=4.1868KJ 計算：焦爐煤氣的低熱值約為38004060KCal/m3 天然氣的低熱值是860011000KCal/m3 液化石油氣的低熱值是21000286000KCal/m3熱值的計算熱值可以直接用熱量計測定，也可以由各單一氣體的熱值根據混合法則按下式進行計算： 理論空氣需要量 每立方米(或公斤)燃氣按燃燒反應計量方程式完全燃燒所需的空氣量，單位為m3/m3或m3/kg。它是燃氣完全燃燒所需的最小空氣量。過剩空氣系數:實際供給的空氣量v與理論空氣需要量v0之比稱為過剩空氣系

3、數。 值的確定 值的大小取決于燃氣燃燒方法及燃燒設備的運 行工況。 工業設備 民用燃具值對熱效率的影響過大，爐膛溫度降低，排煙熱損失增加， 熱效率降低； 過小，燃料的化學熱不能夠充分發揮，熱效率降低。 應該保證完全燃燒的條件下接近于1. 煙氣量 含有1m3干燃氣的濕燃氣完全燃燒后的產物 運行時過剩空氣系數的確定計算目的：在控制燃燒過程中，需要檢測燃燒過程中的過剩空氣系數，防止過剩空氣變化而引起的燃燒效率與熱效率的降低。在檢測燃氣燃燒設備的煙氣中的有害物質時，需要根據煙氣樣中氧含量或二氧化碳含量確定過剩空氣系數，從而折算成過剩空氣系數為1的有害物含量。根據煙氣中O2含量計算過剩空氣系數'

4、220.920.9aO=- O2-煙氣樣中的氧的容積成分（2）根據煙氣中CO2含量計算過剩空氣系數 CO2m當 1時，干燃燒產物中CO2含量，%； CO2實際干燃燒產物中CO2含量，%。 1.4個燃燒溫度定義及計算公式熱量計溫度：一定比例的燃氣和空氣進入爐內燃燒，它們帶入的熱量包括兩部分：其一是由燃氣、空氣帶入的物理熱量(燃氣和空氣的熱焓)；其二是燃氣的化學熱量(熱值)。如果燃燒過程在絕熱條件下進行，這兩部分熱量全部用于加熱煙氣本身，則煙氣所能達到的溫度稱為熱量計溫度。燃燒熱量溫度：如果不計參加燃燒反應的燃氣和空氣的物理熱，即tatgo，并假設a1則所得的煙氣溫度稱為燃燒熱量溫度。理論燃燒溫度

5、：將由CO2HO2在高溫下分解的熱損失和發生不完全燃燒損失的熱量考慮在內，則所求得的煙氣溫度稱為理論燃燒溫度tth實際燃燒溫度：2.影響燃燒溫度的因素熱值：一般說來，理論燃燒溫度隨燃氣低熱值 Hl的增大而增大.過剩空氣系數：燃燒區的過剩空氣系數太小時，由于燃燒不完全，不完全燃燒熱損失增大，使理論燃燒溫度降低。若過剩空氣系數太大，則增加了燃燒產物的數量，使燃燒溫度也降低 燃氣和空氣的初始溫度：預熱空氣或燃氣可加大空氣和燃氣的焓值，從而使理論燃燒溫度提高。 3.煙氣的焓與空氣的焓煙氣的焓：每標準立方米干燃氣燃燒所生成的煙氣在等壓下從0加熱到t所需的熱量，單位為千焦每標準立方米。空氣的焓：每標準立方

6、米干燃氣燃燒所需的理論空氣在等壓下從0加熱到t()所需的熱量，單位為千焦每標準立方米。第一章思考題第一章課后例題必須會做。燃氣的熱值、理論空氣量、煙氣量與燃氣組分的關系，三類常用氣體熱值、理論空氣量、煙氣量的取值范圍。在工業與民用燃燒器設計時如何使用高低熱值進行計算在燃燒器設計與燃燒設備運行管理中如何選擇過剩空氣系數 運行中煙氣中CO含量和過剩空氣系數對設計與運行管理的指導作用燃燒溫度的影響因素及其提高措施。第二章 燃氣燃燒反應動力學鏈反應：不是由反應物一步就獲得生成物，而是通過一系列的基元反應來進行的，直到反應物消耗殆盡或有外力使其終止。鏈反應的分類：（a）直鏈反應 （b）支鏈反應可燃氣體的

7、燃燒都屬于支鏈反應穩定的氧化反應過程；任何可燃氣體在一定條件下與氧接觸，都要發生氧化反應。如果氧化反應過程發生的熱量等于散失的熱量，或者活化中心濃度增加的數量正好補償其銷毀的數量，這個過程就稱為穩定的氧化反應過程。不穩定的氧化反應： 如果氧化反應過程生成的熱量大于散失的熱量，或者活化中心濃度增加的數量大干其銷毀的數量，這個過程就稱為不穩定的氧化反應過程。 著火： 由穩定的氧化反應轉變為不穩定的氧化反應而引起燃燒的一瞬間。支鏈著火：在一定條件下，由于活化中心濃度迅速增加而引起反應加速從而使反應由穩定的氧化反應轉變為不穩定的氧化反應的過程，稱為支鏈著火熱力著火：一般工程上遇到的著火是由于系統小熱量

8、的積聚，使溫度急劇上升而引起的、這種著火稱為熱力著火。燃料開始燃燒的最低溫度叫著火溫度。即燃料在充足空氣供給下加熱到某一溫度，達到此溫度后不再加熱，燃料依靠自身的燃燒熱繼續燃燒(持續5min以上)，此溫度即稱為著火溫度或著火點。燃料的著火溫度隨燃料的種類、燃料的形態、燃燒時周圍的環境而變，不是一個常數。在常壓（大氣壓）下液化石油氣的著火溫度為365460 天然氣的著火溫度為270540人工燃氣著火溫度為270605可燃混合物熱力著火的影響因素環境溫度 壓力 可燃物與環境的傳熱系數 成分（物性） 1、點火：當微小熱源放入可燃混合物小時，則貼近熱源周圍的一居混合物被迅速加熱、并開始燃燒產生火焰然后

9、向系統其余冷的部分傳播使可燃混合物逐步著火燃燒、這種現象稱為強制點火，簡稱點火。點火的兩個重要因素：著火 火焰傳播2.點火源：灼熱固體顆粒、電熱線圈、電火花、小火焰等。4.電火花點火：把兩個電極放在可燃混合物中，通過高壓電打出火花釋放出一定的能量，使可燃混合物點著，稱為電火花點火。電火花點火的兩個階段：初始火焰中心的形成 火焰的傳播最小點火能：當電極間隙內的可燃混合物的濃度、溫度和壓力一定時苦耍形成初始的火焰中心，放電能量必須有一最小極值，能量低于此極值時不能形成初始火焰中心，這個必要的最小放電能員就是最小點火能量Enin。熄火距離：當兩個電極之間的距離小到無論多大的電火花能量都不能使可燃混什

10、物點燃時，這個最小距離就叫熄火距離 第二章思考題濃度、溫度、壓力對化學反應速度的影響什么是支鏈反應，支鏈反應對燃燒的影響為什么著火溫度不是一個常數影響著火溫度的因素有哪些常用燃氣的最小點火能與熄火間距是多少 第三章燃氣燃燒的氣流混合過程自由射流： 當氣流由管嘴或孔口噴射到充滿靜止介質的無限大空間時，形成的氣流。等溫自由射流：周圍介質的溫度和密度與噴出氣流相同。 4.層流射流的等濃度面邊界1是射流邊界邊界2是射流核心區邊界界面3：Cg=Ch；界面4：Cg=Cst；界面5：Cg=Cl；A：純燃氣B：處于著火濃度上限以外的燃氣和空氣混合物C：處于著火濃度范圍以內的燃氣和空氣混合物，含有過剩燃氣；D：

11、處于著火濃度下限以外的燃氣和空氣混合物，含有過剩空氣E：處于著火濃度下限以外的燃氣和空氣混合物5.層流擴散火焰長度當燃氣成分一定時，層流擴散火焰的長度上主要取決于燃氣的體積流量。 流量增大 火焰長度增大 出口速度一定時，噴嘴直徑越大，火焰長度也越大 噴嘴直徑越大，火焰長度也越大。 流量一定時，則火焰長度與直徑無關。平行氣流中的自由射流射流速度與外圍平行氣流速度的速度梯度射流的擴張角軸心速度的衰減射流核心區的長度2.平行氣流中射流軸心速度的衰減絕對穿透深度h ：在相交氣流中，當射流軸線變得與主氣流方向一致時，噴嘴出口平面到射流軸線之間的法向距離h定義為絕對穿透深度。相對穿透深度：絕對穿透深度h

12、與噴嘴直徑之比，定義為相對穿透深度，即h/d。射程：在射流軸線上定出一點，使該點的軸速度在x方向上的分速度Vx為出口速度V2的5%，以噴嘴平面至該點的相對法向距離X1/d，定義為射程。多股射流與受限氣流相交時的流動規律影響因素（1）主氣流流動通道的相對半寬度B/2d；（2）射流噴嘴相對中心距s/d。 旋轉射流：射流在從噴嘴中流出時，氣流本 身一面旋轉，一面又向靜止介質中擴散前，這就是旋轉射流，簡稱旋流。2.旋轉射流的特點： 旋轉紊流運動、自由射流、和繞流3.產生方法 （1）使全部氣流或一部分氣流切向進入 （2）設置導流葉片 （3）采用旋轉的機械裝置4.旋轉射流的基本特性 1）.增加切向分速度，

13、徑向分速度較直流射流時大；2）.徑向和軸向上都建立了壓力梯度。強旋轉射流內部形成回流區；3）.內外回流區的存在對著火穩定性有影響；4）.旋轉射流的擴展角大；5）.射程小旋轉射流的無因次特性旋流數：旋流數s不僅反映了射流的旋轉強弱，射流動力相似的相似準則。思考題1、相對穿透深度與射程定義及其在氣流混合過程中的物理意義。2、燃氣自由射流的特點與圖形3、不同相交氣流的流動規律4、旋轉射流的特點與產生旋轉射的方法、旋流數的計算；第四章燃氣燃燒的火焰傳播火焰面：未燃氣體和已燃氣體的分界面即為火焰鋒面，亦稱火焰前沿（前鋒）。 常壓條件下火焰前鋒的厚度：10-210-1mm火焰傳播速度：火焰前鋒沿其法線方向

14、朝新鮮混氣傳播的速度。用 Sn表示。測定Sn的實驗方法的概述兩種主要方法靜力法：靜力法是讓火焰焰面在靜止的可燃混合物中運動。動力法：動力法則是讓火焰焰面處于靜止狀態，而可燃混合物氣流則以層流狀態作相反方內運動。管子法、本生火焰法影響火焰傳播速度的因素1.混氣成分的影響2.混氣性質的影響導熱系數增加，活化能減少或火焰溫度增加時，火焰傳播速度增大。碳原子個數的影響 3.溫度的影響溫度增加，火焰傳播速度增加。 4.壓力的影響壓力對火焰傳播速度的影響較小 5.濕度和惰性氣體的影響添加氣有兩面性（1）改變混合氣的物理性質， 如導熱系數催化作用火焰傳播濃度極限及其測定定義：能使火焰繼續不斷傳播所必需的最低

15、燃氣濃度，稱為火焰傳播濃度下限(或低限)；能使火焰繼續不斷傳播所必需的最高燃氣濃度，稱為火焰傳播濃度上限(或高限)。上限和下限之間就是火焰傳播濃度極限范圍，火焰傳播濃度極限又稱著火濃度極限、爆炸極限。影響火餡傳播濃度極限的因素1燃氣在純氧中著火燃燒時，火焰傳播濃度極限范圍將擴大。2提高燃氣空氣混合物溫度，會使反應速度加快，火焰溫度上升，從而使火焰傳播濃度極限范圍擴大。 3提高燃氣空氣混合物的壓力，其分子間距縮小，火焰傳播濃度極限范圍將擴大，其上限變化更為顯著。 4可燃氣體中加入惰性氣體時，火焰傳播濃度極限范圍將縮小(圖425)。5含塵量、含水蒸氣量以及容器形狀和壁面材料等因素，有時也影響火焰傳

16、播濃度極限。各種燃氣的爆炸極限如下燃氣類別爆炸下限（%）爆炸上限（%）天然氣515人工煤氣520.73173液化石油氣1.59.5第四章 思考題1.火焰傳播的意義與火焰傳播機理。2.法向火焰傳播的定義與測定方法。3.層流火焰傳播速度的影響因素。4.紊流火焰傳播的特點與紊流火焰傳播速度的計算。5.火焰傳播濃度極限與影響因素，常用氣體的火焰傳播濃度范圍。第五章燃氣燃燒方法一次空氣：在燃燒前預先與燃氣混合的那部分空氣。一次空氣系數：一次空氣與燃燒所需要的理論空氣量之比。燃氣燃燒方法擴散式燃燒： 燃氣和空氣不預混，一次空氣系數a0大氣式燃燒： 燃氣和一部分空氣預先混合 a0.20.8完全預混式燃燒：

17、燃氣和空氣完全預混a1本生燈火焰根部有一環形平面火焰，起著固定點火源的作用，稱之為點火環；點火環形成的原因及作用分析：點火環形成的原因是由于靠近射流壁面附近氣流速度及火焰傳播速度分布不均勻的緣故。部分預混層流火焰的穩定穩定：混氣流速恰當時火焰掛在管口上。 離焰、脫火：增加混氣流速，火焰錐變長。火焰在一定距離以外燃燒；流速進一步加大時，火焰錐會被吹滅即脫火。 回火：混氣流速減小時，火焰錐變短。當流速減小時，則會發生回火。黃焰： 燃燒不完全有黑煙產生。 脫火極限 ： 對于某一定組成的燃氣空氣混合物，在燃燒時必定存在一個火焰穩定的上限，氣流速度達到此上限值便產生脫火現象，該上限稱為脫火極限。回火極限

18、：燃氣空氣混合物還存在一個火焰穩定的下限，氣流速度低于下限值便產生回火現象，該下限稱為回火極限。部分預混層流火焰的穩定的影響因素（1）一次空氣系數的影響a,v脫火 a,v回火 先后（2）燃燒器直徑的影響 d ,v脫火 ， v回火 （3）燃氣性質的影響 燃氣的火焰傳播速度大，易回火，速度慢易脫火。 （4）周圍空氣質量與流動狀況的影響。完全預混式燃燒燃燒特點：（1）容積熱強度大；（2）火焰清潔（3）火焰短（4）氮氧化物少缺點：發生回火 熄火：熱負荷小于1/3額定熱負荷燃燒過程強化的途徑（1）預熱燃氣和空氣（2）加強紊動（3）煙氣再循環（4）應用旋轉射流減少氮氧化物的主要途徑：降低火焰溫度、減少過剩

19、空氣系數強化方法（1）分段燃燒：空氣分燃燒器、燃燒室上方兩部分送入（2）煙氣再循環：低溫煙氣與燃燒用空氣在燃燒器前混合（3）設計新型燃燒器（4）采用催化燃燒第五章思考題1.燃燒有哪幾種燃燒方式？火焰各有什么特點2. 部分預混層流火焰根部點火環如何形成的？ 有何作用3.擴散式火焰的長度如何計算？4.層流擴散火焰與紊流擴散火焰結構與其特點5.部分預混層流火焰的不穩定現象有哪些？ 在何種情況下發生？6.火孔直徑、一次空氣系數、燃氣性質對火焰穩定 性有何影響7.脫火極限與回火極限如何定義？周邊速度梯度理 論如何解釋脫、回火現象 8.強化燃燒的途徑有哪些？哪些途徑在實踐中用的較多且容易實現？9.氮氧化物

20、有哪些危害？燃燒中的氮氧化物如何形成？10.目前國際、國內在燃燒上所采用的減少氮氧化物的技術有哪些？第六章擴散式燃燒器燃燒器的分類(一)按一次空氣系數分類 1擴散式燃燒器： 燃氣和空氣不預混，一次空氣系數a=0。 2大氣式燃燒器： 燃氣和一部分空氣預先混合，a=0208。 3完全預混式燃燒器 ：燃氣和空氣完全預混，a1。(二)按空氣的供給方法分類 1引射式燃燒器：空氣被燃氣射流吸人或者燃氣被空氣射流吸人。2鼓風式燃燒器：用鼓風設備將空氣送入燃燒系統。 3自然引風式燃燒器：靠爐膛中的負壓將空氣吸人燃燒系統。(三)按燃氣壓力分類1低壓燃燒器： 燃氣壓力在5000Pa以下。 2高(中)壓燃燒器：燃氣

21、壓力在5000Pa至3x105Pa之間。第六章 思考題1.自然引風式擴散燃燒器有哪些優缺點？應用范圍如何？擴散式燃燒的特點 擴散燃燒的優點是燃燒穩定，不會發生回火現象，脫火極限值比較大，易于著火燃燒。而擴散燃燒的缺點是燃燒速度慢，火焰溫度低，常出現化學未完全燃燒產物：尤其在燃燒碳氫化合物含量高的燃氣時，在高溫下，由于氧氣供應不足，致使碳氫化合物會分解出游離的碳粒及很難燃燒的重碳氫化合物。應用范圍：沸水器 熱水器 紡織業 食品業 小型采暖鍋爐、點火器 指示性燃燒器2.鼓風式擴散燃燒器有哪些優缺點？應用范圍如何？優點1.結構緊湊、體型輕巧 、占地面積小2.熱負荷調節范圍大，調節系數一般大

22、于5。3.可以預熱燃氣和空氣4.要求燃氣壓力較低5.容易實現煤粉-燃氣、油-燃氣的聯合燃燒缺點1.需要鼓風、耗費電能2.燃燒室容積熱強度相對小，需要較大的燃燒室3.本生不具備燃氣與空氣比例調節特性，需配備調節裝置3.如今自然引風式擴散燃燒器與鼓風式擴散燃燒器有哪些新的形式與應用領域？ 第七章大氣式燃燒器大氣式燃燒器的構造及工作原理燃燒器由兩大部分組成：引射器和頭部工作原理：燃氣引射一次空氣 引射器的作用有以下三方面：第一、以高能量的氣體引射低能量的氣體，并使兩者混合均勻。第二、在引射器末端形成所需的剩余壓力。第三、輸送一定的燃氣量，以保證燃燒器所需的熱負荷。引射器一般由四部分組成: 燃料噴嘴、

23、吸氣收縮管、混合管和擴壓管。 （1）噴嘴的流量計算大氣式燃燒器的頭部設計原則 1.穩定燃燒：不離焰、不回火、不出現黃焰 2.滿足加熱工藝的需要火孔燃燒能力：火孔能穩定和完全燃燒的燃氣量。通常用火孔熱強度和氣流速度表示。燃燒器頭部的靜壓力：混合氣體在頭部必須有一定的靜壓力，該靜壓力由引射器提供，是燃燒器的重要設計參數。 靜壓力消耗于三個方面：克服流動阻力、克服熱阻、獲得所要求的流出速度質量引射系數的計算引射器的特性方程式最佳無因次面積：最大無因次壓力：大氣式燃燒器的自動調節特性燃燒器的引射能力只與燃燒器的結構有關，與燃燒工況無關。燃氣引射空氣量隨工作狀況不同而自動調節。燃燒器常數 燃氣流量、密度

24、、壓力變化對燃燒器工作參數 一次空氣系數、質量引射系數、 氣流速度的影響。第七章 思考題1.大氣式燃燒器由哪幾部分組成？這些部分都有哪些作用？2.固定噴嘴與可調噴嘴各有哪些優缺點？分別適用于哪些燃燒器？3.各種火孔形式及其適用的燃燒器形式？4.目前在民用與工業燃燒器中有哪些形式的大氣式燃燒器？5.大氣式燃燒器的頭部設計應遵循哪些原則？6.在火孔深度、火孔間距、火孔排數設計中應考慮哪些因素？7.燃燒器的頭部靜壓力由哪幾部分組成？8.火孔熱強度與火孔氣流速度有何關系？ 9.能量在常壓吸氣低壓引射器的收縮管、混合管、擴壓管中如何轉換？ 10.低壓引射式大氣式燃燒器的自動調節特性如何理解？11.燃燒器

25、常數在實踐工作中有哪些作用？ 第八章完全預混式燃燒器根據完全預混燃燒方法設計制做的燃燒器稱為完全預混式燃燒器。此種燃燒器在燃燒之前燃氣與空氣實現完全預混，即過剩空氣系數=1，通常=1.051.10。其構造由混合裝置和頭部兩部分組成 噴頭是保證燃燒器工作穩定、防止回火的重要部件。噴頭常做成漸縮形.火道：使燃燒穩定、防止脫火的重要部件完全預混式燃燒器的特點及應用范圍優點1.燃燒完全，化學不完全燃燒物授少； 2.過剩空氣系數較小，=1.051.10，當用于工業爐內直接加熱工件時，不會引起工件過分氧化，產品質量好 3.燃燒溫度高，容易滿足高溫加熱工藝要求； 4.燃燒熱強度大，可縮小燃燒室容積；5.火道

26、式完全預混燃燒器，能燃燒低熱值燃氣6.不需要鼓風，節省電能及鼓風設備。 缺點1.要求燃氣熱值和密度穩定：2.燃燒時發生回火的可能性大，而且調節范圍較小；3.對于熱負荷大的燃燒器，結構龐大而笨重；4.高壓和高負荷時噪聲較大。 此種燃燒器主要應用在工業加熱裝置上。第十章燃氣互換性燃氣的互換性：設某一燃具以a燃氣為基準進行設計和調整，由于某種原因要以s燃氣置換a燃氣，如果燃燒器此時不加任何調整而能保證燃具正常工作，則表示s燃氣可以置換a燃氣，或稱s燃氣對a燃氣而言具有“互換性”。a燃氣稱為“基準氣”，s燃氣稱為“置換氣” 反之如果燃具不能正常工作，則稱s燃氣“對a燃氣而言沒有互換性。燃具適應性：指燃

27、具對燃氣性質變化的適應能力。如果燃具在燃氣性質變化較大的范圍情況下仍能正常工作，就稱為適應性大，反之稱為適應能力小。互換性主要考慮燃氣在民用燃具上能夠互換。燃氣在互換時的兩個評價指標：熱負荷（華白數）、燃燒穩定（燃燒勢）華白數華白數是代表燃氣特性的一個參數，華白數又稱熱負荷指數。華白數相同的燃氣在同一壓力、同一燃具上燃燒熱負荷相同。結論：1.燃具的熱負荷與華白數成正比2.燃具的一次空氣系數與華白數成反比。3.燃氣互換時華白數W的變化范圍不大于±5%-10%。燃燒勢對于互換性研究來說，最主要的因素是燃氣性質和一次空氣系數，這兩者在很大程度上決定了燃燒速度。內焰高度是一個表示燃燒工況的重要參數它與火焰穩定性和燃燒完全度有密切關系離焰、回火和CO三條極限取決于與內焰高度有關的因素。燃氣按其燃燒特性可以分為三族。第一族為傳統的人工煤氣類型。第二族為天然氣類型。第三族為液化石油氣類型。不同族的燃氣是不能完全互換的。同一族的兩種燃氣則有可能完全互換。在qp-a圖判定燃氣互換性燃氣性質變化引起工作點飄移W 增大，qp增大,a 減小，工作點向左上方飄移W減小，q p減小 ， a增大，工作點向右下方飄移燃氣性質變化后，工作點與極限曲線都變化，變動后的工作點處在新的安全工