燃氣燃燒技術與設備_chap5

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1、第五章燃氣燃燒方法第一節(jié)擴散式燃燒二、層流擴散火焰的結構將管口噴出的燃氣點燃進行燃燒，如果燃氣中不含氧化劑(即)則燃燒所需的氧氣將依靠擴散作用從周圍大氣獲得。這種燃燒方式稱為擴散式燃燒。圖5-1層流擴散火焰的結構1－外側混合區(qū)(燃燒產物＋空氣)；2－內側混合區(qū)(燃燒產物＋燃氣)；Cg—燃氣濃度；Ccp—燃燒產物濃度；CO2—氧氣濃度圖5-2層流擴散火焰的相似(5-1)式中D——擴散系數(shù)；F——垂直于擴散方向兩股氣流的接觸面積；——徑向濃度梯度。對于上述兩種相似情況，擴散率之比為：(5-2)13(5-3)(5-4)或者=常數(shù)(5-5)圖5-

2、3氣流速度增加時擴散火焰長度和燃燒工況的變化1—火焰長度終端曲線；2—層流火焰終端曲線三、層流擴散火焰向紊流擴散火焰的過渡(5-6)式中——距出口的軸向距離；——紊流結構系數(shù)；——射流噴口的半徑。13或(5-7)(5-8)四、擴散火焰中的多相過程圖5-5在層流擴散火焰中氣體濃度與溫度的變化圖5-4不同壓力下乙炔在空氣中的擴散火焰1—擴散火焰；2—光焰區(qū)(5-9)式中——反應速度；——試驗系數(shù)，取決于氣相組成、固相表面積等因素；E——活化能；R——氣體常數(shù)；T——絕對溫度。(5-10)式中——擴散系數(shù)；——接觸表面積；13——濃度梯度。五、

3、燃氣火焰的輻射圖5-7加入重油或焦油對輻射率的影響焦油—a100%、b57%、c33%；重油—a’100%、b’67%、c’33%；d—氣體燃料100%圖5-6加入重油對輻射率的影響A—重油100%；B—重油40%；C—重油20%；D—重油10%；E—重油0%；第二節(jié)部分預混式燃燒一、部分預混層流火焰圖5-9藍色錐體表面上的速度分析圖5-8本生燃燒器示意圖在燃燒器出口的周邊上，存在一個穩(wěn)定的水平焰面，它是空氣-燃氣混合物的點火源，又稱點火環(huán)。二、部分預混層流火焰的確定如果燃燒強度不斷加大，由于的點更加靠近管口，點火環(huán)就逐漸變窄。最后點火環(huán)

4、消失，火焰脫離燃燒器出口，在一定距離以外燃燒，稱為離焰。若氣流速度再增大，火焰就被吹熄，稱為脫火。13如果進入燃燒器的燃氣流量不斷減小，即氣流速度不斷減少，藍色錐體越來越低，最后由于氣流速度小于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰將縮進燃燒器，稱為回火。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(wěn)定的上限，氣流速度達到此上限值便產生脫火現(xiàn)象，該上限稱為脫火極限；另一方面，燃氣-空氣混合物還存在一個火焰穩(wěn)定的下限，氣流速度低于下限值便產生回火現(xiàn)象，該下限稱為回火極限。圖5-10天然氣和空氣的穩(wěn)定燃燒范圍1—黃焰曲線；2—脫火曲線；3—回火曲

5、線；4—黃焰區(qū)；5—脫火區(qū)；6—回火區(qū)圖5-11回火與脫火的圖解(a)燃燒器出口以內的情況；(b)燃燒器出口以上的情況；(c)焰面位置；1—回火；2—回火極限；3—火焰穩(wěn)定；4—脫火極限；5—脫火；A、B、C—當焰面在A、B、C三個位置時的燃燒速度曲線；(一)周邊速度梯度理論(5-11)式中——某點距管中心的距離；——管子半徑?；?3(5-12)(5-13)(二)火焰拉伸理論(5-14)無因次數(shù)K稱為卡洛維茲(Karlovitz)拉伸系數(shù)。(5-15)1．無外焰存在的情況(5-16)2．有外焰存在的情況(5-17)(5-18)或(5-19

6、)式中——系數(shù)。無外焰時，取零；有外焰時，取l。三、部分預混紊流火焰圖5-14紊流火焰的結構13(5-20)式中——火焰的總長度；——沿氣流軸線方向紊流火焰的厚度；——冷核的長度；——沿氣流軸線方向燃盡區(qū)的厚度。(5-21)式中——混合物的流動速度；——除去邊界層的出流半徑；——紊流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?5-22)式中K——常數(shù)。四、紊流預混火焰的穩(wěn)定前面研究了層流中預混式燃燒的穩(wěn)定性，我們知道其火焰是穩(wěn)定的，混合氣流速度在一定范圍內波動時燃燒器不會發(fā)生回火和脫火。對于預混紊流火焰情況就不同了，工作的穩(wěn)定區(qū)可能全部消失，或者變得很窄，要使燃燒器

7、正常工作只有采用人工的穩(wěn)焰方法。通常，為了使火焰穩(wěn)定，應當在局部地區(qū)保持氣流速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣戎g的平衡。如果從改變氣流速度著手，可用流體動力學方法進行穩(wěn)焰；如果從改變火焰?zhèn)鞑ニ俣戎?，可以用熱力學和化學方法進行穩(wěn)焰。為了防止脫火，最常用的方法是在燃燒器出口處設置一個點火源。點火源可以是連續(xù)作用的人工點火裝置，如熾熱物體或一個穩(wěn)定的輔助火焰。另外，也可以使熾熱的燃燒產物流回火焰根部而形成點火源。燃氣空氣混合物圖5-15用輔助火焰做點火源1—燃燒器火孔；2—小孔；3—環(huán)形縫隙圖5-16各種形狀的鈍體穩(wěn)焰器13圖5-18用圖5-16中1，3和

8、7鈍體時，丙烷空氣火焰的穩(wěn)定界限(上游氣流溫度為290K)圖5-17城市燃氣和空氣的混合氣體用兩種不同溫度鈍體時的火焰穩(wěn)定極限圖5-19鈍體穩(wěn)焰的物理模型dw——回流區(qū)直徑；lw——回流區(qū)長度