燃气燃烧技术与设备_chap5.doc

α= ∞α= 0α= ∞aaα= oC112空气空气燃烧器燃气图5-1层流扩散火焰的结构1-外侧混合区(燃烧产物+空气);2-内侧混合区(燃烧产物+燃气);C—燃气浓度;C—燃烧产物浓度;C—氧气浓度浓度场BABBABddddDDυυ管2管1LL图5-2层流扩散火焰的相似???燃气????第一节扩散式燃烧???????????将管口喷出的燃气点燃进行燃烧,如果燃气中不含氧化剂(即' 0??)则燃烧所需的氧气将依靠扩散作用从周围大气获得。这种燃烧方式称为扩散式燃烧。dCM DFdr?(5-1)式中D——扩散系数;F——垂直于扩散方向两股气流的接触面积;dCdr——径向浓度梯度。对于上述两种相似情况,扩散率之比为:1 11 122 22dCD FMdrdCMD Fdr? ?? ?? ??? ?? ?? ?(5-2)21高度喷出气流速度充分发展的紊流火焰过渡区域层流火焰图5-3气流速度增加时扩散火焰长度和燃烧工况的变化1—火焰长度终端曲线;2—层流火焰终端曲线1 1 12 2 2F d LF d L?(5-3)1 212dCddrdCddr? ?? ?? ??? ?? ?? ?(5-4)1 1 1 1 2 1 12 2 2 2 1 2 2M D d L d DLM D d L d D L? ???21 1 1 122 2 2 2DL v dD L v d?或者2DLvd=常数2vdLD?(5-5)????????????????????(5-6)式中s——距出口的轴向距离;a——紊流结构系数;r——射流喷口的半径。**********Pa1400Pa空气燃气空气空气燃气空气370Pa空气燃气空气300Pa空气燃气空气图5-4不同压力下乙炔在空气中的扩散火焰1—扩散火焰;2—光焰区温度t浓度c离开气流中tCgCO2atBA心的距离x图5- C n?? n??(5-7) ???[(1 ) ]frl na? ??(5-8)????????????ERTW Be??(5-9)式中W——反应速度;B——试验系数,取决于气相组成、固相表面积等因素;E——活化能;R——气体常数;T——绝对温度。dCW DFdr??(5-10)式中D——扩散系数;辐射率ε (m)ABCDE图5-6加入重油对辐射率的影响A—重油100%;B—重油40%;C—重油20%;D—重油10%;E—重油0%;空气燃气图5-8本生燃烧器示意图Snnh132图5-9蓝色锥体表面上的速度分析F——接触表面积;dCdr——浓度梯度。?????????第二节部分预混式燃烧??????????在燃烧器出口的周边上,存在一个稳定的水平焰面,它是空气-燃气混合物的点火源,又称点火环。?????????????如果燃烧强度不断加大,由于v S?的点更加靠近管口,点火环就逐渐变窄。最后点火环消失,火焰脱离燃烧器出口,在一定距离以外燃烧,称为离焰。若气流速度再增大,火焰辐射率ε f离喷嘴的距离(m)''d图5-7加入重油或焦油对辐射率的影响焦油—a100%、b57%、c33%;重油—a’100%、b’67%、c’33%;d—气体燃料100%图5-10天然气和空气的稳定燃烧范围1?—黄焰曲线;2—脱火曲线;3—回火曲线;4—黄焰区;5—脱火区;6—回火区速度离开燃烧器内部距离(a)速度离开气流边界的距离燃烧速度1235432气流速度气流速度燃烧速度焰面气流CBAABDC(b)(c)图5-11回火与脱火的图解(a)燃烧器出口以内的情况;(b)燃烧器出口以上的情况;(c)焰面位置;1—回火;2—回火极限;3—火焰稳定;4—脱火极限;5—脱火;A、B、C—当焰面在A、B、C三个位置时的燃烧速度曲线;就被吹熄,称为脱火。如果进入燃烧器的燃气流量不断减小,即气流速度不断减少,蓝色锥体越来越低,最后由于气流速度小于火焰传播速度,火焰将缩进燃烧器,称为回火。对于某一定组成的燃气-空气混合物,在燃烧时必定存在一个火焰稳定的上限,气流速度达到此上限值便产生脱火现象,该上限称为脱火极限;另一方面,燃气-空气混合物还存在一个火焰稳定的下限,气流速度低于下限值便产生回火现象,该下限称为回火极限。(?)????????r R r Rdv dSdr