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气体燃料燃烧--扩散火焰与预混火焰

添加时间:2017/7/26 11:25:49 浏览次数:585

     火焰是燃气与氧化剂 (空气或氧气) 进行剧列氧化反应的反应区, 伴随有高温和发光现象。根据燃气是否预混空气,可将燃烧方式分为:ll「散燃烧和动力燃烧(预混燃烧) ,两种燃烧方式所形成的火焰分别称为扩散燃烧火焰(简称为扩散火表臼 )和动力燃烧火焰(预混火焰) ; 按照由于气体介质流速引起的流态的不同, 火焰还可分为层流火焰和湍流火焰。

-、 燃烧方式与火焰结构

       一般来说, 气体燃料燃烧所需的全部时间由两部分组成, 即气体燃料与空气混合所需的时间τmin和燃料氧化的化学反应时间Tch。如果不考虑这两种过程在时间上的重叠,整个燃烧过程所需时间为

              T=Tmix+Tch                         (5-1)     

 燃料与空气的混合有分子扩散及湍流扩散画种方式, 因此燃料与空气混合的时间可写成

Tmix=      1     

        1  + 1

       Tm   Tt                               (5-2)                                                                                 中, Tm、 Tt分别是分子扩散时间、湍流;扩散时同。

   若扩散混合的时问与氧化反应时间相比非常小而可以忽略, 即当Tmix<Tch时, 则整个燃烧时间即可近似地等于氧化反应时间,即T≈Tch。也就是说,燃烧过程将强烈地受到化学反应动力学因素的控制, 例如可燃混合气的性质、 温度、 燃烧空同的压力和反应物浓度等; 而一些扩散方面的因素, 如气流速度、 气流流过的物体形状与尺寸等对燃烧速率的影响很小。 这种燃烧称为化学动力燃焼或动力燃烧。 预混可燃气体的燃烧属于动力燃烧。

      反之, 如果燃烧过程的扩散混合时问大大超过化学反.应所需时间, 即当Tmix>Tch 时, 则整个燃烧时问近似等于扩散混合时间, 即T≈Tmix 。 这种情况可称为扩散燃烧或燃烧在扩散区进行, 此时燃烧过程的进展与化学动力因素关系不大, 而主要取决于流体动力学的扩散混合因素。 例如在大多数工业燃烧设备中, 燃料和空气分別供入燃烧室, 边扩散混合边燃烧。此时炉内温度很高, 燃烧化学反应可在瞬同完成, 而扩散混合则几乎占了整个燃烧过程。 在扩散燃烧中, 燃料所需的氧化剂是依靠空气的扩散获得的, 因而扩散火焰显然产生于燃料与氧化剂的父界面上 。 燃料和空气分别从火焰的两側扩散到交界面, 而燃烧所产生的燃烧反应产物则向火焰两側扩散开去。所以对于和散火焰来说, 不存在火焰的传播 。

     可燃混合气由燃烧器出口流出而着火, 将产生圆館形形状的火焰 。 对于一定的燃烧器形式, 火焰的结构 (形状和长短) 取决于燃气与空气在燃烧器中的混合方式。

1) 在由燃烧器出口送入燃烧室或炉體进行燃烧之前, 燃气与燃烧所需的空气已完全预先混合均匀。所产生的火焰由内、外两个圆锥体构成,其中内焰锥稍暗,温度较低,外焰锥较明発,温度较高.可燃混合气在内能体内得到不断加热,然后着火、燃烧。

2)燃气与燃烧所需的部分空气(一次风)预先混合好后,喷入燃烧室或炉膛燃烧,所形成的火焰由内锥 、外锥和肉眼看不見的外焰膜三部分组成,预混的燃气和一次风混合气在内锥燃烧, 该区域由于空气不是而含有大量未燃的燃气及氧化反应中间产物, 属于还原性的预混火焰; 火焰外锥是上述未燃尽的物质依靠周围空间空气 (二次风) 的扩散_继续燃烧,从而形成的氧化性扩散火焰; 最后, 高温畑气在外锥的外侧形成透明的高温外焰膜, 这种火焰称为部分预混火焰或半预混火焰, 有时也将部分预混火焰归类于扩散燃烧火焰。                                                                             

3) 燃气完全不与任何空气预先混合而送入炉膛, 其燃烧时所需空气完全由周围空间的空气扩散来供给,产生的火焰由内、外两个锥体组成,燃烧区较厚,火焰最长, 称为扩散燃烧火焰。