工程燃烧学1绪论

欢迎大家来到《工程燃烧学Ⅰ》课堂！课程名称：工程燃烧学Ⅰ课号：0183100310-1SchoolofEnergyandPowerEngineering课程属性：热能与动力工程学科专业基础课程必修课程教材：工程燃烧学，汪军、马其良、张振东，中国电力出版社任课教师：牛胜利副教授山东大学能源与动力工程学院热能工程研究所动力生产：人类所需的动力生产几乎都涉及固体、液体或气体燃料的燃烧，如电站锅炉、各种交通工具（汽车、飞机、船舶）发动机的燃料燃烧。燃烧的重要性SchoolofEnergyandPowerEngineering工业生产；钢、铁、有色金属、玻璃、陶瓷和水泥扥工程材料的生产过程，石油炼制、化肥生产、炼焦生产等加工过程都伴随有燃烧现象。日常生活：在许多地方的住宅、工厂、办公室、医院及其他建筑物均需要采暖，多数情况下，优先的热源仍是燃料的燃烧。环境保护：燃烧燃烧直接引起大气污染，精心控制燃烧过程减少污染，已成为近年来燃烧学研究的重要课题。燃烧与人们的生产、生活紧密！燃烧的研究与探索，对社会文明进程和人类历史发展推动作用巨大！SchoolofEnergyandPowerEngineering能源的概念及分类工程燃烧与燃烧设备—火与燃烧—工程燃烧设备工程燃烧设备的基本性能要求工程燃烧的研究及发展知识要点1绪论SchoolofEnergyandPowerEngineering知识要点液体燃料气体燃料燃料分析方法—燃料试样的采集和制取—燃料的工业分析—燃料的元素分析—气体燃料的成分分析—燃料热值的测定燃料的概念与分类—燃料的概念—燃料的分类燃料的组成和特性—燃料的组成—燃料元素分析的成分基准及换算—燃料成分分析的表示基准—燃料的热值固体燃料—煤的种类—煤的挥发分及焦炭特性—煤灰的熔融特性及其他使用性能2燃料概论SchoolofEnergyandPowerEngineering知识要点燃烧过程的化学反应燃烧空气量的计算—理论空气量—实际空气量和过量空气系数—漏风系数和空气平衡燃烧烟气量的计算—理论烟气量的计算—完全燃烧时的实际烟气量计算—不完全燃烧时烟气量的计算—烟气中三原子气体容积分数和飞灰浓度计算3工程燃烧计算燃烧温度计算—燃烧温度的几种表示方法—烟、风比热容和焓及燃烧温度的计算燃烧检测及燃烧效率—烟气成分的测定—燃烧方程式—过量空气系数的检测计算—燃烧效率及不完全燃烧损失知识要点SchoolofEnergyandPowerEngineering燃烧反应的热力学基础—燃烧反应过程能量转换的数量关系—化学反应过程问题—化学平衡燃烧反应的化学动力学基础—活化分子碰撞理论—燃烧的反应速度—反应速度的活化分子碰撞理论活化络合物的过渡态理论链锁反应理论—直链反应—分枝链反应4燃烧理论基础燃烧过程中的射流特性及其混合过程—平面自由射流—同向平行流中的射流—多股平行射流—交叉射流—环形射流和同轴射流—旋转射流知识要点SchoolofEnergyandPowerEngineering5气体燃料的燃烧气体燃料燃烧原理及特点预混可燃气体的着火和燃烧—预混可燃气体的着火和燃烧—预混可燃气体的燃烧气体燃料的扩散燃烧—层流扩散燃烧—湍流扩散燃烧—扩散燃烧火焰的稳定气体燃料燃烧装置—全预混无焰燃烧器—半预混燃烧器—自然引风式扩散燃烧器—强制送风式扩散燃烧器—特种气体燃烧器气体燃料的置换—燃气互换性和燃烧适应性—华白数—火焰的稳定性—气体燃料置换的判别方法液体燃料燃烧原理—液体燃料的燃烧方式—液体燃料的蒸发过程—液体燃料的燃烧过程液体燃料的雾化过程及装置—雾化原理及方法—雾化性能及质量的评定—雾化的方式及常用的雾化装置SchoolofEnergyandPowerEngineering6液体燃料的燃烧知识要点配风原理及装置—配风原理—配风器主要类型液体燃料雾化燃烧的组织及布置—液体燃料雾化燃烧的组织—油燃烧器的布置固体燃料的燃烧过程及特点—煤的燃烧过程—煤的燃烧方式煤的层状燃烧技术及装置—层状燃烧过程及工作特性—层燃炉的特性参数—层燃炉的主要类型及设备煤的悬浮燃烧技术及装置—煤粉特性及燃烧—煤粉制备—煤粉燃烧器的主要类型及设备知识要点SchoolofEnergyandPowerEngineering7固体燃料的燃烧煤的旋风燃烧技术及装置—旋风燃烧原理—旋风炉的工作原理及形式煤的沸腾燃烧技术及装置—固体燃料的流态化—沸腾燃烧的主要形式及其燃烧过程—沸腾燃烧装置煤燃烧新技术及发展趋势—煤粉燃烧中稳燃技术的研究和发展—低NOx煤粉燃烧技术的研究和发展知识要点垃圾焚烧技术原理—垃圾的来源和分类—垃圾的特点和性质—垃圾焚烧过程和技术原理—垃圾焚烧的烟气、飞灰和炉渣—垃圾焚烧的工艺流程垃圾焚烧系统和设备—垃圾焚烧炉类型和工作原理—机械炉排焚烧炉燃烧设备—垃圾焚烧烟气净化技术9垃圾焚烧技术及装置SchoolofEnergyandPowerEngineering燃烧污染物排放及控制标准—燃烧污染物的排放现状—燃烧污染物的排放控制标准烟尘污染与控制技术—烟尘种类及生成机理—烟尘控制技术SOx污染与控制技术—SOx的种类及生成机理—SOx控制技术NOx污染与控制技术—NOx的生成机理—NOx的控制技术知识要点SchoolofEnergyandPowerEngineering10燃烧污染物控制和燃烧安全技术燃烧噪声与控制技术—燃烧噪声—燃烧噪声的控制回火及脱火的预防—回火与脱火—防止回火的主要方法—防止脱火的主要方法SchoolofEnergyandPowerEngineering1绪论知识要点能源的概念及分类工程燃烧与燃烧设备—火与燃烧—工程燃烧设备工程燃烧设备的基本性能要求工程燃烧的研究及发展能源的概念与分类SchoolofEnergyandPowerEngineering能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源。——《科学技术百科全书》能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量。——《大英百科全书》在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源。——《日本大百科全书》能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。——中国《能源百科全书》按照能源转换和利用的层次，分为一次能源、二次能源和终端能源。能源的概念与分类SchoolofEnergyandPowerEngineering一次能源（自然能源）：从自然界取得的未经加工或转换的能源，如原煤、原油和天然气等矿物燃料，树木、农作物、草和水生植物等生物质燃料，以及太阳能、风能、水能、核能等；二次能源：一次能源经过加工或者转换而得到的电力、各种石油产品、焦炭、煤气、煤液、热水、蒸汽等；终端能源：二次能源经过输送和分配，在各种用能设备中使用。天然气是少数可用作终端能源使用的一次能源。能源的概念与分类一次能源分为可再生能源与非再生能源。SchoolofEnergyandPowerEngineering可再生能源：能够重复产生的自然资源，可供人类长期使用而不会枯竭，包括太阳能、风能、水能、海洋能、潮汐能、地热能、生物质能等。非再生能源：不能重复产生的自然资源，随着使用不断减少，短期内不会重复产生，最终将会枯竭，包括煤炭、石油、天然气、核燃料等。按照在当代人类社会经济生活中的地位，能源分为常规能源和新能源。常规能源：技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源，包括煤炭、石油、天然气、水能、核裂变能等。新能源：虽已得到利用，或已引起人们重视，但尚未被人类大规模利用，或在利用技术方面有待进一步研究和开发的能源，包括太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能、核聚变能等。能源的概念与分类SchoolofEnergyandPowerEngineering能源的概念与分类按照能源的使用对环境的影响情况，分为清洁能源和非清洁能源。SchoolofEnergyandPowerEngineering非清洁能源：煤炭、石油等固体和液体燃料在燃烧时，会产生较大的污染，一般均属于非清洁能源；清洁能源：太阳能、风能、水能、海洋能、地热能等非燃料能源基本上不产生污染，天然气、液化石油气等气体燃料燃烧时产生的污染较小，属于清洁能源。按照能源的性质和利用方式，分为燃料能源和非燃料能源。燃料能源：包括矿物燃料（煤炭、石油、天然气等）、生物质燃料（木柴、植物秸秆、沼气、有机废物等）、化工燃料（甲醇、乙醇、丙烷、苯胺、废塑料等）和核燃料（铀、钍、钚等）四种。非燃料能源：风能、水能、潮汐能、海洋波浪能等具有机械能，太阳能、地热能、海水温差能等具有热能。能源的概念与分类SchoolofEnergyandPowerEngineering2011年，我国GDP约占世界的8.6%，但能源消耗占世界的19.3%。2011年我国能源消费总量34.78亿吨标准煤，比前一年增加7%，居世界第二位，能源自给率为90.5%，比2010年降低0.86个百分点；我国人均能源消费2.59吨标准煤，为世界平均水平。SchoolofEnergyandPowerEngineering据测算，我国一次能源生产总量到2050年可达到35.4亿吨标准煤，其中原煤33.5亿吨，原油2.3亿吨，天然气1500亿立方米，水电11540亿千瓦时。能源的概念与分类工程燃烧与燃烧设备SchoolofEnergyandPowerEngineering火与燃烧—定义：一般指某些物质（通常是木柴、煤炭、石油、天然气等燃料）在较高温度时与氧气化合而发生激烈氧化反应并释放出大量热量的现象，是一些不同的物理和化学现象相互作用的结果。燃烧煤炭、石油和天然气等矿物燃料将化学能转化为热能，是人类获取大量热能、机械能和电能的主要途径。（1）化学反应：燃烧过程中最主要的基本现象，任何一个燃烧过程都会同时发生许多种类的化学反应。（2）热量传递：燃烧过程中必然发生的物理现象，燃烧化学反应将提高火焰介质的温度，而且这些化学反应本身对温度的敏感性也很高。在燃烧所产生的火焰中，热量的传递通过导热、辐射以及由湍流涡旋运动而引起的热扩散进行。SchoolofEnergyandPowerEngineering工程燃烧与燃烧设备（3）传质现象：广泛存在于燃烧过程中，包括形成火焰的部分或所有气体的对流传质；火焰中某些组分相对于其他组分的分子或湍流扩散。—火焰中的气体流动可能是由于火焰本身的流动所引起，也可由于浮力作用而产生。—火焰中的炽热气体由于浮力效应而不断上升，从而卷吸较冷的气体来加以补充，结果形成气体的对流。—燃烧中的扩散现象是由于火焰中气体组分浓度的显著差异而引起的。—分子扩散：因分子无规则热运动使火焰中气体组分由浓度较高处传递至浓度较低处的现象。—湍流扩散：在湍流火焰中，凭借气体质点的湍动来进行质量传递的现象。SchoolofEnergyandPowerEngineering工程燃烧与燃烧设备蜡烛成分主要为石蜡，且常加入硬脂酸C17H35COOH以提高软化点。蜡烛燃烧的主要反应物是空气中的氧气和由蜡烛芯蒸发出来的气态可燃成分。224622217352222674446261818CHOCOHOCHCOOHOCOHO蜡烛燃烧与O、OH、CH3、HCHO等有关，通过在火焰内部进行精确测量或者简单观察火焰中出现的少量蓝色来证实。燃烧过程中各种化学反应生成的CO2和水蒸气，并提高介质温度。某些情况下也会产生烟炱，而且火焰中的烟炱量多于火焰上方，由于炽热烟炱颗粒发出黄光，所以才可用肉眼识别。SchoolofEnergyandPowerEngineering从石油或页岩油的含蜡馏分经冷榨或溶剂脱蜡而制得，主要有正二十二烷C22H46和正二十八烷C28H56，含碳量约85%，含氢量约14%。由CH原子团引发的可见光辐射工程燃烧与燃烧设备传热过程：ⅰ蜡烛燃烧时产生的黄色火焰以光辐射形式满足照明需要；ⅱ产生的高温以辐射传热方式使蜡烛顶部被加热和液化，进一步使液态石蜡蒸发而产生在火焰