河南燒嘴廠家詳解：氣體燃料的燃燒過程與設(shè)備
添加時間：2018/9/3 17:46:35 瀏覽次數(shù)：1479
各種燃燒問題都是以預(yù)先均勻混合好的可燃混合氣作為研究對象的，整個燃燒過程的進(jìn)展主要取決于可燃混合氣氧化的化學(xué)動力過程。但這種均勻可燃混合氣的燃料在燒嘴中只是燃料燃燒的一種方式，在實際的工業(yè)爐窯燃燒室中以及其他工程燃繞設(shè)備中燃料的燃格還有另一種方式，例如燃料和氧化劑分別供入燃燒室，然后邊混合邊燃燒。這時燃燒過程的進(jìn)展就不只決定于燃料氧化的化學(xué)動力過程，還決定于燃燒與氧化劑(一般是空氣)混合的擴(kuò)散過程。
根據(jù)燒嘴燃燒過程進(jìn)展條件的不同，燃燒過程一般可分為化學(xué)動力燃燒和擴(kuò)散燃燒兩類。
如果過程的進(jìn)展主要是由燃料的氧化化學(xué)動力過程來決定，即當(dāng)燃料與空氣的混合速率大于燃燒速率，如前述的均勻可燃混合氣的燃燒，則這種燃燒過程稱為化學(xué)動力燃燒。
如果過程的進(jìn)展主要是由燃料與空氣的擴(kuò)散混合過程來決定，即化學(xué)反應(yīng)速率大于混合速率，則此種燃燒過程稱為擴(kuò)散燃燒。
擴(kuò)散燃燒是人類*早使用火的一種燃燒方式。 直到今天，擴(kuò)散火焰仍是*常見的種火焰。 野營中使用的篝火、火把、家庭中使用的蠟燭和煤油燈等的火焰、煤爐中的燃燒以及各種發(fā)動機(jī)和工業(yè)窯爐中的液滴燃燒等都屬于擴(kuò)散火焰。
擴(kuò)散燃燒可以是單相的，也可以是多相的。石油和煤在空氣中的燃燒屬于多相擴(kuò)散燃燒，而氣體燃料的射流燃燒屬于單相擴(kuò)散燃燒。
在燃燒領(lǐng)域內(nèi)，雖然氣體燃料的擴(kuò)散燃燒較之預(yù)混氣體的燃燒有著更廣泛的實際應(yīng)用，但卻很少受到注意與研究，其原因在于它不像預(yù)混氣體火焰那樣有著如火焰?zhèn)鞑ニ俾实纫子跍y定的基本特性參數(shù)，因而對它的研究*于測定與計算擴(kuò)散火焰的外形和長度。
從燒嘴噴出的燃料流和空氣流都是一股射流。 由于鄭州中威環(huán)保設(shè)備有限公司生產(chǎn)的（天然氣）燒嘴結(jié)構(gòu)的差異，射流的形式有多種多樣，如單孔自由射流、環(huán)狀射流、同軸射流、交叉射流以及旋轉(zhuǎn)射流等。射流的流動及其與周圍介質(zhì)的動量、質(zhì)量和能*交換對燃燒過程的發(fā)展起重大作用，研究其規(guī)律對燃燒器的設(shè)計有指導(dǎo)意義。
一、擴(kuò)散燃燒火焰的類型
氣體擴(kuò)散燃燒是氣體燃料與空氣分開并同時送人燃燒室中進(jìn)行的燃燒。
在擴(kuò)散燃燒中，燃燒所需的氧氣是依靠空氣擴(kuò)散獲得，因而擴(kuò)散火焰顯然產(chǎn)生在燃料與氧化劑的交界而上。燃料與氧化劑分別從火焰兩側(cè)擴(kuò)散到交界面，而燃燒所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物則向火焰兩側(cè)擴(kuò)散開。所以，對擴(kuò)散火焰來說，就不存在什么火焰的傳播。
按照燃料與空氣分別供入的方式，擴(kuò)散火焰可以有：
(1)自由射流擴(kuò)散火焰，產(chǎn)生于氣體燃料從噴燃器向大空間的靜止空氣中噴
出后形成的燃料射流的界面上，如圖7-1(a)所示。
(2)同軸流擴(kuò)散火焰，產(chǎn)生于氣體燃料從噴管以與空氣氣流同一軸線噴出的燃料射流的界面上，如圖7-1(b)所示。
同軸流擴(kuò)散火焰，如同自由擴(kuò)散火焰一樣，也是一種射流火焰。所不同的是在同軸流擴(kuò)散火焰中，燃料射流是噴向有限空間的燃燒室，因此它將受到燃燒室容器壁的影響。
所以這種射流火焰也稱為受限射流擴(kuò)散火焰。
(3) 逆向噴流擴(kuò)散火焰，產(chǎn)生于與空氣氣流逆向噴出的燃料射流界面上，如圖7-1(c)所示。
此外，在液體燃料燃燒中，在油滴周圍所產(chǎn)生的火焰實際上也是一種氣態(tài)擴(kuò)散火焰。它是由油滴表面蒸發(fā)所產(chǎn)生的燃油蒸氣與周圍空氣相互擴(kuò)散混合而在兩者交界面上所產(chǎn)生的一種擴(kuò)散火焰。射流擴(kuò)散火焰根據(jù)射流流動的狀況還可分為層流射流擴(kuò)散火焰和湍流射流擴(kuò)散火焰。顯然，湍流射流的擴(kuò)散混合要較層流為好，因此湍流射流火焰的長度就要比層流的短得多。此外，射流火焰還可根據(jù)噴燃器孔徑的形狀分為平面射流火焰(或二維的)與圓形射流火焰(或軸對稱的)，前者是通過無限長的狹縫流出，后者則是通過圓孔流出。
因為擴(kuò)散火焰不會發(fā)生回火現(xiàn)象，穩(wěn)定性較好，在燃燒前又無需把燃料與氧化劑進(jìn)行預(yù)先混合，比較方便，所以在工業(yè)上廣泛被應(yīng)用。此外，在工業(yè)燃燒游備中為了獲得高的空間加熱速率，一般都采用湍流射流擴(kuò)散火焰。
二、擴(kuò)散燃燒與動力燃燒
一般來說，燃料燃燒所需的全部時間是由兩部分組成，即氣體燃料與空氣混合所需時間(Tmix)以及燃料氧化的化學(xué)反應(yīng)時間(Tche)。如果不考慮這兩種過程的重疊，則整個燃燒過程時間就應(yīng)是上述時間之和，即
T=Tmix +Tche
如果混合擴(kuò)散時間和氧化反應(yīng)的時間相比非常小而可忽略的話，即Tmix《7che，則整個燃燒時間就可近似地等于氧化反應(yīng)所需時間T≈Tche
就是說，燃燒過程是在化學(xué)反應(yīng)動力區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的。均勻可燃混合氣體的燃燒就屬此例。在此時燃燒過程的進(jìn)展(或然燒速率)將強(qiáng)烈地受到化學(xué)動力學(xué)因素的控制，如可燃混合氣的性質(zhì)、溫度、燃燒空間的壓力和反應(yīng)物質(zhì)濃度等變化都將強(qiáng)烈地影響燃燒速率的大小，而如氣流速率、氣流流過的物體形狀和尺寸等流體動力學(xué)的擴(kuò)散方面因索卻與燃燒速率無關(guān)。這種燃燒過程就是化學(xué)動力燃燒(或動力燃燒)。
反之，如果燃燒過程的物理階段時間(混合時間)較之化學(xué)反應(yīng)階段所需的時間大得多，即Tmix≥Tche， 則T≈Tmix
因此可以說燃燒是在擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的。這種燃燒過程謂之?dāng)U散燃燒。在此時，整個過程的進(jìn)展就與化學(xué)動力因索關(guān)系不大(不考慮有關(guān)物理常數(shù)對溫度的影響，因這種影響一般是不大的); 相反，流體動力學(xué)的些因素在此刻就起主要作用，如在燃料與氧化劑分別輸人的燃燒中，當(dāng)燃燒區(qū)內(nèi)溫度高到足以使燃燒瞬間完成，這時的燃燒時間就完全決定于它們的混合時間。
但在實際上，有些燃燒過程卻處于上述兩種很 端情況之間，就是說，此時燃燒所需混合時間與氧化的化學(xué)動力時間差不多相等，即Tmix≈Tche。這種情況是*復(fù)雜的，因為它同時要取決于化學(xué)動力因素與流體動力因素。
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