1燃烧学课件Word格式.docx

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燃烧能发生时，三要素可表示为封闭的

三角形，通常称为着火三角形，如图1-1（a）所示。

经典的着火三角形一般足以说明燃烧得以发生和持续进行的原理。

但是，根据燃烧的链锁反应理论，很多燃烧的发生都有持续的游离基（自由基）作“中间体”，因此，着火

三角形应扩大到包括一个说明游离基参加燃烧反应的附加维，从而形成一个着火四面体,

图1-1着火三角形和着火四面体

1.1.2.2燃烧条件在消防中的应用

掌握发生燃烧的条件，就可以了解预防和控制火灾的基本原理。

所谓火灾，是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。

根据着火三角形，可以提出以下防火方法:

1控制可燃物

在可能的情况下，用难燃或不燃材料代替易燃材料；

对工厂易产生可燃气体的地方,可米取通风；

在森林中米用防火隔离林等。

2、隔绝空气

涉及易燃易爆物质的生产过程，应在密闭设备中进行；

对有异常危险的，要充入惰性介质保护；

隔绝空气储存某些物质等。

3、消除点火源

在易产生可燃性气体场所，应采用防爆电器；

同时禁止一切火种等。

根据着火三角形，可以提出以下灭火方法:

1隔离法

将尚未燃烧的可燃物移走，使其与正在燃烧的可燃物分开；

断绝可燃物来源等，燃烧区得不到足够的可燃物就会熄灭。

2、窒息法

用不燃或难燃物捂住燃烧物质表面；

用水蒸气或惰性气体灌注着火的容器；

密闭起火的建筑物的空洞等，使燃烧区得不到足够的氧气而熄灭。

3、冷却法

用水等降低燃烧区的温度，当其低于可燃物的燃点时，燃烧就会停止。

火剂参与到燃烧反应中去，它可以销毁燃烧过程中产生的游离基，形成稳定分子或低活性游离基，从而使燃烧反应终止。

根据燃烧的条件，防火和灭火最根本的原理是防止燃烧条件的形成和破坏已形成的燃烧条件。

1.2燃烧空气量的计算

我们知道，空气中含有近21%（23.2%重量）的氧气，一般可燃物在其中遇点火源就能

燃烧。

空气量或者氧气量不足时，可燃物就不能燃烧或者正在进行的燃烧将会逐渐熄灭。

空气需要量作为燃烧反应的基本参数，表示一定量可燃物燃烧所需要的空气质量或者体积。

其计算是在可燃物完全燃烧的条件下进行的。

1.2.1理论空气量

理论空气量是指单位量的燃料完全燃烧所需要的最少的空气量，通常也称为理论空气需要量。

此时，燃料中的可燃物与空气中的氧完全反应，得到完全氧化的产物。

1.2.1.1固体和液体可燃物的理论空气需要量

•般情况下，对于固体和液体可燃物，习惯上用质量百分数表示其组成，其成分为:

（1-1）

C%+H%+0%+N%+S%+A%+W%=100%

式中，C、H、0、N、S、A和W分别表示可燃物中碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分

的质量百分数，其中，C、H和S是可燃成分；

N、A和W是不可燃成分；

O是助燃成分。

计算理论空气量，应该首先计算燃料中可燃元素（碳、氢、硫等）完全燃烧所需要的氧气量。

因此，要依据这些元素完全燃烧的计量方程式，例如完全燃烧的总体方程如下:

C+O2=CO2

（1-2）

H+-O^-H2O

4

则所需氧气的体积为

（1-4）

例1-1：

求5kg木材完全燃烧所需要的理论空气量。

已知木材的质量百分数组分为:

—43%,H—7%,O—41%,N—2%,W—6%,A—1%。

^（兰+7-纠X22.4X10°

=0.91（m3）

12432'

对于气体可燃物，习惯上用体积百分数表示其组成，其成分为

式中co、H2、CnHm、H2S、CO2、02、N2'

H2O分别表示气态可燃物中各相应成分的

体积百分数。

CnHm表示碳氢化合物的通式，它可能是CH4、C2H2等可燃气体。

根据可燃物完全燃烧的反应方程式，如下

CO—6.8%,H2—57%,CH4—22.5%,C2H4—3.7%,CO?

—2.3%,N?

—4.7%,出0—3%。

11、_23

=4.76天一咒6.8+一咒57+56.1产10-4.188m

I22丿

1.2.2实际空气量和过量空气系数

在实际燃烧过程中，供应的空气量往往不等于燃烧所需要的理论空气量。

实际供给的

空气系数，通常用a表示:

（1-7）

a丄

Lo

因此，实际空气需要量与理论空气需要量的关系为:

V口airV0,air

（1-8）

a值一般在1~2之间，各态物质完全燃烧时的a经验值为：

气态可燃物沪1.02~1.2;

液

态可燃物a=1.1~1.3；

固态可燃物a=1.3~1.7。

常见可燃物燃烧所需空气量见下表

1-1。

物质名称

空气需要量

3.3m/m

kg/m3

m3/kg

kg/kg

乙炔

11.9

15.4

丙酮

7.35

9.45

氢

2.38

3.00

苯

10.25

13.20

一氧化碳

甲苯

10.30

13.30

甲烷

9.52

21.30

石油

10.80

14.00

丙烷

23.8

30.60

汽油

11.10

14.35

丁烷

30.94

40.00

煤油

11.50

14.87

水煤气

2.20

2.84

木材

4.60

5.84

焦炉气

3.68

4.76

干泥煤

5.80

7.50

乙烯

14.28

18.46

硫

3.33

4.30

丙稀

21.42

27.70

磷

5.56

丁烯

28.56

36.93

钾

0.70

0.90

硫化氢

7.14

9.23

萘

10.00

12.93

表1-1常见可燃物燃烧所需空气量

a=1时，表示实际供给的空气量等于理论空气量。

从理论上讲，此时燃料中的可燃

物质可以全部氧化，燃料与氧化剂的配比符合化学反应方程式的当量关系。

此时的燃料与

空气量之比称为化学当量比。

当a<

时，表示实际供给的空气量少于理论空气量。

这种燃烧过程不可能是完全的,

燃烧产物中尚剩余可燃物质，而氧气却消耗完毕，这样势必造成燃料浪费。

但是,

在某些

情况下，如点火时，为使点燃成功，往往多供应燃料，一般情况下应当避免

a<

1的情况。

当a>

1时，表示实际供应的空气量多于理论空气量。

在实际的燃烧装置中,

绝大多数

情况下均采用这种供气方式，因为这样既可以节省燃料，也具有其它的有益作用。

综上，过量空气系数a是表明在由液体或者气体燃料与空气组成的可燃混合气中，燃

料和空气比的参数，其数值对于燃烧过程有着很大影响,

a过大或者过小都不利于燃烧的进

行。

123燃料空气比与过量空气系数

在实际燃烧过程中，表示燃料与空气在可燃混合气中组成比例的参数，除了

a外，还

有燃料空气比f和过量燃料系数3°

1.2.3.1燃料空气比f

燃料空气比是在燃烧过程中实际供给的燃料量与空气量之比，即:

Gf

Ga

（1-9）

它表明每千克空气中实际含有的燃料千克数。

这一参数常用于由液体燃料形成的可燃

混合气，习惯称为油气比”根据燃料空气比的定义，可得到它与过量空气系数

a的的关系

Gf11

GaLaLo

（1-10）

对于一定燃料来说，Lo是确定的值，因而f和a成反比。

当a=1

时，油气比f=1/Lo。

对于一般烃类液体燃料，如汽油、柴油、重油和煤油等的理论空气量

Lo约在13—14kg。

1

所以，当a1时其相应的油气比f=一1

13~14。

123.2过量燃料系数3

1kg空气能够

此定义指实际燃料供给量与理论燃料供给量之比。

而理论燃料量指为使完全燃烧所消耗的最大燃料量，它是理论空气量的倒数，即:

Lf=

（1-11）

1kg空气时实际供给

（1-12）

可以看出，实际空气量的倒数1/aLo就是实际燃料量，即燃烧消耗

的燃料量。

因此，过量燃料系数3为

理论燃料量

显然，过量燃料系数3与过量空气系数a互成倒数。

某些燃气热力性质数据是以过量

燃料系数B作变量列出的。

1.3燃烧产物量的计算

由于燃烧而生成的气体、液体和固体物质，称为燃烧产物。

它是燃烧反应的新生成物质，其危害作用很大，比如缺氧、窒息作用，毒性、刺激性及腐蚀性作用以及高温气体的热损伤作用；

它包括完全燃烧产物和不完全燃烧产物。

燃烧产物不光是气体，还包括气体所携带的灰粒和未燃尽的固体颗粒（当使用固体燃

料时），但后两者在烟气中所占的体积百分数很小，因而在通常的工程燃烧计算中忽略不计,

仅仅在用灰分含量很高的燃料并计算烟气热焓时才予以考虑。

因此，所说的燃烧产物主要

大部分可燃物属于有机化合物，它们主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素组成。

在空气充足时，燃烧产物主要是完全燃烧产物，不完全燃烧产物量很少；

如果空气不足或者温度较低，不完全燃烧产物量相对增多。

可以看出，燃烧产物的组成和生成量不仅与燃烧的完全程度有关，而且与过量空气系数a有关。

下面分别就完全燃烧和不完全燃烧两种情况进行讨论。

1.3.1完全燃烧时烟气量的计算

当燃料完全燃烧时，烟气的组成及其体积可由反应方程式并根据燃料的元素组成或者

成分组成求得。

计算中涉及的产物主要有CO2、H2O、SO2和N2,烟气生成量也是按单位量燃料来计算的。

若燃烧完全，由上式物质组成的烟气体积为:

（1-13）

Vyq=VcO2+VsO2+Vn2+V