燃气的点火.docx

1、燃气的点火一、点燃理论一、点燃理论为使可燃混合物着火燃烧，除前述的自燃着火外，工程上在燃气燃烧器的燃烧过程中，更广泛采用的是强制点火。强制点火，一般指将一微小热源放放可燃混合物系统中，使贴近热源周围的一层可燃混合物首先被迅速加热，而开始燃烧，然后逐层依次地点燃，而使整个系统着火的现象。强制点火和自燃着火的实质是一致的，都是燃烧化学反应由低速稳定的氧化反应转变为高速不稳定的氧化反应，是燃烧化学反应急剧加速的结果。但在具体过程中，它们又有若干区别，诸如：用点燃促使燃烧化学反应加速只在可燃混合物的局部范围内进行；而自燃则在整个容器内的可燃混合气中进行。自燃需要一定的相对较高的外界温度或器壁温度 T0

2、；而点燃是可发生在外界温度或器壁温度远低于能够自燃的温度下。为了保证能在较冷的混合气中点燃，点燃温度一般比自燃温度要高。可燃混合物能否被点燃，不仅取决于点燃体附面层内局部混合气能否着火，而且还取决于点燃体周围形成的燃烧火焰能否在混合气中传插，故点燃过程包括局部区域的着火和火焰的传播，它要比自燃过程复杂得多。工程上常用的点燃方法有，炽热体点燃、小火焰点燃、电火花点燃、自燃点燃等。关于点燃理论，以炽热体点燃研究较多，并偏重于在低速气流中的点燃过程。对低速气流而言，着火首先发生在炽热物体表面的附面层内，形成火焰后向四周传播。如图 323，一炽热颗粒，进入低速(或静止)可燃混合气中，其表面温度为 TW

3、，可燃混合气温度为 T0，如果 TW 适当，则形成一稳定温度场，温度分布以b 线表示。为了说明问题，假设灼热体进入的介质为不可燃气体，附面层内温度分布如线 a 所示。a 线在 b 线之下，界面处的温度梯度 a 线比 b 线为大。图图 3-2-33-2-3 炽热体表面附面层内的温度分布炽热体表面附面层内的温度分布如果颗粒温度升高，TW1TW则温度分布线 b、a 的差异更加显著，a 线更陡峭，b 线更平坦，也就是对可燃混合气而言，随灼热体温度升高，附面层燃烧反应加剧，界面上的温度梯度(dtdx)x=0=0 愈来愈小，灼热体向附面层传热愈少。当灼热体表面温度上升到一个临界温度 Ti时，它使得(dJd

4、x)x=0，灼热体传向可燃混合气附面层的热流为零，表明灼热体己不再向可燃混合气传热，在附面层中，可燃混合气燃烧产生的热量全部传给未燃的可燃混合气。如果灼热体温度再升高，TW2Ti，灼热体附面层内的可燃气的燃烧反应加快，在距灼热体表面不远处示出温度极大值，一部分热量传向灼热体，而大部分热量流向周围的可燃混合气，使整个可燃混合气被点燃。这就是所谓的“零值边界梯度”物理模型。临界温度 Ti是实现点火时灼热体应具有的最低温度，称之为强制点火的点火温度。二、热球或热棒点火二、热球或热棒点火将灼热石英球或铂球投射入可燃混合气中，当球体的温度TW 高于临界点火温度 Ti时，即可点燃。实验证明，热球临界点火温

5、度与下列变量有关：球体尺寸、表面催化特性、射入速度及可燃混合气的化学动力特征等。如图 314，热球半径 r、温度 TW、以速度射入可燃混合气，在热球周围形成厚度为f的附面层，可燃混合气热值 H、温度 T0、粘度、热导率等。图图 3-2-43-2-4 灼热体的附面层灼热体的附面层点燃临界条件必须是附面层中化学反应(反应速度为 W)产生的热量等于该层的热散失量，即：临界条件时，热球温度为 TW=Ti，则(Ti-T0)f=fHW/表明附面层中的温度梯度是判断点火的重要因素。上式又可写成这里，f为点火成功时，火焰层临界厚度。由传热学已知，当球体绕流的雷诺数 Re 和普朗特数 Pr 较高时，附面层厚度变

6、小因而热球壁面附近的温度梯度就大。由于热损失加大，而难于点火。三、小火焰点火三、小火焰点火所谓小火焰点火，是指点燃可燃混合气所需的热量，由点火小火焰供给。这时，引发点火的可能性取决于以下特性参数：可燃混合气组成及性质；小火焰的特性尺寸、温度；点火火焰与可燃混合物之间的接触时间等。具体参数由实验确定。实际点火火焰是尺寸有限的三维火焰，为简化分析，设有一无限长的扁平点火火焰，其温度为 TW,将之置于无限大的充满温度为 T0 的可燃气系统中，厚度为 2r，可当作一维火焰来分析。如图 325，随着时间的增长，小火焰在可燃混合物中的温度场逐渐扩展并衰减，这些温度分布曲线可以通过求解火焰形状的不稳定导热微分方程求得，并为正态分布。图图 3-2-53-2-5 扁平火焰温度场随时间的变化扁平火焰温度场随时间的变化在这样的扁平点火火焰的温度场变化中，存在两种可能性；一种可能是，当扁平小火焰的厚度小于某一临界尺寸时，因为点火火焰引起的燃烧反应的释热率不高，而能量过度散失消耗，温度场随时间不断衰减，最终使点火火焰熄灭；另一种可能性是，扁平小火焰的厚度大于临界尺寸，它引起的燃烧反应放出的热量能够扭转温度场衰减