燃气燃烧方法——扩散式燃烧.docx

1、燃气燃烧方法扩散式燃烧燃气燃烧时，一次空气过剩系数=0，燃烧所需的氧全部依靠扩散作用从周围大气中获得，这种燃烧方法称为扩散式燃烧。燃烧火焰，通常指有比较规则外形的、正在进行燃烧反应的高温混合物所围成的一个区域，其中包含正在燃烧的物质和燃烧刚生成的物质。可以按不同的特征对火焰进行分类。扩散式燃烧所产生的火焰为扩散火焰。按燃气与空气供入的方式，扩散火焰可分为；(1)自由射流扩散火焰 产生于燃气从喷燃器向太空间的静止空气中喷出后形成的燃气射流中，如图 351(a)所示。(2)同轴流扩散火焰 产生于燃气从喷管以与空气流同一轴线喷出的燃气、空气平行气流中，如图 351(b)所示。这时燃气射流是喷向有限空

2、间的燃烧室，亦称为受限射流扩散火焰。(3)逆向喷流扩散火焰 产生于与空气气流逆向喷出的燃气射流中，如图 351(c)所示。图图 3-5-13-5-1 扩散火焰的形式扩散火焰的形式根据射流流动的状况，扩散火焰又可分为层流扩散火焰和紊流扩散火焰。一、层流扩散火焰一、层流扩散火焰当燃气以层流流动喷入静止的空气中而且被点燃时，空气(或氧)依靠分子扩散，被卷吸入燃烧区；或者当燃气和空气分别以层梳流动同向平行喷入燃烧室并点燃时，便得到层流扩散火焰，它为一圆锥焰面，如图 352 所示。在层流状态下，气流混合仅以分子扩散方式进行。如图，射流以外的空气通过外边界线向着燃气射流扩散，燃气从射流核心区向着空气扩散。

3、在某一锥面上，燃气和空气(或氧气)混合的浓度达到化学当量比，即=1 处，便形成稳定的燃烧区，即火焰焰面。该图还示出了 aa 截面上燃气、氧气和燃烧产物的浓度分布。燃气从火焰中心(射流核心区)的初始浓度 Cg，朝着焰面方向逐渐降低，直到 Cg=0；氧气浓度从静止空气的 21左右，也朝着焰面方向逐渐降至 Cco2=0；在焰面上生成的燃烧产物的浓度 Ccp最大，它同时向两个相反的方向扩散，浓度逐步降低，直至 Ccp=0 这样，层流扩散火焰焰面便明显地分为四个区域：纯燃气区为相当于=0 的射流核心区；内侧混合区为焰面以内的射流混合区，其间为燃烧产物与燃气的混合物；外侧混合区为焰面以外的射流混合区，其间

4、为燃烧产物与空气的混合物；纯空气区为燃气射流外边界线以外，=的区域。扩散火焰的形状为圆锥形。这是由于沿火焰轴线方向流动的燃气要穿过一个较厚的内侧混合区才能遇到氧气，这就需要一段时间，而在这段时间内燃气将流过一定的距离，使焰面拉长；同时，燃气在向前流动过程中被不断燃烧而消耗，纯燃气的体积越来越小，燃烧区就逐渐向气流中心靠拢，最后在中心线上全部燃尽，所以火焰末端汇合，而整个焰面成圆锥形。锥顶与喷口之间的距离称为火焰长度，或火焰高度。可以利用相似关系，直观定性地讨论层流扩散火焰理论。如图 353，两个相似的扩散燃烧装置，管 1 和管 2，都从同心内管 A 和环管 B 中分别通入燃气和空气，而且两种气

5、体的流速相等。图中还绘出了燃气在管道断面上的浓度分布。在燃气射流的初始截面上，其浓度为均匀分布，浓度场呈矩形。由于不断燃烧，在距离 L1和 L2处，浓度分布呈图示曲线状，即沿着同心圆管轴线燃气的浓度最大，而在其两侧浓度则向着管壁逐渐降低。图图 3-5-23-5-2 层流扩散火焰的结构层流扩散火焰的结构图图 3-5-33-5-3 层流扩散火焰的相似层流扩散火焰的相似若假设 L1和 L2为火焰长度，该处的燃烧必在射流轴线上进行，燃气与空气的混合比符合化学当量比。燃气和空气之间的扩散率，即单位时间从空气中扩散到燃气中去的氧量，应与浓度梯度成正比；式中 D层流分子扩散系数；F垂直于扩散方向的两股气流的

6、接触面积，它正比于 Ld；dCdr径向浓度梯度，正比于 1d，即在给定的燃气和空气的初始浓度下，直径越小，浓度变化越剧烈。这样，对于上述两种相似情况，扩散率之比此外，扩散到可燃气中的氧使燃气燃烧，若在 L1，L2距离内正好燃烧完毕，则在这段距离内的扩散率应当和燃气的流量相适应，即两者应成正比，即由此可见，层流扩散火焰的长度与燃气喷嘴直径平方和燃气的流速成正比，与燃气的分子扩散系数成反比。对同一种燃气和同一燃气喷嘴而言，燃气速度越大，火焰就越长。由于 vd2反映了燃气的体积流量，故当燃气流量不变时，火焰长度与燃气流速和喷嘴口径无关，而与燃气的分子扩散系数成反比，扩散系数越小，分子扩散越缓慢，则火焰越长。炼焦炉立火道内加热煤气的燃烧，属于强制条件下的同轴流层流扩散燃烧，其火焰高度也符合式(51)，从燃烧方法出发，改善焦饼高向加热均匀性的主要措施为：废气循环、焦炉煤气贫化、改变煤气和空气出口的中心距以及气流夹角、选取恰当的空气过剩系数等。二、紊流扩散火焰二、紊流扩散火焰在工业上，广泛采用的扩散燃烧是紊流扩散燃烧。图 354 表示出扩散火焰由层流转变为紊流的发展过程。如图，层流扩散火焰的焰面边