欢迎大家来到《工程燃烧学Ⅰ 课堂！ · NOx污染与控制技术污染与控制技术 ... 能源的概念与分类按照能源转换和利用的层次按照能源转换和利用的层次，分为

欢迎大家来到欢迎大家来到《工程燃烧学Ⅰ》

课堂！课堂！

课程名称：工程燃烧学Ⅰ课号：0183100310-1

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

School of Energy and Power Engineering

燃烧的重要性

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。

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。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！展推动作用巨大！

知识要点

1绪论

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设备的基本性能要求工程燃烧的研究及发展


知识要点

液体燃料燃料的概念与分类

2燃料概论

液体燃料气体燃料燃料分析方法

燃料的概念与分类—燃料的概念—燃料的分类燃料的成和特性

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 —燃料的元素分析

—气体燃料的成分分析燃料热值的测定

—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 —燃料热值的测定燃料的热值固体燃料—煤的种类煤的挥发分及焦炭特性—煤的挥发分及焦炭特性

—煤灰的熔融特性及其他使用性能


知识要点

3工程燃烧计算燃烧过程的化学反应燃烧空气量的计算理论空气量

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—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

—烟、风比热容和焓及燃烧温度的计算燃烧检测及燃烧效率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

燃烧检测及燃烧效率—烟气成分的测定—燃烧方程式

—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

—过量空气系数的检测计算—燃烧效率及不完全燃烧损失

烟气中三原子气体容积分数和飞灰浓度计算


知识要点

燃烧反应的热力学基础

4燃烧理论基础

燃烧过程中的射流特性及其混合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

—同向平行流中的射流—多股平行射流—交叉射流燃烧的反应速度

—反应速度的活化分子碰撞理论活化络合物的过渡态理论

交叉射流—环形射流和同轴射流—旋转射流

链锁反应理论—直链反应—分枝链反应分枝链反应


知识要点

5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

气体燃料燃烧装置—全预混无焰燃烧器半预混燃烧器—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

—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

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—扩散燃烧火焰的稳定 —燃气互换性和燃烧适应性

—华白数—火焰的稳定性火焰的稳定性—气体燃料置换的判别方法


知识要点

6液体燃料的燃烧

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

配风原理及装置—配风原理

—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

—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

—液体燃料雾化燃烧的组织—油燃烧器的布置

—雾化的方式及常用的雾化装置


知识要点

7固体燃料的燃烧

固体燃料的燃烧过程及特点

7固体燃料的燃烧

煤的旋风燃烧技术及装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

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—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

—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的悬浮燃烧技术及装置

—煤粉特性及燃烧—煤粉制备

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

—煤粉燃烧器的主要类型及设备


知识要点

9垃圾焚烧技术及装置

垃圾焚烧技术原理垃圾的来源和分类

垃圾焚烧技术及装置

—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备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—机械炉排焚烧炉燃烧设备—垃圾焚烧烟气净化技术


知识要点

10燃烧污染物控制和燃烧安全技术

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

燃烧噪声与控制技术—燃烧噪声燃烧噪声的控制—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

—燃烧噪声的控制回火及脱火的预防—回火与脱火—烟尘种类及生成机理

—烟尘控制技术SOx污染与控制技术

—回火与脱火—防止回火的主要方法—防止脱火的主要方法

—SOx的种类及生成机理—SOx控制技术NO 污染与控制技术NOx污染与控制技术—NOx的生成机理—NOx的控制技术NOx的控制技术


知识要点

1绪论

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

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》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能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任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次能源二次能源和终端能源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。

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；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。，在各备中使天然气是少数可用作终端能源使用的一次能源。



一次能源分为可再生能源与非再生能源。次能源分为可再生能源与非再生能源

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。能海洋能热能物质能核聚变能等



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。按能的使用对环境的影响情况，分为清洁能和非清洁能

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。



2011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。消费2.59吨标准煤，为世界平均水平。

据测算我国次能源生产总量到2050年可达到35 4亿吨标准煤其中原据测算，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。


工程燃烧与燃烧设备



火与燃烧火与燃烧—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。



（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—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。



蜡烛成分主要为石蜡，且常加入硬脂酸C17H35COOH以提高软化点。从石油或页岩油的含蜡馏分经冷榨或溶剂脱蜡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。

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%。

22 46 2 2 2

17 35 2 2 2

2 67 44 4626 18 18

C H O CO H OC H COOH O CO H O

+ → +

+ → +17 35 2 2 2

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。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

由CH原子团引发的可见光辐射

烟炱颗粒发出黄光，所以才可用肉眼识别。



传热过程：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中进行反应的气态燃料组分态石蜡蒸发而产生在火焰中进行反应的气态燃料组分。

传质作用传质作用：—与化学反应和传热作用一起将燃烧反应物带入火焰中；—炽热气体和燃烧产物由于浮力效应不断上升，并由卷吸而来的冷空炽热气体和燃烧产物由于浮力效应不断上升，并由卷吸而来的冷空气以及来自蜡芯的气态燃料组分所替代；—气体燃料组分与空气通过分子扩散在火焰中均匀混合，反应物分子之间以及反应物分子与燃烧过程中产生的原子和原子团之间充分接触之间以及反应物分子与燃烧过程中产生的原子和原子团之间充分接触，使化学反应得以发生。



蜡烛的化学反应区将包含氧化性气蜡烛的化学反应区将包含氧化性气体的气态介质与包含还原性气体的气体混合物分割开来，形成所谓扩散火焰或称非预混火焰。

燃烧过程中参与燃烧的是两种不燃烧过程中，参与燃烧的是两种不同类型的物质，氧化剂和还原剂，由不同空间位置进入燃烧反应区，相互接触而发生燃烧反应。



预混火焰火焰参与燃烧的氧化剂（通常为空气）和还原剂（燃料）在到达反应区之前已完成混合过程，即混合过程先于燃烧过程，在化学反应、传热和传质方面与扩散火焰作用方式不同

化学反应

与扩散火焰作用方式不同。

在火焰中发生，O2与CH4之间的反应与蜡烛火焰情况相似。火焰的蓝色特征表明反应区中存在的蓝色特征表明反应区中存在CH原子团。

若玻璃瓶中CH4含量很高，所产生的火焰将发黄光（炽热烟炱颗粒引起）


烟炱颗粒引起）。


传热过程燃烧产生的火焰并非用于照明或者使燃料蒸发，而是用于加热包括预混的空气和CH 在内的气体介质混的空气和CH4在内的气体介质。燃烧过程形成一个向瓶底方向迁移的火焰锋面，将其下游区域中的可燃混合物与其上游区域中燃烧产物隔开。

传质现象燃烧产物在传热的同时向火焰锋面前方附近的可燃混合物中扩散燃烧产物在传热的同时，向火焰锋面前方附近的可燃混合物中扩散；加热引起气体体积膨胀，使得瓶内气体加速喷出瓶口。



工程燃烧设备工程燃烧通过有效的人为控制并在确定的燃烧设备中进行的燃烧过工程燃烧：通过有效的人为控制并在确定的燃烧设备中进行的燃烧过程，燃料（煤炭、石油、天然气等）和氧化剂（空气或氧气）通过一定的途径输送至燃烧空间（炉膛、燃烧室等燃烧设备）中，并按照预定的途径输送至燃烧空间（炉膛、燃烧室等燃烧设备）中，并按照预定方式混合，进而发生燃烧反应并释放出大量热量，以满足预定工业过程的需要。

燃烧方式备火床层状燃烧粒为十毫米的煤粒在炉排

固体燃料：烟煤、无烟煤、褐煤等天然矿物质燃料，以及木柴、焦炭、木炭、植物秸秆等。

燃烧方式及设备：火床（层状）燃烧（粒径为几十毫米的煤粒在炉排上静止不动，或者靠机械外力作用移动，燃烧设备主要有固定炉排、链条炉排往复炉排振动炉排等）；链条炉排、往复炉排、振动炉排等）；流化床（沸腾）燃烧（燃煤粒径为0.2-3mm）；火室（悬浮）燃烧（煤粉粒径小于100微米，燃烧器组织煤粉气流，喷入炉膛悬浮燃烧，形成类似于气体燃料燃烧时具有明显轮廓的火焰）。



液态燃料：石油及其炼制加工产品，包括汽油、煤油、柴油、重油和渣油以及甲醇乙醇植物油等

燃烧设备：流动性较好，但燃料的沸点低于燃点，必须先蒸发成燃料蒸气然后与氧化剂空气混合发生燃烧

渣油，以及甲醇、乙醇、植物油等。

蒸气，然后与氧化剂空气混合，发生燃烧。通常采用燃烧器（油烧嘴）将液体燃料破碎成大量粒径为几微米至几百微米的小液滴，使其悬浮于空气中边蒸发边发生燃烧。

气体燃料：天然气（气田气、油田气）、液化石油气、人造煤气（焦炉煤气发生炉煤气高炉煤气）沼气等人工燃料；

百微米的小液滴，使其悬浮于空气中边蒸发边发生燃烧。

燃烧设备：流动性好，与工程燃烧过程常用的氧化剂空气同为气相，两者均通过管道送入燃烧空间；

炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气）、沼气等人工燃料；

两者均通过管道送入燃烧空间；主要包括燃烧器（组织燃烧反应物混合并喷入炉膛或燃烧室的装置）和炉膛（发生燃烧反应的空间）。



燃用气体、液体或固体燃料所获取热能的利用方式

ⅰ采用热机，直接利用燃烧反应产生的高温高压燃气作为工质推动活塞（活塞式内燃机如柴油机汽油机煤气机等）或叶轮（燃气轮塞（活塞式内燃机，如柴油机、汽油机、煤气机等）或叶轮（燃气轮机），将热能转变为机械功。活塞式内燃机和燃气轮机的燃烧空间一般容积不大，统称为燃烧室。

ⅱ采用燃烧炉，利用火焰以及燃烧生成物来产生蒸汽或热水（蒸汽或热水锅炉）推动蒸汽轮机输出机械功或者用于供暖；或利用火焰及燃热水锅炉）推动蒸汽轮机输出机械功或者用于供暖；或利用火焰及燃烧生成物加热物料（工业炉窑），以满足金属冶炼、锻造加工、热处理以及玻璃、陶瓷、建材等熔化、煅烧、烧成、烧结、干燥等材料加工处理过程的需要工处理过程的需要。燃烧加热炉的燃烧空间一般容积较大，通常称为炉膛。



一、锅炉—产生蒸汽或热水的热能动力设备，由锅和炉两大部分组成；产生蒸汽或热水的热能动力设备，由锅和炉两大部分组成；—锅是容纳水和蒸汽并传递热量的容器，包括锅筒和由大量钢管制成的炉膛水冷壁、过热器、再热器等；炉是燃料燃烧的空间即锅炉炉膛燃料在炉膛中燃烧所产生的高温烟—炉是燃料燃烧的空间，即锅炉炉膛。燃料在炉膛中燃烧所产生的高温烟

气。通过辐射、对流和导热三种传热方式，将烟气中的热量传递给锅内的水，从而产生热水或蒸汽。水，从而产生热水或蒸汽



按照用途同锅炉分为供暖锅炉业锅炉舰船锅炉和电站—按照用途不同，锅炉可分为供暖锅炉、工业锅炉、舰船锅炉和电站锅炉；—按照所燃用的燃料不同锅炉可分为燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅按照所燃用的燃料不同，锅炉可分为燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉；—按照锅炉蒸发受热面中工质循环方式不同，锅炉可分为自然循环锅炉、多次强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉；—按照燃烧方式不同，锅炉可分为火床(层燃)炉、流化床(沸腾)炉和火室(室燃)炉；室(室燃)炉；—根据燃用煤粒的大小，燃煤锅炉可分别采用层燃、沸腾和室燃方式。



（1）燃用煤粉的室燃炉称为煤粉炉（1）燃用煤粉的室燃炉称为煤粉炉—目前电站锅炉主要的燃烧设备；—煤粉和空气通过燃烧器喷人炉膛，全部燃料在炉膛空间内悬浮燃烧，形成火炬并产生高温烟气；—煤粉燃烧器按其出口流动特性可分为旋流燃烧器和直流燃烧器；燃烧器的主要作用是组织煤粉气流加强一二次风气流的混合—燃烧器的主要作用是组织煤粉气流，加强一、二次风气流的混合，

保证煤粉气流及时、稳定着火以及煤粉火焰的稳定。



（）层燃炉相应的燃烧设备主要有翻转炉排链条炉排往复炉排（2）层燃炉相应的燃烧设备主要有翻转炉排、链条炉排、往复炉排、振动炉排等—大部分煤在炉排上的燃料层中燃烧少量煤粒或可燃气体在燃料层大部分煤在炉排上的燃料层中燃烧，少量煤粒或可燃气体在燃料层上方空间中燃；—某些锅炉采用的燃烧方式介于层燃和室燃之间，如风力抛煤机炉、机械抛煤机炉、抛煤机链条炉等；—抛煤过程对燃料造成分选作用，使许多细小煤粒悬浮在炉膛空间中燃烧而较粗的煤粒则落在火床上进行燃烧；燃烧，而较粗的煤粒则落在火床上进行燃烧；—采用抛煤机的炉子中实际上是层燃与悬浮燃烧的综合燃烧过程，形成火炬一层燃炉。



（）采用流化床沸腾燃烧方式的燃煤锅炉又称为沸腾炉（3）采用流化床(沸腾)燃烧方式的燃煤锅炉，又称为沸腾炉—主要燃烧设备有布风装置(炉箅)和炉膛；—布风装置的主要作用是均匀地分配空气使其沿着炉膛底部截面均布风装置的主要作用是均匀地分配空气，使其沿着炉膛底部截面均匀地进入炉内，以保证煤粒的均匀流化；—由进料口加人炉子沸腾段的煤粒受到气流的流化作用迅速与沸腾、燃烧着的燃烧层中的颗粒混合，形成沸腾床，并在上下翻滚运动中着火和燃烧；一部分细粉被上升气流吹出沸腾段进入沸腾段之上的悬浮段进—一部分细粉被上升气流吹出沸腾段，进入沸腾段之上的悬浮段，进

行悬浮燃烧。



燃油锅炉和燃气锅炉燃油锅炉和燃气锅炉—均为室燃炉，炉膛结构与煤粉炉基本上相同，燃油和气体燃料全部在炉膛空间内做悬浮燃烧；在炉膛空间内做悬浮燃烧；—燃油锅炉中，燃油总是先雾化成细小油滴后再喷入炉膛内进行燃烧（极大地增大燃料的表面积，以便通过空间燃烧达到燃烧迅速和完全的目的）的目的）；—油燃烧器是将燃油雾化并进行合理配风的装置，主要由雾化器和配风器组成；风器组成；—燃油通过雾化器雾化成细小油滴，以一定的雾化角喷入护膛；—具有一定形状和速度分布的空气流由配风器送入，形成有利的空气动力场使空气与雾化油滴流相混合达到及时着火充分燃尽动力场，使空气与雾化油滴流相混合，达到及时着火，充分燃尽。



燃油锅炉采用的雾化器主要有机械式雾化器(包括离心式和旋杯式)和—燃油锅炉采用的雾化器主要有机械式雾化器(包括离心式和旋杯式)和介质式雾化器(以蒸汽或空气为介质)两大类，以采用离心式机械雾化器为最多；为最多；—配风器按照气流流动的方式可分为旋流式和直流式两大类；—旋流式配风器根据旋流叶片的结构可分为轴向叶片式和切向叶片式；直流式配风器又可分为平流式和纯直流式两种—直流式配风器又可分为平流式和纯直流式两种；

—对于油燃烧器，必须提高雾化质量、保证均匀配风、保持雾化器在配风器中的合理位置、使雾化特性与空气动力特性相适应，才能保证配风器中的合理位置、使雾化特性与空气动力特性相适应，才能保证获得稳定、完全、低污染的燃烧。



燃气锅炉燃气锅炉—燃用的气体燃料主要是天然气和高炉煤气；—气体燃料的燃烧属气相反应，着火和燃烧要比固体燃料容易得多，气体燃料的燃烧属气相反应，着火和燃烧要比固体燃料容易得多，燃烧速度和燃烧的完全程度主要取决于气体燃料与空气的混合；气体燃料的燃烧方式主要有扩散燃烧和动力燃烧两种；扩散燃烧是指气体燃料与空气在燃烧前无混合的燃烧—扩散燃烧是指气体燃料与空气在燃烧前无混合的燃烧；

—动力燃烧是气体燃料与空气在着火前即混合；—所采用的燃烧器有旋流式天然气燃烧器、多枪进气平流式天然气燃所采用的燃烧器有旋流式天然气燃烧器、多枪进气平流式天然气燃烧器、中心管进气天然气燃烧器、高炉煤气无焰燃烧器等。



二、工业炉窑二、工业炉窑—对物料进行加热的设备；—加热的目的是改变物料的物理、化学和机械性质，使物料便于加工成所需要的产品；—主要用于钢铁和有色金属工业、机械工业、建材陶瓷工业以及化学工业等领域中以完成材料的熔化精炼热加工热处理以及烧成工业等领域中，以完成材料的熔化、精炼、热加工、热处理以及烧成、烧结等工艺过程；—在实际应用中，习惯上将用于金属加热、熔化、熔炼和热处理的设备称为工业炉，而将用于水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐类材料加热、煅烧、熔化、烧成、烧结的设备称为炉窑。



—按照用途不同，工业炉窑可分为加热炉和熔炼炉两大类。加热炉是在炉内使某种物料得到加热的设备，如轧制加热炉、锻造

加热炉、热处理炉、焙烧炉、炼焦炉、煤气发生炉、裂解炉、干燥炉等；等；熔炼炉是在炉内使物料加热并熔炼的设备，如高炉、转炉、冲天炉、

玻璃熔窑等。—按照应用工业领域和被加热物料类型不同，工业炉窑可分为金属熔炼熔化炉、金属加热炉、化学工业炉、水泥窑、玻璃窑和陶瓷窑。



按照加热热源不同工业炉窑分为燃料炉和电加热炉—按照加热热源不同，工业炉窑分为燃料炉和电加热炉。—燃料炉分为燃用煤、焦炭、粉煤等的固体燃料炉，燃用重油、柴油等的液体燃料炉，燃用天然气、煤气等的气体燃料炉。等的液体燃料炉，燃用然气煤气等的气体燃料炉—在燃料炉中，加热过程依靠燃烧火焰来实现，按照加热方式不同，燃料炉分为直接加热和间接加热。直接加热（即明火加热）指燃烧生成物直接与被加热物料相接触直接加热（即明火加热）指燃烧生成物直接与被加热物料相接触，间接加热指燃烧生成物不直接接触被加热物料，而借助于某种间壁

式元件（如辐射加热管、对流加热管、马弗罩等）实现热量传递。式元件（如辐射加热管、对流加热管、马弗罩等）实现热量传递。—一般来说，工业炉窑的炉温多数比锅炉炉温高，而且炉内温度分布比较均匀。



燃用气体燃料的工业炉窑采用煤气燃烧器 (或称煤气烧嘴)使燃气与空气混合燃烧气混合燃烧。—按煤气与空气的混合方式，分为内部混合、外部混合和半混合式烧嘴。嘴。—内部混合式(完全预混型)烧嘴的特点是煤气燃烧所需要的全部空气已预先在烧嘴内完全混合好，可燃气体混合物由烧嘴喷出后即可燃烧，需要用次空气助燃不需要用二次空气助燃；又称无焰烧嘴，产生无色火焰，并能快速燃烧；通过设定煤气与空气的混合比例采用这种烧嘴可形成所需要的炉通过设定煤气与空气的混合比例，采用这种烧嘴可形成所需要的炉

内气氛。



—煤气和空气在烧嘴外部以扩散方式混合并燃烧的烧嘴称为外部混合式(或称扩散燃烧型)烧嘴式(或称扩散燃烧型)烧嘴，也称有焰烧嘴；燃烧调节范围较宽，而且没有回火的危险。

—半混合式(或称部分预混型)烧嘴是使煤气和一部分助燃空气预先混合并从喷头喷出烧嘴，再将必要数量的二次空气在烧嘴外予以补足后进行燃烧行燃烧。一次空气量占助燃空气总量的30%~70%，调节一次空气量可改变

火焰长度和亮度。火焰长度和亮度



业炉窑采用的油喷嘴按照雾化方法分类配风器的类型和构造与煤工业炉窑采用的油喷嘴按照雾化方法分类，配风器的类型和构造与煤气烧嘴大体相同。主要类型有高压雾化喷嘴、低压空气雾化喷嘴、油压雾化(机械雾化)喷主要类型有高压雾化喷嘴、低压空气雾化喷嘴、油压雾化(机械雾化)喷嘴和转杯式喷嘴等，采用压缩空气或蒸汽作为雾化介质的高压雾化喷嘴又分为内混式和外混式高压雾化喷嘴。工业炉窑的炉内温度要高于锅炉炉膛内温度，油喷嘴和煤气烧嘴本体多数采用耐热结构如在烧嘴壳体内表面衬以耐火材料多数采用耐热结构，如在烧嘴壳体内表面衬以耐火材料。



工业炉窑中固体燃料的燃烧方式可分为层状燃烧和粉煤燃烧两大类型。层状燃烧方式类似于层燃锅炉中的情况即不将煤粉碎而直接输送—层状燃烧方式类似于层燃锅炉中的情况，即不将煤粉碎而直接输送

至炉排上燃烧；可用于热处理加热炉、锻造加热炉等，常用燃烧设备有手烧炉排、可用于热处理加热炉、锻造加热炉等，常用燃烧设备有手烧炉排、

水平往复炉排、阶梯式往复炉排、链条炉排以及下绞煤机等；—粉煤燃烧方式类似于煤粉锅炉中的燃烧，即将煤粉碎成细微煤粒并在空气中悬浮燃烧在空气中悬浮燃烧；可用于水泥回转窑、高炉和石化工业加热炉等；相比油烧嘴和煤气烧嘴较少采用。相比油烧嘴和煤气烧嘴较少采用。常用的粉煤喷嘴，按喷口形状不同，分为圆形和扁形口喷；按粉煤气流流动情况不同，分为直流和涡流两种类型；按粉煤气流流动情况不同，分为直流和涡流两种类型；按送风方式不同，有单管、双管和多孔式喷嘴之分；与采用炉排的层状燃烧方式相比，粉煤燃烧具有燃烧温度高、燃烧

效率高燃烧过程易于调节以及火焰辐射能力强等优点


效率高、燃烧过程易于调节以及火焰辐射能力强等优点。


三、燃气轮机—以连续流动的高温燃以连续流动的高燃气为工质、将燃料燃烧时释放出来的热能转换为机械功的高速回转式为机械功的高速回转式叶轮动力机械；—主要由压气机、燃烧室和透平等部件组成。

空气通过进气道连续不断地被吸入压气机并压缩，压力升高，接着进入燃烧室中与喷入的燃料(液体或气体燃料)混合燃烧燃料)混合燃烧。所形成的高温高压燃气再进入透平中，推动叶轮高速旋转。


旋转。


燃气轮机的燃烧设备是燃烧室，它将喷入的燃料与压缩空气混合燃烧形成高温燃气，通常采用高温耐热合金材料制作。—现代燃气轮机燃烧室按照基本结构形式划分：圆筒型燃烧室广泛应用于固定式燃气轮机中；圆筒型燃烧室广泛应用于固定式燃气轮机中；分管型、环管型和环型燃烧室在航空燃气轮机、车辆和舰船用燃气

轮机中被广泛采用。—按照空气、燃气流在燃烧室中的流动方向不同，燃气轮机燃烧室可分为逆流式(回流式)和顺流式(直流式)两种；按照燃烧方式不同燃气轮机燃烧室分为扩散燃烧和预混燃烧两种—按照燃烧方式不同，燃气轮机燃烧室分为扩散燃烧和预混燃烧两种

基本类型。



燃气轮机燃烧室—主要由火焰筒、火焰稳定器、燃料喷嘴、点火器以及外壳、联焰管、扩压器、燃气导管等部件组成。—火焰筒是实现燃料燃烧和燃气掺冷的空间是燃烧室的关键部件—火焰筒是实现燃料燃烧和燃气掺冷的空间，是燃烧室的关键部件。—按照燃用燃料的不同，燃料喷嘴可分为液体燃料喷嘴、气体燃料喷嘴和双燃料喷嘴三种。—燃气轮机的燃料喷嘴在工作原理上与锅炉和工业炉窑油喷嘴和气体燃料烧嘴类似。双燃料喷嘴分别具有气体液体燃料各自的喷口可只烧天然气或—双燃料喷嘴分别具有气体、液体燃料各自的喷口，可只烧天然气或

燃油，也可在天然气供应不足时与燃油混烧。—燃气轮机燃烧室中主要采用叶片式旋流器作为火焰稳定器，有轴向燃气轮机燃烧室中要采用叶片式旋流器作为火焰稳定器，有轴向式和径向式两种。—采用旋流器，可在火焰筒中产生回流区，促使燃料加热和蒸发，是稳定火焰的有效手段


稳定火焰的有效手段。


四、内燃机通过燃料在气缸中燃烧产生高温燃气依靠—通过燃料在气缸中燃烧产生高温燃气，依靠

燃气膨胀推动活塞往复运动将燃料燃烧时释放的热能转换为机械功的活塞式动力机械；—热效率最高的一种热机；—核心部件为圆筒型气缸，内置一可作直线往复运动的活塞，活塞顶部与气缸盖间的小空间复运动的活塞，活塞顶部与气缸盖间的小空间构成内燃机燃烧室，活塞通过连杆与曲轴相连；—燃料和空气分别由燃料供给系统和配气机构喷入燃烧室形成可燃混合气并迅速燃烧喷入燃烧室，形成可燃混合气并迅速燃烧。气缸中热量的迅速释放产生高温高压燃气，并急剧膨胀。推动活塞作往复运动进通过曲柄连杆机—推动活塞作往复运动，进而通过曲柄连杆机

构带动曲轴旋转，将作用在活塞上的燃气压力转变为转矩，通过曲轴向外输出。


转变为转矩，通过曲轴向外输出


内燃机一般燃用轻质液体燃料(汽油、柴油、甲醇、乙醇等)和气体燃料(天然气、液化石油气、发生炉煤气等)。按照燃料的着火方式不同，内燃机可分为外源点火式(火花点火式)和自燃发火式(压燃式)两种燃发火式(压燃式)两种。外源点火式内燃机一般采用电火花点火，如汽油机和煤气机；压燃式内燃机不是由外源点火而是靠压缩热使燃料自行着火燃烧，如柴油机。内燃机中可燃混合气的形成方法不同，燃烧过程也不同。汽油机中可燃混合气往往在气缸外形成雾状油滴经蒸发扩散与—汽油机中可燃混合气往往在气缸外形成。雾状油滴经蒸发、扩散与

空气混合(利用化油器或电喷和进气管)而流入气缸，直至压缩行程之末，再点火燃烧；再点火燃烧；—柴油机中柴油经喷油嘴喷人燃烧室，与高温、高压空气混合并发生燃烧。


工程燃烧设备的基本性能要求

（1）燃烧热强度高：强度高，则炉膛结构紧凑、尺寸小、质量轻，但（）燃烧热强度高强度高，则炉膛结构紧凑尺寸小质量轻，但过分提高热强度可能导致不完全燃烧损失急剧增大，而达到不能允许的程度。

指标有容积热强度（单位炉膛容积在单位时间内燃烧燃料所释放出来的热量）和面积热强度（单位炉膛横截面积在单位时间内燃烧燃料所释放出来的热量）释放出来的热量）。

（2）燃烧效率高：燃烧过程释放出的可用于热力过程的实际热量占燃（）燃烧效率高燃烧过程释放的可用热力过程的实际热量占燃料完全燃烧所释放出的理论热量的百分比。表示燃料燃烧的完全程度，反映燃烧设备的经济性。性能良好的燃烧设备应保证在所有运行工况下燃料能够最大限度地燃性能良好的燃烧设备应保证在所有运行工况下燃料能够最大限度地燃烧完全，尽量减小不完全燃烧损失，保证高的燃烧效率和不冒黑烟。



（3）燃烧稳定性好：反映燃烧过程组织合理性和燃烧设备运行可靠性（）燃烧稳定性好反映燃烧过程组织合理性和燃烧设备运行可靠性的指标。—当燃料和氧化剂在规定的温度、压力参数下，以预定的流量通过一定的途径进入炉膛或燃烧室时应保证两者及时有效的混合并能定的途径进入炉膛或燃烧室时，应保证两者及时、有效的混合，并能及时、稳定的着火，火焰长度合适且分布合理；—火焰稳定性好，确保在任何工况下均不会发生熄火、回火或强烈的火焰稳定性好，确保在任何工况下均不会发生熄火、回火或强烈的火焰脉动以及震荡燃烧现象。燃烧器是组织合理燃烧、维持稳定燃烧的关键设备，决定燃烧室的性能能。



（4）安全性好使用寿命长：

燃烧设备运行安全性以及能否长期可靠运行的指标，影响因素主要有炉膛或燃烧室的燃烧热强度、燃烧过程的组织、火焰或高温烟气的温度分布、

（4）安全性好，使用寿命长：

或燃烧室的燃烧热强度、燃烧过程的组织、火焰或高温烟气的温度分布、高温元件的冷却保护、燃烧室结构设计合理性等。

城市垃圾焚烧烟气中的污染物主要包括烟尘、酸性气体、NOx、重金属、

（5）燃烧产物的污染物排放低：

染 xCO以及有机氯合物等；燃煤锅炉排烟中的污染物主要是烟尘、SO2、NOx、CO等；应通过合理设计燃烧设备合理组织燃烧有效降低污染物生成量应通过合理设计燃烧设备、合理组织燃烧，有效降低污染物生成量。

（6）管理维护方便。（）管理维护方便。


工程燃烧的研究及发展

工程燃烧研究与燃烧技术发展要解决的主要问题：进一步提高燃烧效率以及进步降低燃烧过程中污染物的生成与排放量率以及进一步降低燃烧过程中污染物的生成与排放量。

（1）燃烧技术和装置的改进与开发主要围绕提高燃烧效率和降低污染物生成与排放两方面—电站煤粉锅炉采用开缝式钝体燃烧器、浓淡分离型燃烧器、船型燃烧器、煤粉浓淡燃烧器、糅合了钝体和浓淡分离技术的WR燃烧器、

主要围绕提高燃烧效率和降低污染物生成与排放两方面。

烧器、煤粉浓淡燃烧器、糅合了钝体和浓淡分离技术的WR燃烧器、二次风双调节旋流燃烧器，具有提高煤粉燃烧稳定性、提高燃烧效率以及降低污染物排放的效果；—发展大型循环流化床锅炉技术：可以燃用常规燃烧难以燃用的劣质燃料、大大降低机械不完全燃烧损失、显著提高锅炉热效率，循环过程延长与烟气SO 的接触时间 Ca/S比显著降低脱硫效率和脱硫剂程延长与烟气SO2的接触时间，Ca/S比显著降低，脱硫效率和脱硫剂利用率显著提高；



—工业锅炉采用炉拱优化设计：合理组合使用前、后拱，显著增强炉内气流的扰动和混合使燃料及时着火并充分燃尽显著提高燃烧效内气流的扰动和混合，使燃料及时着火并充分燃尽，显著提高燃烧效率；—无焰燃烧和连续空气分级燃烧的燃气轮机技术：保证高效、稳定运

（2）燃料的合理利用

无焰燃烧和连续空气分级燃烧的燃气轮机技术：保证高效、稳定运行的前提下，有效降低NOx、CO和未燃CxHy的排放。

（2）燃料的合理利用

—优质燃料（天然气、汽油、柴油、优质煤炭等）的热值和挥发分高、灰分和含硫量低，燃烧容易组织，且污染排放量低；灰分和含硫量低，燃烧容易织，染排放量低；—优质燃料储藏有限，且是最重要的碳氢化合物资源，是重要的化工原料，是利用更具潜力的一个方面；由石油和煤炭制取煤基化学制品和高聚物如工程塑料高温耐热—由石油和煤炭制取煤基化学制品和高聚物，如工程塑料、高温耐热

高聚物、碳/碳复合材料、液晶高聚物、高聚薄膜和碳纤维材料等。



—研发劣质煤、城市垃圾等劣质燃料的高效、低污染燃烧技术和装置：劣质煤的热值和挥发分低、灰分和含硫量高，燃用时不易稳定着火，燃烧过程难以组织易积灰和结渣造成严重的烟尘和排放城市燃烧过程难以组织，易积灰和结渣，造成严重的烟尘和SO2排放；城市生活垃圾热值较低、成分复杂、含水量和灰分高；—研发以生物质燃料（木柴、植物秸秆、沼气、有机废物等）及其衍

（3）燃烧过程的监测、诊断与控制。

研发以生物质燃料（木柴、植物秸秆、沼气、有机废物等）及其衍生燃料为代表的代用燃料：资源丰富、分布广、可再生、污染排放低。（）燃烧过程的监测诊断与控制

采用计算机、光电等技术进行燃烧过程的监测、诊断与控制，研究和开发快速、准确、可靠的自动化、智能化监测、诊断与控制系统



火是人类最初支配的自然力并逐渐成为人类改造火是人类最初支配的自然力，并逐渐成为人类改造自然的强大手段。

我国：50万年前，北京人开始使用火；人类经历制陶时期（距今10000年）青铜时期（公元前2000年）铁人类经历制陶时期（距今10000年）、青铜时期（公元前2000年）、铁器时期，都与火有着密切的联系；汉代已开始用煤；汉代已开始用煤；魏晋时期已用煤冶铁；1800年前已有使用石油的记载；

多年前发火药1000多年前发明了火药。



国外：

17世纪以后，工业的发展，特别是冶金和化学工业的发展，使得火的使用范围和规模扩大；

国外：

范围和规模扩大；

18世纪中叶，俄国科学家罗蒙诺索夫和法国化学家拉瓦锡提出了可燃物质氧化的学说真正揭开了火的秘密；氧化的学说，真正揭开了火的秘密；

19世纪，热力学和热化学的发展，把燃烧过程作为热力学平衡体系，研究了燃烧反应热绝热火焰温度燃烧产物衡成分等概念和计算方法建了燃烧反应热、绝热火焰温度、燃烧产物平衡成分等概念和计算方法，建立了燃烧热力学；

20世纪初，美国化学家路易斯和俄国科学家谢苗诺夫等研究了燃烧化学反应动力学机理，发展了燃烧反应动力学的链式机理；



1900s-1930s 开始建立了研究燃烧动态过程的理论提出了火焰物理的1900s 1930s，开始建立了研究燃烧动态过程的理论，提出了火焰物理的一些基本概念，如最小点火能、火焰传播等概念；

1930s 1950s 逐步从反应动力学和传热传质相互作用的观点建立了着1930s-1950s，逐步从反应动力学和传热、传质相互作用的观点建立了着火、火焰传播和湍流燃烧的规律；

1950s-1960s，冯卡门首先提出用连续介质力学来研究燃烧基本现象，逐渐发展成反应流体力学；

1970s，英国的斯帕尔丁等人较为系统的把计算流体力学用于燃烧的研究，建立了燃烧的物理模型和数值计算方法，定量的预测燃烧过程和燃烧设备的性能的性能。



20世纪60年代，燃烧测量技术进展主要反映在喷雾测量、流场测量、火焰年代，燃烧测量技术进展要映在喷雾测量流场测量火焰测量和燃烧过程产物测量等方面。

采用粒子图像测速(PIV) 粒子跟踪测速(PTV)技术和激光多普勒—采用粒子图像测速(PIV)、粒子跟踪测速(PTV)技术和激光多普勒(LDV)技术准确测量缸内气体运动规律。—相位多普勒粒径PDA技术和激光散射粒径(LDSA)测量技术能测量出多勒技射 ( ) 技喷雾粒径大小和分布规律。—利用高速摄影和纹影技术能测量出火焰发展和火焰面形状，采用两色法能获得清晰的火焰图像色法能获得清晰的火焰图像。—激光诱导荧光(LIF)技术可获取混合气浓度场、燃烧过程NO等分布。—红外测温系统可获取火焰温度分布，根据光谱信息检测缸内NO浓度。红外测温系统可获取火焰温度分布，根据光谱信息检测缸内浓度。—利用激光诱导荧光法两维成像技术，通过对火焰前锋面中间基OH、CH和C2的发光光谱分析，较好地认识了火焰前锋面处的化学反应过程。



20世纪90年代以来，大型商用模拟计算程序Star－CD、KIVA、 Fluent等，推动了燃烧及排放控制理论的进一步发展。

锅炉运行中常见的问题：燃烧效率低；燃烧不稳定、热负荷分布不均匀；水冷壁及对流

结渣染粉受热面超温、结渣；污染物（粉尘、NOx、SOx）排放高。这些问题都与锅炉内部气体的流动、燃料的这些问题都与锅炉内部气体的流动、燃料的燃烧、热量的传递这三种基本现象密切相关，可以通过计算机模拟来解决。


思考题（1）简单描述能源的分类。（2）何为燃烧？主要包括哪些物理、化学现象？

思考题

（3）各举一例，介绍扩散火焰和预混火焰。（4）描述锅炉、工业炉窑、燃气轮机、内燃机等典型工程燃烧设备的结构及原理结构及原理。（5）工程燃烧设备有哪些基本的性能要求？（6）当前工程燃烧研究和燃烧技术发展的重点主要有哪些？（）前程燃烧究和燃烧技术发展的重点要有哪些


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欢迎大家来到 《工程燃烧学Ⅰ 课堂！ · NOx污染与控制技术污染与控制技术 ... 能源的概念与分类 按照能源转换和利用的层次按照能源转换和利用的层次，分为

欢迎大家来到《工程燃烧学Ⅰ 课堂！ · NOx污染与控制技术污染与控制技术 ... 能源的概念与分类按照能源转换和利用的层次按照能源转换和利用的层次，分为