《工程燃烧学》课件

工程燃烧学燃烧反应是驱动工程设备和系统的基础,深入理解燃烧过程对于工程设计、制造和运营至关重要本课程将全面探讨工程燃烧的基础理论和应用技术,为学生未来的工程实践奠定坚实的基础课程介绍燃烧学基础知识燃烧过程解析多种燃料燃烧安全与环保本课程将从燃料的种类和性质深入探讨燃烧过程中的化学反针对固体、液体和气体燃料,分课程还将关注燃烧引发的火灾、燃料热值、空气燃烧等基本应机理,包括着火条件、火焰特别讲解其燃烧特点,加深学生对爆炸、排放污染等问题,介绍相概念开始介绍,为后续内容奠定性等,让学生全面理解燃烧现象各类燃料燃烧过程的认知关预防和处理技术基础燃烧的基本概念燃烧的定义燃烧的条件燃烧是一种快速的氧化反应,在这燃烧需要三要素:可燃物、助燃物个过程中,燃料与氧气发生化学反氧气和点火源这三个因素缺一应,释放出热量和光能不可,构成了燃烧的基本条件燃烧的过程燃烧的特点燃烧分为几个阶段:加热、分解、燃烧过程通常伴有温度升高、光气化和氧化反应这些过程会产亮、烟雾和噪音等现象燃烧反生大量热量和光能应往往很快,释放大量能量燃料的种类和性质化石燃料生物质燃料包括煤、石油和天然气等,是目前最主如木材、农作物废弃物、沼气等,是可要的工业和生活燃料具有热值高、再生的碳中性燃料,具有环保性优势储量丰富等特点核燃料燃料性质主要包括铀、钚等,可通过核反应产生燃料的热值、可燃性、安全性等性质巨大的能量,是一种高效清洁的能源决定了其工业和生活应用的广度和深度燃料的热值燃料的热值是指燃料在完全燃烧时释放的热量它是衡量燃料质量的重要指标,反映了燃料的能量含量热值类型定义单位低热值燃料在完全燃烧时释kJ/kg或kJ/m³放的热量,不包含燃料中水分的汽化热高热值燃料在完全燃烧时释kJ/kg或kJ/m³放的热量,包含燃料中水分的汽化热不同种类的燃料具有不同的热值,这是影响热机能效的重要因素选用合适的燃料可以提高热机效率,降低能源消耗空气、富氧和贫氧燃烧空气燃烧富氧燃烧12通常情况下,燃烧过程需要足量将纯氧或富氧空气用于燃烧过的空气提供氧气,这种正常的燃程称为富氧燃烧这种燃烧可烧称为空气燃烧空气燃烧具以提高燃烧温度和燃烧速度,但有充分的氧气供应,燃烧效率高需要特殊的燃烧设备贫氧燃烧3当氧气供应不足时,燃烧将变得不充分,这种情况称为贫氧燃烧这种燃烧效率较低,会产生大量有害废气燃烧过程的化学反应燃料的化学组成1碳、氢、氧等元素形成燃料分子氧化反应2燃料与空气中的氧气发生高温氧化反应生成产物3主要产物为二氧化碳和水汽能量释放4反应释放大量热量,提供燃烧能量燃烧过程是一系列复杂的化学反应燃料中的碳、氢、氧等元素,在高温条件下与空气中的氧气发生剧烈氧化反应,主要生成二氧化碳和水蒸气,同时释放出大量热量这些化学反应过程是燃烧现象的根本驱动力燃料的着火条件点火源自燃温度可燃浓度压力和湿度燃料需要一定的点火源才能引燃料有一个特定的自燃温度燃料需要与空气形成一定比例较高的压力和较低的湿度有利起燃烧常见的点火源包括明超过这个温度时，燃料可以自的可燃混合物才能着火这个于燃料的着火和燃烧这两个火、静电放电、高温表面等行发生燃烧反应而无需外部点比例范围称为可燃极限超出因素会影响燃料的可燃性和自这些点火源必须具有足够的能火源不同燃料的自燃温度各这个范围则无法着火燃温度量才能点燃燃料不相同火焰的特性火焰是燃烧过程中放出热量和光照的现象它的特性包括火焰温度、形状、颜色、长度和稳定性不同的燃料和燃烧条件会产生不同的火焰特性理解火焰特性对于控制和优化燃烧过程非常重要预混合火焰及其特点充分混合燃料和助燃剂在引燃前就充分混合，形成均匀的反应性混合物反应时间反应时间短，有利于快速能量释放和温度升高温度分布温度分布均匀，无明显的温度梯度扩散火焰及其特点火焰结构温度分布燃烧特点扩散火焰由一个反应区和一个预热区组成,扩散火焰的温度分布较为均匀,没有明显的•燃料和氧化剂在反应区内逐步混合并反其中燃料和氧气在反应区内缓慢混合并发生温度梯度,热量主要通过辐射传递,这使得扩应燃烧反应,整个火焰呈现出平缓、稳定的特散火焰的热交换效率较高•火焰边界清晰,呈柱状或锥形点•燃烧稳定,易于控制•热量主要通过辐射传递层流火焰及其特点流线型外观低速燃烧层流火焰呈现出光滑、稳定的外层流火焰的燃烧速度较低,适用于形,没有明显的湍流特征一些精细控制的工艺过程温度分布均匀可预测性强由于火焰内部流动平稳,热量传递层流火焰的行为规律比较明确,有更加均匀,温度梯度较小利于对燃烧过程进行精确控制湍流火焰及其特点湍流特点热释放特点空气混合特点控制难度湍流火焰是由不规则的气流和湍流火焰具有更高的热释放速湍流有助于燃料和空气的快速湍流火焰的随机性和复杂性使湍流扰动引起的复杂燃烧过程率和更大的火焰强度,可以产混合,可以大幅提高燃烧效率得它们更难控制和预测,需要它表现出高度随机性和不确生更高的最高温度和更强的烟同时也增加了火焰的不稳定复杂的数值模拟和实验来研究定性,具有明显的三维效应气排放性固体燃料燃烧的特点燃烧过程复杂燃烧效率较低12固体燃料通常包含多种成分,燃固体燃料的比表面积较小,难以烧过程涉及热解、挥发、固定充分接触氧气,燃烧效率通常低碳的燃烧等多个阶段,过程较为于气体和液体燃料复杂产生的污染物较多燃烧控制更困难34固体燃料燃烧会产生烟尘、一固体燃料的粒度、形状和分布氧化碳等污染物,对环境和人体不均匀,容易造成燃烧不完全,控健康有较大影响制难度较大液体燃料燃烧的特点蒸发过程流动性液体燃料需要先蒸发成气体后才液体燃料具有流动性,可以轻易地能与空气混合并发生燃烧反应自动流动和被喷洒,这使得液体燃蒸发过程受环境温度、表面积等料应用广泛且容易控制因素影响热值差异燃烧稳定性不同种类的液体燃料如汽油、柴液体燃料燃烧过程中的温度和热油、重油等热值差异较大,需要根量输出较稳定,有利于控制燃烧过据具体应用场合选择合适的燃料程和提高效率气体燃料燃烧的特点清洁燃料可控性强热效率高安全性强气体燃料如天然气和液化石油可通过调节空气与燃料的比例气体燃料的热值较高,在相同条气体燃料较易控制,发生泄漏时气等,燃烧过程相对更加清洁,几来精确控制燃烧过程,从而实现件下可产生更高的热量,热效率可快速检测和处理,具有较高的乎不产生颗粒物和灰分高效、可靠的燃烧往往优于液体和固体燃料安全性火焰传播及其机理扩散传播1热量和反应物在火焰内部通过扩散传播，推动了燃烧反应的持续进行这种传播模式主导了大部分实际应用中的火焰传播过程预混传播2在预混合火焰中，燃料和氧化剂在达到着火点前就预先混合均匀火焰通过沿预混合气体一次性传播爆轰传播3在某些条件下，火焰前沿会形成高压区，导致压力波的高速传播这种爆轰传播过程通常发生在密闭空间或管道内爆炸的基本概念什么是爆炸爆炸的特点爆炸的分类爆炸是一种瞬间释放大量能量爆炸具有快速、瞬间、剧烈的爆炸可分为化学爆炸、物理爆的剧烈化学反应或物理过程特点,会造成严重的损害和破炸和核爆炸等几种类型,每种在爆炸过程中,物质迅速膨胀坏它可能由化学反应、压力类型都有不同的特征和破坏程并产生强大的冲击波和高温变化或其他因素引起度爆炸性气体混合物可燃性气体引发点防爆措施可燃性气体如甲烷、乙烷、丙烷等与空气形引发点如明火、电火花等会导致爆炸性气体•加强通风,控制气体浓度在安全范围内成混合物时会产生爆炸性这种混合物在特混合物瞬间爆燃因此必须严格控制火源和•使用防爆电气设备,避免火源定浓度范围内和遇到点火源就会引发爆炸电气设备的使用•制定严格的操作规程并培训员工爆炸性粉尘混合物粉尘易燃性爆炸性引发条件12某些固体材料在细小的粉尘形式下变得极其易燃易爆，如面粉、粉尘只有在存在足够氧气、受热源点燃和粉尘浓度在一定范围内煤粉、金属粉等这是由于比表面积变大而引发的时才会发生爆炸爆炸过程特点预防措施34粉尘爆炸通常发生迅速，产生高温高压冲击波，威力巨大，危害采取隔离、消除静电、防爆设计等综合措施来预防和控制粉尘爆性极大炸事故预防和抑制爆炸的措施隔离与防护监测与报警抑制与灭火制度与管理建立隔离区域,限制可燃物品部署可燃气体监测设备,一旦配备手提式或固定式灭火设备制定严格的操作规程,加强员进入安装防爆墙隔离运转中检测到异常浓度立即报警维,如灭火器、自动喷水装置等工培训定期检查维护设备,设备,减少受害范围护消防报警系统确保及时有效建立专业消防队伍做好应急杜绝隐患建立完善的应急预准备案火灾事故分析事故起因分析通过对事故发生现场进行细致调查,全面分析起火原因,找出潜在的火灾隐患火势蔓延路径评估火灾发展态势,跟踪火焰蔓延过程,了解火势扩散的特点和传播途径伤亡损失情况统计人员伤亡数据,估算经济损失,分析造成伤亡和损失的直接原因应急响应效果评估灭火、疏散、救援等应急措施的适当性和有效性,总结经验教训火灾预防技术被动防火技术主动防火技术通过合理的建筑设计、合规的建安装自动火灾报警系统、自动喷筑材料,以及完善的逃生通道等,提水灭火系统等,及时检测并扑灭初高建筑的防火性能起火灾消防设施维护防火宣教培训定期检查、保养消防设施,确保其对员工进行系统的消防安全知识随时可靠运行,在火灾发生时发挥培训,提高大家的防火意识和自救应有作用能力消防技术概述火警系统包括自动探测、手动报警、消防控制中心等,可快速发现并报警火灾发生灭火设备包括各类灭火器、消防栓、自动喷淋系统等,用于切断火源、降温灭火应急救援消防车、消防队员等配合火灾现场指挥,采取专业手段快速处置火灾灭火器的种类和使用干粉灭火器水基灭火器12干粉灭火器使用化学干粉作为水基灭火器使用水作为灭火剂,灭火剂,适用于油类、电气、金适用于一般可燃性物品火灾属等火灾使用时要垂直持握,使用时要从距离火源3-5米的位从距离火源约1-2米的位置开始置开始喷洒,要注意不要将火势喷洒扩散二氧化碳灭火器推荐使用34二氧化碳灭火器使用液化二氧根据不同火灾类型,合理选择灭化碳作为灭火剂,适用于电气、火器种类并按说明正确使用,能油类等火灾使用时要从距离够有效遏制火势蔓延火源1-2米的位置开始喷洒,注意保持安全距离辐射热的特点及其危害辐射热的特点辐射热的类型辐射热的危害辐射热是一种不需要物质介质就能传播的热辐射热主要包括红外辐射和紫外辐射红外过量的辐射热会对人体造成严重伤害,包括量传递方式它以光速传播,不受介质影响,辐射可以直接被人体感知,而紫外辐射则具烧伤、皮肤癌、眼睛损伤等因此必须采取直接作用于物体表面有较强的穿透性和化学反应性相应的防护措施燃烧排放物及其处理燃烧排放物燃烧过程中会产生一系列有害物质,包括颗粒物、一氧化碳、二氧化硫等,对环境和健康造成严重影响排放治理通过采用高效的除尘、脱硫、脱硝等技术,可以大幅降低有害物质的排放浓度,减轻对环境的污染环保与节能燃烧过程的优化设计和管理,可以提高燃烧效率,降低能耗和排放,实现经济与环保的平衡发展燃烧安全与环境保护燃烧过程的安全隐患燃烧排放的环境影响清洁能源的应用燃烧安全和环保技术燃烧过程中存在着爆炸、高温燃烧过程中会产生大量的温室以天然气、生物质等清洁燃料通过先进的燃烧控制技术、高烧伤、有毒气体泄漏等安全隐气体、有害颗粒物和酸性气体取代传统化石燃料是重要的环效的污染物处理技术,可以实患需要对相关工艺和设备进,对环境造成严重污染需要保措施之一,可以大幅降低污现燃烧过程的安全性和环境友行严格的安全设计和管理采取有效的尾气处理措施染物排放好性本课程小结燃烧基础知识应用实践本课程全面介绍了燃烧的基本概课程还探讨了固体、液体和气体念、燃料特性、燃烧过程以及火燃料的燃烧特点以及爆炸、火灾焰传播机理等基础知识事故分析等实际应用问题安全环保最后，课程还涵盖了燃烧排放物处理以及燃烧安全与环境保护等重要内容课程拓展与展望应用领域拓展前沿技术研究12工程燃烧学应用范围广泛，可近年来,清洁燃烧、生物质燃料涉及发电厂、钢铁冶炼、航空等新型燃烧技术备受关注本航天等多个行业随着技术的课程将不断跟进相关前沿研究,发展,此课程的应用领域将不断为学生提供更丰富的知识体系扩展实践能力培养跨学科融合34未来将加强实验实践环节,通过工程燃烧学涉及化学、热力学仿真软件训练和现场实习,培养、流体力学等多个学科,今后将学生的实操能力,增强理论与实加强与相关专业的协同创新,提践的紧密结合升学生的跨领域综合素质。