资源预览内容
第1页 / 共36页
第2页 / 共36页
第3页 / 共36页
第4页 / 共36页
第5页 / 共36页
第6页 / 共36页
第7页 / 共36页
第8页 / 共36页
第9页 / 共36页
第10页 / 共36页
亲,该文档总共36页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
第七章 颗粒燃料的燃烧,刘雪玲 天津大学热能工程系,PM2.5,PM2.5:particulate matter 颗粒物,是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物,也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。,根据PM2.5检测网的空气质量新标准: 优:035 良:3575 轻度污染:75115 中度污染:115150 重度污染:150250 严重污染:250及以上,12月8日,预报PM2.5指数最高值达到395。 图为记者在济南市山大路拍到的街景。(中新社发 邱江波 摄),发动机中喷射的汽油和柴油燃料,(一)液体燃料燃烧,(一)液体燃料燃烧,航空燃气(涡)轮(发动)机,(一)液体燃料燃烧,运载火箭发动机(美国阿波罗土星推进器,中国神九长征2号运载火箭液体助推器),雾化,液滴汽化、蒸发,燃料与空气混合,液滴燃烧,(一)液体燃料燃烧,液体燃料燃烧过程 (较气体复杂),雾化概念及过程,雾化概念:用物理方法使液体燃料碎裂成细小液滴 群的过程。,1) 液体由喷嘴流出形成液柱或液膜。 2) 由于液体射流本身的初始湍流以及周围气体对 射流的作用(脉动、摩擦等),使液体表面产 生波动、褶皱,并最终分离出液体碎片或细丝。 3) 在表面张力的作用下,液体碎片或细丝收缩成球 形油珠。 4)在气动力作用下,大油珠进一步碎裂。,注意:雾化是物理过程、雾化后不是气体,雾化过程:,液体燃料的雾化,作用:,1、雾化角,R=100mm,雾化角:又称油雾炬的张角,指喷嘴出口到喷雾炬外包络线的两条切线之间的夹角。,液体燃料的雾化特性(评价指标),r,条件雾化角:以喷嘴为圆心,r为半径的圆弧和外包络线交点与喷口中心连线的交角。,雾化角的大小对燃烧完善程度和经济性有很大影响,是雾化器设计的一个重要参数。,R=100mm,液体燃料的雾化特性(评价指标),r,雾化角对燃烧影响: 过大:油滴穿出湍流最强区域,混合不良,燃烧不完全,降低燃烧效率。 过小:液滴不能有效分布在这个燃烧室空间,造成局部过剩空气系数过大,燃烧温度下降、着火困难、燃烧不良。,雾化角对火焰的影响: 过大:火焰粗而短; 过小:细而长。,液体燃料的雾化特性(评价指标),2、雾化液滴细度,Sauter平均直径:假设每个液滴直径相等时,按所测得的所有液滴的总体积V与总表面积S计算出来的液滴直径。,液体燃料的雾化特性(评价指标),质量中间直径MMD: D50: Mass-median-diameter (MMD). The log-normal distribution mass median diameter. The MMD is considered to be the average particle diameter by mass,假设存在一中间直径dm,大于与小于dm的油珠的总质量相等。,液体燃料的雾化特性(评价指标),3、雾化均匀度,n 均匀度指数,n=14,燃料雾化后液滴颗粒尺寸的均匀程度。,Rosin-Rammlar分布,:特征尺寸R=36.8的液滴直径,R: 液滴质量(体积)占取样总质量(体积)的百分数,例:R90=32:大于 90m的颗粒占总颗粒的32,液体燃料的雾化特性(评价指标),4、流量密度分布,单位时间内在油滴运动的法线方向上,单位面积上通过的油滴的流量。 判断油雾断面上油量分布的均匀程度。,液滴集中在油雾距轴线附近,燃烧时间长、火焰长,液滴分布较均匀,与空气混合好,燃烧快、火焰短,液体燃料的雾化特性(评价指标),雾化对燃烧影响:,雾化越细,烧越充分; 雾化的好坏,是组织好燃料燃烧的前提。,油粒的蒸发与燃烧,蒸发 受热产生油蒸气 热解和裂化 油蒸汽高温下受热分解,产生固体碳和氢气。 液体油粒也会裂化出较轻的分子,剩下较重的分子。 着火燃烧 油蒸汽、热解和裂化产物与氧接触、达到着火温度时,着火燃烧。,单个液滴的燃烧模型,油粒燃烧过程特点,整个燃烧过程的速度,油的蒸发速度,油的燃烧速度,油粒的蒸发与燃烧,油粒的蒸发与燃烧,油滴的净导热量:,油滴气化潜热:,油蒸气升温:,稳定蒸发过程的热平衡方程:,油滴升温:,稳态时:,油粒的蒸发与燃烧,边界条件:,蒸发速率,引入传输系数:,BT , mv ,油粒燃烧时间,根据质量守恒:蒸发速率液滴单位时间质量减少量,油粒燃烧时间,用油粒直径表示:,进一步简化:,蒸发速率常数,rs 0 燃尽时间b:,物性参数的选择:,例题: 直径为500m的正乙烷(C6H14)在热的滞止氮气中蒸发,压力为常压1atm。氮气温度850K,确定正乙烷液滴的寿命和蒸发速率。 已知:正乙烷液体密度659kg/m3, 蒸汽的定压比热容2872J/(kg.k), 导热系数0.0464W/(m.k), 汽化潜热335kJ /(kg.k), 常压下,正乙烷沸点温度为342K。,油雾燃烧(液滴群燃烧),油雾燃烧模型,预蒸发型燃烧、滴群扩散燃烧、复合燃烧,预蒸发型燃烧,雾化液滴很细,周围介质温度高或喷嘴与火焰稳定区间距离长,使液滴进入火焰区前已全部蒸发完,燃烧完全在无蒸发的气相区中进行,这种燃烧情况与气体燃料的燃烧机理相同,液滴蒸发对火焰长度的影响不大。,周围介质温度低或雾化颗粒较粗,蒸发性能差,进入燃烧区时油珠基本未蒸发,形成滴群的扩散燃烧。燃烧形式以单颗液滴燃烧形式进行。燃烧和蒸发几乎同步,蒸发过程决定整个燃烧过程,反应动力学因素影响不大。,滴群扩散燃烧,油雾燃烧(液滴群燃烧),复合燃烧,介于预蒸发型气体燃烧和滴群扩散燃烧之间。如较常见的喷雾液滴燃烧,因喷出的雾滴大小不均匀,其中较小的液滴在火焰区前方已蒸发完,形成预混型气体火焰,较粗的液滴到达火焰区时尚未蒸发完毕,产生滴群扩散火焰。这时蒸发因素、反应动力学因素、湍流因素都将对燃烧过程产生影响。,液滴群燃烧特点; 1)液滴群燃烧过程的扩展主要是借助于液滴的不断着火、燃烧; 2)液滴群燃烧速度一般比均匀混合气燃烧速度小; 3)液滴群燃烧的着火界限和稳定工作范围较均匀可燃混合气燃烧宽。,作业题: 试计算在常压、960的环境温度下,直径为0.1mm的汽油雾滴在相对静止条件下的完全蒸发时间。 已知:汽油密度820kg/m3, 汽化潜热320kJ /(kg.k), 常压下,汽油的沸点温度为342K; 油蒸汽定压比热容2.48kJ/(kg.k), 油蒸汽导热系数3.0510-5kW/(m.k)。,(二)固体燃料燃烧,煤的燃烧过程:,煤干燥(水分蒸发)热解(挥发分析出)焦炭燃烧,焦炭的燃烧占煤燃尽时间的90% 煤燃烧中焦炭的燃烧起决定性作用,焦炭成分:固定碳矿物质 固定碳的燃烧决定了焦炭的燃烧过程,碳粒燃烧,碳粒燃烧过程的 5个环节: (1)氧分子扩散到达碳的表面 (2)氧被碳吸附,形成活化络合物CXOY。 (3)CXOY在高温下分解为CO2和CO,也可与氧发生反应形成CO2和CO。 (4)燃烧产物(CO2、CO)从固体炭表面解吸(脱离吸附) (5)解析后的燃烧产物(CO2、CO)从固体表面向周围扩散。,碳粒燃烧,碳粒表面气体消耗速率计算:,反应气体向反应表面的扩散速度:,碳表面气体(氧)燃烧反应速度:,稳定燃烧时:,碳粒燃烧,碳的燃烧速度:,g碳/cm2.s,碳的燃烧减少量:,碳粒燃烧的时间:,碳粒燃尽的时间:,煤的燃烧方式,层状燃烧 燃料放在炉篦或炉排之上,通过炉篦或炉排的缝隙将空气送入燃烧层,使之进行燃烧,高温燃烧产物进入炉膛进行换热,燃尽的灰渣通过炉篦缝隙或排渣口排出。如:工业链条炉。,煤的燃烧方式,悬浮燃烧 燃料与空气的混合物喷入燃烧室或炉膛内,则燃料将在这个空间内以悬浮状态完成燃烧过程。例如:大型电站锅炉,优点: 煤粉体积小,与空气接触面积增大,着火条件大大改善,燃烧效率大大提高。,煤的燃烧方式,沸腾燃烧,介于层状燃烧与悬浮燃烧之间的燃烧方式。通过炉排的空气气流速度大于煤粉颗粒的沉降速度时,煤粉颗粒上下翻腾运动,呈现处类似开水“沸腾”的状态。例如:沸腾炉、沸腾床,属低污染燃烧技术,粉碎的石灰石或白云石送入炉中,脱硫效率达80%,沸腾段燃烧温度800900之间,NOx排放量少 沸腾燃烧中风速较高,颗粒运动强烈,强化了换热效果; 烟气中飞灰含量增大,受热面磨损、电耗增大; 循环流化床锅炉,设置分离器将未燃尽的颗粒重新送回沸腾段,烟气中飞灰含量降低,燃烧效率提高。,沸腾炉燃烧特点,煤的燃烧方式,旋风燃烧,燃料悬浮于旋转空气中的燃烧方式。,改善了空气和燃料混合条件,延长了燃料在燃烧室内逗留时间,燃烧强度达,燃烧温度高,炉温达16001700; 液体排渣,飞灰大大减少; 积灰严重; 液态灰渣热损大。,旋风炉燃烧特点,
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号