預(yù)混燃燒燃燒過程

預(yù)混可燃氣體的燃燒是典型的預(yù)混燃燒。預(yù)混可燃氣體由著火開始進一步發(fā)展，使化學(xué)反應(yīng)加劇，并出現(xiàn)火焰，該火焰首先發(fā)生在局部，然后向其余未燃氣體中傳播，直到燃燒結(jié)束，其傳播速度稱為火焰?zhèn)鞑ニ俣?，也稱為預(yù)混可燃氣體的燃燒速度。因此，預(yù)混可燃氣體的燃燒火焰處于運動傳播之中，只有滿足一定條件時，火焰才處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)(動態(tài)平衡)。當(dāng)流動達到湍流時，燃燒火焰表現(xiàn)的特點與層流火焰不同，其火焰鋒不再平滑有序，屬于湍流預(yù)混火焰。

預(yù)混燃燒過程中要處理的一次污染物包括氮氧化物、一氧化碳、未燃盡和部分燃燒的碳氫化合物以及碳煙。硫氧化物的排放量與燃料中的含硫量有著定量關(guān)系。由于幾乎所有的預(yù)混燃燒應(yīng)用的燃料都是含硫較低的，所以SO₂和SO₃的排放在這樣的系統(tǒng)中經(jīng)常不予考慮。天然氣只含有痕量的H₂S和其他化合物的硫。而汽油中也只含質(zhì)量分數(shù)不到80×10^-6的硫。而對于燃煤或低質(zhì)油的非預(yù)混燃燒系統(tǒng)，SO₂和SO₃是主要的污染物。

燃燒方式有：

(1)余氣系數(shù)>1，均相預(yù)混貧燃料燃燒。

(2)余氣系數(shù)<1，均相預(yù)混富燃料燃燒。

燃燒特點是預(yù)混燃燒的火焰以湍流方式傳播，燃燒速度取決于化學(xué)反應(yīng)的速度，火焰面的溫度取決于燃料空氣摻混比。

優(yōu)點：通過控制摻混比，可以使得燃燒溫度低于理論燃燒溫度，也低于或略高于熱力氮氧化物生成的起始溫度，可以降低氮氧化物的生成量。

缺點：可燃氣體稀薄，燃燒溫度低，低負荷時容易熄火，可能造成一氧化碳排放量增大。

(1)合理選擇摻混比，使火焰面的溫度達到1700～1800℃，即可以兼顧低氮燃燒的要求，也兼顧穩(wěn)定燃燒的要求。

(2)采用燃料空氣供應(yīng)量恒定的擴散燃燒噴嘴作為穩(wěn)定的點火源，保持一小股擴散火焰，在低負荷時采用擴散燃燒。

(3)采用可調(diào)節(jié)的空氣旁路，負荷變化時，通過改變空氣量實現(xiàn)摻混比的優(yōu)化。

(4)分級方式來組織燃料燃燒，當(dāng)負荷變化時，改變參與燃燒的級數(shù)來實現(xiàn)摻混比的優(yōu)化。分級燃燒分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。

1、燃燒器可分為：預(yù)混燒嘴，內(nèi)混燒嘴和部分預(yù)混燒嘴

2、預(yù)混系統(tǒng)的作用：在燒嘴和點火點之前完成一次空氣和氣體燃料的混合。

也就是說，空氣和燃氣在進入燒嘴之前已經(jīng)混合成為可燃氣體。

3、預(yù)混合氣的流量應(yīng)考慮以下因素：

a.可燃性氣體與空氣混合物的著火極限

b.火焰?zhèn)鞑ニ俣?

c.混合壓力

d.調(diào)節(jié)比

4、保證完全預(yù)混式燃燒的條件：

燃氣和空氣在著火前預(yù)先按照化學(xué)當(dāng)量比混合均勻設(shè)置專門的火道，使燃燒區(qū)內(nèi)保持穩(wěn)定的高溫在以上條件下，燃氣-空氣混合物到達燃燒區(qū)后能在瞬間燃燒完畢。火焰很短，甚至看不到，所以又稱為無焰燃燒。

5、預(yù)混系統(tǒng)的優(yōu)點：

形成短火焰，火焰溫度高，延展性好，使用集中的預(yù)混合系統(tǒng)可簡化燃燒系統(tǒng)的管路。

6、預(yù)混系統(tǒng)的缺點：

存在回火的可能性，調(diào)節(jié)比有限，空氣/燃料比受限，難于應(yīng)用在燃油燒嘴上。2100433B

由于燃料和空氣未預(yù)混，故允許將兩者預(yù)熱至較高的溫度 (不受著火溫度限制)，以便充分利用廢氣余熱，并可 使低發(fā)熱量燃料也能達到較高的燃燒溫度。

非預(yù)混燃燒具有穩(wěn)定燃燒范圍(指燃料空氣比的變化范圍) 寬和不會產(chǎn)生回火等優(yōu)點，因此在燃燒設(shè)備中常采用非預(yù)混燃燒。

非預(yù)混燃燒具有以下兩個特點：(1)由于是邊混合邊燃燒，故燃燒火焰長度較長；(2)在空氣供應(yīng)不足或與燃 料混合欠佳時，一些尚未進入火焰前鋒的燃料因受熱會分解產(chǎn)生碳粒和難于燃燒的重質(zhì)碳氫化合物，這將造成不完全燃燒。此外，常把氣體燃料的非預(yù)混燃燒稱作“有焰燃燒”。

而預(yù)混燃燒在充滿預(yù)混合氣的燃燒設(shè)備內(nèi)，通常是在某一局部區(qū)域首先著火，接著形成一層相當(dāng)薄的高溫燃燒區(qū)，靠它幫助使鄰近的預(yù)混合氣引燃，逐漸把燃燒擴展到整個混合氣范圍。這層高溫燃燒區(qū)如同一個分界面，把燃燒完的已燃氣體（燃燒產(chǎn)物）和尚未進行燃燒的未燃混合氣分隔開來。在它的前方是未燃的混合氣，而在它的后方是已燃的燃燒產(chǎn)物。隨時間推移，火焰面在預(yù)混合氣中不斷向前擴展，呈現(xiàn)出火焰?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象

在著火以后隨著溫度增加，燃燒速率猛烈增加，并大大超過了可燃混合氣的形成速率。此后，由于滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣耗盡，燃燒速率迅速下降，形成一個銳峰，不易辨認其與后繼燃燒階段的分界。

技術(shù)名稱：全預(yù)混燃氣燃燒技術(shù)

適用范圍：通用于工業(yè)燃燒加熱工序

與該節(jié)能技術(shù)相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗現(xiàn)狀：素?zé)G流量改造前天然氣平均流量為2516 m3/h。

非預(yù)混燃燒現(xiàn)象廣泛存在于液體火箭發(fā)動機等液體推進劑噴霧燃燒、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈等固體藥柱燃面退移燃燒領(lǐng)域。有限速率化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型的各種數(shù)值算法。

火焰面方法是求解非預(yù)混燃燒最有效的手段之一。

火焰面方法僅需求解流動控制方程和一個混合分數(shù)傳輸方程， 然后根據(jù)各網(wǎng)格點的混合分數(shù)分布及火焰面方程預(yù)先生成的火焰面庫， 插值得出流場的組分及溫度分布。該方法略去了燃燒流場控制方程中含剛性化學(xué)源項的組分及能量方程， 減少了控制方程數(shù)量， 并有效避免了流場與化學(xué)反應(yīng)的耦合， 現(xiàn)已成為最有效的非預(yù)混燃燒數(shù)值計算方法。