陶瓷干燥与烧成技术，燃料燃烧过程与气体燃料燃烧基本知识

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：固体燃料受热后，首先是所含水分的气化，约110℃时物理水全部逸出，当燃料达到一定温度时便开始分解，放出挥发分，剩下焦炭，这一过程称为干馏。其中雾化阶段是整个燃烧过程的关键。（三）气体燃料燃烧过程1.气体燃料燃烧的基本知识着火浓度范围气体燃料与空气的比例，必须在一定的范围内才能进行燃烧，这一范围叫着火浓度范围，或叫着火浓度极限。

（一）固体燃料的燃烧过程

固体燃料的燃烧过程一般可分为准备、燃烧与燃尽三个阶段。

1.准备阶段

准备阶段包括预热、干燥和干馏。

固体燃料受热后，首先是所含水分的气化，约110℃时物理水全部逸出，当燃料达到一定温度时便开始分解，放出挥发分，剩下焦炭，这一过程称为干馏。干馏起始温度的高低与煤中挥发分含量成反比关系。如褐煤干馏的起始温度只有130℃左右，而无烟煤约为400℃，烟煤介于两者之间。准备阶段全部都是吸热。

2.燃烧阶段

燃烧阶段包括挥发分和固态炭的燃烧。

挥发分中主要是碳氢化合物，比固态炭容易着火，因此，当逸出的挥发分达到一定温度和浓度时即先于固态炭着火燃烧。固态炭是固体燃料中的主要燃质，对煤来说，其发热时一般占总发热量的一半以上，而且燃烧时间长。在这一阶段，要保持较高的温度，供给充足的空气，并使空气与燃料很好地混合。

3.燃烬阶段（灰渣形成阶段）

随着燃烧，焦炭颗粒逐渐变小，灰渣外壳逐渐增厚，使空气难于进入里面参与反应，从而使燃烧速度减慢。所以，此阶段仍需保持较高温度，增强通风，尽量使灰渣中的可燃质完全燃烧。

（二）液体燃料燃烧过程

1.燃油的燃烧过程

燃油的燃烧过程分为四个阶段：

（1）雾化阶段。燃油雾化成细小的雾滴。

（2）蒸发阶段。雾滴受热蒸发为油气。重油油滴蒸发前，当急剧受热时，产生裂化。急剧受热到500℃～600℃，裂化对称进行，生成较轻的碳氢化合物；急剧受热到650℃以上，裂化不对称进行，轻的碳氢化合物呈气体逸出，剩下游离炭粒和难以燃烧的重碳氢化合物形成结焦，如果随烟气排出，即能见到黑烟。

（3）混合阶段。油气与助燃空气混合。

（4）着火燃烧阶段。油气与助燃空气的混合物达到着火温度，着火燃烧。其中雾化阶段是整个燃烧过程的关键。

2.燃油的雾化

（1）对雾化质量的要求

①雾滴要细。经研究，最合适的雾滴直径为50μm或略小些。这样大小的雾滴能达到受热面大、气化迅速、燃烧均匀的目的。

②雾滴直径要均一。按现用雾化方法得到的是直径为10μm～100μm的雾滴群。在此雾滴群中，要求直径为50μm或略小于50μm的雾滴占85%以上。

③雾滴分布要均匀。油流股断面上雾滴的分布避免出现边缘密集、中间空心的现象。

（2）雾化方法

雾化方法有机械雾化和介质雾化两种。

①机械雾化

机械雾化是依靠重油的高压（一般为106Pa～3.5×106Pa），以较大的速度并以旋转运动的方式从喷嘴小孔喷入气体空间使油雾化。机械雾化的雾滴比较粗（直径约100μm～200μm），效果差，陶瓷窑炉一般不采用。

②介质雾化

介质雾化是利用以一定角度高速喷出的雾化介质，使油流股分散成雾滴。陶瓷窑炉燃油的雾化基本采用此法。这种方法造成雾化是由于雾化介质对油流股的机械作用。当摩擦力或冲击力大于油的表面张力时，油流股先分散成细流，继而破裂成细带或细线，后者又在油本身的表面张力作用下形成雾滴。(www.chuimin.cn)

在一定程度上，油粘度、表面张力愈小，雾滴愈细；油与雾化介质的交角、相对速度、接触面积愈大、接触时间愈长，则雾滴愈细；单位质量重油所用雾化介质的量增加时，可使雾滴明显变细，雾化介质的密度愈大，对油流股的冲击力愈大，雾滴愈细。

根据雾化介质的压力可分为低压雾化、中压雾化和高压雾化三种。

低压雾化时，雾化介质的压力为2×103Pa～1.2×104Pa，用鼓风机鼓入的空气作为雾化介质。因压力小，流速也小，只能依靠调节雾化介质用量来改善雾化质量。喷出的火焰长度中等（最长约3m），扩散角范围很大（2°～90°），喷油量小（最小为1kg/h～3kg/h）。

中压雾化时，雾化介质的压力为104Pa～105Pa。用压缩空气或过热蒸气作为雾化介质。雾化介质用量约占助燃空气用量的10%，喷出速度较高，喷出的火焰短，扩散角较大，较稳定。

高压雾化时，雾化介质的压力为105Pa～7×105Pa。用压缩空气或过热蒸气（250℃～340℃）作为雾化介质。雾化介质出口流速大（300m/s～400m/s），其用量一般占理论的助燃空气量的5%～10%。雾化效果良好，雾滴直径可达10μm以下。火焰较长（2m～6m），扩散角小（15°～30°），呈圆锥形。高压雾化消耗动力多，工作噪音大。

（三）气体燃料燃烧过程

1.气体燃料燃烧的基本知识

（1）着火浓度范围

气体燃料与空气的比例，必须在一定的范围内才能进行燃烧，这一范围叫着火浓度范围，或叫着火浓度极限。其浓度是指气体燃料占混合气体的体积分数，常用的气体燃料在空气中的着火浓度范围见表1-1-9。

表1-1-9　常用工业煤气在空气中的着火浓度范围

当气体燃料与空气的混合物预热温度升高，着火浓度范围逐渐扩大；当煤气与纯氧气混合时，其着火浓度范围比与空气混合时大。

（2）火焰的传播

在可燃气体与空气的混合物中，当某一个部位已经着火燃烧，在燃烧处就形成了燃烧焰面。由于燃烧放热使该处温度升高，并以导热方式把热量传给邻近一层未燃气体，使其达到着火温度而燃烧，形成新的燃烧焰面。这种火焰面不断向未燃气体方向移动的现象叫火焰的传播（扩散）现象，传播的速度叫火焰传播（扩散）速度。其方向与火焰面垂直，故又称法向火焰传播速度。

火焰传播速度的大小与可燃气体的种类、可燃气体与空气的比例、气体混合物的初温、初压及烧嘴的直径有关。

当可燃气体与空气的混合物从烧嘴喷入窑内时，若在点燃处气体喷出速度小于火焰扩散速度，火焰根部有可能移至烧嘴内，发生“回火”现象，有发生爆炸的危险；若气体喷出速度大于火焰传播速度，火焰根部离开烧嘴，产生“离焰”，使燃烧不稳定；气体混合物速度进一步增加，喷出后不能预热至着火温度而燃烧，即发生“脱火”现象。煤气燃烧时，“回火”与“脱火”现象都不允许发生，产生“回火”时易发生爆炸事故；产生“脱火”时易发生中毒事故。

2.气体燃料的燃烧过程与燃烧方法

（1）燃烧过程

气体燃料的燃烧过程主要包括混合（燃料与空气的混合）、着火和燃烧三个阶段。煤气的燃烧速度和燃烧的完全程度，主要取决于混合速度和混合的完全程度。

（2）燃烧方法

根据煤气和空气混合情况的不同，煤气的燃烧方法分为三类。

①长焰燃烧（扩散式燃烧）

在烧嘴内煤气与空气不预先混合，煤气单独喷入窑内或煤气与空气分别喷入窑内靠扩散作用进行混合与燃烧的方法。其特点是：火焰长，温度分布均匀，不会回火也不易脱火，燃烧速度慢，燃烧温度较低，空气系数大（α＞1.2）。

②短焰燃烧

煤气与部分空气（一次空气α1＜1）在烧嘴内预先混合后喷出燃烧的方法。与长焰燃烧相比，其特点是：火焰较短，燃烧速度较快，燃烧温度较高，空气系数较小，控制不当既会“回火”，也会产生“脱火”。

③无焰燃烧

煤气与空气在烧嘴内完全混合，喷出后立即燃烧的燃烧方法。其特点是：火焰短而透明，无明显的轮廓，空气系数小，燃烧温度高，燃烧完全，但燃烧的稳定性差。为避免“回火”现象的发生，混合气体的喷出速度要大于火焰的传播速度，同时，煤气与空气的预热温度不能接近于其着火温度；为防止“脱火”现象，常设置稳燃装置，如燃烧道、挡墙、多孔陶瓷板及金属网等。

陶瓷干燥与烧成技术，燃料燃烧过程与气体燃料燃烧基本知识

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