可燃气体燃烧课件.ppt

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1、可燃气体燃烧,1 预混火焰传播理论2 可燃气体爆炸与爆轰3 爆炸极限4 气体爆炸的预防5 湍流燃烧与扩散燃烧,可燃气体燃烧1 预混火焰传播理论,1 预混火焰传播理论,火焰（燃烧波）在预混气体中有传播方式：,1.正常火焰传播,1.燃烧后气体压力减小或接近不变2.燃烧后气体的密度减小3.燃烧波（火焰）以亚音速传播,2.爆轰：由燃烧引起并依靠燃烧维持的超音速火焰传播形式,1.燃烧后气体压力增大2.燃烧后气体的密度升高3.燃烧波（火焰）以超音速传播,1 预混火焰传播理论火焰（燃烧波）在预混气体中有传播方式,3.爆轰发生的条件,1.容器直径大于临界直径2.管道要有足够的长度3.混气浓度在爆轰极限浓度范围

2、之内,思考： 1. 爆轰现象通常在哪些场所发生？ 2.如何预防爆轰现象的发生？,正常火焰传播速度受哪些因素影响？,3.爆轰发生的条件1.容器直径大于临界直径 思考：正常火焰,2 层流预混气中正常火焰传播速度,1.火焰是如何传播的？,2.影响火焰传播速度的因素有哪些？,3. 火焰传播速度的测定,2 层流预混气中正常火焰传播速度 1.火焰是如何,一、火焰传播机理,1.火焰前沿：已燃区和未燃区之间的薄薄的化学反应区,2.火焰前沿的特点： （1）包括预热区和化学反应区两部分 （2）存在强烈的导热和物质扩散,3.火焰传播机理： （1）热理论：火焰加热未燃区域，使其温度升高 （2）扩散理论：火焰中自由基向

3、未燃区域扩散,一、火焰传播机理 1.火焰前沿：已燃区和未燃区之间的薄薄,二、层流火焰传播速度马兰特简化分析,1.出发点：预热区温度升到着火温度所需热量与化学反应区传递的热量相等。,2.有用的结论：公式4-10,压力是如何影响层流火焰传播速度的？,答：压力对层流火焰传播速度的影响与反应级数n有关。 当n2时，火焰传播速度随压力升高而增大。 当n=2时，火焰传播速度与压力无关。,二、层流火焰传播速度马兰特简化分析 1.出发点：预热区,三、影响层流火焰传播速度的因素,2.初温： 初温越高，燃烧速度越快，火焰传播速度越大,3.可燃气与空气的比值： 稍高于化学计量比时，传播速度最大,惰性气体含量：惰性气

4、体含量越高，速度越小,5.混气的导温系数：导温系数越高，速度越小,1.压力： 与反应级数有关,三、影响层流火焰传播速度的因素 2.初温： 初温越高，燃,四、层流火焰传播速度的测定,2.实际火焰外形： 弯曲锥体,3.火焰速度分布：距离中心越远，速度越小,1.理想层流预混火焰形状： 正锥体,平均速度计算：距离中心0.9R处火焰速度。,例：管径为10cm，中心气流速度为484cm/s，距离半径 5cm处火焰面的=60，求火焰传播速度？,四、层流火焰传播速度的测定 2.实际火焰外形： 弯曲锥体,2 层流预混气中正常火焰传播速度,2.火焰的传播机理 （1）热理论 （2）扩散理论,3.影响火焰传播速度的因

5、素（5） 初温、压力、浓度、惰气、导温系数,火焰传播速度的计算,1.火焰前沿及其特点？,2 层流预混气中正常火焰传播速度 2.火焰的传播,3 可燃气体爆炸参数,1.爆炸温度2.爆炸压力3.爆炸升压速度 爆炸威力指数5.爆炸总能量,3 可燃气体爆炸参数1.爆炸温度,4 爆炸极限,1.何谓气体的爆炸极限？,2.影响气体爆炸极限的因素？,3. 气体爆炸极限的计算,气体爆炸极限的实际应用,5. 气体发生分解爆炸的条件,4 爆炸极限1.何谓气体的爆炸极限？2.影响气体爆炸极限,一、影响爆炸极限的因素,爆炸下限：遇火源发生爆炸的可燃混气中可燃气最低浓度。爆炸上限：遇火源发生爆炸的可燃混气中可燃气最大浓度。

6、,1.火源能量：能量越高，爆炸极限越宽，危险性越大,思考：为何存在爆炸极限？,2.初 温：初温越高，极限变宽，危险性越大,3.初始压力：压力增大，极限变宽（干燥CO除外）,惰气含量：含量越高，极限变窄，危险性减小,一、影响爆炸极限的因素爆炸下限：遇火源发生爆炸的可燃混气中可,二、爆炸极限的计算-经验公式,1.根据燃烧反应所需氧原子摩尔数（N）计算,例：试利用1mol乙烷燃烧所需氧原子mol数估算其爆炸极限,二、爆炸极限的计算-经验公式1.根据燃烧反应所需氧原,二、爆炸极限的计算-经验公式,2.根据燃烧反应燃烧的化学计量浓度（X0）计算,例：试利用丙烷燃烧时计量比估算其爆炸极限,二、爆炸极限的计

7、算-经验公式2.根据燃烧反应燃烧的化,二、爆炸极限的计算-经验公式,3.根据燃烧热估算爆炸下限,例：已知乙烷爆炸下限为3%，Qm=1426kJ，丙烷Qm=2041kJ求，丙烷爆炸下限,二、爆炸极限的计算-经验公式3.根据燃烧热估算爆炸下,二、爆炸极限的计算-经验公式,多组分混气爆炸极限计算-莱-夏公式,注意：P为某组分体积所占总可燃气的百分含量,例：某空气中，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷含量分别为0.8%，1.2%，1.0%，0.5%，问该混气是否有爆炸危险？,关键：P的计算！,二、爆炸极限的计算-经验公式 多组分混气爆炸极限计算,二、爆炸极限的计算-经验公式,5.含惰气的多组分混气爆炸极限计算-分

8、组,例：H2=12.4%，CO=27.3%，CO2=6.2%，H2=12.4%， O2=2%，CH4=0.4%，N2=53.4%,二、爆炸极限的计算-经验公式5.含惰气的多组分混气爆,二、爆炸极限的计算-经验公式,1.根据燃烧反应所需氧原子摩尔数（N）计算,2.根据燃烧的化学计量浓度（X0）计算,3.根据燃烧热估算爆炸下限,多组分混气爆炸极限计算,5.含惰气的多组分混气爆炸极限计算,二、爆炸极限的计算-经验公式1.根据燃烧反应所需氧原,三. 气体爆炸极限的实际应用,1. 评定气体和液体蒸气的火灾危险性,2. 评定气体生产、贮存火险类别，选择电器防爆类型,3. 确定建筑耐火等级、防火分区,确定安

9、全生产措施 a：密闭、防泄露 b：防火安全措施 c；灭火措施确定 d：惰气保护,爆炸危险度,三. 气体爆炸极限的实际应用1. 评定气体和液体蒸气的火灾危,四. 分解爆炸,常见易发生分解的气体 乙炔、乙烯、氧化乙烯、氮氧化物,2. 发生分解的条件,A：分解过程为放热反应B：热源有一定的能量C：初始压力大于临界压力,四. 分解爆炸常见易发生分解的气体2. 发生分解的条件A：分,4 爆炸极限,1.何谓气体的爆炸极限？,2.影响气体爆炸极限的因素* 初温、初压、火源能量、惰气含量,3. 气体爆炸极限的计算*（五种类型） 1.利用氧原子摩尔数 4 混合组分爆炸极限,气体爆炸极限的实际应用（四点）,5.

10、气体发生分解爆炸的条件（三点）,4 爆炸极限1.何谓气体的爆炸极限？2.影响气体爆炸极限,5 气体爆轰,1.何谓气体的爆轰？,2.爆轰发生过程,3. 爆轰的破坏特点,爆轰的预防,5 气体爆轰1.何谓气体的爆轰？2.爆轰发生过程3,一. 爆轰的发生过程,1.燃烧释放能量使周围气体压力升高，形成“燃气活塞”,3. 经过一定时间，后面的压缩波赶上前面的压缩波，二者叠加形成“激波”,爆轰： 实质上属于一种激波，它因预混气体的燃烧而发生， 并依靠燃烧释放的能量来维持,2. “燃气活塞”压缩未燃气体，使其温度升高，燃烧产生一系列“压缩波”，且压缩波的传播速度大于燃烧速度。,“激波”的高压高温作用，使正常火

11、焰面前方一定距离的处首先着火，后与正常火焰合二为一，形成“爆轰”,爆轰前期距离约为管径的2-4倍,一. 爆轰的发生过程1.燃烧释放能量使周围气体压力升高，形成,二. 爆轰的特点,1. 速度快超音速，约2000m/s,1. 泻压装置失效,2. 波速与混气比例有关3.压力很高，约1520个大气压，拐弯处会形成反射增压现象,2. 易造成设备爆裂。,三. 爆轰的破坏作用,四. 爆轰的预防 1.安装阻火器 2.铺设管道时，经一定距离后有意增大管径,二. 爆轰的特点1. 速度快超音速，约2000m/s1.,5 气体爆轰,1.何谓气体的爆轰,2.爆轰发生过程 燃气活塞、压缩波、激波、爆轰,3. 爆轰的破坏特

12、点 速度快、压力高,爆轰的预防 阻火器、增大管径,5 气体爆轰1.何谓气体的爆轰2.爆轰发生过程3.,7 气体爆炸的预防,讨论：预防气体爆炸的方法有哪些？,7 气体爆炸的预防讨论：预防气体爆炸的方法有哪些？,一. 预防气体爆炸的原则,1. 严格控制火源,2. 防止形成爆炸性预混气体,设置泻压装置,3.切断爆炸传播途径,一. 预防气体爆炸的原则1. 严格控制火源2. 防止形成爆炸,7 气体爆炸的预防,1.何谓气体的爆轰,2.爆轰发生过程 燃气活塞、压缩波、激波、爆轰,3. 爆轰的破坏特点 速度快、压力高,爆轰的预防 阻火器、增大管径,7 气体爆炸的预防1.何谓气体的爆轰2.爆轰发生过,第四章 可

13、燃气体的燃烧,一、预混气体中火焰的传播理论二、层流预混气中正常火焰的传播速度三、可燃气体爆炸四、可燃气体的爆炸极限五、爆轰六、气体爆炸的预防七、湍流燃烧和扩散燃烧,第四章 可燃气体的燃烧一、预混气体中火焰的传播理论,第六节 气体爆炸的预防,预防原则 1.严格控制火源 2.防止形成爆炸性混合气体 3.切断爆炸传播途径 及时泄压，防止爆炸范围扩大和爆炸压力升高,第六节 气体爆炸的预防预防原则,1.严格控制火源,1.严格控制火源火源类型产生原因典型火灾案例明火源电焊、气,2.防止形成爆炸性混合气体,管道、设备严格密封，设置监测装置通风良好惰气保护,2.防止形成爆炸性混合气体管道、设备严格密封，设置监

14、测装置,对乙烷用氮气保护，氧含量临界值为11%，设备内原有空气100m3，求 ： 1.纯氮气需要量？ 2.若加入氮气中含有6%的氧气，则需要该种氮气量为多少？,对乙烷用氮气保护，氧含量临界值为11%，设备内原有空气100,3.切断爆炸传播途径,1.安全水封有几种？它们是利用什么原理阻止火焰蔓延的？2.使用安全水封要注意那些问题？3.阻火器的阻火原理是什么？ 常见的金属网阻火器有何特点？使用时有何要求？,3.切断爆炸传播途径1.安全水封有几种？它们是利用什么原理,泄压装置,1.常用的泄压装置有哪些？2.安全阀的工作原理是什么？3.爆破片是如何泄压的？ 安全阀和爆破片有何区别？,泄压装置1.常用的

15、泄压装置有哪些？,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧,1.气体或液体的流动状态有几种？2.何谓层流？何谓湍流？二者有何区别？3.湍流的本质是什么？ 与层流燃烧相比，湍流燃烧有何特点？为什么？5.湍流燃烧火焰的传播速度与何因素有关？6.何谓扩散燃烧？它与预混燃烧有何区别？7.火焰高度与那些因素有关？它们是如何影响火焰高度的？,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧1.气体或液体的流,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧,一、湍流燃烧（一）、层流与湍流 1.层流：流体质点流动时，各层之间互不相混，互不干扰，各自沿直线向前流动。 2.湍流：流体质点流动时处于完全无规则的乱流状态，甚至出现旋涡 。 3.湍流的本质 流体中各质点速度

16、的大小和方向以及流体内部各处压力随时间不断变化。 脉动：流体质点参数对时间的瞬息变化现象。 湍流燃烧：空气或可燃气的流动呈湍流状态的燃烧,第七节 湍流燃烧和扩散燃烧一、湍流燃烧,（二）、湍流燃烧特点： 1. 比层流火焰短；火焰增厚；发光区模糊，有明显噪声。 2.原因： （1）湍流使火焰面变弯曲，增大了反应面积 （2）湍流加剧了热和自由基的输送速率，因而增大了燃烧速度 （3）湍流缩短混合时间，提高了燃烧速率。,（二）、湍流燃烧特点：,（三）、湍流火焰传播速度（ST） 1. 影响因素；Re；P；T 2. Re对ST的影响,（三）、湍流火焰传播速度（ST）,二、扩散燃烧 （一）扩散燃烧：由扩散过程控

17、制的燃烧 （二）扩散火焰的外形： 1.有扇形和封闭伸长形两种 2.火焰的外形只与供给的空气量有关 （三）扩散火焰横向物质浓度分布 （四）扩散火焰横向温度分布,二、扩散燃烧,火焰锋面,火焰锋面横向物质浓度分布,火焰锋面氧气浓度变化火焰锋面横向物质浓度分布 产物,思考：1.火焰锋面处何种物质浓度为0？A 可燃气 B 燃烧产物 C 氧气 D 氮气2. 可燃气浓度在何处最大？ A 中心线处 B 火焰封面处 C 无穷远处3. 氧气浓度在何处最大？A 中心线处 B 火焰封面处 C 无穷远处 在扩散火焰中，可燃气与氧气的扩散速率（）A 相等 B 等于化学计量比 C 大于化学计量比,思考：,扩散火焰面温度分布

18、,扩散火焰面温度分布T距离 温度变化T0,思考：1.扩散火焰何处温度最高？ A 中心线处 B 火焰封面处 C 无穷远处2.何处温度最低？A 中心线处 B 火焰封面处 C 无穷远处,思考：,三 火焰高度,1.层流扩散火焰高度受哪些因素影响？为什么？2.湍流扩散火焰高度与哪些因素有关？3.如果一摩尔可燃气所需要的氧气的摩尔数越多，其扩散火焰的高度将（） A 升高 B 不变 C 降低 如果环境氧含量越高，可燃气扩散火焰的高度将（） A 升高 B 不变 C 降低,三 火焰高度1.层流扩散火焰高度受哪些因素影响？为什,小结：,1.气体或液体的流动状态有几种？2.何谓层流？何谓湍流？二者有何特点？3.湍流

19、的本质是什么？ 与层流燃烧相比，湍流燃烧有何特点？为什么？5.湍流燃烧火焰的传播速度与何因素有关？6.何谓扩散燃烧？它与预混燃烧有何区别？7.扩散火焰横向物质浓度和温度是如何分布的？8.火焰高度与那些因素有关？它们是如何影响火焰高度的？,小结：1.气体或液体的流动状态有几种？,第四章 可燃气体的燃烧,一、预混气体中火焰的传播理论二、层流预混气中正常火焰的传播速度三、可燃气体爆炸四、可燃气体的爆炸极限五、爆轰六、气体爆炸的预防七、 湍流燃烧和扩散燃烧,第四章 可燃气体的燃烧一、预混气体中火焰的传播理论,第四章 可燃气体的燃烧小结,1.正常火焰传播与爆轰在压力、密度和传播速度上有何区别？2.何谓火

20、焰前沿？它有何特点？3.火焰传播速度是如何定义的？实际火焰传播速度如何计算？ 影响层流火焰传播速度的因素有哪些？它们是如何影响的？5.可燃气爆炸的温度、压力、升压速度、爆炸总能量如何计算？何谓爆炸威力指数？6.何谓可燃气的爆炸极限？可燃气爆炸极限的计算方法分几类？7.爆炸极限的影响因素有哪些？他们是如何影响的？8.了解可燃气的爆炸极限有何意义？9.何谓分解爆炸？它的条件是什么？10.何谓爆轰？爆轰是在什么条件下发生的？它有何危害？如何预防？,第四章 可燃气体的燃烧小结1.正常火焰传播与爆轰在压力,11.爆轰波的波速有多大？其压力一般在什么范围？12.防止可燃气爆炸的原则是什么？13.防止可燃气与空气形成爆炸性预混气的方法有哪些？1 采用惰气保护是一种常用的方法，其计算公式有那几个？15.切断爆炸传播途径的方法有哪些？16.应用安全水封和阻火器的应注意哪些问题？17.常用的泄压装置有哪些？各有什么什么特点？18.何谓湍流燃烧？湍流燃烧有何特点？为什么？19.湍流燃烧火焰传播速度受那些因素影响？20.何谓扩散燃烧？其火焰横向物质浓度、温度是如何分布的？21.火焰的高度与哪些因素有关？可燃气与氧的化学计量比及环境中氧含量对火焰高度有何影响？,11.爆轰波的波速有多大？其压力一般在什么范围？,50,Thank you!,50Thank you!,