（二）混合气体的燃烧与爆炸
燃烧与爆炸的区别
上 限 ： 只 着 不 炸
下 限 ： 不 着 不 炸
• 注:
(1) 可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分 别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着火下限 和着火上限。 (2) 在低于爆炸下限时不爆炸也不着火；在高于爆炸上限不 会发生爆炸，但会着火。 (3) 这是由于前者的可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用， 阻止了火焰的蔓延；而后者则是空气不足，导致火焰不能 蔓延的缘故。 (4) 当可燃物的浓度大致相当于反应当量浓度时，具有最大 的爆炸威力(即根据完全燃烧反应方程式计算的浓度比例)。
温度和时间对可燃组分氧化速率的影响
• 3．湍流混合对于热力燃烧的影响 任何一种化学反应，反应能够发生的前提条件是 反应的分子间首先要发生碰撞。不能发生碰撞的 分子之间自然不会发生反应。湍流混合的目的， 实际上就是要增大可燃组分的分子与氧分子或自 由基的碰撞机会，使其处于分子接触的水平，以 保证所要求的销毁率。否则，即使有足够的反应 温度和驻留时间，但由于没有足够的碰撞机会， 照样不会达到预期的销毁率。
第三节 热力燃烧炉
• 下图为热力燃烧典型的工业装置。从图中可以看 出，一个热力燃烧装置主要由两部分组成：燃烧 器，其作用是燃烧辅助燃料以产生高温燃气；燃 烧室，其作用是保证废气和高温燃气充分混合并 反应的空间。针对不同的要求和火焰燃烧的情况， 燃烧器和燃烧室有各种不同的结构。
• 一、配焰式燃烧系统 图为配焰式燃烧器系统，其工艺特点是：燃烧器 将火焰配布成为许多布点成线的小火焰，废气从 火焰周围流过去，迅速达到湍流混合。因此可以 看出，该种燃烧有火焰分散、混合程度高、燃烧 净化效率高等特点。
使用离焰燃烧器的燃烧炉
油气两用燃烧器
创新的燃烧系统
燃烧过程中火焰喷射产生的抽力将 废气引入，然后在联管处充分混合， 克服了混合速度慢的问题。 让废气与火焰径向进入燃烧室， 增强横向混合速度，利用这一点 改善混合情况
在燃烧室内设置挡板 增加湍流强度，提高 混合速度。但要注意 正确放置挡板。否则 不仅不能改善混合情 况，还会造成死角， 恶化混合情况，降低 燃烧室的有效体积， 减少驻留时间。
2．自由基连锁反应理论 该种理论认为：在燃烧室中，火焰之所以能够进行很 快的氧化反应，就是因为火焰中存在着大量活性很大的自 由基。由于自由基是具有不饱和价的自由原子或原子团， 极易同其他的原子或自由基发生连续的连锁反应，而使得 火焰得以传播。
的 历 年 程 西 如 里 下 和 鲍 曼 提 出 甲 烷 燃 烧 反 应 : 1970
第三节 热力燃烧炉
• 1 结构组成 • 燃烧器：燃烧辅助燃料以产生高温燃气 • 燃烧室：保证废气和高温燃气充分混合并 反应的空间 • 热量回收与排烟装置： • 工艺流程图：
配焰式燃烧系统（分类、优缺点、设计问题？）
典型热力燃烧系统
离焰式燃烧系统（分类、优缺点、设计问题？）
• • • •
典型热力燃烧系统 （1）配焰式燃烧系统 工艺特点： 燃烧器将火焰配布成为许多布点成线的小火焰， 废气从火焰周围流过，迅速达到湍流混合。 • 优点：火焰分散，混合程度高、净化效率高等特 点。 • 缺点：但是当废气贫氧，废气中含有易沉积的油 焦或颗粒物。 • 不适用于辅助燃料为油料的情况。
有害气体的燃烧净化
1、有哪些有害物质可以用燃烧 法来处理？ 2、燃烧法有几种？其条件和设 备分别是什么？
有害气体的燃烧 净化
直接燃烧法 (条件、设备）
热力燃烧法 （条件）
催化燃烧法 （条件、催化剂）
有害气体的燃烧净化的特点
（1）有害废气当作燃料直接烧掉 （2）有害废气中可燃组分含量高3347．2kJ／m3 （3）可燃组分浓度低的有害气体 （1）可燃的有害气体的浓度提高到反应温度 （2）可燃有机质含量较低的废气的净化处理，热
这种系统都不适用 以下情况： 1、当废气贫氧； 2、废气中含有易沉积的 油焦或颗粒物； 3、辅助燃料为油料时； 4、有增加熄火趋势，要 注意解决。
• （二）设计问题 • 为了适应配焰燃烧器的结构原理，解决旁 通废气混合的问题，需要考虑燃烧器的安 装方位、燃烧室截面积和挡板等问题。
• (1)燃烧器的安装方位 • 为保证温度分布均匀，反应完全，燃烧器 应安置在断面流速尽可能分布均匀的端处， 而不要放置在涡流地带。
燃烧是可燃物跟助燃物（氧化剂）发生的一种发光发热的剧烈的氧化反应. 燃烧的必要条件是可燃物、助燃剂、着火能源三者缺一不可。 燃烧的充分条件是： 1、可燃物与助燃物达到一定比例 2、助燃物达到一定浓度 （空气中氧气浓度低于14%，在常压下不起燃） 3、超过最小点火能或超过一定强度的升温明火 源 4证足够的湍流程度，应满足： • 矩形截面时： Q标 D当
• 圆形截面时：
A Q标 10.8
D
8.5
• 式中 Q标——总体积流量； • D当——当量直径； • D——直径； • A——截面积。
• (3)燃烧室内设置挡板 由于燃烧室的边壁效应或 燃烧器的结构形式，都有可能产生局部混合不好， 为避免这种现象，应在火焰冲击范围以外装设挡 板，以提高湍流混合的程度。 表反映了有无挡板之间的差别。
(二)成功应用的领域 1、排烟脱硫 2、固定发生源烃类净化催化剂 3、氮氧化物催化剂 4、恶臭物质净化催化剂 5、汽车排气净化催化剂
• 二、催化燃烧原理 催化燃烧是借助催化剂在低温下(200～ 400℃)下，实现对有机物的完全氧化，因 此，能耗少，操作简便，安全，净化效率 高，在有机废气特别是回收价值不大的有 机废气净化方面，比如化工，喷漆、绝缘 材料、漆包线、涂料生产等行业应用较广， 已有不少定型设备可供选用。
• 如果废气含有足够的氧，应用一部分废气助燃辅 助燃料，以降低辅助燃料的消耗。 • 在供氧充分的情况下反应温度、停留时间和湍流 混合等三个要素，即温度（Temperature）、时 间（Time）、湍流（Turbulent）的“三T”条件， 为热力燃烧完全的必要条件。 • 热力燃烧可用于净化各种可燃气体。能否燃烧完 全的必要条件，热力燃烧可用于净化各种可燃气 体。能否充分回收余热，往往决定该法的实用价 值。
• 爆炸极限的表示 • 爆炸极限的单位气体 • 爆炸极限的单位气体或蒸气的爆炸极限的 单位，是以在混合物中所占体积的百分比 (％)来表示的，如氢与空气混合物的爆炸极 限为4％～75％。 可燃粉尘的爆炸极限是以混合物中所占体积 的质量比g／m3来表示的，例如铝粉的爆炸 极限为40g／m3。
• 注: (1)当燃烧过程中放出的热量不足以使周围的气体达到燃烧 所需要的温度，火焰自然不能向外传播； (2)当助燃废气中的含氧量不足，燃烧过程难以进行，火焰 也不能传播出去。 例如：丙烷气体在空气当中很容易燃烧，但在氧和氮各占12 ％和88％的气体中，丙烷燃烧非常困难。 (3)混合气体中可燃组分的浓度与火焰能否传播有着紧密的 联系。浓度过低，燃烧过程不能实现；浓度过高时，由于 没有足够的氧而使得废气不能在正常的着火温度下产生燃 烧反应，因而火焰也得不到传播。 (4)人们将这种能够维持火焰传播的浓度范围称为爆炸极限。 使用燃烧法处理各种有机废气的过程中，爆炸极限的范围 是至关重要的。
• • • •
设计问题 配焰式燃烧室 燃烧器的安装位置 燃烧器应安装在断面流速尽可能分布均匀的 端处，而不要放置在涡流地带 • 燃烧室内设挡板的问题 • 燃烧室截面积
• (2)燃烧室截面积 为保证足够的湍流程度，应满足： • 矩形截面时：
• 圆形截面时： • 式中 Q标——总体积流量； • D当——当量直径； • D——直径； • A——截面积。
第四节 催化燃烧原理
一、概述 催化技术在化学工业、石化工业、食品工 业等行业得到广泛应用，在化学工业中催 化过程占全部化学过程的80%以上，随着 环境污染的加剧以及环境保护的要求，催 化技术在废气净化工程中也得到广泛应用。
（一）环保催化剂的一般要求 1、极高的净化效率 2、处理量大 3、抗毒能力强、化学稳定性高、选择性好 4、高强度、高稳定性 5、净化设备结构简单、投资低 6、要求不产生二次污染
值在37．656～753．12kJ／m3 （3）配焰燃烧炉和离焰燃烧炉（540-820℃）
直接燃烧法
热力燃烧法
（1）利用催化剂使可燃的有害气体在较低温度下
催化燃烧法
进行氧化分解
（2）立式和卧式催化燃烧炉，炉中设有催化剂床 层和预热燃烧器（ 300-450 ℃）
第二节 热力燃烧原理
• 一有关燃烧的几个概念 • （一）燃烧与热力燃烧
（二）热力燃烧的条件
• • • • •
4）热力燃烧的“三T”条件 含义： 反应温度——Reaction Temperature 驻留时间——Residential Time 湍流混合——Turbulence Mix
• 2．驻留时间对热力燃烧的影响 • 任何化学反应(燃烧也是一种化学反应)都要 经历一定的时间，可燃组分的销毁也是一样。尽 管反应绝不会达到100％的完全程度，但如果反应 时间充分，那么不完全反应程度是微不足道的。 这个时间是指反应物以某种形式进行混合后在一 定温度下所维持的时间。就燃烧反应时间而言， 其变化范围在小于1／10s至几秒之间，因反应温 度和反应物混合程度而异。从图可以看出，当反 应温度为648．9℃时，驻留时间为0．001s，销毁 率为10％；驻留时间0．1s时，销毁率一下子上升 到88％。由此可见，驻留时间对热力燃烧的效果 影响很大。
• 配焰式燃烧器 • 分类：根据燃烧结构的不同，该种形式的 燃烧器分为：火焰成线式燃烧器、多烧嘴 式燃烧器、隔栅式燃烧器。
• 多烧嘴式：辅助 燃料从从后面引 入，废气分为两 路，助燃气体和 旁通气体的量通 过调节d的大小 来控制。 助燃 效果好，与火焰 成线式相比，不 易熄火，但是湍 流混合效果 不 够理想。解决办 法：增设挡板。
• 从以上的这个历程中可以看出，由于火焰的存在，使得自 由基大量产生，所产生的自由基加速了废气中可燃组分的 销毁速度。在以上的这些自由基中，O H 是一个很重要的 自由基，它主要靠水分在火焰中解离而产生。在热力燃烧 的过程中，CO O2 CO2 O 的速度往往很慢，但如在混合 气体中存在着OH，则其反应为 CO O H CO H 2 • 的速度远远大于前一个反应，从而使得对人体危害严重的 CO很快销毁了。