预混燃烧燃烧过程

预混可燃气体的燃烧是典型的预混燃烧。预混可燃气体由着火开始进一步发展，使化学反应加剧，并出现火焰，该火焰首先发生在局部，然后向其余未燃气体中传播，直到燃烧结束，其传播速度称为火焰传播速度，也称为预混可燃气体的燃烧速度。因此，预混可燃气体的燃烧火焰处于运动传播之中，只有满足一定条件时，火焰才处于稳定平衡状态(动态平衡)。当流动达到湍流时，燃烧火焰表现的特点与层流火焰不同，其火焰锋不再平滑有序，属于湍流预混火焰。

预混燃烧过程中要处理的一次污染物包括氮氧化物、一氧化碳、未燃尽和部分燃烧的碳氢化合物以及碳烟。硫氧化物的排放量与燃料中的含硫量有着定量关系。由于几乎所有的预混燃烧应用的燃料都是含硫较低的，所以SO₂和SO₃的排放在这样的系统中经常不予考虑。天然气只含有痕量的H₂S和其他化合物的硫。而汽油中也只含质量分数不到80×10^-6的硫。而对于燃煤或低质油的非预混燃烧系统，SO₂和SO₃是主要的污染物。

燃烧方式有：

(1)余气系数>1，均相预混贫燃料燃烧。

(2)余气系数<1，均相预混富燃料燃烧。

燃烧特点是预混燃烧的火焰以湍流方式传播，燃烧速度取决于化学反应的速度，火焰面的温度取决于燃料空气掺混比。

优点：通过控制掺混比，可以使得燃烧温度低于理论燃烧温度，也低于或略高于热力氮氧化物生成的起始温度，可以降低氮氧化物的生成量。

缺点：可燃气体稀薄，燃烧温度低，低负荷时容易熄火，可能造成一氧化碳排放量增大。

(1)合理选择掺混比，使火焰面的温度达到1700～1800℃，即可以兼顾低氮燃烧的要求，也兼顾稳定燃烧的要求。

(2)采用燃料空气供应量恒定的扩散燃烧喷嘴作为稳定的点火源，保持一小股扩散火焰，在低负荷时采用扩散燃烧。

(3)采用可调节的空气旁路，负荷变化时，通过改变空气量实现掺混比的优化。

(4)分级方式来组织燃料燃烧，当负荷变化时，改变参与燃烧的级数来实现掺混比的优化。分级燃烧分为串联和并联两种方式。

1、燃烧器可分为：预混烧嘴，内混烧嘴和部分预混烧嘴

2、预混系统的作用：在烧嘴和点火点之前完成一次空气和气体燃料的混合。

也就是说，空气和燃气在进入烧嘴之前已经混合成为可燃气体。

3、预混合气的流量应考虑以下因素：

a.可燃性气体与空气混合物的着火极限

b.火焰传播速度

c.混合压力

d.调节比

4、保证完全预混式燃烧的条件：

燃气和空气在着火前预先按照化学当量比混合均匀设置专门的火道，使燃烧区内保持稳定的高温在以上条件下，燃气-空气混合物到达燃烧区后能在瞬间燃烧完毕。火焰很短，甚至看不到，所以又称为无焰燃烧。

5、预混系统的优点：

形成短火焰，火焰温度高，延展性好，使用集中的预混合系统可简化燃烧系统的管路。

6、预混系统的缺点：

存在回火的可能性，调节比有限，空气/燃料比受限，难于应用在燃油烧嘴上。2100433B

由于燃料和空气未预混，故允许将两者预热至较高的温度 (不受着火温度限制)，以便充分利用废气余热，并可 使低发热量燃料也能达到较高的燃烧温度。

非预混燃烧具有稳定燃烧范围(指燃料空气比的变化范围) 宽和不会产生回火等优点，因此在燃烧设备中常采用非预混燃烧。

非预混燃烧具有以下两个特点：(1)由于是边混合边燃烧，故燃烧火焰长度较长；(2)在空气供应不足或与燃 料混合欠佳时，一些尚未进入火焰前锋的燃料因受热会分解产生碳粒和难于燃烧的重质碳氢化合物，这将造成不完全燃烧。此外，常把气体燃料的非预混燃烧称作“有焰燃烧”。

而预混燃烧在充满预混合气的燃烧设备内，通常是在某一局部区域首先着火，接着形成一层相当薄的高温燃烧区，靠它帮助使邻近的预混合气引燃，逐渐把燃烧扩展到整个混合气范围。这层高温燃烧区如同一个分界面，把燃烧完的已燃气体（燃烧产物）和尚未进行燃烧的未燃混合气分隔开来。在它的前方是未燃的混合气，而在它的后方是已燃的燃烧产物。随时间推移，火焰面在预混合气中不断向前扩展，呈现出火焰传播的现象

在着火以后随着温度增加，燃烧速率猛烈增加，并大大超过了可燃混合气的形成速率。此后，由于滞燃期内形成的可燃混合气耗尽，燃烧速率迅速下降，形成一个锐峰，不易辨认其与后继燃烧阶段的分界。

技术名称：全预混燃气燃烧技术

适用范围：通用于工业燃烧加热工序

与该节能技术相关生产环节的能耗现状：素烧窑流量改造前天然气平均流量为2516 m3/h。

非预混燃烧现象广泛存在于液体火箭发动机等液体推进剂喷雾燃烧、战术导弹等固体药柱燃面退移燃烧领域。有限速率化学反应动力学模型的各种数值算法。

火焰面方法是求解非预混燃烧最有效的手段之一。

火焰面方法仅需求解流动控制方程和一个混合分数传输方程， 然后根据各网格点的混合分数分布及火焰面方程预先生成的火焰面库， 插值得出流场的组分及温度分布。该方法略去了燃烧流场控制方程中含刚性化学源项的组分及能量方程， 减少了控制方程数量， 并有效避免了流场与化学反应的耦合， 现已成为最有效的非预混燃烧数值计算方法。