燃燒

即可燃物開始燃燒。可燃物必須有一定的起始能量，達(dá)到一定的溫度和濃度，才能產(chǎn)生足夠快的反應(yīng)速度而著火。大多數(shù)均相可燃?xì)怏w的燃燒是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，活性屮間物的濃度 在其中起主要作用。如果鏈產(chǎn)生速度超過鏈中止速度，則活性中間物濃度將不斷增加，經(jīng)過一段時間的積累(誘導(dǎo)期)就自動著火或爆炸。著火溫度除與可燃混合物的特性有關(guān)外，還與周圍環(huán)境的溫度、壓力，反應(yīng)容器的形狀、尺寸等向外散熱的條件有關(guān)。當(dāng)氧化釋放的熱量超過系統(tǒng)散失的熱量時，燃料就會快速升溫而著火。這種同流動和傳熱有密切聯(lián)系的著火稱為熱力著火，它是多數(shù)燃料在燃燒設(shè)備內(nèi)所經(jīng)歷的著火過程。在燃料的活性較強、燃燒系統(tǒng)內(nèi)壓力較高和散熱較少的情況下，燃料的熱力著火溫度會變得低一些。在一定壓力下，可燃物有著火濃度的低限和高限，在這個范圍以外，不管溫度多高都不能著火。在大氣壓力下,某些可燃?xì)怏w在空氣中的著火性質(zhì)如附表所示。

工程中使用得較為普遍的著火方法是強迫著火，它是用外部能源或熾熱物體如電火花、引燃火炬、高溫?zé)煔饣亓鞯赛c燃冷的可燃物。在點燃部位首先出現(xiàn)火焰，然后通過湍流混合和傳熱,火焰鋒面逐漸擴展到整個可燃物。 強迫著火是由點火源向周圍可燃?xì)怏w加熱，因此點燃溫度要高于可燃物的自燃溫度。

激烈進行發(fā)光、放熱反應(yīng)的界面或空間稱為火焰，其亮度取決于可燃物的性質(zhì)。熾熱的煙氣發(fā)光較弱，形成白色火焰。如果燃燒區(qū)內(nèi)有固體微粒(如碳黑)，就會出現(xiàn)發(fā)光強烈的火焰。

火焰鋒面在可燃混合物中的傳播形成燃燒波。燃燒 波的傳播有兩種方式:一種為正常燃燒，是通過熱量傳遞使未燃?xì)怏w溫度升高而引起燃燒，或由于活性中間物質(zhì)擴散到未燃?xì)怏w中引起反應(yīng)而燃燒。正常燃燒典型的火 焰速度約50厘米/秒，常壓下火焰厚度為數(shù)毫米，燃燒在燃燒波內(nèi)完成。通常的燃燒設(shè)備和噴氣發(fā)動機內(nèi)的燃燒即屬此類。另一類為爆震(又稱爆轟),是靠極薄的激波 傳播的，波面兩側(cè)壓力和溫度可相差十倍，甚至更多，使可燃物在激波后的燃燒區(qū)迅速完成反應(yīng)。爆震的傳播速 度可達(dá)每秒2?5千米（氣體爆炸物）或8?9千米(固體和液體爆炸物），因而具有很強的破壞力。在正常燃燒中通常遇到的火焰有：

預(yù)混火焰 可燃?xì)怏w和空氣或氧氣按化學(xué)當(dāng)量比預(yù)先混合后燃燒時所形成的火焰，又稱動力燃燒火焰。化學(xué)反應(yīng)局限在很窄的火焰鋒面內(nèi)，以一定的速度向可燃?xì)怏w傳播?；鹧驿h面位移的法向速度稱為正?；鹧?zhèn)鞑ニ?度υ_n(厘米/秒），可表示為：

式中

層流火焰 靜止或處于層流運動的可燃混合物燃燒 時形成的火焰。它以正常速度擴展，火焰鋒面光滑而明顯，可燃?xì)怏w在鋒面各點的法向分速均等于正?；鹧?zhèn)鞑ニ俣龋ㄒ妶D)。

層流火焰和湍流火焰 左邊為長時間曝光照片 右邊為紋影照片 上部為層流火焰 下部為湍流火焰

湍流火焰 可燃混合物達(dá)到湍流工況后燃燒時所形成的火焰。工業(yè)上應(yīng)用的大都是使可燃混合物從噴嘴流出的速度達(dá)到湍流工況后燃燒所形成的火焰。由于氣流的脈動，湍流火焰鋒面厚度比層流火焰大得多(見圖，下 左為長時間曝光照片)。當(dāng)氣流脈動速度不大且脈動微團的平均尺寸小于層流火焰鋒面厚度(通常為0.01 ?1.0毫米）時，稱為小尺度湍流火焰(雷諾數(shù)為2300～6 000) ；這時火焰鋒面呈波紋狀（見圖，下右紋影照片），用湍流的物性參量代人層流火焰擴展的理論公式即可求解。當(dāng)氣流脈動速度不太大，但脈動微團的平均尺寸大于層流火焰鋒面厚度時，稱為大尺度端流火焰(雷諾數(shù)≥6000)；此時火墻鋒面彎曲得很利害，使反應(yīng)表面積大增。根據(jù)湍流火焰?zhèn)鞑サ睦碚摚紵俣群突鹧娴匿h面面積成比例，故湍流燃燒速度比層流燃燒速度大得多。如果雷諾數(shù)更高，氣流脈動和湍流微團尺寸都很大，火焰鋒面就被撕得四分五裂，不再以連續(xù)面出現(xiàn)。部分被撕裂的可燃物火焰鋒面和高溫?zé)煔夂喜⒌叫滦纬傻奈F內(nèi)，使微團內(nèi)也出現(xiàn)燃燒，這是湍流容積燃燒理論的設(shè)想。此時燃燒速度和氣流脈動速度成比例。但實驗發(fā)現(xiàn)湍流燃燒速度往往要比氣流脈動速度大好幾倍，這是因為在火焰鋒面中溫度劇增，氣流膨脹和可燃物濃度降低導(dǎo)致火焰鋒面內(nèi)產(chǎn)生很大的速度、溫度和濃度梯度，從而使脈動速度顯著增加，使燃燒速度也相應(yīng)增加。不過總的說來，湍流燃燒理論還不夠成熟。湍流燃燒速度ut (米/秒)主要通過實驗來確定，通常可表為；

式中為氣流脈動速度；A、B、m、n為實驗常數(shù)，對常見的可燃?xì)怏w，A→0，B=2.5～5. 3，m=1. 0～0. 8，n=0～0.2。

擴散火餡 未經(jīng)預(yù)先混合的可燃物和氧氣（或空氣）燃燒時形成的火焰。這種火焰鋒面把可燃物和氧氣分隔開，兩者均需依靠濃度梯度向火焰鋒面進行分子擴散和湍流擴散（見擴散），因此火焰的形狀和燃燒的速度主要取決于可燃物和氧的熱量、質(zhì)量交換和混合的速度，而不是化學(xué)反應(yīng)速度。擴散火焰可分為均相和非均相兩類；前者如氣體燃料的擴散燃燒形成的火焰，后者如固體或液體燃料的燃燒形成的火焰。固體燃料燃燒時，往往要經(jīng)歷預(yù)熱、干燥、揮發(fā)成分的析出和著火、焦炭的著火和燃燒等階段。這些階段互有重疊，其中以焦炭燃燒所需時間為最長。溫度較低時，對燃燒速度起決定作用的是化學(xué)反應(yīng)速度；當(dāng)溫度足夠高、化學(xué)反應(yīng)速度已很快時，燃燒速度便取決于氧向固體燃料表面的擴散速度和燃燒產(chǎn)物的離去速度。焦炭燃燒時的生成物CO和CO₂在擴散離去時還可能產(chǎn)生二次反應(yīng)。

故只有溫度較低時，氧才有可能擴散到焦炭表而，而在溫度較高時，氧在擴散途中就與CO反應(yīng)而被消耗殆盡。同時高濃度的CO₂反而向焦炭表面擴散，進行二次反應(yīng)。液體燃料的燃燒也靠擴散，但對于輕質(zhì)燃料，液滴表面只有蒸發(fā)而無反應(yīng)，因為它的沸騰溫度低于著火溫度。對于重質(zhì)燃料，沸程寬，在液滴內(nèi)便進行裂解，產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在向外擴散過程中進行燃燒。直徑為如d0（厘米）的煤?；蛴偷稳紵钑r間t₀（秒）可用下述經(jīng)驗公式表達(dá)：

式中K為由燃料特性、流動工況、爐溫所決定的經(jīng)驗常數(shù)（秒/厘米）；n為常數(shù)。理論值n=2；實驗值n=1.5～2.0。

火焰的穩(wěn)定 為使燃燒持續(xù)，火焰鋒面需穩(wěn)定在某一位置上，其必要條件是可燃物向鋒面流動的速度等于火焰鋒面向可燃物擴展的速度?？扇嘉锪魉偃绻哂诤笳?，火焰即被吹脫，此時的速度稱為吹脫速度。由于工業(yè)燃燒裝置中可燃物的流速大大高于火焰擴展速度，因此大多采用一些流體力學(xué)的手段來穩(wěn)定火焰。常用的方法有：使用引燃火炬，不斷對高速可燃?xì)饬鬟M行點燃；設(shè)計非流線型物體作為穩(wěn)燃器或使用產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)射流的燃燒器，使其后部出現(xiàn)低速的回流區(qū)并吸引高溫燃燒產(chǎn)物回流以穩(wěn)定火焰。

可燃物與氧氣或空氣進行的快速放熱和發(fā)光的氧化反應(yīng)，并以火焰的形式出現(xiàn)。 煤、石油、天然氣的燃燒是國民經(jīng)濟各個部門的主要熱能 動力的來源。近世對能源需求的激增和航天技術(shù)的迅速 發(fā)展，促進了流體力學(xué)，化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)的 結(jié)合，使燃燒學(xué)科有了飛躍的發(fā)展;另一方面以消滅燃燒 為目的的防火技術(shù)的發(fā)展也促進了燃燒理論的研究。

在燃燒過程中，燃料、氧氣和燃燒產(chǎn)物三者之間進行 著動量、熱量和質(zhì)量傳遞，形成火焰這種有多組分濃度梯 度和不等溫兩相流動的復(fù)雜結(jié)構(gòu)?；鹧鎯?nèi)部的這些傳遞 借層流分子轉(zhuǎn)移或湍流微團轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)，工業(yè)燃燒裝置 屮則以湍流微團轉(zhuǎn)移為主。探索燃燒室內(nèi)的速度、濃度、 溫度分布的規(guī)律以及它們之間的相互影響是從流體力學(xué) 角度研究燃燒過程的重要內(nèi)容。由于燃燒過程的復(fù)雜性， 實驗技術(shù)是探討燃燒工程的主要手段。近年來發(fā)展起來 的計算燃燒學(xué)，通過建立燃燒過程的物理模型對動量、能 量、化學(xué)反應(yīng)等微分方程組進行數(shù)值求解，從而使對燃燒設(shè)備內(nèi)的流場、燃料的著火和燃燒傳熱過程、火焰的穩(wěn)定 等工程問題的研充取得明顯的進展。

火床爐最主要的特點就是有爐排，將燃料置于爐排上，保持燃料的均勻、并有一定的厚度層，進行燃燒?；鸫踩紵步袑尤?。

固體燃料最簡便的燃燒方式是火床燃燒。其中以固定床的火床燃燒最為簡易和廣泛。小型的手燒爐就是典型的固定床火床燃燒方式。

在火床燃燒中，絕大部分燃料是在火床上燃燒，只有一小部分細(xì)粒燃料被吹到爐膛空間，形成懸浮燃燒。

固定火床的燃燒過程是沿著燃料層高度進行，上面是剛投入的新燃料，其下為灼熱燃燒的焦炭層，而靠近爐排處則為灰渣層。新燃料（煤）被加入爐內(nèi)后，自上面下依次經(jīng)歷著預(yù)熱、干餾、還原、氧化和成渣等階段，完成整個燃燒過程。的電極（一般放在管線末端）。該系統(tǒng)一般一次投資較小，但需電力費用和要求較多的監(jiān)視、維護。

工業(yè)燃燒器俗稱燒嘴，種類規(guī)格型式很多，有燃油、燃?xì)猓簹猓?、燃煤（煤?水煤漿）幾大類別。應(yīng)用領(lǐng)域很廣，在需要使燃料燃燒以加熱物料或反應(yīng)的工業(yè)場合都需要用燃燒器。

燃燒機又稱一體化燃燒器，以燃油和燃?xì)鉃橹鳌Ｒ话銘?yīng)用在中小型燃料鍋爐、燃料熱風(fēng)機、烘（烤）箱和小型燃料加熱爐上。

工業(yè)燃燒器（燒嘴）增加配置后可實現(xiàn)燃燒機的功能，但燃燒機在很多工業(yè)場合不能滿足燃料燃燒加熱或反應(yīng)的要求。二者的區(qū)別見詞條“燒嘴”。

廣義上來說，民用灶具、打火機、噴燈、發(fā)動機中的噴燃裝置等都屬于民用燃燒器和特種燃燒器的范疇。

burner ：火焰原子化器預(yù)混合型構(gòu)造中的一個部件，又稱燃燒頭。它是火焰燃燒時混合氣體和運輸船狀試樣的噴口，多為單狹縫型，前者用于一氧化二氮-乙炔火焰，后者用于空氣-乙炔火焰。一般采用不銹鋼制作，也有用鋁或黃銅制作的。有單縫（single-slot）與三縫（three-slot）型兩種。原子熒光法采用麥克燃燒器（Meker burner），它是火炬形火焰。分水冷和氣冷兩種。使用后需經(jīng)常以蒸餾水清洗，防止銹蝕和縫隙堵塞。

氧氣助燃燃燒器

國際上先進的燃燒器生產(chǎn)廠商，紛紛開始研發(fā)并大規(guī)模推廣富氧、全氧助燃的燃燒器。

傳統(tǒng)燃燒器都是以空氣作為助燃?xì)怏w，但空氣中氧氣含量很低，只有21%，剩余的部分都是氮氣、二氧化碳等不可燃?xì)怏w，這些氣體在燃燒過程中，不僅不會有助于發(fā)熱，反而會大量的吸熱，并把這些熱量以煙氣的方式帶走，大大影響了燃燒發(fā)熱效率。

而富氧和全氧燃燒器，可以使燃料得到充分的利用，排煙溫度降低，大幅度提高燃燒效率。氧氣助燃燃燒的火焰溫度要比空氣燃燒時高出很多，所以在爐體耐材的選擇上，也同樣有更高的要求。

工業(yè)燃燒器與鍋爐燃燒器的區(qū)分

在美國，工業(yè)燃燒器和鍋爐燃燒器是嚴(yán)格區(qū)分開的。兩者絕對不能互換使用。但是在國內(nèi)，很可惜，由于鍋爐燃燒器價格低廉，工業(yè)燃燒系統(tǒng)價格高，導(dǎo)致經(jīng)常有很多小廠商用鍋爐燃燒器替代工業(yè)燃燒系統(tǒng)。

國內(nèi)燃燒器行業(yè)缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。