崔宏波

(內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010020)

關(guān)于內(nèi)燃機(jī)熱力燃燒的理論研究

崔宏波

(內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010020)

能源是人類賴以生存和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)之。能源的種類很多．但目前主要使用的是礦物能源。礦物能源是一種不可再生的能源。內(nèi)燃機(jī)熱力燃燒與排放性能與它所使用的燃料組成成分和燃料性質(zhì)的關(guān)系十分密切。

內(nèi)燃機(jī)熱力燃燒與排放性能 燃料組成成分 燃料性質(zhì) 關(guān)系密切

1 燃料的種類

1.1 氣體燃料

氣體燃料最重要的性能參數(shù)為：燃料成分、密度和熱值。(表1)式中：LHV、HHV——分別為低熱值和高熱值，kJ/kg ；

nH2o，nf——分別為水和燃料的物質(zhì)的量，kmol

nfg——水在25℃時(shí)的蒸發(fā)潛熱，2440kJ/kg 。

常用氣體燃料的熱值如表2。①在103kPa和4℃條件下。

1.2 液體燃料

在車用內(nèi)燃機(jī)中，主要使用的液體燃料是汽油、輕柴油以及僅有少量使用的代用燃料甲醇和乙醇等。

2 熱力燃燒機(jī)理

熱力燃燒一般用于處理廢氣中含可燃組分濃度較低的情況。它和直接燃燒的區(qū)別就在于直接燃燒的廢氣由于本身含有較高濃度的可燃組分，它可以直接在空氣中燃燒。熱力燃燒則不同，廢氣中可燃組分的濃度很低，燃燒過(guò)程中所放出的熱量不足以滿足燃燒過(guò)程所需的熱量。因此，廢氣本身不能作為燃料，只能作為輔助燃料燃燒過(guò)程中的助燃?xì)怏w，在輔助燃料燃燒的過(guò)程中，將廢氣中的可燃組分銷毀。與直接燃燒相比，熱力燃燒所需要的溫度一般較低，通常為540～820℃。

表1 氣體燃料的成分

表2 常用氣體燃料的熱值

2.1 火焰?zhèn)鞑ダ碚?/p>

在熱力燃燒過(guò)程中，一般認(rèn)為，只有燃燒室的溫度維持在760～820℃，駐留時(shí)間為0.5s時(shí)，有機(jī)物的燃燒才能比較完全。而達(dá)到這個(gè)溫度范圍是依靠火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.2 混合氣體的爆炸極限

燃燒本身是伴有光和熱產(chǎn)生的劇烈的氧化反應(yīng)，為了使這種氧化反應(yīng)能夠在燃燒室的每一點(diǎn)進(jìn)行徹底，混合氣體中可燃組分的濃度必須在一定的濃度范圍之內(nèi)，以形成火焰，維持燃燒，在一個(gè)有限的空間內(nèi)形成氣體爆炸。將這一濃度范圍的下限稱為爆炸下限、上限稱為爆炸上限。

2.3 熱力燃燒機(jī)理

熱力燃燒的機(jī)理大致可以分為以下三個(gè)步驟。

(1)輔助燃料的燃燒——提高熱量；(2)廢氣與高溫燃?xì)饣旌稀_(dá)到反應(yīng)溫度；(3)廢氣中可燃組分氧化反應(yīng)——保證廢氣于反應(yīng)溫度時(shí)所需要的駐留時(shí)間。

2.4 熱力燃燒的“三T”條件

“三T”條件指的是反應(yīng)溫度(Reaction Temperature)、駐留時(shí)間(Residential Time)、湍流混合(Turbulence Mix)。掌握“三T”條件對(duì)于熱力燃燒的過(guò)程是至關(guān)重要的。

2.4.1 反應(yīng)溫度對(duì)熱力燃燒的影響

這里所指的反應(yīng)溫度并不是反應(yīng)可以進(jìn)行的溫度，而是反應(yīng)速度可達(dá)到要求時(shí)的溫度。

2.4.2 駐留時(shí)間對(duì)熱力燃燒的影響

任何化學(xué)反應(yīng)(燃燒也是一種化學(xué)反應(yīng))都要經(jīng)歷一定的時(shí)間，可燃組分的銷毀也是一樣。盡管反應(yīng)絕不會(huì)達(dá)到100%的完全程度，但如果反應(yīng)時(shí)間充分，那么不完全反應(yīng)程度是微不足道的。這個(gè)時(shí)間是指反應(yīng)物以某種形式進(jìn)行混合后在一定溫度下所維持的時(shí)間。

2.4.3 湍流混合對(duì)于熱力燃燒的影響

任何一種化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)能夠發(fā)生的前提條件是反應(yīng)的分子間首先要發(fā)生碰撞。不能發(fā)生碰撞的分子之間自然不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。湍流混合的目的，實(shí)際上就是要增大可燃組分的分子與氧分子或自由基的碰撞機(jī)會(huì)，使其處于分子接觸的水平，以保證所要求的銷毀率。否則，即使有足夠的反應(yīng)溫度和駐留時(shí)間，但由于沒(méi)有足夠的碰撞機(jī)會(huì)，照樣不會(huì)達(dá)到預(yù)期的銷毀率。

崔宏波,出生年月:1975年8月16日,性別:女,研究方向:能源與動(dòng)力工程、燃?xì)?職稱:副教授。