關于內燃機熱力燃燒的理論研究

崔宏波

(內蒙古建筑職業技術學院,內蒙古呼和浩特 010020)

關于內燃機熱力燃燒的理論研究

崔宏波

(內蒙古建筑職業技術學院,內蒙古呼和浩特 010020)

能源是人類賴以生存和實現可持續發展的基礎之。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。內燃機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的關系十分密切。

內燃機熱力燃燒與排放性能 燃料組成成分 燃料性質 關系密切

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的量，kmol

nfg——水在25℃時的蒸發潛熱，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

在車用內燃機中，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，燃燒過程中所放出的熱量不足以滿足燃燒過程所需的熱量。因此，廢氣本身不能作為燃料，只能作為輔助燃料燃燒過程中的助燃氣體，在輔助燃料燃燒的過程中，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 火焰傳播理論

在熱力燃燒過程中，一般認為，只有燃燒室的溫度維持在760～820℃，駐留時間為0.5s時，有機物的燃燒才能比較完全。而達到這個溫度范圍是依靠火焰傳播過程來實現的。

2.2 混合氣體的爆炸極限

燃燒本身是伴有光和熱產生的劇烈的氧化反應，為了使這種氧化反應能夠在燃燒室的每一點進行徹底，混合氣體中可燃組分的濃度必須在一定的濃度范圍之內，以形成火焰，維持燃燒，在一個有限的空間內形成氣體爆炸。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 熱力燃燒機理

熱力燃燒的機理大致可以分為以下三個步驟。

(1)輔助燃料的燃燒——提高熱量；(2)廢氣與高溫燃氣混合——達到反應溫度；(3)廢氣中可燃組分氧化反應——保證廢氣于反應溫度時所需要的駐留時間。

2.4 熱力燃燒的“三T”條件

“三T”條件指的是反應溫度(Reaction Temperature)、駐留時間(Residential Time)、湍流混合(Turbulence Mix)。掌握“三T”條件對于熱力燃燒的過程是至關重要的。

2.4.1 反應溫度對熱力燃燒的影響

這里所指的反應溫度并不是反應可以進行的溫度，而是反應速度可達到要求時的溫度。

2.4.2 駐留時間對熱力燃燒的影響

任何化學反應(燃燒也是一種化學反應)都要經歷一定的時間，可燃組分的銷毀也是一樣。盡管反應絕不會達到100%的完全程度，但如果反應時間充分，那么不完全反應程度是微不足道的。這個時間是指反應物以某種形式進行混合后在一定溫度下所維持的時間。

2.4.3 湍流混合對于熱力燃燒的影響

任何一種化學反應，反應能夠發生的前提條件是反應的分子間首先要發生碰撞。不能發生碰撞的分子之間自然不會發生反應。湍流混合的目的，實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會，使其處于分子接觸的水平，以保證所要求的銷毀率。否則，即使有足夠的反應溫度和駐留時間，但由于沒有足夠的碰撞機會，照樣不會達到預期的銷毀率。

崔宏波,出生年月:1975年8月16日,性別:女,研究方向:能源與動力工程、燃氣,職稱:副教授。