《燃料與燃燒》PPT課件.ppt

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1、 l第 一 節(jié) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 燃 料l第 二 節(jié) 代 用 燃 料 及 其 應(yīng) 用l第 三 節(jié) 燃 燒 化 學(xué)l第 四 節(jié) 燃 燒 的 基 本 理 論l作 業(yè) 及 思 考 題 l石 油 燃 料 ( 汽 油 、 柴 油 )煉 制方 法( 補(bǔ) ) : 將 原 油 在 專 用 的 煉 油 塔 (分 餾 塔 )中進(jìn) 行 加 熱 蒸 餾 , 不 同 的 分 餾 溫 度 , 得 到 不 同 成 分 的燃 油 , 最 終 獲 得 的 燃 料 約 占 原 油 的 25 一 40 ; 。: 將 蒸 餾 后 的 重 油 等 一 些 高 分 子 成 分 通 過不 同 的 技 術(shù) 手 段 裂 解 為 分 子 量 較

2、輕 的 成 分 。 其 中 ,通 過 加 溫 加 壓 的 方 法 進(jìn) 行 裂 解 的 稱 為 , 使用 催 化 劑 (觸 媒 )進(jìn) 行 裂 解 的 稱 為代 用 燃 料 汽 油 的 主 要 性 能 有 : 抗 爆 性 、蒸 發(fā) 性 、 氧 化 安 定 性 、 抗 腐 蝕 性及 清 潔 性 。 l 汽 油 的 抗 爆 性 是 指 汽 油 在 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 氣 缸 內(nèi) 燃 燒時(shí) 抵 抗 爆 燃 的 能 力 。l 汽 油 的 抗 爆 性 是 以 來 表 示 的 。 根 據(jù) 試驗(yàn) 規(guī) 范 的 不 同 , 所 得 的 辛 院 值 分 別 稱 為。 我 國 生 產(chǎn) 的 汽 油是 按 研 究 法 辛 烷 值

3、RON分 級(jí) 的 。l 汽 油 的 辛 烷 值 越 高 , 其 抗 爆 性 越 好 。l 汽 油 的 牌 號(hào) 以 辛 烷 值 劃 分 。 l液 態(tài) 汽 油 汽 化 的 難 易 程 度 稱 為 汽 油 的蒸 發(fā) 性 。l汽 油 的 蒸 發(fā) 性 越 強(qiáng) , 越 容 易 汽 化 , 要求 汽 油 必 須 具 有 良 好 的 蒸 發(fā) 性 。 但 蒸發(fā) 性 也 不 能 太 強(qiáng) , 否 則 易 形 成 供 油 系“ 氣 阻 ” , 甚 至 發(fā) 生 供 油 中 斷 現(xiàn) 象 。 1、 柴 油 的 發(fā) 火 性 ( 自 燃 性 )l 柴 油 的 發(fā) 火 性 是 指 柴 油 的 自 燃 能 力 。l 十 六 烷 值

4、 是 評(píng) 定 柴 油 自 燃 性 好 壞 的 指 標(biāo) , 對(duì)燃 燒 過 程 也 有 一 定 影 響 。 十 六 烷 值 越 高 , 著火 性 越 好 。 但 是 十 六 烷 值 過 高 , 燃 料 分 子 量加 大 , 使 蒸 發(fā) 性 變 差 、 粘 度 增 加 , 導(dǎo) 致 燃 燒不 完 全 等 。 因 此 , 國 產(chǎn) 柴 油 的 十 六 烷 值 規(guī) 定為 4065之 間 , 不 必 要 過 分 增 大 。 l 柴 油 的 蒸 發(fā) 性 影 響 滯 燃 期 內(nèi) 柴 油 的 蒸 發(fā) 量 及燃 燒 的 完 全 程 度 , 用 餾 程 表 示 。l 餾 程 指 柴 油 蒸 餾 過 程 中 餾 出 一

5、定 百 分 數(shù) 所 處的 溫 度 , 通 常 以 餾 出 50 的 溫 度 來 評(píng) 定 。 餾 程 低 ,說 明 這 種 燃 輕 餾 分 多 , 蒸 發(fā) 性 好 , 有 利 于 混 合 氣 形成 , 改 善 了 燃 燒 過 程 。 但 是 , 餾 程 過 低 , 燃 料 蒸 發(fā)過 快 , 則 在 著 火 延 遲 期 內(nèi) 形 成 的 混 合 氣 量 過 多 , 柴油 機(jī) 工 作 粗 暴 。 車 用 柴 油 機(jī) 的 柴 油 餾 程 為200 300 。 3、 柴 油 的 粘 度 柴 油 的 粘 度 決 定 柴 油 的 流 動(dòng) 性 。粘 度 流 動(dòng) 性 物 化 性 好 , 過 低 , 潤 滑 性 降

6、 低 ;粘 度 過 濾 清 困 難 , 噴 霧 不 良 , 流 動(dòng) 阻 力 增 大 。4、 柴 油 的 凝 點(diǎn)柴 油 的 凝 點(diǎn) 指 柴 油 冷 卻 到 失 去 流 動(dòng) 性 的 溫 度 。 代用燃料 按物態(tài) 氣 體 代 用 燃 料 : 天 然 氣 、 液 化 石 油 氣 、 氫 氣 、 煤 氣 、 沼 氣 等液 體 代 用 燃 料 : 甲 醇 、 乙 醇 、 植 物 油 燃 料 等按 化學(xué) 成分 烴 燃 料含 氧 燃 料 天 然 氣 主 要 成 分 為 甲 烷 (容 積 比 可 達(dá)8399以 上 ), 另 外 還 包 括 乙 烷 以 及 丙 烷 等 。 , 在 用 作 點(diǎn)燃 式 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的

7、 燃 料 時(shí) , 通 過 適 當(dāng) 的 技 術(shù) 措 施 ,如 提 高 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 壓 縮 比 等 , 可 以 接 近 原 發(fā) 動(dòng) 機(jī)的 動(dòng) 力 性 能 。 同 時(shí) , 天 然 氣 又 是 一 種 比 較 潔 凈的 能 源 , 排 污 低 , 使 用 比 較 方 便 , 特 別 是 壓 縮天 然 氣 (CNG Compressed Natural Gas), 便于 儲(chǔ) 存 , 配 合 相 應(yīng) 的 基 礎(chǔ) 設(shè) 施 如 加 氣 站 的建 設(shè) , 在 城 市 車 輛 如 公 共 汽 車 、 出 租 車 中 具 有廣 闊 的 應(yīng) 用 前 景 。 液 化 石 油 氣 (LPG-Liquefied Pet

8、roleum Gas) 主 要 成 分 是 、 , 在 常 溫 下 加壓 , 可 以 變 成 液 體 燃 料 , 其 單 位 容 積 熱 值 高于 天 然 氣 , 可 以 作 為 汽 油 機(jī) 的 燃 料 , 還 可 以獲 得 較 好 的 排 放 性 能 。 l 醇 類 燃 料 主 要 是 CH3OH和 C2H5OH???以 從 天 然 氣 、 煤 、 生 物 質(zhì) 等 原 料 中 提取 ; 主 要 是 將 含 有 糖 和 淀 粉 的 農(nóng) 作 物 經(jīng)過 發(fā) 酵 后 制 得 。l 醇 類 燃 料 是 液 體 燃 料 , 可 以 沿 用 傳 統(tǒng) 的 石 油燃 料 的 運(yùn) 輸 、 貯 存 系 統(tǒng) , 相

9、 關(guān) 的 基 礎(chǔ) 設(shè) 施 建設(shè) 投 入 少 , 而 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 動(dòng) 力 性 與 經(jīng) 濟(jì) 性 可 以接 近 或 超 過 原 有 汽 油 機(jī) 或 柴 油 機(jī) , 排 氣 有 害成 分 少 , 是 一 種 很 有 發(fā) 展 前 景 的 代 用 燃 料 。 乙 醇 汽 油 是 一 種 由 糧 食 及 各 種 植 物 纖 維 加工 成 的 燃 料 乙 醇 和 普 通 汽 油 按 一 定 比 例 混 配 形成 替 代 能 源 。 按 照 我 國 的 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) , 乙 醇 汽 油是 用 90%的 普 通 汽 油 與 10%的 燃 料 乙 醇 調(diào) 和 而成 。 乙 醇 它 以 玉 米 、 薯 類 、

10、糖 蜜 等 為 原 料 , 經(jīng)發(fā) 酵 、 蒸 餾 制 成 。 試 點(diǎn) 檢 測(cè) 結(jié) 果 表 明 , 使 用 車 用 乙 醇 汽 油 不 影 響 汽車 的 行 駛 性 能 。 其 排 放 的 尾 氣 中 一 氧 化 碳 下 降 超 過 30 、 碳 氫 化 合 物 下 降 10 , 苯 系 物 明 顯 減 少 , 氮 氧 化合 物 基 本 不 變 。 汽 車 使 用 乙 醇 汽 油 已 被 視 為 改 善 城 市空 氣 質(zhì) 量 的 重 要 手 段 。 對(duì) 目 前 中 國 推 廣 乙 醇 汽 油 試 點(diǎn) 工 作 , 有 專家 強(qiáng) 調(diào) 認(rèn) 為 , 必 須 妥 善 解 決 好 以 下 三 個(gè) 關(guān) 鍵 問

11、題 : 一 是 乙 醇 汽 油 百 公 里 耗 油 量 高 于 同 牌 號(hào) 的汽 油 消 耗 量 ; 二 是 由 于 中 國 乙 醇 汽 油 的 推 廣 剛剛 起 步 , 究 竟 乙 醇 汽 油 對(duì) 加 油 機(jī) 、 汽 車 等 零 部件 是 否 有 影 響 及 影 響 程 度 均 不 是 很 清 楚 ; 三 是由 于 乙 醇 汽 油 不 宜 長 期 儲(chǔ) 存 的 特 性 , 乙 醇 汽 油的 調(diào) 配 和 銷 售 同 普 通 汽 油 相 比 具 有 更 大 的 質(zhì) 量風(fēng) 險(xiǎn) 。 一 、 燃 料 燃 燒 的 熱 值 單 位 量 的 燃 料 完 全 燃 燒 時(shí) 所 發(fā) 出 的 熱 量 。 完 全 燃

12、燒 是 指 某 化 合 物 被 所 在 氧 氣 全 部氧 化 , 其 中 C生 成 CO2、 H生 成 H2O, 其 它 元 素生 成 高 級(jí) 氧 化 物 。 wrHH ou 汽 油 : 44100 kJ/kg ;柴 油 : 42500 kJ/kg uH uH 完 全 燃 燒 時(shí) , 生 成 的 水 為 氣 態(tài) 時(shí) 的 熱值 為 低 位 發(fā) 熱 值 。 完 全 燃 燒 時(shí) , 生 成 的 水 為 液 態(tài) 時(shí) 的 熱值 為 高 位 發(fā) 熱 值 。uHoH 1.碳 燃 燒 : 2.氫 燃 燒 : 3.硫 燃 燒 : 4.一 氧 化 碳 燃 燒 :5. 碳 氫 化 合 物 : l1 kg燃 料 完

13、全 燃 燒 所 需 要 的 空 氣 量 稱 理 論 空氣 量 。l 已 知 條 件 :1 kg燃料中所含 kg 碳, kg 氫氣, kg氧氣汽油: kg/kg , kg/kg , kg/kg 柴油: kg/kg , kgkg , kg/kg gC gH gOgC 0855. gH 0145.gO 0gC 087. gH 0126.g O 0004. 化學(xué)反應(yīng)方程式 需 要 總 的 量 C O CO 2 2H O H O2 2 212 O2 1Kg燃料中所含的 量 kg = kmol 所 需 空 氣 中 的 量 = 總 的 量 燃 料 中 所 含 的 量或gO32gO O2O2 O2 O2 (2

14、) kg 空 氣 中 氧 氣 成 分 約 占 23%(3) 1 kmol 空 氣 = 22.4 空 氣 ,m3L g g gC H O0 224021 12 4 32 . ( ) kgm / 3 所 需 空 氣 量 (1) kmol:空 氣 中 氧 氣 成 分 約 占 21%, 所 以L g g gC H O0 1021 12 4 32 . ( ) kmol/kg 將 平 均 質(zhì) 量 成 分 代 入 式 可 得 1 過 量 空 氣 系 數(shù) 表 示 混 合 氣 的 濃 稀 程 度 。 1 混 合 氣 稀 ,稀 混 合 氣 ; 1 混 合 氣 濃 ,濃 混 合 氣 ; =1 標(biāo) 準(zhǔn) 混 合 氣 一

15、 般 , 柴 油 機(jī) : 1; 汽 油 機(jī) : 1 1。a0LLa 燃 燒 燃 料 實(shí) 際 供 給 的 空 氣 量完 全 燃 燒 燃 料 理 論 上 所 需 要 的 空 氣 量11kgkg at at過 量 空 氣 系 數(shù) 是 反 映 混 合 氣 形 成 和 完 善 程 度 及 整 機(jī) 性 能 的 一 個(gè) 重要 標(biāo) 志 , 在 保 證 完 全 燃 燒 的 前 提 下 , 應(yīng) 力 求 使 過 量 空 氣 系 數(shù) 小 。aaa 2 空 燃 比 、 燃 空 比 汽 油 理 論 上 完 全 燃 燒 時(shí) 的 空燃比 約 為 14.9。 應(yīng) 用 空 燃 比 直 觀 方 便 , 其 數(shù) 值 即 為 每 千

16、克 燃料 燃 燒 時(shí) 實(shí) 際 供 給 空 氣 量 的 千 克 數(shù) 。 14.9為 濃 混 合 氣 , 14.9的 為 稀 混 合 氣 。 l 一 切 燃 燒 過 程 都 由 著 火 和 燃 燒 兩 個(gè) 階 段 組 成 。l 著 火 階 段 是 物 質(zhì) 燃 燒 的 準(zhǔn) 備 階 段 , 是 著 火 前的 物 理 和 化 學(xué) 的 準(zhǔn) 備 過 程 。l 燃 燒 的 第 二 階 段 , 有 兩 種 方 法 。 一 是 強(qiáng) 迫 著火 或 點(diǎn) 燃 。 另 一 種 是 自 然 著 火 。 l 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 內(nèi) 的 燃 燒 過 程 一 般 說 來 , 要 經(jīng) 歷 三 個(gè)基 本 步 驟 :(1)形 成 燃 油 與

17、空 氣 的 可 燃 混 合 氣 ;(2)點(diǎn) 燃 可 燃 混 合 氣 , 或 可 燃 混 合 氣 在 混 度 和 濃度 適 當(dāng) 的 地 區(qū) 發(fā) 生 自 燃 , 在 一 處 或 同 時(shí) 在 數(shù)處 著 火 著 火 過 程 ; (3)火 源 擴(kuò) 大 到 整 個(gè) 可 燃 混 合 氣 , 形 成 全 面 燃 燒 。 l 按 化 學(xué) 動(dòng) 力 學(xué) 的 觀 點(diǎn) , 著 火 機(jī) 理 可 分 為 熱 自燃 機(jī) 理 和 鏈 鎖 自 燃 機(jī) 理 兩 類 。(一 )熱 自 燃 在 著 火 的 準(zhǔn) 備 階 段 , 混 合 氣 進(jìn) 行 著 氧 化 過 程 , 放 出熱 量 。 放 熱 的 同 時(shí) , 由 于 溫 差 的 原

18、因 , 會(huì) 對(duì) 周 圍 介 質(zhì)散 熱 。 若 化 學(xué) 反 應(yīng) 所 釋 放 出 的 熱 量 大 于 所 敬 失 的 熱 量 ,混 合 氣 的 溫 度 升 高 , 進(jìn) 而 促 使 混 合 氣 的 反 應(yīng) 速 率 和 放熱 速 率 增 大 。 這 種 相 互 促 進(jìn) , 最 終 導(dǎo) 致 極 快 的 反 應(yīng) 速率 而 著 火 。 這 就 是 熱 自 燃 , 或 稱 熱 爆 。 (二 )鏈 鎖 反 應(yīng) 所 謂 鏈 鎖 反 應(yīng) 是 這 樣 的 化 學(xué) 反 應(yīng) , 其 中 一個(gè) 活 化 作 用 能 引 起 很 多 基 本 反 應(yīng) , 即 反 應(yīng) 鏈 。整 個(gè) 反 應(yīng) 過 程 分 為 : 引 導(dǎo) 反 應(yīng) (鎖

19、 的 引 發(fā) )一 反 應(yīng) 鏈 (鏈 的 繼 續(xù) 反應(yīng) 或 鏈 的 傳 遞 )一 斷 鏈 反 應(yīng) (鏈 的 中 斷 即 活 化 中心 的 死 亡 )。 內(nèi) 燃 機(jī) 中 碳 氫 化 合 物 的 自 燃 , 均 屬于 鏈 一 熱 自 燃 , 但 由 于 發(fā) 火 的 條 件 不 同 ,有 高 溫 單 階 段 著 火 和 低 溫 多 階 段 著 火 。汽 油 機(jī) 柴 油 機(jī) 1 壓 縮 的 是 燃 料 與 空 氣 的 混 合 氣 體 , 在 此 過 程 中 , 已經(jīng) 進(jìn) 行 了 一 些 化 學(xué) 反 應(yīng) 。2 火 花 點(diǎn) 火 , 局 部 溫 度 高 達(dá) 20000 以 上 , 該 處 燃 料分 子 直

20、接 分 裂 成 大 量 的 自 由 原 子 與 自 由 基 , 迅 速 反應(yīng) 出 現(xiàn) 熱 火 焰 , 瞬 間 擴(kuò) 大 到 整 個(gè) 燃 燒 室 內(nèi) 。 所 以 , 汽 油 機(jī) 著 火 過 程 : 壓 縮 混 合 氣 點(diǎn) 火 ( 經(jīng) 短 暫 著 火 延 遲 期 ) 熱 火 焰 高 溫 單 級(jí) 點(diǎn) 燃 1、 階 段 混 合 階 段 在 壓 縮 過 程 終 了 時(shí) ,燃 料 噴 入 汽 缸 內(nèi) 形 成 可 燃混 合 氣 。 燃 料 遇 到 溫 度 較高 的 空 氣 , 開 始 氧 化 , 但速 度 緩 慢 , 示 功 圖 上 的 壓縮 線 沒 有 明 顯 的 變 化 。 混合 階 段 , 為 著 火

21、做 準(zhǔn) 備 。 t1 2 階段一階 段反應(yīng) 燃 燒 的 實(shí) 質(zhì) 是 燃 料 的 氧 化 反 應(yīng) , 當(dāng) 反 應(yīng) 速 度 很 快 時(shí) , 火 焰 就會(huì) 出 現(xiàn) 。 經(jīng) 過 時(shí) 間 后 , 反 應(yīng) 加 劇 , 出 現(xiàn) 冷 火 焰 , 缸 內(nèi) 壓 力 超過 壓 縮 壓 力 。 在 這 一 階 段 , 反 應(yīng) 生 成 醛 類 、 過 氧 化 物 和 一 氧 化碳 等 中 間 產(chǎn) 物 。 要 求 混 合 氣 較 濃 , = 0.4 0.5。3 階段二階 段反應(yīng) 溫 度 、 壓 力 升 高 較 大 , 產(chǎn) 生 許 多 化 學(xué) 反 應(yīng) 的 活 性 中 心 , 出 現(xiàn)藍(lán) 火 焰 。 混 合 氣 稀 得 多 ,

22、 略 小 于 1。4 時(shí)間后三階 段反應(yīng) 活 性 中 心 劇 增 , 化 學(xué) 反 應(yīng) 加 速 , 熱 積 累 劇 烈 , 發(fā) 生 爆 炸 , 出現(xiàn) 熱 火 焰 。 混 合 氣 更 稀 , 1。 著 火 延 遲 期t2t3t t t1 2 3 t t t 1 2 3 ( 一 ) 同 時(shí) 爆 炸 燃 燒 取 某 一 部 分 為 系 統(tǒng) , 著 火 前 后 整 個(gè) 系 統(tǒng) 各 個(gè) 部 分 的 相 完 全均 勻 一 致 。 為 單 相 系 , 均 勻 系 。 柴 油 機(jī) 上 , 由 于 混 合 氣 分 配 不 是 十 分 均 勻 , 總 有 某 一 部 分混 合 氣 最 先 著 火 ( 一 般 在 噴

23、 油 嘴 附 近 ) , 取 這 一 部 分 為 系 統(tǒng) , 則 系 統(tǒng) 內(nèi) 實(shí) 現(xiàn) 的 就 是 同 時(shí) 爆 炸 燃 燒 。 汽 油 機(jī) 上 , 由 于 火 焰 有 傳 播 速 度 ( 雖 然 很 快 , 但 相 對(duì) 同 時(shí)爆 炸 燃 燒 卻 很 小 ) , 傳 播 逐 次 進(jìn) 行 , 故 顯 然 不 是 同 時(shí) 爆 炸 燃 燒 。但 火 花 塞 間 隙 處 的 少 量 混 合 氣 在 電 火 花 作 用 下 , 可 實(shí) 現(xiàn) 同 時(shí) 爆炸 燃 燒 , 從 而 形 成 火 焰 中 心 。 (二) 逐漸爆炸燃燒 ( 預(yù) 混 合燃燒)汽油機(jī)火焰?zhèn)鞑?。兩相系混合氣?(未燃區(qū)),燃燒產(chǎn)物相 (已燃區(qū))

24、。 加 熱 從 火 花 塞 開 始 , 緊 靠 火 花 塞 的 那 一 部 分 混 合 氣 首 先 被 加熱 , 使 氧 化 或 活 性 中 心 增 多 , 發(fā) 生 燃 燒 。 燃 燒 又 加 熱 下 一 層 , 一 層 一 層 傳 播 。 燃 燒 主 要 在 火 焰 前 鋒 面 內(nèi) 進(jìn) 行 。 火 焰 前 鋒 面 前方 的 未 燃 區(qū) 中 是 混 合 氣 , 火 焰 前 鋒 面 后 方 的 已 燃 區(qū) 中 為 燃 燒 產(chǎn)物 和 一 小 部 分 在 火 焰 前 鋒 面 中 沒 有 燃 燒 掉 的 燃 料 繼 續(xù) 燃 燒 。 (三) 擴(kuò)散燃燒柴 油 機(jī) 的 燃 燒 方 式 , 三 相 燃 料 相

25、 , 空 氣 相 , 燃 燒 產(chǎn) 物 相 。 柴 油 燃 點(diǎn) 比 汽 油 低 , 但 在 日 常 生 活 中 汽 油 卻 比柴 油 易 燃 , 原 因 就 在 于 汽油 的 揮 發(fā) 性 好 , 油 與 空 氣形 成 混 合 氣 較 快 , 物 理 準(zhǔn)備 過 程 已 經(jīng) 就 緒 , 一 點(diǎn) 即燃 。 柴 油 機(jī) 中 燃 燒 的 快 慢 卻 主 要 取 決 于 物 理 準(zhǔn) 備 過 程 進(jìn) 行 的 快慢 。 油 滴 遇 熱 蒸 發(fā) 形 成 燃 料 蒸 汽 , 然 后 才 能 燃 燒 , 并 非 油 滴 與空 氣 接 觸 就 可 燃 燒 。 為 防 止 燃 燒 產(chǎn) 物 將 油 滴 與 空 氣 隔 開 , 將 組織 空 氣 相 對(duì) 于 油 滴 的 氣 流 運(yùn) 動(dòng) , 將 燃 燒 產(chǎn) 物 拋 在 后 面 。 汽 油 機(jī) 的 點(diǎn) 火 燃 燒 預(yù) 混 合 燃 燒柴 油 機(jī) 的點(diǎn) 火 燃 燒 初 始 燃 燒 預(yù) 混 合 燃 燒燃 燒 后 期 擴(kuò) 散 燃 燒 l 什 么 叫 低 熱 值 ?l 簡 述 燃 料 的 燃 燒 基 理 。l 什 么 叫 過 量 空 氣 系 數(shù) ?l 什 么 叫 汽 油 的 抗 爆 性 及 柴 油 的 發(fā) 火 性 ?分 別 用 什 么 來 衡 量 ?l 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 內(nèi) 的 燃 燒 過 程 一 般 說 來 , 要 經(jīng) 歷哪 幾 個(gè) 基 本 步 驟 ?

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