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引论1

参考文献4

第一篇 燃烧学基础和数值模拟第一篇符号说明5

第1章 基础知识7

1.1 多组分有反应流动7

1.1.1 基本关系式和输运定律7

1.1.2 连续方程、组分方程和动量方程9

1.1.3 能量方程10

1.1.4 多组分有反应流动的相似准则13

1.1.5 相分界面边界条件14

1.2 化学热力学和化学动力学15

1.2.1 化学热力学15

1.2.1.1 生成热和反应热15

1.2.1.2 质量作用定律与平衡常数17

1.2.1.3 化学平衡计算17

1.2.1.4 绝热燃烧温度20

1.2.2 化学动力学20

1.2.2.1 化学动力学基本概念21

1.2.2.2 单步反应、可逆反应和链式反应25

1.2.2.3 CO-氧反应动力学32

1.2.2.4 甲烷-氧详细反应动力学和简化反应动力学33

附录Ⅰ 十七种气体反应物的平衡常数35

附录Ⅱ 甲烷详细反应机理（GRI Mech2.11）37

参考文献44

第2章 气体燃料的燃烧45

2.1 预混气体的着火和灭火45

2.1.1 基本概念和量纲分析45

2.1.2 密闭容器内的热着火46

2.1.3 热板在气流中的点燃48

2.1.4 良好搅拌反应器中的着火和灭火48

2.2 层流气体燃烧50

2.2.1 层流预混火焰50

2.2.2 层流火焰传播基本方程50

2.2.3 Zeldovich-Frank-Kamenetsky分区近似解51

2.2.4 各种外参数对传播速度的影响51

2.2.5 统观反应动力学参数的推算52

2.2.6 层流扩散火焰52

附录 气体燃料性质52

参考文献56

第3章 液体燃料的燃烧57

3.1 液体燃料燃烧方式和特点57

3.2 常温环境中的液滴蒸发57

3.3 高温环境中的液滴蒸发和燃烧58

3.4 液滴蒸发和燃烧的主要实验结果61

3.5 液滴的着火和灭火62

3.6 内回流对液滴蒸发的作用62

3.7 多组分液滴燃烧和微爆现象63

3.8 液雾和液滴群燃烧63

3.9 乳化燃料燃烧67

附录 液体燃料性质68

参考文献72

第4章 固体燃料的燃烧73

4.1 煤的燃烧73

4.1.1 煤的基本性质73

4.1.1.1 煤的工业分析73

4.1.1.2 煤的元素分析77

4.1.1.3 煤的岩相组成、性质与应用78

4.1.1.4 煤的物理性质79

4.1.1.5 煤的热解性质81

4.1.1.6 煤粉的燃烧过程82

4.1.1.7 煤的分类82

4.1.2 煤的着火85

4.1.2.1 煤的着火机制85

4.1.2.2 单颗粒煤的着火86

4.1.2.3 煤粉颗粒群的着火90

4.1.2.4 煤粉气流的着火92

4.1.3 煤的热解与挥发分燃烧94

4.1.3.1 热解模型95

4.1.3.2 挥发分的燃烧99

4.1.4 煤焦的燃烧101

4.1.4.1 表面反应机理101

4.1.4.2 煤焦燃烧过程中外部传质的作用103

4.1.5 空气中悬浮煤粒的燃烧106

4.1.6 煤燃烧过程中灰的物理形态变化108

4.2 其他固体可燃物的燃烧109

4.2.1 木材的热解、气化、燃烧109

4.2.2 人工聚合物的热解、气化、液化和燃烧111

参考文献113

第5章 湍流燃烧与数值模拟118

5.1 湍流燃烧的基本概念118

5.1.1 湍流的产生和特性118

5.1.1.1 湍流的特性119

5.1.1.2 湍流中的尺度和Kolmogorov相似假定119

5.1.1.3 间歇性和相干结构121

5.1.2 湍流脉动和火焰之间的相互作用123

5.1.2.1 湍流预混燃烧的不同燃烧机制123

5.1.2.2 湍流预混火焰的传播速度125

5.1.2.3 湍流扩散火焰的不同燃烧机制126

5.2 湍流燃烧的数值模拟128

5.2.1 多组分有化学反应流动的基本方程的讨论128

5.2.2 湍流燃烧的统计描述130

5.2.3 统计平均量的方程133

5.3 湍流输运模型135

5.3.1 涡旋黏性系数模型136

5.3.2 雷诺应力模型139

5.3.3 非线性的涡旋黏性系数模型142

5.3.4 多时间尺度的涡旋黏性系数模型144

5.3.5 可压缩流动湍流输运模型145

5.3.5.1 可压缩湍流中的k-ε模型146

5.3.5.2 可压缩湍流中的雷诺应力模型147

5.4 湍流燃烧模型148

5.4.1 快速化学反应模型149

5.4.1.1 湍流预混燃烧的快速反应模型150

5.4.1.2 湍流扩散燃烧的快速反应模型151

5.4.2 湍流燃烧的火焰面模型154

5.4.2.1 湍流扩散燃烧中混合物分数和混合物分数的方程154

5.4.2.2 层流扩散火焰的方程156

5.4.2.3 混合物分数和耗散率的概率密度函数158

5.4.3 湍流燃烧的条件统计矩方法159

5.4.3.1 湍流扩散燃烧条件统计矩的守恒方程160

5.4.3.2 混合物分数概率密度函数的输运方程162

5.4.3.3 条件平均值方程的封闭163

5.4.3.4 条件平均值方程的讨论164

5.5 湍流燃烧的PDF方法165

5.5.1 湍流燃烧中概率密度函数的方程165

5.5.1.1 联合概率密度函数165

5.5.1.2 联合概率密度函数的输运方程167

5.5.2 概率密度函数方程的模拟169

5.5.2.1 Langevin模型170

5.5.2.2 标量分子输运条件平均值项的模型173

5.5.2.3 湍流时间尺度或频率的模型176

5.5.3 概率密度函数方程的求解方法177

5.5.3.1 基于脉动速度-标量-频率联合PDF方程的混合算法178

5.5.3.2 基于化学热力学参数联合PDF方程的混合算法179

附录Ⅰ 湍流对燃烧的影响180

附录Ⅱ Cayley-Hamilton定理182

参考文献184

第6章 两相流动和燃烧及其数值模拟187

6.1 多相湍流流动187

6.2 液滴／颗粒群基本性质和单颗粒动力学188

6.2.1 颗粒／液滴尺寸及其分布律188

6.2.2 表观密度和体积分数188

6.2.3 颗粒／液滴阻力和传热传质189

6.2.4 颗粒动力学189

6.2.4.1 单颗粒运动方程190

6.2.4.2 单颗粒在均匀流场中的运动190

6.2.4.3 颗粒的重力沉降190

6.2.4.4 非均匀流场中的颗粒受力190

6.2.4.5 一般形式的颗粒运动方程191

6.3 多相湍流有反应流动的基本方程组191

6.4 两相湍流的流体湍流模型193

6.4.1 流体湍流模型的提出193

6.4.2 流体湍流动能方程194

6.4.3 k-ε双方程模型194

6.4.4　流体湍流的二阶矩封闭195

6.4.5　流体湍流的雷诺应力和热流输运方程模型196

6.4.6　流体湍流的代数应力和热流模型——扩展的k-ε模型197

6.5　颗粒湍流的Hinze-Tchen代数模型199

6.6　两相湍流的统一二阶矩模型199

6.7　两相湍流的k-ε-kp和k-ε-Ap模型203

6.8 两相湍流模型的应用203

6.9 稠密气固两相流动的双流体-二阶矩两相湍流模型214

6.10 两相湍流的非线性k-ε-kp模型218

6.11 颗粒相的拉格朗日（轨道）模拟223

6.11.1 确定轨道模型的基本守恒方程组223

6.11.2 颗粒湍流扩散的修正224

6.11.3 颗粒随机轨道模型225

6.12 湍流两相流动的单流体模型226

6.13 湍流两相燃烧的数值模拟227

6.14 两相燃烧中气体湍流燃烧的工程模型229

6.15 多相流动和多相燃烧数值模拟应用实例230

6.15.1 油水旋流分离器内流动和分离230

6.15.2 旋流煤粉燃烧器内两相流动和煤粉燃烧232

6.15.3 大速差射流燃烧室内两相流动和煤粉燃烧234

6.15.4 四角喷燃炉内两相流动和煤粉燃烧237

6.15.5 旋风除尘器内湍流流动241

6.15.6 涡旋炉内煤粉燃烧242

6.15.7 固排渣旋风炉内湍流流动244

参考文献245

第7章 燃烧辐射换热过程数值模拟249

7.1 燃烧换热过程数值模拟概述和火焰辐射换热基本方程249

7.2 燃烧辐射换热模拟方法250

7.2.1 热流法250

7.2.1.1 基本原理及方法250

7.2.1.2 模拟特点分析251

7.2.2 区域法251

7.2.2.1 基本原理及方法251

7.2.2.2 模拟特点分析252

7.2.3 Monte Carlo法253

7.2.3.1 模拟的基本原理及方法253

7.2.3.2 模拟特点分析254

7.2.4 离散传递法255

7.2.4.1 基本原理及方法255

7.2.4.2 模拟特点分析256

7.2.5 离散坐标法257

7.2.5.1 模拟基本思想257

7.2.5.2 辐射传递方程的坐标离散257

7.2.5.3 离散坐标方程的求解方法258

7.2.5.4 离散坐标法特点分析259

7.3 燃烧室介质的辐射特性260

7.3.1 燃烧气体产物辐射特性260

7.3.2 固体颗粒辐射特性261

7.3.3 燃烧室内介质辐射特性261

7.4 辐射换热数值模拟的假散射和射线效应问题262

7.4.1 假散射问题262

7.4.2 射线效应问题262

参考文献263

第8章 湍流燃烧的直接模拟、大涡模拟和燃烧室网格生成265

8.1 湍流流动和燃烧的直接模拟265

8.1.1 湍流流动直接模拟的基本要求265

8.1.2 边界条件266

8.2 湍流流动直接模拟的基本方法267

8.2.1 谱方法的直接模拟267

8.2.1.1 谱方法的基本原理267

8.2.1.2 伪谱法和混淆误差268

8.2.1.3 平面槽道湍流的直接模拟269

8.2.2 差分法直接模拟270

8.2.2.1 高精度差分格式270

8.2.2.2 高阶紧致差分格式271

8.2.2.3 三点六阶联合紧致差分格式272

8.2.2.4 三阶Adams-Bashforth差分格式273

8.2.2.5 迎风偏置差分格式273

8.2.3 湍流燃烧的直接模拟274

8.3 湍流流动的大涡模拟276

8.3.1 大涡模拟基本方法276

8.3.2 亚网格尺度模型278

8.3.2.1 代数与动力亚网格尺度模型278

8.3.2.2 k方程亚网格尺度湍流模型279

8.3.2.3 混合尺度亚网格湍流模型280

8.3.2.4 结构函数亚网格湍流模型280

8.3.2.5 LES/RANS混合格式281

8.4 湍流燃烧的大涡模拟281

8.4.1 湍流燃烧大涡模拟的控制方程282

8.4.2 亚网格尺度燃烧模型284

8.4.2.1 亚网格EBU模型284

8.4.2.2 亚网格EDM模型284

8.4.2.3 二阶矩亚网格燃烧模型285

8.4.2.4 亚网格线性涡团模型285

8.4.2.5 G方程小火焰模型288

8.4.2.6 组合方程小火焰燃烧模型290

8.4.2.7 亚网格概率密度函数模型290

8.4.2.8 滤波质量密度函数模型292

8.4.2.9 亚网格层流小火焰模型292

8.4.3 燃烧污染物生成的大涡模拟293

8.4.3.1 NO亚网格生成模型293

8.4.3.2 CO亚网格生成模型295

8.4.4 并行计算在大涡模拟中的应用296

8.4.4.1 分区并行计算297

8.4.4.2 几何分区297

8.4.4.3 并行效率297

8.5 湍流两相燃烧和流动的直接模拟与大涡模拟297

8.5.1 湍流两相燃烧的直接模拟297

8.5.1.1 直接模拟中采用的颗粒轨道模型298

8.5.1.2 概率密度函数模型299

8.5.2 湍流两相燃烧的大涡模拟300

8.5.2.1 大涡模拟随机离散模型301

8.5.2.2 大涡模拟双流体模型303

8.5.3 湍流两相流动的直接模拟和大涡模拟304

8.6 燃烧室网格生成311

8.6.1 网格生成与贴体坐标311

8.6.1.1 引言311

8.6.1.2 贴体坐标系统312

8.6.2 多重网格315

8.6.3 区域分解法317

8.6.4 无网格方法318

参考文献318

第9章 脉动燃烧、超声速燃烧和爆震燃烧324

9.1 脉动燃烧324

9.1.1 脉动燃烧的特点324

9.1.2 脉动燃烧的工作原理325

9.1.3 脉动燃烧的应用328

9.2 超声速燃烧328

9.2.1 超声速燃烧的特点328

9.2.2 超声速燃烧过程的组织329

9.2.3 超声速燃烧在推进系统中的应用331

9.3 脉冲爆震燃烧332

9.3.1 爆震燃烧基础332

9.3.1.1 燃烧波332

9.3.1.2 Rayleigh线333

9.3.1.3 Rankine-Hugoniot关系334

9.3.1.4 爆震波速度的计算336

9.3.1.5 爆震波ZND结构337

9.3.1.6 ZND结构爆震波在管中的传播338

9.3.1.7 爆震波的形成340

9.3.2 脉冲爆震燃烧的特点340

9.3.3 脉冲爆震燃烧过程的组织341

9.3.4 脉冲爆震燃烧技术关键342

9.3.5 脉冲爆震燃烧的应用343

参考文献345

第10章 电磁场与燃烧和催化燃烧347

10.1 火焰和电磁场的相互作用347

10.2 放电强化燃烧和有燃烧的混合气电弧的研究348

10.2.1 高电压小电流交流放电加燃烧348

10.2.2 高电压（或中电压）小电流直流放电加燃烧349

10.2.3 较大电流的电弧放电和高频放电加燃烧349

10.3 有放电燃烧基本规律的研究350

10.3.1 燃烧对放电的影响350

10.3.2 放电对燃烧的影响350

10.3.3 同时有放电和燃烧时的传热350

10.3.4 有燃烧反应的气体中放电的磁流体流动350

10.4 有放电燃烧应用情况及前景351

10.5 催化燃烧的原理351

10.5.1 催化作用概述352

10.5.1.1 催化反应及其一般机理352

10.5.1.2 催化燃烧的物理化学过程353

10.5.2 催化剂353

10.5.2.1 催化剂的指标353

10.5.2.2 催化剂的要求355

10.5.2.3 催化剂的种类355

10.6 催化燃烧技术及其应用356

10.6.1 天然气等燃气的催化燃烧356

10.6.2 汽油机的催化燃烧357

10.6.3 煤的催化燃烧357

10.6.4 燃气轮机的催化燃烧及应用358

参考文献359

第11章 微重力燃烧和微尺度燃烧360

11.1 微重力燃烧研究360

11.1.1 微重力燃烧概述360

11.1.2 微重力环境下预混气体燃烧研究361

11.1.3 微重力环境下气体扩散火焰研究365

11.1.4 微重力环境下液滴燃烧研究367

11.1.5 微重力环境下固体和液体表面的火焰蔓延机理研究367

11.1.6 微重力环境下材料阴燃及悬浮体中的火焰传播研究369

11.1.7 微重力环境下材料的燃烧合成371

11.1.8 载人航天飞行器的防火研究371

11.2 微尺度燃烧研究375

11.2.1 微尺度燃烧概述375

11.2.2 微型燃烧器的用途及研究的难点375

11.2.3 实现微尺度燃烧的技术途径、研究现状和研究思路376

参考文献377

第二篇 燃烧设备和工业燃烧过程381

第12章 煤的层燃和煤粉燃烧技术381

符号说明381

12.1 煤的层燃原理383

12.1.1 煤的层状燃烧概述383

12.1.2 燃料层的阻力及其气动稳定性384

12.1.3 层燃的热质交换与化学反应过程385

12.2 层燃设备的设计和运行387

12.2.1 不同给料排渣方式层燃炉的结构与运行特点387

12.2.1.1 固定炉排炉387

12.2.1.2 链条炉排炉391

12.2.1.3 抛煤机炉397

12.2.1.4 振动炉排炉401

12.2.1.5 往复推动炉排炉403

12.2.1.6 下饲炉404

12.2.2 层燃炉的炉拱设计405

12.2.3 层燃炉的二次风设计107

12.2.3.1 层燃炉二次风407

12.2.3.2 层燃炉二次风的布置407

12.2.3.3 层燃炉二次风的设计408

12.2.4 层燃炉的风室与炉排冷却设计&.408

12.2.4.1 炉排面积热负荷408

12.2.4.2 火床炉炉膛容积热负荷409

12.2.4.3 炉排冷却度409

12.2.4.4 火床炉风室送风的均匀性及设计411

12.2.5 层燃炉中的NOx和SO2排放411

12.3 煤粉燃烧原理与炉膛总体设计413

12.3.1 煤粉燃烧的原理和特点413

12.3.2 炉膛总体设计的化学反应工程基础417

12.3.3 炉膛经验性设计的热力特性指标421

12.3.3.1 炉膛与燃烧器的布置421

12.3.3.2 锅炉燃烧方式选择423

12.3.3.3 锅炉整体布置425

12.3.3.4 炉膛水冷壁灰污系数、热有效性系数及炉膛黑度426

12.3.3.5 炉膛截面热负荷427

12.3.3.6 炉膛容积热负荷429

12.3.3.7 炉膛燃烧器区域壁面热负荷435

12.3.3.8 炉膛辐射受热面热负荷435

12.3.3.9 大型锅炉的炉膛经验性设计的热力特性指标436

12.3.3.10 炉膛出口烟气温度的选择437

12.3.4 炉膛的热力计算概要438

12.3.4.1 按4次方定律结合试验数据进行炉内传热计算及辐射换热方程式439

12.3.4.2 按相似理论整理的半经验公式439

12.3.4.3 经验公式440

12.3.4.4 数值计算方法440

12.4 煤粉制备系统的特点与设计原则441

12.4.1 煤粉的物理特性441

12.4.1.1 煤粉细度441

12.4.1.2 煤的可磨度（可磨性系数）442

12.4.1.3 煤粉的经济细度444

12.4.1.4 煤粉的水分445

12.4.1.5 煤粉的爆炸445

12.4.2 煤粉破碎的基本规律445

12.4.3 磨煤机446

12.4.3.1 钢球滚筒磨煤机446

12.4.3.2 中速磨煤机449

12.4.3.3 高速磨煤机460

12.4.4 煤粉制备系统及部件462

12.4.4.1 煤粉制备系统462

12.4.4.2 粗粉分离器469

12.4.4.3 细粉分离器472

12.4.4.4 给料机472

12.5 煤粉燃烧设备的设计与运行474

12.5.1 直流燃烧器475

12.5.1.1 直流射流的特性475

12.5.1.2 四角切圆燃烧的炉内总体空气动力特性484

12.5.1.3 直流燃烧器的布置和设计方法485

12.5.1.4 直流燃烧器的摆动调温492

12.5.1.5 直流燃烧器的其他布置方式493

12.5.2 旋流燃烧器495

12.5.2.1 旋转气流的基本特征495

12.5.2.2 旋流燃烧器的结构特点和设计方法499

12.5.2.3 旋流燃烧器的布置503

12.5.3 难燃煤燃烧与低NOx煤粉燃烧器506

12.5.3.1 难燃煤燃烧506

12.5.3.2 低NOx煤粉燃烧器509

12.5.4 煤粉锅炉的结渣与高温腐蚀问题523

12.5.4.1 结渣523

12.5.4.2 高温腐蚀527

12.5.5 煤粉锅炉的点火装置和火焰监测530

12.5.5.1 常规点火装置530

12.5.5.2 无油点火技术531

12.5.5.3 节油点火技术533

12.5.6 煤粉锅炉的热工试验535

12.5.6.1 典型的热工试验仪器535

12.5.6.2 典型的热工试验539

12.5.6.3 污染物的测量542

12.6 煤粉燃烧过程数值计算542

12.6.1 湍流流动模拟543

12.6.2 煤粉的燃烧化学反应547

12.6.3 煤粉颗粒轨道模型549

12.6.4 煤粉燃烧模型549

12.6.5 气-固传热模型550

12.6.6 燃烧辐射换热模型550

12.6.7 煤粉燃烧、流动和辐射换热的数值模拟实例550

12.6.7.1 热态速度场分布550

12.6.7.2 温度场分布551

12.6.7.3 氧浓度分布551

12.6.7.4 煤燃烧特性的影响552

12.6.7.5 四角切圆煤粉锅炉炉膛出口烟温分布554

参考文献555

第13章 流化床燃烧技术557

符号说明557

13.1 流化床燃烧技术原理及过程560

13.1.1 流化床燃烧技术原理及特点560

13.1.1.1 鼓泡流化床燃烧技术560

13.1.1.2 循环流化床燃烧技术561

13.1.2 流化床及其流体动力特性563

13.1.2.1 气固流化563

13.1.2.2 鼓泡流化床的气固两相流动特性572

13.1.2.3 循环流化床气固两相流体动力特性574

13.1.3 燃料在流化床内的燃烧过程578

13.1.3.1 固体燃料在流化床内的燃烧特性579

13.1.3.2 影响流化床燃烧的主要因素582

13.1.4 流化床内的传热与传质过程584

13.1.4.1 床层与受热面之间的传热特性585

13.1.4.2 密相区受热面的传热计算588

13.1.4.3 稀相区的传热计算590

13.1.4.4 换热型分离器内的传热595

13.1.4.5 外置式换热器的传热596

13.1.4.6 流化床内颗粒的传质与传热596

13.1.5 流化床燃烧过程中硫氧化物、氮氧化物等污染物的生成与控制597

13.1.5.1 流化床燃烧过程中硫氧化物的生成特性及炉内脱除597

13.1.5.2 流化床燃烧过程中氮氧化物的生成及控制605

13.1.5.3 流化床燃烧过程中影响其他污染物排放的因素609

13.1.6 流化床燃烧中的气固分离及回送610

13.1.6.1 分离及回送对循环流化床锅炉的重要性610

13.1.6.2 分离装置是循环流化床锅炉物料平衡的关键611

13.1.6.3 固体物料回送612

13.1.7 压力流化床燃烧技术613

13.2 流化床燃烧设备及其部件615

13.2.1 流化床燃烧设备及其设计615

13.2.1.1 流化床燃烧设备的主要类型615

13.2.1.2 鼓泡流化床锅炉的设计616

13.2.1.3 循环流化床锅炉的设计618

13.2.2 布风装置的结构及设计624

13.2.2.1 布风装置的重要性624

13.2.2.2 布风装置型式及结构625

13.2.2.3 其他布风装置型式及结构629

13.2.3 流化床锅炉炉膛的结构设计630

13.2.3.1 炉膛的配风系统设计630

13.2.3.2 燃料与参数对炉膛设计的影响631

13.2.3.3 炉膛的设计计算633

13.2.4 气固分离机构638

13.2.4.1 高温旋风分离器638

13.2.4.2 惯性分离器型式及结构641

13.2.4.3 多级分离系统643

13.2.5 固体物料回送装置644

13.2.5.1 非机械阀物料回送装置的型式及工作原理644

13.2.5.2 L阀的结构及设计645

13.2.5.3 流动密封阀的结构及设计647

13.2.5.4 其他型式的物料回送装置648

13.2.6 流化床燃烧设备的点火装置649

13.2.6.1 床上点火启动方式及其装置650

13.2.6.2 床下点火启动方式及其装置651

13.2.6.3 床上床下联合点火启动方式及其装置652

13.2.7 流化床燃烧设备的防磨652

13.2.7.1 流化床燃烧设备各部位的磨损及机理653

13.2.7.2 流化床燃烧设备的防磨措施659

13.2.8 流化床给料装置663

13.2.8.1 给料设备的型式663

13.2.8.2 给料方式对流化床燃烧的影响664

13.2.8.3 给料设备的设计与布置665

13.2.9 高温灰渣冷却装置669

13.2.9.1 高温灰渣冷却装置的分类及原理669

13.2.9.2 典型高温灰渣冷却装置的结构671

13.2.10 循环流化床锅炉换热器及尾部受热面的设计675

13.2.10.1 尾部受热面的热量平衡675

13.2.10.2 炉内过热器、再热器的结构设计676

13.2.10.3 外置流化床换热器的结构设计677

13.3 流化床燃烧技术的应用679

13.3.1 燃煤流化床锅炉679

13.3.1.1 燃煤鼓泡流化床锅炉679

13.3.1.2 燃煤循环流化床锅炉682

13.3.1.3 主要的循环流化床锅炉炉型684

13.3.2 劣质化石燃料的流化床燃烧697

13.3.2.1 煤矸石、石煤的循环流化床锅炉697

13.3.2.2 油页岩循环流化床锅炉700

13.3.2.3 煤泥循环流化床锅炉700

13.3.3 工业生产废弃物（石油焦等）的流化床燃烧利用702

13.3.3.1 石油焦循环流化床锅炉702

13.3.3.2 造纸废液流化床焚烧炉704

13.3.4 城市垃圾的流化床焚烧技术706

13.3.4.1 芝加哥南部Robbins循环流化床焚烧城市垃圾装置706

13.3.4.2 明尼苏达Duluth城市垃圾和污泥焚烧装置708

13.3.4.3 浙江大学开发的城市垃圾焚烧技术708

13.3.5 生物质燃料的流化床燃烧利用709

13.3.5.1 燃烧稻壳流化床锅炉709

13.3.5.2 美国EPI燃烧废木材的流化床锅炉710

13.3.5.3 B＆W烧废木材的循环流化床锅炉710

13.3.5.4 瑞典烧废木材的鼓泡流化床锅炉710

13.3.6 流化床高温烟气炉711

13.3.6.1 高温烟气炉在国外的应用712

13.3.6.2 高温烟气炉在国内的发展与应用713

13.3.7 流化床燃烧技术发展展望713

13.3.7.1 流化床燃烧技术在先进发电系统中的应用713

13.3.7.2 超临界循环流化床锅炉718

参考文献719

第14章 工业炉燃烧技术725

符号说明725

14.1 工业炉的范围725

14.1.1 钢铁冶金炉726

14.1.1.1 焦炉726

14.1.1.2 烧结点火炉728

14.1.1.3 高炉731

14.1.1.4 热风炉734

14.1.1.5 转炉735

14.1.1.6 平炉737

14.1.2 轧钢加热炉737

14.1.2.1 均热炉737

14.1.2.2 推钢式和步进式轧钢加热炉739

14.1.2.3 步进梁式加热炉740

14.1.2.4 转底式炉741

14.1.3 热处理炉742

14.1.3.1 冷轧钢板退火炉742

14.1.3.2 罩式退火炉742

14.1.3.3 带钢连续处理退火炉743

14.1.3.4 辊底式炉743

14.1.3.5 罩式炉744

14.1.3.6 渗碳炉、碳氮共渗炉744

14.1.4 铸造用炉749

14.1.4.1 冲天炉749

14.1.4.2 煤气冲天炉750

14.1.4.3 铸件退火炉752

14.1.5 有色冶金炉752

14.1.5.1 鼓风炉753

14.1.5.2 闪速炉754

14.1.5.3 反射炉755

14.1.5.4 转炉755

14.1.5.5 精炼炉756

14.1.5.6 连续炼铜炉756

14.1.5.7 坩埚炉757

14.1.5.8 焙烧炉758

14.1.5.9 蒸馏炉759

14.1.6 化工炉760

14.1.6.1 裂解炉761

14.1.6.2 转化炉762

14.1.7 非金属用炉764

14.1.7.1 陶瓷器、陶管、瓦烧成窑765

14.1.7.2 水泥煅烧窑767

14.1.7.3 玻璃熔窑771

14.1.7.4 耐火材料烧成窑773

14.1.8 环境保护用炉775

14.1.8.1 固态产业废弃物焚化炉775

14.1.8.2 液态产业废弃物焚化炉777

14.1.8.3 气态产业废弃物焚化炉777

14.1.9 工业锅炉779

14.2 工业炉特色燃烧技术779

14.2.1 高炉喷吹煤粉燃烧技术780

14.2.1.1 高炉喷吹煤粉燃烧技术的发展780

14.2.1.2 高炉富氧喷吹煤粉的理论与实践781

14.2.1.3 高炉富氧煤粉喷吹的前景782

14.2.2 工业炉用的低NOx燃烧器783

14.2.3 蓄热式高温低氧燃烧技术783

14.2.3.1 HITAC技术发展历史784

14.2.3.2 HITAC技术和系统组成784

14.2.3.3 HITAC技术的优点和特征786

14.2.4 雾化、乳化和煤水浆燃烧技术787

14.2.4.1 声振动雾化燃烧技术787

14.2.4.2 乳化燃烧技术787

14.2.4.3 重油发泡燃烧及乳化燃烧技术789

14.2.4.4 煤水浆燃烧技术789

14.3 工业炉燃烧过程的调节、控制和操作790

14.3.1 工业炉燃烧过程的调节790

14.3.1.1 自动调节概述790

14.3.1.2 调节的基本规律791

14.3.1.3 常用的综合调节方式794

14.3.2 工业炉燃烧过程的控制794

14.3.2.1 燃烧质量控制795

14.3.2.2 安全控制809

14.3.3 工业炉操作技术817

14.3.3.1 燃料炉的验收与烘炉817

14.3.3.2 燃气炉的操作820

14.3.3.3 燃油炉的操作829

14.3.3.4 燃炭炉的操作833

14.4 工业炉设计概述及主要计算837

14.4.1 工业炉设计概述837

14.4.1.1 设计概述837

14.4.1.2 炉型选择840

14.4.2 工业炉燃料及热平衡计算843

14.4.2.1 工业炉燃料、空气及燃烧产物计算843

14.4.2.2 工业炉热平衡计算847

14.4.2.3 炉子热效率和降低燃料消耗的措施853

参考文献853

第15章 内燃机燃烧855

符号说明855

15.1 内燃机工作原理856

15.1.1 引言856

15.1.1.1 世界内燃机工业的历史和现状856

15.1.1.2 中国内燃机工业的历史和现状858

15.1.1.3 内燃机的未来发展860

15.1.2 内燃机的整体构造861

15.1.2.1 机体与汽缸盖861

15.1.2.2 曲柄连杆机构863

15.1.2.3 供给系统863

15.1.2.4 配气机构868

15.1.2.5 点火系统869

15.1.2.6 冷却系统870

15.1.2.7 润滑系统871

15.1.2.8 启动装置872

15.1.3 内燃机的基本名词定义及一般分类873

15.1.4 四冲程内燃机工作原理873

15.1.4.1 四冲程内燃机工作循环873

15.1.4.2 四冲程柴油机工作过程874

15.1.4.3 四冲程汽油机工作过程876

15.1.4.4 增压柴油机工作原理876

15.1.5 二冲程内燃机工作原理877

15.1.5.1 二冲程柴油机工作原理877

15.1.5.2 二冲程汽油机工作原理878

15.1.6 内燃机的理论和实际示功图879

15.1.6.1 内燃机的理论循环879

15.1.6.2 内燃机的实际循环880

15.1.7 内燃机的示功图882

15.1.7.1 四冲程内燃机的示功图882

15.1.7.2 二冲程内燃机的示功图884

15.1.8 内燃机的性能指标884

15.1.8.1 内燃机的指示指标884

15.1.8.2 内燃机的有效指标886

15.1.9 内燃机的特性889

15.1.9.1 负荷特性889

15.1.9.2 速度特性889

15.1.10 内燃机的热平衡890

15.1.11 内燃机的一般分类891

15.1.12 内燃机的名称和型号编制规则891

15.2 内燃机燃烧过程和特点894

15.2.1 内燃机燃烧的特点894

15.2.2 内燃机缸内气流运动的组织894

15.2.3 柴油机的燃烧过程895

15.2.3.1 进气过程与燃烧室中的气体流动895

15.2.3.2 燃料供给与计量896

15.2.3.3 燃料喷射、雾化和混合896

15.2.3.4 燃烧过程898

15.2.3.5 燃烧放热规律900

15.2.3.6 燃烧噪声901

15.2.3.7 有害排放物的生成及防治901

15.2.3.8 提高柴油机性能、控制有害排放物的措施904

15.2.3.9 冷启动911

15.2.3.10 柴油机的燃烧模型912

15.2.4 汽油机的燃烧过程921

15.2.4.1 进气混合气控制和燃烧室中气流运动921

15.2.4.2 燃料计量与混合气制备921

15.2.4.3 定容燃烧弹中的燃烧922

15.2.4.4 点火过程923

15.2.4.5 着火界限923

15.2.4.6 汽油机中的正常燃烧924

15.2.4.7 火焰传播速度和燃烧速率925

15.2.4.8 利用示功图获取的燃烧特征参数929

15.2.4.9 不同工况下燃烧过程的特点929

15.2.4.10 燃烧的循环变动931

15.2.4.11 汽油机的不正常燃烧933

15.2.4.12 有害排放物的生成及防治936

15.2.4.13 汽油机改善性能及排放指标的措施941

15.2.4.14 内燃机燃烧过程数值模拟945

15.3 内燃机燃烧系统设计947

15.3.1 四冲程柴油机燃烧系统的设计原则947

15.3.1.1 浅盆形燃烧室947

15.3.1.2 深坑形燃烧室949

15.3.1.3 涡流室燃烧室952

15.3.2 四冲程汽油机燃烧系统的设计原则956

15.3.2.1 压缩比的选择956

15.3.2.2 燃烧室设计要点957

15.3.2.3 二气门汽油机的典型燃烧室959

15.3.2.4 四气门汽油机的燃烧室961

15.3.2.5 缸内直喷式汽油机的燃烧系统962

15.4 内燃机运行的评价指标963

15.4.1 内燃机性能指标963

15.4.1.1 动力性指标963

15.4.1.2 经济性指标965

15.4.1.3 紧凑性指标965

15.4.1.4 可靠性与耐久性指标965

15.4.1.5 适应性指标966

15.4.1.6 运转性指标966

15.4.1.7 排放性能967

15.4.2 内燃机的运行安全及保养967

15.4.2.1 润滑油及润滑系统967

15.4.2.2 冷却水及冷却系统968

15.4.2.3 燃料及燃料供给系统969

15.4.2.4 空气滤清器及换气系统970

15.4.2.5 磨损、损伤和密封970

15.4.2.6 点火系统及冷启动971

15.4.2.7 内燃机的振动与噪声971

15.4.2.8 内燃机的热负荷和热强度972

15.4.3 内燃机的使用972

15.4.3.1 汽车972

15.4.3.2 摩托车973

15.4.3.3 铁路机车973

15.4.3.4 农业机械974

15.4.3.5 工程机械974

15.4.3.6 林业机械975

15.4.3.7 航海975

15.4.3.8 航空976

15.4.3.9 军事装备977

15.4.3.10 内燃机发电机组978

参考文献979

第16章 燃气轮机与航空发动机燃烧980

符号说明980

16.1 航空发动机主燃烧室工作原理983

16.1.1 航空发动机主燃烧室的功用和特点983

16.1.2 航空发动机主燃烧室原理和运行过程983

16.1.3 航空发动机主燃烧室结构型式988

16.1.4 主燃烧室头部、旋流器与喷嘴989

16.1.5 航空发动机主燃烧室性能991

16.1.5.1 容热强度991

16.1.5.2 燃烧效率991

16.1.5.3 燃烧稳定性993

16.1.5.4 点火可靠993

16.1.5.5 出口温度场符合要求994

16.1.5.6 压力损失小995

16.1.5.7 排放尾气996

16.1.5.8 寿命长997

16.1.6 航空发动机主燃烧室调节997

16.2 航空发动机主燃烧室设计997

16.2.1 航空发动机主燃烧室设计指标997

16.2.2 航空发动机主燃烧室初步设计999

16.2.2.1 燃烧室结构方案1000

16.2.2.2 设计变量1000

16.2.2.3 燃烧室初步设计步骤1001

16.2.3 扩压器设计1002

16.2.4 燃烧室流路设计1003

16.2.4.1 燃烧室流路设计要求1003

16.2.4.2 进入火焰筒的空气流量分配1004

16.2.4.3 头部流量的确定1004

16.2.4.4 燃烧室压力损失的考虑1004

16.2.4.5 头部与环腔面积的确定1005

16.2.4.6 头部与环腔高度的确定1007

16.2.4.7 燃烧室长度和燃料喷嘴数目的确定1007

16.2.4.8 火焰筒流量分配1008

16.2.4.9 燃烧室性能估算1008

16.2.4.10 燃烧室流量分配与流路参数计算模型1010

16.2.5 主燃区设计1015

16.2.5.1 旋流器的性能参数1015

16.2.5.2 轴流式旋流器的设计方法1016

16.2.6 掺混区设计1018

16.2.6.1 掺混布局的思路1018

16.2.6.2 掺混孔的类型1018

16.2.6.3 掺混孔设计考虑1018

16.2.7 燃烧室冷却1019

16.2.7.1 冷却型式的选择1019

16.2.7.2 初始冷却空气量的选择1019

16.2.7.3 详细设计1019

16.2.7.4 一维传热分析1019

16.2.8 燃烧室设计技术发展趋势1021

16.3 航空发动机加力燃烧室1023

16.3.1 加力和加力方法及分类1023

16.3.1.1 加力基本概念1023

16.3.1.2 加力方法1023

16.3.1.3 加力燃烧室分类1024

16.3.2 加力燃烧室与主燃烧室不同1025

16.3.2.1 进口条件不同1025

16.3.2.2 技术要求不同1025

16.3.2.3 供油调节规律不同1027

16.3.2.4 功能不同1028

16.3.3 加力燃烧室的组织燃烧原理1028

16.3.3.1 火焰传播速度1028

16.3.3.2 V形槽稳定器1029

16.3.3.3 余弦定律1030

16.3.3.4 复燃原理1031

16.3.4 基本结构1032

16.3.4.1 扩压器和混合／扩压器1032

16.3.4.2 燃油喷雾器1032

16.3.4.3 点火器1034

16.3.4.4 火焰稳定器1035

16.3.4.5 防振隔热屏1036

16.3.4.6 可调喷管1037

16.3.4.7 加力附件1040

16.3.5 主要性能和指标1040

16.3.5.1 点火1040

16.3.5.2 燃烧稳定性1042

16.3.5.3 加力温度1043

16.3.5.4 加力燃烧效率1044

16.3.5.5 总压损失1044

16.3.5.6 加力比和加温比1045

16.3.6 涡喷加力燃烧室1046

16.3.6.1 扩压器设计1046

16.3.6.2 冷却系统设计1048

16.3.6.3 热结构稳定性1053

16.3.6.4 隔热涂层1055

16.3.7 涡扇加力燃烧室1056

16.3.7.1 混合／扩压器设计1057

16.3.7.2 硬点火与软点火1064

16.3.7.3 值班火焰稳定器1067

16.3.7.4 低温燃烧问题1069

16.3.7.5 燃烧不稳定性1071

16.3.8 加力燃烧室试验技术1076

16.3.8.1 点火器试验1076

16.3.8.2 稳定器与喷雾器匹配试验1077

16.3.8.3 扩压／混合器试验1078

16.3.8.4 加力扇形试验1078

16.3.8.5 全尺寸强度试验1079

16.3.8.6 加力台架试验1079

16.3.8.7 加力与主机匹配试车1080

16.3.8.8 燃气分析在加力调试中的应用1080

16.3.8.9 特种测量与试验1083

16.4 冲压发动机燃烧技术1084

16.4.1 冲压发动机概述1085

16.4.1.1 工作原理和特点1085

16.4.1.2 分类和举例1086

16.4.1.3 冲压发动机的组成1090

16.4.1.4 冲压发动机的性能指标1093

16.4.1.5 亚燃冲压发动机设计和试验基础1094

16.4.1.6 超燃冲压发动机设计和试验基础1098

16.4.1.7 冲压发动机技术的研究和应用史1103

16.4.1.8 冲压发动机技术发展现状和展望1105

16.4.2 冲压燃烧室燃烧组织原理和燃料1107

16.4.2.1 冲压燃烧技术研究发展概况1107

16.4.2.2 冲压发动机燃料的选用要求1109

16.4.2.3 液体燃料和燃料与空气混合物的形成1110

16.4.2.4 液体亚燃冲压燃烧室燃烧组织原理1113

16.4.2.5 固体燃料和多种形式的燃烧方案1114

16.4.2.6 超燃冲压发动机用吸热燃料及复合燃料系统1116

16.4.3 燃烧室气动热力计算和化学动力学分析1117

16.4.3.1 计算目的和方法说明1117

16.4.3.2 燃气化学平衡计算方法1118

16.4.3.3 冲压燃烧室（亚燃）气动设计主要公式1120

16.4.3.4 燃烧室化学动力学分析1121

16.4.4 液体燃料冲压燃烧室设计和试验1122

16.4.4.1 一体化布局和结构类型1122

16.4.4.2 火焰稳定装置设计和燃烧稳定性分析1123

16.4.4.3 影响燃烧效率的诸因素分析1125

16.4.4.4 其他设计问题1126

16.4.4.5 燃烧试验1126

16.4.5 气氢、固体燃料冲压燃烧室和火箭冲压燃烧室研究1127

16.4.5.1 气氢冲压燃烧室1127

16.4.5.2 固体燃料冲压燃烧室1129

16.4.5.3 固体火箭冲压燃烧室1131

16.4.6 超声速燃烧室工作特点和初步设计1133

16.4.6.1 超声速燃烧的试验和理论基础1133

16.4.6.2 超声速燃烧室的工作特点和遇到的挑战1135

16.4.6.3 超声速燃烧室设计的基本考虑1137

16.4.6.4 超声速燃烧室气流通道设计1138

16.4.6.5 超声速燃烧室中燃料的喷射、混合和燃烧1141

16.4.7 双模态燃烧及双燃烧室燃烧1145

16.4.7.1 双模态燃烧的基本原理1146

16.4.7.2 双模态燃烧室的设计计算1149

16.4.7.3 双模态燃烧室的试验研究1150

16.4.7.4 双燃烧室燃烧的组织特点1152

16.4.8 超声速燃烧室研制探讨1153

16.4.8.1 超声速燃烧室样机研制举例1153

16.4.8.2 计算流体力学在超声速燃烧研究中的应用1156

16.4.8.3 超声速燃烧室发展探讨1160

16.5 航空发动机燃烧污染物的防治1161

16.5.1 排气污染的标准1161

16.5.1.1 污染物排放的指标1161

16.5.1.2 国际民航组织排气污染的标准1162

16.5.1.3 美国环境保护局排气污染标准1163

16.5.2 排气污染物的形成及其控制1163

16.5.2.1 污染物的生成机理1163

16.5.2.2 改善排气污染特性的措施1165

16.5.3 先进低污染燃烧室1166

16.5.3.1 分级燃烧室1167

16.5.3.2 可变几何燃烧室1169

16.5.3.3 催化燃烧室1169

16.5.3.4 贫油预混预蒸发燃烧室1170

16.5.3.5 富油／急冷／贫油燃烧室1170

16.6 发电和动力用燃气轮机燃烧室1171

16.6.1 发电和动力用燃气轮机燃烧室原理1171

16.6.1.1 燃机燃烧室的功用和基本要求1171

16.6.1.2 燃机燃烧室运行、使用条件的特点1171

16.6.1.3 燃机燃烧室使用多种低质或劣质燃料1172

16.6.2 发电和动力用燃气轮机燃烧室设计1175

16.6.2.1 燃机燃烧室的高负荷、高效率、长寿命设计1175

16.6.2.2 燃机的低污染燃烧室设计1176

参考文献1180

第17章 火箭发动机燃烧室与推进剂燃烧1185

符号说明1185

17.1 火箭发动机燃烧室中的燃烧与流动过程1186

17.1.1 固体火箭发动机燃烧室中的燃烧与流动过程1186

17.1.2 液体火箭发动机燃烧室中的燃烧与流动过程1188

17.2 固体推进剂的分类及燃烧1191

17.2.1 固体推进剂的分类1191

17.2.1.1 双基推进剂1191

17.2.1.2 复合推进剂1192

17.2.2 固体双基推进剂的燃烧过程1194

17.2.2.1 固相加热区1194

17.2.2.2 凝聚相反应区（泡沫区或表面层反应区）1194

17.2.2.3 嘶嘶区1195

17.2.2.4 暗区1195

17.2.2.5 火焰区1196

17.2.3 固体复合推进剂的燃烧过程1196

17.2.3.1 粒状扩散火焰模型（GDF模型）1196

17.2.3.2 多火焰模型（BDP模型）1197

17.2.4 燃烧速率及其影响因素1199

17.2.4.1 燃速的定义1199

17.2.4.2 燃速与压强的关系1199

17.2.4.3 燃速与推进剂初温的关系1201

17.2.4.4 侵蚀燃烧1202

17.2.4.5 过载条件下的燃烧1208

17.2.4.6 嵌入金属丝装药的燃速1209

17.2.5 固体火箭发动机的不稳定燃烧与预防措施1210

17.2.5.1 不稳定燃烧的分类1211

17.2.5.2 声不稳定燃烧的机理1212

17.2.5.3 装药燃烧表面对声振的响应1216

17.2.5.4 响应函数的实验测定1219

17.2.5.5 固体火箭发动机燃烧室中的阻尼因素1220

17.2.5.6 抑制和防止声不稳定燃烧的措施1221

17.2.5.7 低频不稳定燃烧1222

17.3 液体推进剂及其燃烧1224

17.3.1 液体推进剂1224

17.3.1.1 液体推进剂的分类1224

17.3.1.2 对液体推进剂的基本要求1225

17.3.1.3 液体氧化剂1227

17.3.1.4 液体燃料1228

17.3.1.5 单组元液体推进剂1231

17.3.1.6 胶体推进剂1232

17.3.1.7 双组元推进剂的实际组元混合比与余氧系数1232

17.3.2 双组元液体推进剂的燃烧1234

17.3.2.1 雾化过程1234

17.3.2.2 混合过程1238

17.3.2.3 蒸发过程1239

17.3.2.4 燃烧过程1240

17.3.3 液体火箭发动机不稳定燃烧及其预防措施1243

17.3.3.1 低频不稳定燃烧1243

17.3.3.2 中频不稳定燃烧1243

17.3.3.3 高频不稳定燃烧1244

17.4 火箭发动机推力室的方案设计1246

17.4.1 固体火箭发动机方案设计的方法与原则1246

17.4.1.1 导弹总体对固体火箭发动机设计的基本要求1246

17.4.1.2 设计方法与原则1246

17.4.2 液体火箭发动机推力室方案设计的方法与原则1254

17.4.2.1 导弹、运载火箭或航天器对发动机提出的设计要求1254

17.4.2.2 液体火箭发动机推力室方案设计的方法与原则1254

17.5 火箭发动机燃烧室的数值模拟1262

参考文献1265

第三篇 燃烧污染物生成及其防治第三篇符号说明1267

第18章 燃烧的气体污染物生成及其防治1270

18.1 大气污染物及其危害1270

18.2 防治SO2污染及烟气脱硫技术分类1275

18.2.1 烟气脱硫反应的主要物理化学过程1280

18.2.2 燃烧过程中气体污染物的脱除1282

18.2.3 烟气脱硫技术的分类1282

18.3 湿法烟气脱硫技术1284

18.3.1 湿式脱硫反应塔主要类型与结构1286

18.3.1.1 脱硫塔与氧化塔的几种布置模式1286

18.3.1.2 脱硫塔的类型1287

18.3.13 喷淋式脱硫塔系统1292

18.3.1.4 雾化喷嘴1293

18.3.1.5 喷淋层1298

18.3.1.6 氧化区1299

18.3.1.7 影响脱硫过程的一些因素1302

18.3.2 脱硫剂的选择及制备1303

18.3.2.1 几种主要脱硫剂1304

18.3.2.2 石灰石脱硫剂制备系统1315

18.3.3 烟气脱硫产物的处理处置1317

18.3.3.1 石膏脱水系统1317

18.3.3.2 脱硫石膏的特性1321

18.3.3.3 脱硫石膏的综合利用1322

18.3.4 脱硫后烟气的排放1327

18.3.4.1 回转式烟气换热器1328

18.3.4.2 冷却塔排放烟气1329

18.3.4.3 旁路烟气法1329

18.3.4.4 增压风机1330

18.3.5 脱硫废水的处理1330

18.3.5.1 脱硫废水的产生与水质特点1330

18.3.5.2 脱硫废水的处理方法1332

18.3.5.3 脱硫废水系统的主要设备1332

18.3.6 脱硫系统的防腐材料1337

18.3.6.1 材料的腐蚀机理1338

18.3.6.2 材料的选择1339

18.3.6.3 烟气脱硫装置防腐技术1341

18.3.6.4 材料的性能价格比分析1344

18.3.7 湿法烟气脱硫系统的测量与控制1344

18.3.7.1 控制系统1345

18.3.7.2 连锁、保护及常用的监测仪表1345

18.4 半干法和干法烟气脱硫技术1348

18.4.1 喷雾干燥烟气脱硫工艺1348

18.4.2 炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺1353

18.4.3 循环流化床烟气脱硫工艺1357

18.4.4 荷电干式脱硫剂喷射烟气脱硫工艺1361

18.4.5 高能电子活化氧化烟气脱硫工艺1362

18.4.6 活性炭吸附法烟气脱硫工艺1366

18.4.7 中温干法钙基烟气脱硫工艺1368

18.5 燃烧生成的氮氧化物及其防治1368

18.5.1 燃烧过程中氮氧化物的生成1368

18.5.1.1 热力型NOx1369

18.5.1.2 瞬时反应型NOx1370

18.5.1.3 燃料型NOx1370

18.5.1.4 燃料型N2O1372

18.5.2 低NOx燃烧技术1373

18.5.2.1 降低火焰温度1373

18.5.2.2 高温空气燃烧1374

18.5.2.3 烟气再循环1375

18.5.2.4 空气分级燃烧1376

18.5.2.5 燃料再燃技术1376

18.5.2.6 低NOx燃烧器1377

18.5.2.7 低NOx燃烧系统1377

18.5.2.8 循环流化床燃烧技术1378

18.5.3 烟气中氮氧化物的化学脱除原理及系统1378

18.5.3.1 烟气脱硝的选择性催化还原法1378

18.5.3.2 烟气脱硝的选择性非催化还原法1384

18.5.4 烟气净化的联合脱除1385

18.5.5 内燃机的尾气净化1388

参考文献1390

第19章 燃烧生成的微粒及其防治1395

19.1 大气中微粒的危害及其来源1395

19.1.1 大气中微粒的危害1395

19.1.2 大气中微粒的来源1396

19.2 燃烧过程中微粒的生成及检测1400

19.2.1 内燃机生成的微粒1403

19.2.2 锅炉、工业炉与焚烧炉生成的微粒1404

19.3 燃烧源微粒的防治1407

19.3.1 烟气中微粒的脱除1407

19.3.2 内燃机尾气微粒的捕集1408

19.3.3 燃烧生成的重金属化合物及其控制1411

19.3.3.1 有毒重金属元素种类1411

19.3.3.2 燃煤烟气与飞灰中重金属元素的排放1412

19.3.3.3 重金属元素排放的控制1413

参考文献1423

第20章 燃烧生成的其他污染物及其防治1427

符号说明1427

20.1 燃烧生成的HCI及控制1427

20.1.1 中国煤中氯含量分布及氯的赋存形态1427

20.1.1.1 中国煤中氯含量分布1427

20.1.1.2 中国煤中氯的赋存形态1429

20.1.1.3 中国垃圾组分中氯含量分布1429

20.1.2 燃烧过程中HCI排放特性1430

20.1.2.1 煤燃烧过程中HCI排放特性1430

20.1.2.2 典型垃圾燃烧过程中HCI排放特性1434

20.1.2.3 垃圾与煤混烧过程中HCI排放特性1435

20.1.3 燃烧过程中氯化氢控制机理1435

20.1.3.1 CaCl2的高温稳定性1435

20.1.3.2 钙基和镁基吸收剂对HCI吸收作用1436

20.1.3.3 固定床钙基脱氯剂脱氯动力学模型1437

20.2 燃烧生成的氟化物及控制1439

20.2.1 煤燃烧氟污染的危害1439

20.2.2 煤中氟含量和分布1440

20.2.3 煤燃烧氟化物的生成1442

20.2.4 燃煤氟化物控制技术1444

20.2.4.1 燃烧前氟化物控制技术1444

20.2.4.2 燃烧中氟化物控制技术1444

20.2.4.3 燃烧后氟化物控制技术1446

20.3 燃烧生成的多环芳烃和二？英类有机毒物及控制1447

20.3.1 多环芳烃类物质及其危害1447

20.3.1.1 芳香烃的分类和多环芳烃的物理化学性质1447

20.3.1.2 多环芳烃的危害和毒性1448

20.3.2 燃烧过程中多环芳烃类有机毒物的生成1451

20.3.2.1 燃烧过程中多环芳烃的生成机理1451

20.3.2.2 燃烧过程中多环芳烃生成的影响因素1452

20.3.3 多环芳烃类有机物的生成抑制及其控制1452

20.3.3.1 燃烧过程中多环芳烃的生成抑制1452

20.3.3.2 多环芳烃排放控制的其他方法1453

20.3.4 二？英类物质及其危害1453

20.3.4.1 二？英类物质的化学特性1453

20.3.4.2 PCDD/Fs的毒性当量1454

20.3.4.3 二？英的危害1456

20.3.5 二？英类物质的来源1456

20.3.6 燃烧过程中二？英类物质的生成机理1457

20.3.6.1 原生垃圾自身含有的二？英1457

20.3.6.2 高温气相反应1457

20.3.6.3 低温异相反应1458

20.3.7 燃烧过程中影响二？英生成的因素分析1460

20.3.7.1 温度1460

20.3.7.2 氧气1460

20.3.7.3 反应时间1461

20.3.7.4 前驱物1461

20.3.7.5 氯的形态1461

20.3.7.6 硫1462

20.3.7.7 催化剂1463

20.3.7.8 水分1463

20.3.7.9 焚烧技术及炉型1463

20.3.8 国内外燃烧过程中二？英的排放控制标准1464

20.3.9 燃烧过程中二？英的控制方法及技术1464

20.3.9.1 垃圾组成的控制1464

20.3.9.2 改进燃烧状况减少PCDD/Fs的生成1465

20.3.9.3 燃烧过程中添加抑制剂防止PCDD/Fs的生成1465

20.3.10 在焚烧炉的燃烧后区域防止PCDD/Fs形成1466

20.3.10.1 控制烟气的温度-时间分布1466

20.3.10.2 增加吹灰装置1466

20.3.11 烟气中PCDD/Fs的脱除措施1466

20.3.11.1 布袋除尘器结合活性炭吸附1466

20.3.11.2 催化分解1467

参考文献1468

第四篇 火灾起因、过程和防治1475

第21章 火灾动力学基础1475

符号说明1475

21.1 可燃材料的燃烧特性1476

21.1.1 气体可燃物1476

21.1.1.1 预混燃烧1476

21.1.1.2 气相扩散燃烧1476

21.1.2 液体可燃物1476

21.1.2.1 可燃液体的危险1476

21.1.2.2 可燃液体的燃烧1477

21.1.3 固体可燃物1477

21.1.3.1 固体可燃物的火灾危险1477

21.1.3.2 固体可燃物的燃烧1478

21.2 火灾的发生1479

21.2.1 气体可燃物的着火1479

21.2.2 液体可燃物的着火1480

21.2.3 固体可燃物的着火1481

21.2.3.1 固体可燃物的燃烧特性1481

21.2.3.2 固体可燃物的热解、气化1481

21.3 火蔓延1482

21.3.1 气体可燃物中的火蔓延1482

21.3.2 液体可燃物中的火灾蔓延1484

21.3.2.1 油池火灾1484

21.3.2.2 油面火灾1484

21.3.3 固体可燃物表面的火蔓延1485

21.4 火灾烟气运动1485

21.4.1 烟气的产生1486

21.4.2 烟气的特征和危害1486

21.4.2.1 烟气的特性1487

21.4.2.2 烟气的危害1490

21.4.3 烟气流动和蔓延1490

21.4.3.1 燃烧所产生的浮力作用1491

21.4.3.2 建筑物内外温差产生的浮力1491

21.4.3.3 外部风造成的压差1492

21.4.3.4 空气控制系统造成的压差1492

21.5 火灾过程的计算机模拟1492

21.5.1 火灾过程的区域模拟1493

21.5.1.1 理论基础1493

21.5.1.2 区域模拟应用举例1494

21.5.2 火灾过程的场模拟1496

21.5.2.1 理论基础1496

21.5.2.2 基本控制微分方程组1496

21.5.2.3 湍流流动模型1496

21.5.2.4 湍流燃烧模型1497

21.5.2.5 辐射换热模型1498

21.5.2.6 炭黑模型1500

21.5.2.7 辅助关系式1500

21.5.2.8 方程的通用形式1501

21.5.2.9 场模拟应用举例1503

21.5.2.10 网格尺寸敏感性分析1503

21.5.3 火灾过程的场区模拟1505

21.5.3.1 理论基础1505

21.5.3.2 场区模拟应用举例1506

21.5.4 火灾过程的场区网模拟1508

21.6 特殊火灾现象1509

21.6.1 轰燃1509

21.6.2 回燃1510

21.6.3 扬沸1511

21.6.4 飞火1511

21.6.5 火旋风1512

21.7 双重性规律及其应用1513

参考文献1514

第22章 阻燃原理及阻燃技术1517

符号说明1517

22.1 聚合物材料热解与燃烧1517

22.1.1 热氧化降解和分解1518

22.1.2 聚合物材料气相和凝聚相燃烧1520

22.1.2.1 气相燃烧1520

22.1.2.2 凝聚相燃烧1521

22.2 聚合物材料阻燃技术基本原理1523

22.2.1 气相原理1523

22.2.2 凝聚相原理1524

22.2.3 中断热交换阻燃机理1524

22.3 阻燃剂及其作用原理1524

22.3.1 无机阻燃剂1524

22.3.1.1 无机金属氢氧化物阻燃剂1524

22.3.1.2 无机磷系阻燃剂1525

22.3.1.3 氮系阻燃剂1526

22.3.1.4 硼系阻燃剂1526

22.3.1.5 锑系阻燃剂1526

22.3.1.6 卤系阻燃剂1526

22.3.1.7 锡系阻燃剂1526

22.3.1.8 硅系阻燃剂1527

22.3.2 有机阻燃剂1527

22.3.2.1 有机卤系阻燃剂1527

22.3.2.2 有机磷系阻燃剂1527

22.3.2.3 有机硼系阻燃剂1528

22.3.2.4 有机硅系阻燃剂1528

22.4 阻燃技术的最新进展1528

22.5 阻燃技术与火灾风险的关系1531

参考文献1535

第23章 火灾探测与清洁高效灭火技术1538

符号说明1538

23.1 火灾探测技术概述1539

23.1.1 火灾探测技术发展历史1539

23.1.2 中国火灾探测技术现状1539

23.1.3 火灾探测技术发展趋势1540

23.2 火灾探测原理与算法1540

23.2.1 火灾探测原理及分类1540

23.2.2 火灾探测算法1541

23.2.2.1 火灾信号的特征1541

23.2.2.2 信号处理算法1541

23.3 火灾探测技术1543

23.3.1 烟雾探测技术1543

23.3.1.1 离子感烟探测器1543

23.3.1.2 光电感烟探测器1543

23.3.2 温度探测技术1546

23.3.2.1 定温探测器1547

23.3.2.2 差温探测器1547

23.3 2.3 差定温探测器1548

23.3.2.4 感温探测器性能要求1549

23.3.3 火焰探测技术1549

23.3.3.1 概述1549

23.3.3.2 紫外火焰探测器1549

23.3.3.3 红外火焰探测器1550

23.3.3.4 紫外-红外复合火焰探测器1551

23.3.4 气体探测技术1551

23.3.5 复合探测技术1553

23.3.6 火灾探测新技术1553

23.3.6.1 图像型火灾探测技术1553

23.3.6.2 吸气式火灾探测技术1554

23.3.6.3 光声火灾气体探测技术1555

23.4 火灾探测器选型与布置1555

23.4.1 火灾探测器选型1555

23.4.1.1 火灾探测器选择一般原则1555

23.4.1.2 不同类型探测器的适应性1556

23.4.2 火灾探测器布置设计1557

23.4.2.1 点型探测器布置设计1557

23.4.2.2 线型火灾探测器布置设计1558

23.5 灭火原理&1558

23.5.1 火灾类别1559

23.5.2 灭火剂1559

23.5.3 灭火机理1560

23.6 传统灭火技术1562

23.6.1 水喷淋灭火技术1562

23.6.1.1 管网设计1562

23.6.1.2 水喷淋喷头1563

23.6.1.3 水喷淋灭火性能的计算1563

23.6.2 哈龙气体灭火技术1564

23.6.3 泡沫灭火技术1564

23.6.3.1 高倍数、中倍数、低倍数泡沫灭火技术1565

23.6.3.2 水成膜泡沫灭火技术1565

23.6.3.3 压缩空气泡沫技术1565

23.6.4 干粉灭火技术1565

23.7 清洁高效灭火技术1567

23.7.1 洁净气体灭火技术1567

23.7.1.1 引言1567

23.7.1.2 灭火效率1567

23.7.1.3 对环境影响1568

23.7.1.4 毒性分析1569

23.7.2 细水雾灭火技术1570

23.7.2.1 细水雾灭火机理1570

23.7.2.2 细水雾的喷雾特性1571

23.7.2.3 细水雾发生方法1572

23.7.2.4 细水雾系统类型1573

23.7.3 气溶胶灭火技术1573

23.7.3.1 引言1573

23.7.3.2 气溶胶灭火剂简介1574

23.7.3.3 气溶胶灭火剂的物理化学性能1574

23.7.3.4 气溶胶灭火系统应用1576

23.8 灭火介质抑制熄灭火焰的有效性评价1576

23.8.1 灭火介质有效性的评价方法1576

23.8.2 小尺度基础上灭火介质抑制熄灭火焰有效性评价1580

参考文献1580

第24章 烟气控制技术1583

符号说明1583

24.1 引言1583

24.2 防止烟气蔓延的挡烟方法1584

24.2.1 防烟分隔技术1584

24.2.2 气流加压控制1585

24.2.3 反向空气流控制1587

24.3 烟气排放控制技术1588

24.3.1 烟气的生成速率1588

24.3.2 自然排烟原理和方法1589

24.3.3 自然排烟的影响因素1591

24.3.3.1 烟囱效应1591

24.3.3.2 燃气的浮力与膨胀力1593

24.3.3.3 风的影响1594

24.3.4 机械排烟方法1595

24.4 烟气控制引起的一些问题1597

24.4.1 加压引起的开门力的增加1597

24.4.2 流通面积的计算1598

24.5 特殊建筑内的烟气控制1600

24.5.1 大空间建筑内的烟气控制1600

24.5.2 地下建筑内的烟气控制1601

参考文献1603

第25章 性能化防火设计、人员疏散与火灾风险评估1604

符号说明1604

25.1 火灾中人的行为1605

25.1.1 人员特性1605

25.1.1.1 影响人员疏散的一般人员特性1605

25.1.1.2 疏散人员的反应特性1606

25.1.1.3 紧急情况下人员运动特点1608

25.1.2 火灾产物对人员疏散的影响1608

25.1.3 建筑疏散结构与安全疏散1609

25.2 人员疏散模型与计算方法1610

25.2.1 经验公式1611

25.2.1.1 Togawa公式1611

25.2.1.2 Melinek和Booth公式1612

25.2.2 离散化模型1612

25.2.2.1 粗糙网络模型1612

25.2.2.2 精细网格模型1612

25.2.3 连续性模型1613

25.3 火灾风险分析与风险决策1615

25.3.1 火灾风险的概念1615

25.3.2 火灾风险分析的基本目的1616

25.3.3 火灾风险分析的基本内容1617

25.3.4 火灾风险决策的基本过程1618

25.4 火灾风险分析方法概述1619

25.4.1 火灾风险事件树分析模型1619

25.4.1.1 火灾场景设计与事件树构建1620

25.4.1.2 初始火灾可能性分析1621

25.4.1.3 消防系统成功概率分析1621

25.4.1.4 风险计算及减少方案的成本效益分析1621

25.4.2 火灾风险指数分析法1623

25.4.3 火灾风险工程方法1623

25.4.3.1 概述1623

25.4.3.2 定义和基本公式1624

25.4.3.3 FRAME方法的主要用途1626

25.5 发展性能化防火设计规范1626

25.5.1 性能化防火设计基本概念1626

25.5.2 性能化防火设计的基本思想与原则1627

25.5.3 性能化防火设计规范的建立1627

25.5.3.1 规格式防火设计规范及其特点1627

25.5.3.2 性能化防火设计规范的建立1627

25.6 性能化防火设计流程与基本步骤1628

25.6.1 性能化防火设计流程与基本步骤1628

25.6.2 设计准备阶段1629

25.6.3 定量分析阶段1630

25.6.4 文件编制阶段1631

25.7 性能化防火设计常用工具1631

25.7.1 火灾动力学计算1631

25.7.1.1 室内火灾发展的基本过程1632

25.7.1.2 火灾过程的常用计算公式1632

25.7.2 其他工程计算工具1634

25.8 性能化设计的性能判据与不确定性分析1636

25.8.1 概述1636

25.8.2 火灾安全性能判据1636

25.8.2.1 确定性判据1637

25.8.2.2 概率性判据1642

25.8.3 性能化设计的不确定性分析1643

25.8.3.1 不确定性因素的分类1643

25.8.3.2 处理不确定性的一般步骤与方