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1、第二章 燃料的燃烧计算,刘雪玲 天津大学热能工程系,解决的问题,确定燃料燃烧所需要的空气量 燃料燃烧生成的烟气量 烟气的成分和焓值 烟气分析方方程、空气系数监控及不完全燃烧的热损失,2.1基本概念,化学当量比 标准空气 燃料的理论空气量 实际空气及过剩空气系数a,化学当量比（恰当比）,化学当量比(化学恰当比)：1公斤燃料燃烧反应理论所需要的氧气公斤数，用S表示。,CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 16 64 S=4,标准空气,空气的质量组成： mO2：mN2=23.2：76.8=1：3.31 空气的体积组成： O2：N2=21：79=1：3.76,CH4 + 2O2 = CO2 +
2、 2H2O 16 64,需要空气量是多少？,每消耗1kg氧气时需要的空气质量？ 每消耗1m3氧气时需要的空气体积？,燃料的理论空气量,理论空气量：单位燃料完全燃烧所需要的空气量。 符号： 固液燃料理论空气量的单位:Nm3/kg 1Kg燃料为基准 气体燃料的理论空气量的单位:Nm3/Nm3 1Nm3燃料为基准,过剩空气系数a,定义：实际供应空气量与理论空气量之比。,补偿混合的不均匀,保证燃烧产物的还原 保证燃烧产物的温度,实际空气量:,VK=Vk0,=VK/Vk0,2.2 理论空气量计算,几个假定: 空气和烟气所有成分都假设为理想气体 烟气温度不超过2000oC时不考虑烟气的热分解 忽略空气中的
3、各种微量成分,固、液燃料的理论空气量,可燃成分：,C、H、S,1 kmol O2,燃料每含1kg氧可少消耗多少空气？,1kg燃料完全燃烧所需理论空气量,或,Nm3空气/kg燃料,Kg空气/kg燃料,用空气质量表示：,用空气体积表示：,空气实际供应量,Nm3/kg,Nm3/ kg,干空气：,湿空气：,每m3干空气吸收Wg克饱和水蒸气 :,每kg干空气含d克饱和水蒸气 :,例题：,某煤种成分如下：Car=75%、Har=5%、Oar=3%、Nar=1%、Sar=1%、A=10% Mar=5%。 试计算其理论空气量。,气体燃料的理论空气量,H2,0.5O2,H2O,1Nm3 H2,0.54.76Nm
4、3 空气,1Nm3 H2O,1.88Nm3 N2,+,+,+,=,=,H2S,1.5 O2,H2O,1Nm3 H2S,1.54.76 Nm3O2,1Nm3 H2O,5.64Nm3 N2,+,+,+,=,=,SO2,+,1Nm3 SO2,+,CO,0.5O2,CO2,1Nm3 CO,0.54.76 Nm3空气,1Nm3 CO2,1.88Nm3 N2,+,+,+,=,=,1Nm3气体燃料完全燃烧所需理论空气量:,实际消耗空气量:,2.3 完全燃烧时燃料烟气量计算,固体、液体燃料完全燃烧烟气量计算,烟气量成分：,完全燃烧时燃料烟气量,理论烟气量：,理论干烟气量：,完全燃烧时燃料烟气量,CO2,SO2
5、,O2,N2,干烟气Vgy,VRO2,烟气量：,干烟气量：,H2O,固、液燃料的理论烟气由四部分组成：,理论烟气中水蒸汽量计算,燃料氢生成水：,燃料水：,湿空气中的水：,雾化用蒸汽带入水：,固、液燃料燃烧的理论烟气量为：,理论干烟气量为：,1完全燃烧实际烟气量为：,气体燃料完全燃烧烟气成分,气体燃料成分可能有：,CO、CO2、CnHm、H2、H2O、H2S、N2 、O2,燃烧完全产物：,CO2、SO2、 H2O、 N2,CO2、SO2、 H2O、 N2、O2,理论烟气量：,CO2体积：,SO2体积：,N2体积：,H2O体积：,三原子气体：,理论干烟气量,理论烟气量：,实际烟气量：,完全燃烧烟气
6、成分,湿烟气体积成分：,干烟气体积成分：,湿烟气质量成分：,Xyi=Vyi/Vy,Xgyi=Vyi/Vgy,Xyi=Myi/My= Myi/Myi,2.4 不完全燃烧时烟气量的计算,不完全燃烧的烟气组分,CO2,SO2,H2O,N2,VRO2,CO,CH4,H2,可燃气体,确定不完全燃烧的烟气量须已知的条件：,燃料成分：Car、Sar或 CO、CH4、CnHm、H2S,实际干烟气成分：RO2、CO、CH4,固、液燃料不完全燃烧干烟气量,烟气成分：,碳平衡：,硫平衡：,物质平衡：,得到固、液体燃料不完全燃烧干烟气量：,代入下式：,气体燃料不完全燃烧干烟气量,烟气成分：,碳平衡：,硫平衡：,物质平
7、衡：,气体燃料不完全燃烧干烟气量 ：,代入下式 ：,例题 ：试计算不完全燃烧时的烟气量。,气体成分：,烟气成分：,不完全与完全燃烧烟气量比较,根据化学反应方程式 1的情况 1的情况,烟气体积减小0.5体积,干烟气体积减小1.5个体积 湿烟气体积减小0.5个体积,干烟气体积减小2个体积 湿烟气体积没有变化,结论：,不完全燃烧程度越大，,Vgyb,湿烟气：,干烟气量：,燃料与空气充分混合，烟气中无O2 燃料与空气未充分混合，烟气中含O2,结论：,湿烟气：,干烟气量：,结论：,湿烟气：,干烟气量：,总结：,1）,2）,2.5 烟气分析原理,烟气分析的作用,监控,调节,分析,了解,烟气分析的原则,烟气
8、分析仪的类型,合理选择 取样方法,恰当的 取样点,深入了解燃烧 装置的工作特点,可靠,化学分析原理,物理分析原理,奥氏(Orsat)烟气分析仪,红外气体分析仪,=1，干烟气中RO2最大,干烟气RO2 =(干烟气CO2与SO2体积和) /干烟气量,适用的条件：完全燃烧、 =1,气体燃料,=0 .79(0.5H2+0.5CO+ (n+0.25m)CnHm+1.5H2S-O2)+0.21N2/(CO+ nCnHm+H2S+CO2)-0.79,固体燃料, =2.35(Har-0.125Oar+0.038Nar)/(Car+0.375Sar),烟气分析方程,1，不完全燃烧情况,揭示燃料燃烧后干烟气成分与
9、燃料特性之间的规律,或燃料燃烧后干烟气成分与RO2max( )之间的规律,烟气中的氧体积=过剩氧体积+不完全燃烧未消耗氧,VK-V0 =Vgy-Vgy0,过剩空气=过剩干烟气,Vgy0=Vgyb(100+1.88CO+0.88H2+7.52CH4-4.76O2)/100,Vgy0=Vgyb(100+1.88CO+0.88H2+7.52CH4-4.76O2)/100,代入：,由于：,烟气分析方程（或烟气分析检验方程）,适用的条件：, 1 完全或不完全燃烧 在空气中燃烧,揭示了烟气各组分与燃料特性系数之间的关系 可原来检验实测烟气成分的准确性,都适用于完全燃烧,（=1）,（ 1）,通常，H CH4
10、可忽略,烟气分析方程：,完全燃烧时：,完全燃烧时，烟气分析方程是燃料特性、运行参数和烟气成分之间的函数关系：,空气系数监控,空气系数监控计算,烟气成分,燃料性质,空气系数,完全燃烧条件下空气系数监控计算,不完全燃烧条件下空气系数监控计算,消耗的理论氧气量全部用于生产与RO2和H2O,完全燃烧条件下监控计算,测定烟气成分，推算空气系数，对燃烧过程监控,令：,得到：,燃料性质系数,完全燃烧生成1Nm3RO2所需理论氧气,适用于 1,K与燃料中C、H比例以及有关的无因次数,在 1时， K是燃料的性质。,不完全燃烧条件下监控计算,根据质量守恒得出，考虑了CO、CH4与 H2完全燃烧所需的氧体积及对烟气
11、中三原子体积的影响,燃料不完全燃烧损失计算,不完全燃烧损失系数定义：,VCO=Vgyb(CO/100),VH2=Vgyb(H2/100),VCH4=Vgyb(CH4/100),R常数与燃料的性质有关。,测试烟气成分，推算燃料化学不完全燃烧损失,R表示燃料单位热量产生RO2量,R ,温室气体,2.6 烟气焓和燃烧温度,燃烧室的热平衡 燃烧效率 烟气温度 燃料发热温度 理论燃烧温度 理论烟气焓 实际烟气汉,燃烧室的热平衡,燃料的物理焓,hr,燃料的发热量,空气的物理焓,V0ha,高温分解耗热,未完全燃烧热损失,烟气的物理热焓,燃烧室的热损失,QL,QW,Iy,QDW,QS,燃烧效率,或,燃烧温度,
12、烟气温度ty,影响烟气温度的因素：,燃烧发热量 运行空气过剩系数 空气、燃料的预热程度 燃烧空气富氧程度,不完全燃烧热损失 高温热离解热损失 燃烧装置保温性能,燃料发热温度tr0,=1,忽略燃料焓、空气焓、热损失、不完全燃烧损失、高温离解热损失时的燃料发热温度,燃料组分一定时：,只是燃料热物性的参数,理论燃烧温度ty0,1,定义：,绝热条件下,完全燃烧,比较燃料发热温度tr0：,注意：理论燃烧温度不仅取决于燃料特性，还取决于燃烧装置运行状态、空气过剩系数。,1900,800,1800,1700,1600,1500,1400,2000,2400,2800,3200,3600,4000,1600,
13、1200,=1.0,1.1,1.2,1.3,Ty0 oC,QDW kJ/m3,煤气发热量与空气系数对理论燃烧温度的影响,理论烟气焓,定义：=1时，1kg或1Nm3燃料、绝热条件下、 完全燃烧时生成的烟气焓。,固、液燃料的理论烟气焓Iy0,实际烟气焓,Iy=I0y+Iyk,Iyk=(-1)V0 hyk+( -1)0.00161dV0 hH2O,带有飞灰的实际烟气焓,Ifh=() fh 0.01Aar hfh,过剩空气的焓=过剩干空气的焓+过剩干空气中水蒸气的焓,实际烟气的焓=理论烟气的焓+过剩空气的焓+飞灰的焓,Iy=I0y+Iyk+ Ifh,实际烟气的焓=理论烟气的焓+过剩空气的焓,试计算： 1）燃料燃烧的理论空气量和理论烟气量。 2）如果0.7，完全燃烧，烟气中还含有O=3%，请问此时的空气系数是多少？,例题： 已知人工煤气成分如下：,
