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1、传热与传质、燃料及燃烧、 (气体动力学) 、热工设备、热工仪表及控制传热与传质、燃料及燃烧、 (气体动力学) 、热工设备、热工仪表及控制 1. 燃料的发热量(热值)燃料的发热量(热值) 定义:单位质量/体积的燃料完全燃烧,当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热 量(一般室温 25) 。 依据燃烧产物中水蒸气(包括燃料中所含水生成的水蒸气和燃料中的氢燃烧时生成的水 蒸气)的不同形态,分为两种发热量:高温发热量、低位发热量 高位发热量(高位热值) :高位发热量(高位热值) :燃料完全燃烧,燃烧产物中的水蒸汽全部凝结为液态水时所 放出的热量 低位发热量(低位热值) :低位发热量(低位热值) :燃料
2、完全燃烧,燃烧产物中的水蒸汽仍以气态存在时所放出 的热量。 即它们的区别仅是:水的状态不同,25水的汽化热 24402500KJ/kg 实际燃烧时,因温度很高,燃烧产物中的水蒸气均以气态形式存在,不可能凝结为水, 故一般所测定的为低位发热量(低位热值) 。实际燃烧时,因温度很高,燃烧产物中的水蒸气均以气态形式存在,不可能凝结为水, 故一般所测定的为低位发热量(低位热值) 。 天然气的发热量(低位热值)一般为 800085004.18KJ/Nm3 提问:提问: 燃料的热值如何定义?通常所说的某种燃料的热值是什么意义?燃料的热值如何定义?通常所说的某种燃料的热值是什么意义? 2. 基本传热方式基本
3、传热方式 传热是由温度差引起的。只要有温度差存在,热量就会自发地从高温物体向低温物体转 移。 传热有三种方式:对流、导热、辐射 在预热段低温区,以对流传热为主;在高温区,以辐射传热为主。 提问:提问: 基本的传热方式有哪几种?基本的传热方式有哪几种? 在加热炉的不同温度区间,产品与热气流的传热方式各有什么特点?在加热炉的不同温度区间,产品与热气流的传热方式各有什么特点? 3. 气体燃料燃烧的基本条件气体燃料燃烧的基本条件 (1)有燃料(如天然气) (2)有空气(助燃风) (3)达到着火温度燃烧所需的最低温度 提问:提问: 气体燃料燃烧的基本条件是什么?气体燃料燃烧的基本条件是什么? 4. 气体
4、燃料燃烧的过程气体燃料燃烧的过程 (1) 混合燃料与空气的混合 (2) 着火 (3) 燃烧 提问:提问: 说一说气体燃料燃烧的过程说一说气体燃料燃烧的过程 5. 依据燃气与空气的混合情况,分为三种燃烧方法依据燃气与空气的混合情况,分为三种燃烧方法 (1) 长焰燃烧燃气和空气在燃烧器内不混合,喷出后靠扩散作用进行边混合边燃 烧,火焰长。 (2) 短焰燃烧燃气在燃烧器内与部分空气(一次空气)混合,喷出后燃烧并进一 步与二次空气混合燃烧,火焰较短 (3) 无焰燃烧燃气与空气在燃烧器内(或进燃烧器前)完全混合,在燃烧器内(或 喷出后)燃烧,火焰短而透明,几乎无火焰。 依据燃气与空气的混合情况,气体燃料
5、的燃烧分为哪三种方法,各有什么特点?依据燃气与空气的混合情况,气体燃料的燃烧分为哪三种方法,各有什么特点? 6. 燃烧的几个概念燃烧的几个概念 (1) 完全燃烧:燃料中的全部可燃成分在空气充足的情况下达到完全氧化,燃烧产 物中没有游离的 C 及 CO、H2、CH4 等可燃成分。 (2) 不完全燃烧:燃料中的可燃成分没有完全氧化,燃烧产物中尚存在一些可燃成 分,如游离的 C 及 CO、H2、CH4 等。 (3) 空气过剩系数:燃料完全燃烧需要供应一定量的空气。根据燃烧化学反应方程 式计算出来的单位燃料完全燃烧时所需的空气量为理论空气量。实际供应的空 气量一般大于理论空气量,称为实际空气量。实际空
6、气量与理论空气量的比值 称为空气过剩系数() 。一般气体燃料的空气过剩系数为 1.051.15 (4) 火焰的气氛:根据燃烧产物的气氛性质,燃料燃烧的火焰有氧化焰、还原焰、 中性焰之分。 氧化焰空气过剩系数1。燃烧产物中不含可燃成分如 CO 等,有过剩的 氧; 还原焰空气过剩系数1。燃烧产物中含可燃成分如 CO 等 中性焰空气过剩系数1.燃烧产物中没有过剩的氧,也没有可燃成分。理 论上中性焰的温度最高。 提问:提问: 什么是空气过剩系数?什么是空气过剩系数? 燃烧气氛分哪几种?如何划分?空气过剩系数与燃烧气氛有什么关系?燃烧气氛分哪几种?如何划分?空气过剩系数与燃烧气氛有什么关系? 空气过剩系
7、数与燃烧温度有什么关系?空气过剩系数与燃烧温度有什么关系? 7. 影响实际燃烧温度的因素影响实际燃烧温度的因素 (1) 燃料种类:与燃料热值及燃烧的产物量有关,热值越高、燃烧产物量越低,燃 烧温度越高。 (2) 燃料和助燃空气的温度:它们的温度越高,直接带入的显热越多,可提高燃烧 温度。 (3) 空气过剩系数:适当的空气过剩系数,可以保证有较高的燃烧温度。一般略 大于 1(过小,不完全燃烧;过大生成的烟气量多,会使燃烧温度降低) (4) 助燃风中氧气的浓度:提高氧气浓度,将使燃烧产物减少,可以提高燃烧温度。 (5) 炉体散热状况及炉内产品传热速度。 提问:提问: 空气过剩系数与燃烧温度有什么关
8、系?空气过剩系数与燃烧温度有什么关系? 影响加热炉实际燃烧温度有哪些因素?影响加热炉实际燃烧温度有哪些因素? 使用气体燃料时,能否提高助燃空气或燃气的温度?对燃烧有什么影响?可以采用哪 些方式提高燃气使用气体燃料时,能否提高助燃空气或燃气的温度?对燃烧有什么影响?可以采用哪 些方式提高燃气/助燃空气的温度?助燃空气的温度? 8. 关于关于 NOx 烟气中的氧化氮通称 NOx,以 N2O、NO、NO2、N2O4多种氮的氧化物存在,主要为 NO2 和 NO。一般环保排放基准中涉及的 NOx 均指 NO 和 NO2 来源: (1) 热力 NOx高温时空气中的氮与氧化合形成 NO,进一步氧化形成 NO
9、2 其生成速度与下列因素有关 A 与燃烧温度有关。当燃烧温度低于 1400时热力 NOx 生成速度较慢,当温 度高于 1400反应明显加快 (炉温不均匀时, 局部高温会产生大量的 NOx) 。 B 与空气过剩系数有关。氧浓度增加,NOx 生成量也增加。当出现 15的过量空气时,NOx 生成量达到最大:当过量空气超过 15时。由于 NOx 被稀 释,燃烧温度下降,反而会导致 NOx 生成减少。 C 与烟气在高温区的停留时间有关。停留时间越长,NOx越多。这是因为在窑 炉燃烧温度下,NOx的生成反应还未达到平衡,因而NOx的生成量将随烟气 在高温区的停留时间增长而增加。 (2) 燃料 NOx燃料中
10、的氮,在燃烧时与空气中的氧化合,生成 NO 和 NO2。 燃料氮转化为 NOx 量主要取决于空气过剩系数,空气过剩系数降低,NOx 的生 成量也降低,这是因为在缺氧状态下,燃料中挥发出来的氮与碳、氢竞争不足 的氧,由于氮缺乏竞争能力,而减少了 NOx 的形成。 减少 NOx 的措施(举例) (1) 降低火焰峰值温度,在保证燃烧完全的情况下减少空燃比,缩短燃烧气体在高 温区域中滞留的时间。 (2) 尽量使燃气完全燃烧,使之生成 CO2和 H2O,减少烟气中碳氢化合物的含量。 (3) 优化燃烧器结构,使燃烧温度均匀,避免火焰局部高温;采用较低的空气过剩 系数即可实现完全燃烧。 (4) 采用新型的燃
11、烧技术,如脉冲燃烧技术、高温空气燃烧技术、富氧燃烧技术等。 脉冲燃烧技术是近年来开发的一项行之有效的降低NOx的技术, 烧嘴采用间断燃 烧的方式,一旦工作,就处于满负荷状态。当需要升温时,烧嘴燃烧时间加长, 间断时间减少;需要降温时,烧嘴燃烧时间减少,间断时间加长。通过调节燃 烧时间的占空比实现窑炉的温度控制,燃料流量可通过压力调整预先设定,无 需在线调整, 即可实现空气过剩系数的精确控制。 故脉冲燃烧技术传热效率高、 能耗低、炉内温度场均匀性好,这些均有利于减少NOx的生成。 提问:提问: NOx 是国家限排的废气,工业窑炉废气中的是国家限排的废气,工业窑炉废气中的 NOx,一般来源于哪些哪
12、里?,一般来源于哪些哪里? 请说出几种工业窑炉请说出几种工业窑炉 NOx 的有效减排措施,并说明理由的有效减排措施,并说明理由 9. 炉子热效率炉子热效率 工件或物料加热时吸收的有效热量与供入炉内的热量之比,称为炉子的热效率 10. 炉用风机类型炉用风机类型 一般采用离心式通风机,包括引风机和鼓风机等。 锅炉引风机如排烟风机等,抽排窑炉烟气 离心鼓风机吸入环境空气,加压后作为助燃风、冷却风等。 11. 绝对压强和相对压强绝对压强和相对压强 按基准点不同,气体的压强有两种表示方法:绝对压强和相对压强 绝对压强:以绝对真空为起点。用 P 表示 相对压强:以周围环境大气压强为起点。各种测压仪表测得的
13、气体压强为相对压强,所 以相对压强又称表压。用 Ps 表示,环境压强用 Pa 表示 它们的关系:PsPPa 12. 炉压炉压 测量的炉压为相对压强。用 Ps 表示 Ps0:窑压为正压,表示炉内气体的压强大于环境大气压。炉内气体会从孔洞溢出 Ps0:窑压为零压。表示此处炉内气体压强等于环境大气压(零压位) 。 Ps0:窑压为负压。表示炉内气体压强小于环境大气压。周围空气会从孔洞吸入炉内。 提问:提问: 什么是绝对压强?什么是相对压强?它们之间有什么关系?什么是绝对压强?什么是相对压强?它们之间有什么关系? 一般测压仪表测得的气体压强是哪种压强?一般测压仪表测得的气体压强是哪种压强? 测得窑炉预热
14、段某处炉压为(测得窑炉预热段某处炉压为(20Pa) ,这一数值有什么含义?) ,这一数值有什么含义? 13. 标准燃料标准燃料 发热量为 29300kJ/kg 的煤,称为标准煤(标煤) 。 任何一种发热量的燃料消耗量都可以换算成标准煤的消耗量,以便进行比较。 14. 单位及换算单位及换算 标准状态:0,101325Pa(1atm) Nm3标准立方米(标准状态下的体积) 1kcal4.18kJ 1kW=859.8452kcal/h 1HP0.7457kW 1kgf9.8067N 1dyn105N 1atm101325 Pa 1mmH2O=9.8Pa 1MPa=106Pa=10.1972 kgf/
15、cm2 1kgf/cm29.80665104Pa 1bar1.01972 kgf/cm2 比热比热kJ/kg.是比热容的简称。单位质量的某种物质,温度降低 1或升高 1所吸收 或放出的热量,叫做这种物质的比热容。 燃气的比热可以分为定压比热和定容比热。保持燃气的容积不变的吸热(或放热)过程 时的比热为定容比热,保持燃气压力不变时的吸热(或放热)过程时的比热为定压比热。 传热系数(传热系数(W/m2.)代表高温物体对低温物体传热能力的大小。是指在稳定传热条 件下, 围护结构两侧空气温差为 1 度 (K, ) , 1 小时内通过 1 平方米面积传递的热量, 单位是瓦/平方米度(W/K,此处 K 可
16、用代替) 。 导热系数(导热系数(W/m.)是衡量物体导热能力大小的物理量。是当物体内温度梯度为)是衡量物体导热能力大小的物理量。是当物体内温度梯度为 1 /m 时,单位时间内、单位面积的导热量。时,单位时间内、单位面积的导热量。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、 温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料,导热系数较小。材料的含水 率、温 度较低时,导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料,而把导热系数在 0.05 瓦/米度以下的材料称为高效保温材料。 15. 退火炉的功能分区退火炉的功能分区 一般按产品加热顺序分为预热区、加热区、均热区 16. (带钢)退火炉结构(带钢)退火炉结构 一般可以分为: (1