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1、中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 燃烧理论燃烧理论孔文俊洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所孔文俊洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所2010年年2月月23日日中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 第二章 化学反应热力学第二章 化学反应热力学2
2、.1 反应物与化学反应当量比反应物与化学反应当量比;2.2 化学平衡化学平衡;2.3 燃烧焓与绝热燃烧温度燃烧焓与绝热燃烧温度中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 ?化学热力学涉及的是多组分反应系统的平衡以 及平衡时的状态化学热力学涉及的是多组分反应系统的平衡以 及平衡时的状态中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化
3、学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 2.1 反应物与化学反应当量比反应物与化学反应当量比 大部分燃烧系统是获取热量和功，反应物由大部分燃烧系统是获取热量和功，反应物由燃料燃料和和氧化剂氧化剂组成组成? 氧化剂氧化剂通常是空气中的氧通常是空气中的氧 空气是免费的，不需要储存和携带。取之不尽、用之不竭。空气是免费的，不需要储存和携带。取之不尽、用之不竭。 空气中空气中O2的摩尔浓度是的摩尔浓度是21%；N2的摩尔浓度是的摩尔浓度是79% 1摩尔的摩尔的O2有有3.76摩尔的摩尔的N2； 空气中空气中N2对燃烧有稀释作用对燃烧有稀释作用, 降低燃烧反应强度；如需要提高燃烧强度
4、降低燃烧反应强度；如需要提高燃烧强度, 可行的办法之一是采用纯氧或富氧燃烧可行的办法之一是采用纯氧或富氧燃烧 思考题：估算大气中思考题：估算大气中O2的总质量，地球半径取的总质量，地球半径取6.4 106m中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 ? 空气是理想气体混合物，遵循理想气体混合物的性质空气是理想气体混合物，遵循理想气体混合物的性质 假设假设N种组分的混合气体，含有种组分的混合气体，含有nimol的组分的组分i， 总摩
5、尔数为总摩尔数为 则组分则组分i的摩尔百分数（体积百分比）为：的摩尔百分数（体积百分比）为： 其中含有其中含有mi kg的组分的组分i，总质量为，总质量为 定义质量百分数为：定义质量百分数为： 体积百分数与质量百分数间的相互转换其中组分体积百分数与质量百分数间的相互转换其中组分i的分子量为的分子量为Wi =Niitotnn1totiNi inn nnnnx=+=L21 =Niitotmm1totiNi imm mmmmy=+=L2111= =Niix11= =Niiy=iiiii iWxWxy中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院
6、工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 ? 空气空气? 混合物的平均分子量：混合物的平均分子量：? 质量百分数与体积百分数间的相互转换质量百分数与体积百分数间的相互转换=?79. 021. 02222NONO yyxx=+=+=+=+=%7 .762879. 03221. 02879. 0%3 .232879. 03221. 03221. 022222222NON NNOO Ommmymmmy=iiiiiiWyWxW1=iiiii iWyWyx84.282879. 03221. 0=+=airW中国科学院工程热物理研究所中国科
7、学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 ? 分压定律：对于理想气体，混合物的压力分压定律：对于理想气体，混合物的压力=所有物质的分压之和所有物质的分压之和? 分压与总压关系：分压与总压关系：? 混合物的焓、熵可类似计算混合物的焓、熵可类似计算=iipppxpii=),(),(),(),(iiiiii iiiiiiiiPTsxPTsPTsyPTshxhhyh=中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院
8、工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 ?燃料燃料气态 (H气态 (H2 2 CO CH等) CO CH等)液态 (重烷烃 甲、乙醇等) 液态 (重烷烃 甲、乙醇等) 固态 (煤炭 木材等)固态 (煤炭 木材等)?反应物：反应物：Fuel +（O2+3.76N2）中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 ? 化学当量化学当量 在化学反应过程中,反应物能够全部消耗
9、完毕在化学反应过程中,反应物能够全部消耗完毕 燃料和空气的相对浓度在化学当量时燃烧强度最高燃料和空气的相对浓度在化学当量时燃烧强度最高 ? 例如：例如：CH4+ 2O2+ 7.52N2 CO2+ 2H2O + 7.52N2 H2+ 0.5O2+ 1.88N2 H2O + 1.88N2 ? 刚好完全燃烧一定量的燃料所需的氧化剂的量,通式：刚好完全燃烧一定量的燃料所需的氧化剂的量,通式： CxHyOz+ a(O2+ 3.76N2) a = x + y/4 - z/2 ? 化学当量时的空燃比 （化学当量时的空燃比 （stoichiometric air-fuel ratio）()fuelairfue
10、lair WWammFA76. 4stst= =中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 ? 化学反应当量比化学反应当量比（equivalence ratio） 燃空比燃空比 F/A燃料和空气的质量之比燃料和空气的质量之比 F/O-燃料和氧化剂的质量之比燃料和氧化剂的质量之比() ()= leanfueltricstoichiomerichfuelAFAFst111计算当量比时不用考虑是质量 比还是摩尔比，也不用考虑是 燃料-空
11、气比还是燃料-氧气比计算当量比时不用考虑是质量 比还是摩尔比，也不用考虑是 燃料-空气比还是燃料-氧气比 =1, 燃料和空气完全反应燃料和空气完全反应, 仅有燃烧产物存在仅有燃烧产物存在中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 ?过量空气系数过量空气系数 : =1/ = (A/F)/(A/F )st 化学当量时化学当量时, = =1中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科
12、学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 ? 例题：一个小型的低污染排放的地面燃气轮机，在满负荷下运 行(3950kW)，此时的当量比为0.286，空气流量为 15.9kg/s。 等效燃料（天然气）成分为C1.16H4.32. 求：燃料的质量流率及 其运行的空燃比。中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 已知: =0.286, Wair=28.85, mai
13、r=15.9 kg/s, Wfuel=1.16(12.01)+4.32(1.008)=18.286 求: mfueland (A/F) 先求 (A/F) 然后求 mfuel.按定义：,76. 4)/(fuelair stoicWWaFA=,82.16286.1885.28)24. 2(76. 4)/(=stoicFA8 .58286. 082.16)/(=stoicFA(A/F)a=x+y/4=1.16+4.32/4=2.24skgskg FAmmair fuel/270. 08 .58 /9 .15 )/(=中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃
14、烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 例题：一台燃天然气的工业锅炉，运行时烟气中的氧的摩尔分数为3。求 解运行时的空燃比和当量比。天然气按甲烷来处理 解：已知: xO2=0.03, Wfuel=16.04；Wair=28.85. 求 : (A/F)、 先假定完全燃烧条件下，建立完全燃烧方程来获得空燃比，所谓的完全燃烧 是指所有的碳全部形成二氧化碳，氢形成水：CH4+a(O2+3.76N2)CO2+2H2O+bO2+3.76aN2其中 a 和 b 可用氧原子的守恒来建立方程.2a=2+2+2b从摩尔分数的定义有：.76. 412 76. 32122aa abb nnxtotO O+=+=aa 76. 41203. 0+=a=2.368中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组中国科学院工程热物理研究所洁净燃烧课题组燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊燃烧理论第二章：化学热力学主讲：孔文俊 3 .2004.16)85.28)(368. 2(76. 4176. 4)/(=fuelairfuelairfuelair WWa WW nnFA空燃比为：空燃比为：84. 03
