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1、燃烧效率及燃烧检测Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望对烟气的检测和计算n目标：目标：通过对燃烧产物（烟气）的成分进行气体分析，实通过对燃烧产物（烟气）的成分进行气体分析，实现对空气消耗系数和燃烧完全程度的计算现对空气消耗系数和燃烧完全程度的计算n方法：方法：化学吸收法、电气测量法、红外吸收法和色谱分析化学吸收法、电气测量法、红外吸收法和色谱分析法法n关键问题：关键问题：需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧热损失的需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧热损失的检测计算原理和方法检测
2、计算原理和方法2测定方法-化学吸收法n奥氏烟气分析仪测定烟气成分奥氏烟气分析仪测定烟气成分n燃烧效率仪测定烟气成分燃烧效率仪测定烟气成分3烟气成分检测分析n在使用仪器及相应方法测量得到烟气成分数据后，需要验在使用仪器及相应方法测量得到烟气成分数据后，需要验证所得数据的准确性证所得数据的准确性n满足气体分析方程的数据就是有效的满足气体分析方程的数据就是有效的(误差范围内误差范围内)n 是燃料特征系数是燃料特征系数，决定于燃料成分决定于燃料成分。表。表6-1nRO2CO2SO2，即两种成分之和，即两种成分之和n各成分的上标各成分的上标 表示是燃烧产物（烟气）成分表示是燃烧产物（烟气）成分4气体分析
3、方程的导出n1、定义定义VRO2、RO2,max、(存在存在C、S成分上限成分上限)（1）VRO2是完全燃烧时燃烧产物中是完全燃烧时燃烧产物中RO2（CO2SO2）的数）的数量（量（注意：不要求注意：不要求n1）（2）RO2,max定义为定义为干理论燃烧产物干理论燃烧产物中的中的RO2最大理论含量最大理论含量（干成分（干成分%，注意，注意n1） （1）（3）由右式定义由右式定义 （2）5气体分析方程的导出n2、用烟气成分计算用烟气成分计算RO2,max，要计算，要计算 VRO2和和V0,dn根据根据VRO2的定义，可直接写出的定义，可直接写出n依据烟气中成分同样可以得到依据烟气中成分同样可以得
4、到V0,d和和Vn,d间的关系间的关系n3、得气体分析方程得气体分析方程，上两式子代入定义式上两式子代入定义式(1)得到得到RO2,max，再将，再将RO2,max的表达式代入的表达式代入的定义式的定义式(2)6V0,d与Vn,d的关系n对于完全燃烧：对于完全燃烧：Vn,d=V0,d+(Ln-L0) （此时（此时n=1）n如果不完全燃烧：如果不完全燃烧：n用产物成分表示用产物成分表示Ln-L0（过剩空气量）。一部分是（过剩空气量）。一部分是n1过剩的，过剩的，一部分是由于不完全燃烧未参加反应而剩余的，故一部分是由于不完全燃烧未参加反应而剩余的，故7V0,d与Vn,d的关系n因此，因此，n=1时
5、，时，n在在n1时，上式同样成立时，上式同样成立n把上式和把上式和VRO2代入代入RO2,max的计算式，即可得气体分的计算式，即可得气体分析方程析方程8定义RO2,max及的意义n对于确定的燃料，其成分中含对于确定的燃料，其成分中含C、S元素的量是确定的，因元素的量是确定的，因此在烟气中此在烟气中CO2SO2有理论上的最大值，这就是有理论上的最大值，这就是RO2,maxn根据物质守恒，根据物质守恒，烟气中所有含烟气中所有含C、S元素成分之和不能超过元素成分之和不能超过RO2,max。如果测量的数据超过了，那就是错误的。如果。如果测量的数据超过了，那就是错误的。如果相差太大那么就是测量误差大或
6、燃烧状况很不理想相差太大那么就是测量误差大或燃烧状况很不理想n定义定义就是要依据燃料本身的特征值（与燃烧过程无关）就是要依据燃料本身的特征值（与燃烧过程无关）来判断所测量烟气成分是否具有准确性来判断所测量烟气成分是否具有准确性n实际上从式实际上从式(2)看出做为检测的特征值看出做为检测的特征值和和RO2,max是一样是一样的，两者有确定的简单关系，用的，两者有确定的简单关系，用是为了简便是为了简便9气体分析方程的简化应用n1、如果如果H2及及CH4很小，则可忽略不计，方程简化很小，则可忽略不计，方程简化为为n2、如果完全燃烧，则没有可燃成分如果完全燃烧，则没有可燃成分10空气过量系数的检测计算
7、空气过量系数的检测计算11空气消耗系数的计算n1、提出问题：提出问题：空气消耗系数空气消耗系数n值是一个很重要的指标，对燃烧过值是一个很重要的指标，对燃烧过程有很大影响，需要确定程有很大影响，需要确定n2、分析问题：分析问题：正在工作的炉子，由于存在吸气和漏风现象，很正在工作的炉子，由于存在吸气和漏风现象，很难测定实际空气消耗量难测定实际空气消耗量Ln，也就难以用下式求，也就难以用下式求nn3、解决问题：解决问题：需要用烟气成分计算空气消耗系数需要用烟气成分计算空气消耗系数n按氧平衡原理计算按氧平衡原理计算n值值n按氮平衡原理计算按氮平衡原理计算n值值12方法1 氧平衡原理计算n值n首先考虑完
8、全燃烧首先考虑完全燃烧 1、将、将n值用氧气量来表示值用氧气量来表示2、用烟气成分表示、用烟气成分表示，L0,O2为理论需氧量，完全燃烧后全部转为理论需氧量，完全燃烧后全部转化为化为RO2和和H2O，那么必然可以用下式表示，那么必然可以用下式表示nL0,O2 =aVRO2+bVH2O=(aRO2+bH2O).Vn/100n完全燃烧情况下完全燃烧情况下(Ln,O2L0,O2)为烟气中剩余氧量为烟气中剩余氧量nLn,O2 - L0,O2=O2. Vn/10013方法1氧平衡原理计算n值n因此得到因此得到n值值n3、引入、引入K表示理论需氧量与燃烧产物中表示理论需氧量与燃烧产物中RO2量的比值量的比
9、值 K值可根据燃料成分求得。值可根据燃料成分求得。一般天然气的一般天然气的K值为值为2为什么要引入参数K14引入K的意义n在引入在引入K前，前，n值用燃烧产物表示时，有值用燃烧产物表示时，有H2O成分，成分，H2O成成分有多少以气态形式存在是很不确定的，取决于温度分有多少以气态形式存在是很不确定的，取决于温度n在用仪器测量烟气成分时，都是检测干烟气，一般不测量在用仪器测量烟气成分时，都是检测干烟气，一般不测量H2O成分数据（测量了也不准确）成分数据（测量了也不准确）n（1）引入一个）引入一个参数参数K就是为了避免用产物中的就是为了避免用产物中的H2O成分数成分数据据n（2）并且常数并且常数K可
10、依据燃料成分求得，跟燃烧过程无关可依据燃料成分求得，跟燃烧过程无关。15不完全燃烧n值修正n不完全燃烧时不完全燃烧时，则燃烧产物中还存在，则燃烧产物中还存在CO、H2、CH4等可燃成等可燃成分分n1、修正、修正O2 。n值公式中氧量应减去这些可燃气体完全燃烧值公式中氧量应减去这些可燃气体完全燃烧时将消耗的氧时将消耗的氧n2、修正、修正RO2 。RO2量应加上这些可燃气体如果燃烧将生量应加上这些可燃气体如果燃烧将生成的成的RO216方法2 氮平衡原理求n值n1、变换、变换n值的表达式值的表达式，变换后不出现单独的，变换后不出现单独的L0项，因为该项，因为该值与燃料成分有关而与烟气成分无关值与燃料
11、成分有关而与烟气成分无关n2、根据氮平衡有根据氮平衡有n3、（表达式中的量用烟气表示）、（表达式中的量用烟气表示）根据氧平衡有根据氧平衡有17方法2氮平衡原理求n值n4、（引入燃料决定量代替难测量）、（引入燃料决定量代替难测量）再利用再利用VRO2与与Vn,d的的关系关系n最后得最后得n注意：注意：N燃燃、VRO2由燃料成分确定由燃料成分确定18n值公式讨论特定情况的简化特定情况的简化n1、含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、焦炉煤含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、焦炉煤气等），气等），Nfuel可忽略不计可忽略不计 0，则，则n2、进一步，若完全燃烧，则进一步，若完全燃烧，则1
12、9n值公式讨论n3.如果进一步已知燃料中如果进一步已知燃料中H2含量很少，比如对于无含量很少，比如对于无烟煤、焦炭等，则烟煤、焦炭等，则N2=79，故：，故：如何证明N2=7920不完全燃烧热损失的检测计算不完全燃烧热损失的检测计算21不完全燃烧热损失计算n(概念上概念上)定义：定义：当不完全燃烧时，由于烟气中存在可燃成分，当不完全燃烧时，由于烟气中存在可燃成分，因而损失一部分化学热量，称为不完全燃烧热损失因而损失一部分化学热量，称为不完全燃烧热损失n(数值上数值上)q化化定义：定义：不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失q化化，表示单位（质量或，表示单位（质量或体积）燃料燃烧时，燃烧产物中可燃成分
13、含有的化学热占燃料体积）燃料燃烧时，燃烧产物中可燃成分含有的化学热占燃料发热量的百分数发热量的百分数22不完全燃烧热损失计算n(1)用烟气表达。用烟气表达。产物发热量产物发热量Q产产等于烟气中各可燃成分发等于烟气中各可燃成分发热量之和，假定有热量之和，假定有CO、H2、CH4，则，则nQ产产126CO+108H2+358CH4n(2)消去烟气量。消去烟气量。引入两个参数引入两个参数h、P，h称为烟气冲淡系数称为烟气冲淡系数，h越大，越大，n越大，完全燃烧越大，完全燃烧n1时时h1n不完全燃烧热损失改写为不完全燃烧热损失改写为23不完全燃烧热损失计算n(3)用燃料特性参数和烟气表达用燃料特性参数
14、和烟气表达。依据碳平衡有。依据碳平衡有nV0,d.RO2,maxVn,d.(RO2+CO+CH4)n则则n则不完全燃烧热损失为则不完全燃烧热损失为nRO2,max和和P只取决于燃料成分只取决于燃料成分24课堂练习1n已知某固体燃料的成分，试推导已知某固体燃料的成分，试推导用燃料成分表示用燃料成分表示b b的的计算公式计算公式n推导思想：利用推导思想：利用RO2,max的定义式及其与的定义式及其与b b的关系的关系n首先计算首先计算VRO2n再计算再计算VN2nV0,d=VRO2+VN2n利用利用RO2,max=21/(1+b b)可得可得b b计算公式计算公式25课堂练习2n已知烟煤成分已知烟
15、煤成分(%)为为:Cdaf=85.32，Hdaf=4.56，Odaf=4.07，Ndaf=1.80，Sdaf=4.25，Ad=7.78，Mar=3.0%，其低，其低位发热量为位发热量为30031kJ/kg。燃烧产物的成分分析结果为。燃烧产物的成分分析结果为(%)：RO2=14.0，CO=2.0，H2=1.0，O2=4.0，N2=79.0，试计算：，试计算：n1）该燃料的）该燃料的RO2,max，b b，K，Pn2）验算产物气体分析的误差）验算产物气体分析的误差n3）求空气消耗系数）求空气消耗系数n和不完全燃烧热损失和不完全燃烧热损失q化化n4)试用比热近似法和内插值近似法求理论发热温度试用比热
16、近似法和内插值近似法求理论发热温度26计算方法n首先，将成分换算为应用成分首先，将成分换算为应用成分n然后计算理论氧气需要量然后计算理论氧气需要量L0,O2和理论空气需要量和理论空气需要量L0，VRO2，VN2，V0,d，则可完成，则可完成(1)的计算的计算n利用气体分析方程来验算误差分析利用气体分析方程来验算误差分析n空气消耗系数空气消耗系数n不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失27计算方法n理论发热温度的求解：理论发热温度的求解：n1）比热近似法：）比热近似法：n假设发热温度假设发热温度2100度，则根据表度，则根据表3-3，查得烟煤燃烧产物的，查得烟煤燃烧产物的比热为比热为1.67，则，则t
17、=Q低低/V0c，根据门捷列夫公式得到，根据门捷列夫公式得到Q低低=30031 kJ/kgn2）内插值近似法：）内插值近似法：n根据根据Q低低/V0=i= 3658 kJ/m3n假设温度假设温度2100度，查表度，查表3-3得到各成分平均比热，求得产物得到各成分平均比热，求得产物的平均比热，即得的平均比热，即得i=3558 kJ/m3n假设温度假设温度2200度，再重复第二步计算得到度，再重复第二步计算得到i=3746 kJ/m3n根据内插值计算法，得到根据内插值计算法，得到t热热28课堂练习3n某高炉煤气，成分（某高炉煤气，成分（%）为：）为：CO2-10.66; CO-29.96; CH4
18、-0.27; H2-1.65; N2-57.46。燃烧产物的成分经分。燃烧产物的成分经分析为析为(%)：RO2=14.0, O2=9.0, CO=1.2,N2=75.8。试。试用各种计算公式计算用各种计算公式计算n值，并比较之。值，并比较之。29计算方法n计算的前提：判断成分测量是否准确，即利用气体分计算的前提：判断成分测量是否准确，即利用气体分析方程来检测。当误差满足工程要求（析方程来检测。当误差满足工程要求（5%)时，可时，可计算计算n值值n先计算先计算RO2,maxn先计算先计算VRO2，再计算，再计算V0,干干n计算得到计算得到b b=-0.16=-0.16n根据气体分析方程检验误差根
19、据气体分析方程检验误差30计算方法n1.氧平衡法计算氧平衡法计算n值：值：nL0,O2=(0.5CO+0.5H2+2CH4)/100=nVRO2=(CO2+CO+CH4)/100=nK=31计算方法n2.氮平衡法计算：氮平衡法计算：n对于气体燃料对于气体燃料 N燃燃=N2n如果是固体燃料呢？如果是固体燃料呢？32课堂练习4n某天然气在纯氧中燃烧，烟气成分某天然气在纯氧中燃烧，烟气成分(%)为：为：CO2=25.0,CO=24.0,O2=0.5,H2=49.0,CH4=1.5。试计算氧。试计算氧气消耗系数气消耗系数33课后作业n已知某烟煤含碳量（已知某烟煤含碳量（%）Car=80，烟气成分经分析为，烟气成分经分析为（干成分）（干成分）CO2=15.0,CO=3.33,试计算其干燃烧产物试计算其干燃烧产物生成量生成量34
