《燃料及燃烧：4.第二篇 第四章 空气需要量和燃烧产物生成量（新）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃料及燃烧：4.第二篇 第四章 空气需要量和燃烧产物生成量（新）（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1总述总述第二篇第二篇 燃烧反应计算燃烧反应计算第四章第四章 空气需要量和燃烧产物生成量空气需要量和燃烧产物生成量第五章第五章 燃烧温度燃烧温度2总述总述一、燃烧反应计算一、燃烧反应计算 按照燃料中可燃物分子与氧化剂分子进行按照燃料中可燃物分子与氧化剂分子进行化学反应的反应方程式，根据物质平衡和热量化学反应的反应方程式，根据物质平衡和热量平衡的原理，确定燃烧反应的各参数。平衡的原理，确定燃烧反应的各参数。 主要参数有：主要参数有：1.1.单位数量燃料燃烧所需的单位数量燃料燃烧所需的氧化剂的数（空气或氧气）；氧化剂的数（空气或氧气）；2.2.燃烧产物的数量、成燃烧产物的数量、成分；分；3.3.燃
2、烧温度；燃烧温度；4.4.燃烧完全程度。燃烧完全程度。 这些参数在热工研究，炉子设计和生这些参数在热工研究，炉子设计和生产操作中都应掌握。产操作中都应掌握。3二、燃烧计算的条件二、燃烧计算的条件 1.1.燃烧反应计算需要知道燃烧反应计算需要知道燃料成分燃料成分，并且是应用成分，并且是应用成分（对固、液体燃料）或湿成分（对气体燃料）；如果（对固、液体燃料）或湿成分（对气体燃料）；如果原始数据不是这样的成分，则首先要进行必要的成分原始数据不是这样的成分，则首先要进行必要的成分换算。换算。2.2.氧化剂氧化剂。在工业炉中多数是用空气，少数情况下也。在工业炉中多数是用空气，少数情况下也有用氧气或富氧空
3、气。空气成分主要是氧气和氮气，有用氧气或富氧空气。空气成分主要是氧气和氮气，还有少量氩、氙、氖、氦等稀有气体及二氧化碳气体。还有少量氩、氙、氖、氦等稀有气体及二氧化碳气体。计算中假定干空气的成分按质量为：氧占计算中假定干空气的成分按质量为：氧占23.2%23.2%，氮占，氮占76.8%76.8%；按体积氧占；按体积氧占21%21%，氮占，氮占79%79%，空气中水蒸汽的含，空气中水蒸汽的含量通常可以按某温度（大气温度）下的饱和水蒸汽含量通常可以按某温度（大气温度）下的饱和水蒸汽含量计算。量计算。4三、化学配平关系三、化学配平关系燃料在燃烧室中燃料在燃烧室中不一定不一定都能按照化学方程式中都能按
4、照化学方程式中的比例来完成。例如，当空气量供应不足时，的比例来完成。例如，当空气量供应不足时，将会有一些可燃物分子不能被充分氧化而生成将会有一些可燃物分子不能被充分氧化而生成H H2 2、COCO等等。等等。燃烧反应计算属于燃烧燃烧反应计算属于燃烧静力学静力学计算，仅就化学计算，仅就化学反应的反应的平衡状态平衡状态计算。因此，在以后的燃烧计计算。因此，在以后的燃烧计算中，将假定燃料和氧化剂均匀混合，达到分算中，将假定燃料和氧化剂均匀混合，达到分子接触，而燃料数量和氧化剂数量的关系允许子接触，而燃料数量和氧化剂数量的关系允许不是反应配平的当量关系，即允许燃料过剩和不是反应配平的当量关系，即允许燃
5、料过剩和氧化剂过剩。氧化剂过剩。5四、燃烧产物组成四、燃烧产物组成根据燃烧产物的组成，可以分为完全燃烧和不根据燃烧产物的组成，可以分为完全燃烧和不完全燃烧。完全燃烧。 所谓所谓完全燃烧完全燃烧，指燃料中的，指燃料中的C、H、S均与氧充分反应而生成均与氧充分反应而生成CO2，H2O，SO2, ,此时此时燃烧产物的组成将为燃烧产物的组成将为CO2,H2O和和SO2，N2及少许及少许的的O2。 所谓的所谓的不完全燃烧不完全燃烧，则指还有其他，则指还有其他反应或燃料过剩，致使燃烧产物的组成除有上反应或燃料过剩，致使燃烧产物的组成除有上述气体外，尚有述气体外，尚有CO，H2，CH4等可燃气体和固等可燃气
6、体和固体可燃物。体可燃物。6五、五、工业炉要求工业炉要求 大多数要求完全燃烧，提高燃料的利用大多数要求完全燃烧，提高燃料的利用率。通常炉子的设计都是按完全燃烧计率。通常炉子的设计都是按完全燃烧计算的。算的。实际常有不完全燃烧。如氧气虽过量，实际常有不完全燃烧。如氧气虽过量，但来不及充分混合等原因。但来不及充分混合等原因。少数炉子要求有还原性气氛，则将有意少数炉子要求有还原性气氛，则将有意识组织不完全燃烧。识组织不完全燃烧。7六、气体体积六、气体体积气体体积均为：气体体积均为： 1.标准状态下的气体分子数都为标准状态下的气体分子数都为N 2.一切气体摩尔体积在标态下都是一切气体摩尔体积在标态下都
7、是22.4m3 3.气体密度等于分子量气体密度等于分子量kg22.4m38空气需要量计算空气需要量计算第四章第四章 空气需要量和燃烧产物生成量空气需要量和燃烧产物生成量 燃烧产物的生成量的计算燃烧产物的生成量的计算9 空气需要量计算空气需要量计算一、燃烧反应计算的必要性一、燃烧反应计算的必要性空气量空气量：正确设计炉子的燃烧装置和鼓风系统，正确设计炉子的燃烧装置和鼓风系统，必须知道为保证一定热负荷所应供应的空气量。必须知道为保证一定热负荷所应供应的空气量。产物（废气）的生成量、成分和密度产物（废气）的生成量、成分和密度：设计排设计排烟系统所必须已知的参数。这些参数与炉内的烟系统所必须已知的参数
8、。这些参数与炉内的热交换过程、压力水平也有关系。热交换过程、压力水平也有关系。 所以在进行炉子热工计算时或进行所以在进行炉子热工计算时或进行热工试验、热工分析中，常要求先进行空气需热工试验、热工分析中，常要求先进行空气需要量和燃烧产物生成量、成分、密度的计算。要量和燃烧产物生成量、成分、密度的计算。10二、空气需要量计算二、空气需要量计算固体燃料和液体燃料的理论空气需要量固体燃料和液体燃料的理论空气需要量 C%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100%碳燃烧时：碳燃烧时：C+O2=CO2质量关系：质量关系：1+8/3=11/3（kg/kg）氢燃烧时：氢燃烧时：H2+1/2O2=H2O质量关
9、系：质量关系：1+8=9（kg/kg）硫燃烧时：硫燃烧时：S+O2=SO2质量关系：质量关系：1+1=2 （kg/kg）每公斤燃料完全燃烧所需氧气质量为每公斤燃料完全燃烧所需氧气质量为11气体燃料的理论空气需要量气体燃料的理论空气需要量 CO%+H2%+CH4%+CnHm%+H2S%+CO2%+O2%+N2%+H2O%=100%其中各可燃成分的化学反应式为其中各可燃成分的化学反应式为 因各气体的公斤分子体积均相等，故知因各气体的公斤分子体积均相等，故知1 1立方米立方米COCO燃烧需要燃烧需要0.50.5立方米立方米氧气，氧气，1 1立方米氢气燃烧需氧气立方米氢气燃烧需氧气0.50.5立方米，
10、以此类推。故立方米，以此类推。故1 1立方米煤气立方米煤气燃烧需氧量燃烧需氧量12上面的计算未计入空气中的水分。实际上，即使是在常上面的计算未计入空气中的水分。实际上，即使是在常温下空气中也含有水蒸气。当空气中的水分含量较多或温下空气中也含有水蒸气。当空气中的水分含量较多或是要求精确计算时，应把空气中的水分估计在内。是要求精确计算时，应把空气中的水分估计在内。将空气中的水分含量将空气中的水分含量g g换算为体积含量，即为换算为体积含量，即为 则估计到水分的湿空气消耗量为则估计到水分的湿空气消耗量为 即即13 燃烧产物的生成量计算燃烧产物的生成量计算完全燃烧的计算完全燃烧的计算 燃烧产物的生成量
11、及成分是根据燃烧反应的物质平燃烧产物的生成量及成分是根据燃烧反应的物质平衡进行计算的。完全燃烧时，单位质量（或体积）燃衡进行计算的。完全燃烧时，单位质量（或体积）燃料燃烧后生成的燃烧产物包括二氧化碳，二氧化硫，料燃烧后生成的燃烧产物包括二氧化碳，二氧化硫，水，氮气和氧气。水，氮气和氧气。 实际燃烧产物生成量实际燃烧产物生成量 V V0 0和和V Vn n之差别在于之差别在于n=1n=1时比时比n1n1时的燃烧产物生成量时的燃烧产物生成量少一部分过剩空气量，故可以写出如下式子：少一部分过剩空气量，故可以写出如下式子：141516燃烧产物的成分表示为各组成所占的体积百分数，为与燃料成分燃烧产物的成
12、分表示为各组成所占的体积百分数，为与燃料成分相区别，燃烧产物的成分的分子式上加一撇，即：相区别，燃烧产物的成分的分子式上加一撇，即：按按4-134-13或式或式4-164-16求出各组成的生成量，并按求出各组成的生成量，并按4-114-11求出求出VnVn，便可，便可得到燃烧产物成分，即：得到燃烧产物成分，即：17 燃烧产物的密度有两种计算方法，或是用参加反应的物燃烧产物的密度有两种计算方法，或是用参加反应的物质（燃料与氧化剂）的总质量除以燃烧产物的体积；或是用质（燃料与氧化剂）的总质量除以燃烧产物的体积；或是用燃烧产物的质量除以燃烧产物的体积。只是因为反应前后的燃烧产物的质量除以燃烧产物的体
13、积。只是因为反应前后的物质质量应当是相等的物质质量应当是相等的1819不完全燃烧的燃烧产物不完全燃烧的燃烧产物 燃料在炉内或燃烧室内实际上有时并没有完全燃烧。燃料在炉内或燃烧室内实际上有时并没有完全燃烧。这方面有两种情况：一种情况是以完全燃烧为目的，这方面有两种情况：一种情况是以完全燃烧为目的，但是由于设备或操作条件的限制，而未能达到完全燃但是由于设备或操作条件的限制，而未能达到完全燃烧。另一种情况则是有意地组织不完全燃烧，以得到烧。另一种情况则是有意地组织不完全燃烧，以得到炉内的还原性气氛。下面讲两个不完全燃烧问题的计炉内的还原性气氛。下面讲两个不完全燃烧问题的计算原理。算原理。 一、不完全燃烧时燃烧产物生成量的变化一、不完全燃烧时燃烧产物生成量的变化 设在空气中燃烧，且为了讨论问题的方便，把空气设在空气中燃烧，且为了讨论问题的方便，把空气中的氧气和氮气均写入反应式，并不计算空气中的水中的氧气和氮气均写入反应式，并不计算空气中的水分。分。20当当n1n1时：时：21 当当n n1 1时时22二二. .不完全燃烧产物成分和生成量的计算不完全燃烧产物成分和生成量的计算232425
