工程燃烧学课件3
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计算的实际意义
• 要设计炉子的燃烧装置和鼓风系统,就必须知道 要设计炉子的燃烧装置和鼓风系统, 为保证一定热负荷(燃料消耗量) 为保证一定热负荷(燃料消耗量)所应供给的空 气量 • 在进行炉内热交换、压力、温度等的热工计算、 在进行炉内热交换、压力、温度等的热工计算、 热工测试或热工分析时也需要进行供给空气量的 计算
– 产物包括 产物包括CO2,SO2,H2O,N2,O2 ,
Vy = VCO + VSO + VH2O + VN2 + VO2
2 2
试问: 试问:实际烟气量中各项与理论烟气量中各项之 间的关系是怎样的? 间的关系是怎样的?
V = VCO + VSO + V
0 0 0
y
2
2
0 H2O
+V
0 N2
理论烟气量与实际烟气量
– 经化学反应的产物 – 未经化学反应的物质(未混合的燃料和空气、过剩的 未经化学反应的物质(未混合的燃料和空气、 空气和过剩燃料) 空气和过剩燃料)
• 我们所讲的燃烧计算中,假定均匀混合,同时允 我们所讲的燃烧计算中,假定均匀混合 同时允 均匀混合, 许燃料过剩和氧化剂过剩
3.2 燃烧空气量的计算
空气需要量
理论空气需要量
– 1kg(或1m3)的燃料 ( – 完全燃烧 – 最小空气量
体积表示, 体积表示,L0,m3/kg或m3/m3 或 质量表示, , 质量表示,G,kg/kg 实际空气需要量
理论空气量的计算 理论空气量的计算
1、固体和液体燃料 、
• 成分表示法,质量百分比含量 成分表示法,
• 需要的氧气体积
• 先计算氧气的密度,按标准状态计算 先计算氧气的密度, • 密度 = 32 / 22.4 = 1.429 (kg/m3),因此 , • L0O2 = (8C/3 + 8H – O + S) /100 /1.429 (m3)
上式是燃料完全燃烧时所需的氧气量的最小数值, 上式是燃料完全燃烧时所需的氧气量的最小数值, 称为“理论氧气需要量” 称为“理论氧气需要量”
固体液体燃料烟气量
C H N S M 22.4 Vy = ( + + + + ) ⋅ 12 2 28 32 18 100 21 0 + (n − ) L + lH2O ⋅ Ln (m3 / kg燃 料) 100
1、等式右边括号组成的第一项表示燃料中C、H、N、S、 等式右边括号组成的第一项表示燃料中 、 、 、 、 M燃烧后所形成的烟气量,O已经和其他元素结合在一 燃烧后所形成的烟气量, 已经和其他元素结合在一 燃烧后所形成的烟气量 起了不用考虑, 不是气体也不用考虑 起了不用考虑,A不是气体也不用考虑 右边第二项是所有空气减去反应的氧气( 2、右边第二项是所有空气减去反应的氧气(或所有氮 气加上剩余的氧气), ),仍在烟气中 气加上剩余的氧气),仍在烟气中 3、右边第三项是所有空气所带的水蒸气
• 硫元素的燃烧
• S + O2 = SO2 • 32 32 64 • 1 1 2 (kg) ) (kg) )
氧气需要量
故,单位燃料燃烧时耗氧量为: G=(8C/3 + 8H + S)/100 所以需要提供的空气量应该为 G/23.3% (kg)
(kg)
单位燃料的氧气需要量
• 需要的氧气质量为
• G0O2 = (8C/3 + 8H + S– O) /100 (kg) )
• 一氧化碳燃烧,方程式和体积比 一氧化碳燃烧,
• CO + ½ O2 = CO2 • 1 ½ (m3)
• 氢气燃烧,方程式和体积比 氢气燃烧,
• H2 + ½ O2 = H2 O • 1 ½ (m3)
• 碳氢化合物燃烧,方程式和体积比 碳氢化合物燃烧,
• CnHm + (n+m/4) O2 = nCO2 + m/2H2O • 1 (n+m/4) (m3)
• Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100
首先计算燃料完全燃烧所需要的O 首先计算燃料完全燃烧所需要的 2,再折算成空气
各成分的燃烧计算
• 碳元素的燃烧
• C + O2 = CO2 • 12 32 • 1 8/3 44 11/3 (kg) ) (kg) )
• 氢元素的燃烧
• 4H + O2 = 2H2O • 4 • 1 32 8 36(kg) ( ) 9 (kg) )
一、完全燃烧时的烟气量 二、不完全燃烧的烟气量
一、完全燃烧时的烟气量
理 论 烟 气 量
单位数量的燃料
n=1
实 际 烟 气 量
单位数量的燃料
n>1
完全燃烧
完全燃烧
理论烟气量
• n=1,完全燃烧 ,
– 烟气成分包括 烟气成分包括CO2,SO2,H2O,N2 ,
V = VCO + VSO + V
0 0 0
• 氢
2 H 2 + O2 = 2 H 2O + 2 × 24176kJ / mol
• 硫
S + O2 = SO2 + 294750kJ / mol
• CnHm
m m Cn H m + (n + O2 ) = nCO2 + H 2O + Q 4 2
燃烧产物
• 其成分和数量与反应条件有关 • 可能完全燃烧,可能不完全燃烧 可能完全燃烧, • 产物包含两部分: 产物包含两部分:
理论空气需要量
• 已知理论氧气质量需要量 0,O2,确定理论空气质 已知理论氧气质量需要量G 量需要量
G0 = G0O2 / 23.3% (kg)
• 已知理论氧气体积需要量L0,O2,确定理论空气体 已知理论氧气体积需要量 积需要量
L0 = L0O2 / 21% (m3)
2、气体燃料 、
气体燃料成分表示法,体积百分数
空气中水蒸气的考虑
• 已知空气的含湿量 g/m3,L0为理论干空气需要 已知空气的含湿量h 那么, 量,那么,L0w为理论湿空气需要量为
L = (1 + 0.00124h) L
0 w
• 实际湿空气消耗量 n为 实际湿空气消耗量L
0
Ln = nL = (1 + 0.00124h) ⋅ nL
0 w
0
3.3 烟气(燃烧产物)生成量 烟气(燃烧产物)
• 实际空气消耗量 n与理论空气量的比值,称为空 实际空气消耗量L 与理论空气量的比值, ,(n>1称空气过量系数) 称空气过量系数) 气消耗系数,记为n,( 称空气过量系数 气消耗系数,记为 ,(
Ln = nL
• 过量空气量
0
n=
Ln L
0
Lg=Ln-L0=(n-1)L0
• n值的确定一般是在设计炉子或燃烧装置的时候预 值的确定一般是在设计炉子或燃烧装置的时候预 先选取的, 先选取的,或根据实测确定
y
2
2
0 H2O
+V
0 N2
• 对于 对于1kg固体或液体燃料 固体或液体燃料
VCO
0
2
22.4 C = ⋅ 12 100
(m / kg )
3
VSO
0
2
22.4 S = ⋅ 32 100
(m / kg )
3
22.4 N 79 0 VN = ⋅ + L 2 28 100 100
0
VH O
2
0
22.4 H 22.4 M 0 = ⋅ + ⋅ + lH 2O ⋅ L 2 100 18 100
VCO2 22.4 C = ⋅ 12 100 (m3 / kg)
VSO2
22.4 S = ⋅ 32 100
(m3 / kg)
VH 2O
22.4 H 22.4 M = ⋅ + ⋅ + lH 2O ⋅ Ln 2 100 18 100
21 0 VO2 = (Ln − L ) 100
22.4 N 79 VN2 = ⋅ + Ln 28 100 100
第三章 工程燃烧计算
主要内容及重点、 主要内容及重点、难点
燃烧温度 空气需要量
主要内容
燃烧检测及 燃烧效率
烟气生成量
• 重点
– 空气需要量和烟气生成量的计算方法
• 难点
– 不完全燃烧烟气生成量的计算
3.1 燃烧计算基础
燃烧的类型
• 完全燃烧
– 燃料中的碳全部氧化成二氧化碳、所有的氢都氧化为 燃料中的碳全部氧化成二氧化碳、 水蒸气, 水蒸气,所有的硫都氧化为硫氧化物
28 × 79% ( N 2 %) m = = = 76.7% M O2 ⋅ (O2 %)V + M N 2 ⋅ ( N 2 %)V 32 × 21% + 28 × 79%
M N 2 ⋅ ( N 2 %)V
燃烧过程的化学反应
• 碳
C + O2 = CO2 + 395650kJ / mol 2C + O2 = 2CO + 2 × 113880kJ / mol
• 不完全燃烧
– 燃料中的碳、氢、硫有部分未氧化为二氧化碳、水蒸 燃料中的碳、 硫有部分未氧化为二氧化碳、 气、硫氧化物
• 实际工程燃烧中,需要通过控制燃烧过程来控制 实际工程燃烧中, 燃烧的完全程度
工程燃烧计算的内容
• 确定单位数量燃料燃烧所需要的氧化剂 空气或氧 确定单位数量燃料燃烧所需要的氧化剂(空气或氧 的数量(从外界提供的 气)的数量 从外界提供的 的数量 从外界提供的) • 确定燃烧产物的数量 • 确定燃烧产物的成分 • 确定燃烧温度 • 确定燃烧完全程度
燃烧计算中的空气和燃料
• 空气
– 假定其仅由氧气、氮气及水蒸气组成 假定其仅由氧气、氮气及水蒸气组成 氧气 – 体积百分比氧气为 %,氮气为 % 体积百分比氧气为21%,氮气为79% %,氮气为 – 氧气、氮气的摩尔体积相同(在标准状态下为 氧气、氮气的摩尔体积相同( 22.4m3/kmol),同状态下体积之比等于物质的量之比 同状态下体积之比等于物质的量之比 ) 同状态下
• 燃料
– 单位数量的燃料:每千克或每标准立方米计量的燃料 单位数量的燃料: 固体、液体燃料用1kg燃料计算,气体燃料用 3 燃料计算, 燃料计算 气体燃料用1m 量(固体、液体燃料用 燃料计算) 燃料计算)
体积百分比与质量百分比
• 已知干空气中体积百分比氧气 %,氮气 %, 已知干空气中体积百分比氧气21%,氮气79%, %,氮气 确定空气中氧气和氮气的质量百分比 确定空气中氧气和氮气的质量百分比
0
• 1m3气体燃料的理论空气需要量(体积)为 气体燃料的理论空气需要量(体积)
L =
0
LO
0
2
21%
特别注意
气体燃料计算时,所使用的各组成成分 气体燃料计算时, 的表示方法为湿成分 的表示方法为湿成分 固体燃料和液体燃料计算时, 固体燃料和液体燃料计算时,所使用的 各组成成分的表示方法为收到基含量 各组成成分的表示方法为收到基含量 理论空气需要量仅取决于燃料成分, 理论空气需要量仅取决于燃料成分,燃 料确定后L 为常数, 料确定后 0为常数,L0是指不含水蒸气 的干空气
• 硫化氢燃烧,方程式和体积比 硫化氢燃烧,
• H2S + 3/2 O2 = H2O + SO2 • 1 3/2 (m3)
• 1m3气体燃料的理论氧气需要量(体积)为 气体燃料的理论氧气需要量(体积)
1 1 3 1 m LO = CO + H2 + ∑ n + Cn Hm + H2 S − O2 × 2 2 4 2 2 100
(O2 %) m = = mO2 mO2 + mN2 = M O2 ⋅ nO2 M O2 ⋅ nO2 + M N2 ⋅ nN2 = M O2 ⋅ (O2 %)V M O2 ⋅ (O2 %)V + M N2 ⋅ ( N 2 %)V
M O2 ⋅ VO2 M O2 ⋅ VO2 + M N2 ⋅ VN 2
32 × 21% = = 23.3% 32 × 21% + 28 × 79%
实际空气量
• 在实际设计和操作中,炉内实际消耗的空气量与 在实际设计和操作中, 计算的理论空气量会有区别
– 为保证燃料完全燃烧,会增加空气量,比理论值多一 为保证燃料完全燃烧,会增加空气量, 些 – 为得到炉内的还原性气氛,会减少空气量,比理论值 为得到炉内的还原性气氛,会减少空气量, 少一些
空气消耗系数
• Vy与V0y相比
– 在烟气成分上,多了一项O2 在烟气成分上,多了一项 – 在烟气总量上,多了过量空气(n-1)L0,以及随过量空 在烟气总量上,多了过量空气 气带入烟气内的水蒸气 O2
0.21(n −1) L
0
Fra Baidu bibliotek
N2
0.79(n −1) L
lH2O ⋅ (n −1) L
0
0
H2O
实际烟气量的计算
• 对于 3气体燃料 对于1m
m V y = CO + H 2 + Σ(n + )Cn H m + 2 H 2 S + CO2 + N 2 + H 2O 2 1 ⋅ + 0.79 L0 + lH 2O ⋅ L0 ( m 3 / m3燃 料 ) 100
0
实际烟气量
• n>1,完全燃烧 ,