第7章 燃气燃烧的基本理论

tth 是燃气燃烧过程控制的一个重要指标，它表明某种 燃气在一定条件下燃烧，其烟气所能达到的最高温度。
4、实际燃烧温度tact：
实际燃烧温度与理论燃烧温度的差值随工艺过程 和炉窑结构的不同而不同，很难精确计算出来。经验 公式为：
tact tth
μ—高温系数。对一般工业炉窑可取0.65～0.85，无 焰燃烧器的火道可取0.9。
§7-1 燃气的燃烧计算
3、燃烧反应计量方程式： 是进行燃烧计算的依据。它可以表示出燃烧前后， 燃气中的各可燃物质与其燃烧产物间的量值比例关系。 如： CH 2O CO 2H O H 4 2 2 2 任何一种形式的碳氢化合物 Cm H n 的燃烧反应方程 式都可用以下通式表示：
n n Cm H n (m )O2 mCO 2 H 2O H 4 2
2、燃烧热量温度tther：
Q2=0，Q3=0，Q4=0；不计由燃气和空气带入的物 理热（Ig=Ia=0）；且假设α =1。
tther
Hl
0 VRO2 cRO2 V H0 O cH O VN c 2 N2
2 2
tther 只与燃气组成有关，即只取决于燃气性质，是燃 气的热工特性之一，是从燃烧温度的角度评价燃气性 质的一个指标。
1、三原子气体体积：
VRO2 VCO2 VSO2 CO2 CO mCm Hn H2 S
2、水蒸气体积：
V
0 H 2O
n H 2 H 2 S Cm H n 1.20(d g V0 d a ) 2
3、氮气体积：
V 0.79V0 N2
0 N2
4、理论烟气量总体积：
干空气中N 2与O2 的容积比为：
yN2 : yO2 79: 21 3.76
燃气燃烧所需的理论空气量为： 1 n V0 0.5H 2 0.5CO (m )Cm H n 1.5H 2 S O2 0.21 4
一般情况下，燃气的热值越高，燃烧所需的理论 空气量越多，还可用以下近似公式进行估算： 对于天然气和LPG：
第七章 燃气燃烧基本理论
第七章 燃气燃烧的基本理论
7.1 燃气的燃烧计算
7.2 燃气燃烧过程
7.3 燃气燃烧方法
7.4 燃气燃烧过程的污染物的控制 7.5 燃气的互换性
概 述（1）
燃烧是一个十分复杂的现象，它与流体流动、传热 传质、化学动力学、热力学及湍流等过程密切相关。 在热能动力、火灾防护、污染控制、材料加工、火 箭推进等领域有广泛应用。燃烧学主要涉及： 燃烧基本知识：化学热力学、化学动力学、多组分 流动守恒方程组
0.268 H l V0 1000
对于人工燃气：
0.209 H l H l 10500 kJ / m 时, V0 1000
3
0.26 H l H l 10500 kJ / m 时, V0 0.25 1000
3
（二）实际空气需要量：
1、过剩空气系数：实际供给的空气量V与理论空气需 要量V0之比，即： V
式中 i——烟气中不同组分 2． 质量守衡——参加燃烧反应的物质总量除以燃烧产物的 总体积
0 g 1.293 V0 (d g V0 d a )
0 f
Vf
，kg/m3（烟气）
五、燃气燃烧温度及焓温图：
燃气燃烧温度属于计算
热平衡的内容
燃烧温度——燃气燃烧 时所放出的热量加热气 态的燃烧产物，使之能 达到的温度。燃烧温度 由燃烧过程的热量平衡 来确定。 热平衡基准——含有
（三）化学反应速率
反应速度——单位时间内、单位体积中反应物消耗或产物 生成的摩尔数，mol/(m3•s)。燃烧技术中常采用炉膛容积热强 度 qv 和面积热强度 q F 来表征燃烧反应速度。 炉膛容积热强度 qv ——单位时间内在单位体积 ( 面积 ) 中 反应物消耗掉的燃料所释放出来的热量，kJ/(m3•h)、kJ/(m2•h) 燃气的燃烧反应速度的大小取决于反应物质与进行反应 的条件。影响反应速度的主要因素有反应物质的浓度、压力、 温度和催化剂等
支出项：
①烟气带走的物理热（烟气的热焓If）；
②向周围介质散失的热量Q2；
③由于不完全燃烧所损失的热量Q3；
④烟气中的CO2和H2O在高温下分解所消耗的热量Q4。
燃烧过程的热平衡方程为：
Hl I g I a I f Q2 Q3 Q4
其中：
I g (cg 1.20cH2O d g ) t g I a V0 (ca 1.20cH2O da ) ta
0 f
石油伴生气：a=2.2； LPG：a=4.5；
0 f
2、焦炉煤气：
0.272 H l V 0.25 1000
3、热值小于12600 kJ / m3 的人工煤气：
0.173 H l V 1 .0 1000
0 f
（四）烟气的组成：
烟气的组成一般用容积成分（体积百分数）来表示，即：
g V 干烟气 f ——实际烟气量中扣除水分的烟气 V fs
湿烟气
——实际烟气量中包含水分的烟气
三原子气体RO2——烟气中CO2、SO2经常合在一起。
四、燃烧产物的计算：
根据燃烧反应方程式，可以计算出燃气中各可燃 组分单独燃烧后产生的理论烟气量，求和即可得该燃 气的理论烟气量。
（一）理论烟气量（α=1）：
t f 即为烟气的实际燃烧温度tact 。其影响因素很 多，很难精确计算。
1、热量计温度tc：
假设燃烧过程在绝热条件下（Q2=0）进行，且完 全燃烧（Q3=0），忽略烟气成分的高温分解（Q4=0）， 由燃气和空气带入的全部热量完全用于加热烟气本身。
tc
H l (c g 1.2cH 2O d g )t g V0 (ca 1.2cH 2O d a )t a VRO2 cRO2 VH 2O cH 2O VN 2 c N 2 VO2 cO2
RO2 VRO2 Vf 100 %
N2
O2

VN 2 Vf
VO2 Vf
Vf
100%
100%
100%
H 2 O
VH 2O
RO2 N 2 O2 H 2O 100
（五）烟气的密度：
1． 加和法——各组分密度加和计算
3 0 f i i 100 ，kg/m （烟气）
（一）化学反应 （二）基元反应速率理论 （三）化学反应速率 （四）链反应
一、燃气燃烧反应机理
（一）化学反应 分子运动论是研究化学反应的重要基础。 分子运动论的主要内容有三点： 1. 一切物体有大量分子构成，分子间有空隙； 2. 分子处于永不停息的无规则运动状态，即热运动；
3. 分子间存在相互作用的分子力（引力和斥力）。
V VRO2 V
0 f
0 H 2O
V
0 N2
（二）实际烟气量（α>1）：
如果忽略过剩空气带入的，则实际烟气量即理论烟气 量与过剩空气量之和。
V f V f0 ( 1)V0
（三）按热值计算的理论烟气量（近似）：
1、天然气、石油伴生气、LPG：
天然气：a=2；
0.239 H l V a 1000
四、燃烧产物的计算：
理论烟气量V f —— 1 时，只供给理论空气量，完全燃烧
0
条件下，产生的烟气量，m3/m3，组成包括：CO2、SO2、N2、 H2O。 实际烟气量V f —— 1 时，供应过量空气，燃气完全燃烧 后产生的烟气量，除上述四组分外，还含有过量氧。即包括： CO2、SO2、N2、O2、H2O。
（二）烟气的焓温图：
在进行工业炉和锅炉热力计算时，需要知道烟气 在不同温度下的焓。1 m3燃气燃烧后所生成的烟气在不 同温度下的焓等于理论烟气的焓与过剩空气的焓之和， 即：
I f I ( 1)I
0 f
0 a
0 I0 ( V c V c V f RO2 RO2 H 2O H 2O f cN2 ) t f 0 Ia V0 (ca 1.20cH2O da ) ta
由于燃烧设备中各部分的过剩空气系数α 不完全 一样（越接近排烟口，α 值越大），烟气的焓也需要 分别计算。利用烟气的焓温图，可以方便地查得在不 同α 时，不同温度下烟气的焓If；反之，在一定温度 下，若已知烟气的焓，也可确定此时的α 值。
例题9-1（pp.217）
§7-2 燃气的燃烧过程
一、燃气燃烧反应机理
二、燃气热值的确定：
1、定义：1m 燃气完全燃烧后所放出的全部热量。
2、燃气热值的计算： ①直接用实验方法测定； ②用各单一气体的热值根据混合法则计算。
3
H H1 y1 H）理论空气需要量：
按燃烧反应计量方程式，1 m 3 （或1kg）燃气完 全燃烧所需的空气量，是实现燃气完全燃烧所需要的 最小空气量。单位为： m3 / m3干燃气或 m3 / kg

V0
2、在燃烧过程中，正确选择和控制 值的大小十分 重要，过大和过小都会导致不良后果：
过小：导致不完全燃烧，造成能源的浪费和对环境
的污染； 导致换热设备换热效率的降低与排烟热损失的增大， 同样造成能源的浪费。
过大：使烟气体积增大，炉膛温度与烟气温度降低，
3、在实际中，α 的值决定于所采用的燃烧方法及燃 烧设备的运行状况。 在工业设备中，α 一般控制在1.05～1.20； 在民用燃具中α 一般控制在1.3～1.8。
着火现象
火焰传播 两相流系统的燃烧
燃烧模化
概 述（2）
1. 传热学
研究系统内部或系统与环境之间由于有温度梯度而产生
的能量传递过程。
2. 化学热力学