燃气的燃烧与应用 第01章 燃气的燃烧计算

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第四节 完全燃烧产物的计算
（一）按燃气组分计算 1.理论烟气量（当α=1）
⎧VRO 2 = VCO 2 + VSO 2 = 0.01(CO 2 + CO + ∑ m C m H n + H 2S ) ⎪ n ⎪ 0 ⎡ ⎤ ( ) ⎨VH 2O = 0.01⎢H 2 + H 2S + ∑ C m H n + 120 d g + V0 d a ⎥ 2 ⎣ ⎦ ⎪ ⎪V 0 = 0.79V + 0.01N 0 2 ⎩ N2
第四节 完全燃烧产物的计算
【解】（一）高热值和低热值
H h = H h1 r1 + H h2 r2 + …… + H hn rn = 12753 × 0.56 + 12644 × 0.06 + 39842 × 0.22 + 70351 × 0.02 = 18074kJ / Nm 3 H l = H l1 r1 + H l 2 r2 + …… + H ln rn = 10794 × 0.56 + 12644 × 0.06 + 35906 × 0.22 + 64397 × 0.02 = 15989kJ / Nm 3
n⎞ n ⎛ Cm H n + ⎜ m + ⎟O 2 = mCO 2 + H 2O + ΔH 4⎠ 2 ⎝
H 2S + 1.5O 2 = SO 2 + H 2O + ΔH
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第一节 燃气的热值
二、燃气热值的确定 热值：1Nm3燃气完全燃烧所放出的热 量称为该燃气的热值（kJ／Nm3或kJ/kg）。 可根据燃烧反应热效应计算。 高热值：1Nm3燃气完全燃烧后其烟气 被冷却至燃气的初始温度，烟气中的水蒸气 以凝结水排出时所放出的热量。 低热值：1Nm3燃气完全燃烧后其烟气 被冷却至燃气的初始温度，烟气中的水蒸气 仍为蒸汽状态时所放出的热量。
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第一节 燃气的热值
• 燃烧反应计量方程式：表示单一可燃气体燃 烧反应前后物质的变化情况以及体积和质量 的比例关系。 • 常见燃气组分燃烧反应计量方程式： CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2O + ΔH
H 2 + 0.5O 2 = H 2O + ΔH CO + 0.5O 2 = CO 2 + ΔH
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第三节 燃气燃烧温度
• 理论燃烧温度：燃气在理想情况（不对外 散失热量）下燃烧，烟气所能达到的最高 温度。 • 实际燃烧温度：燃气燃烧时烟气的实际温 度。 • 燃烧温度与燃气种类、热值、燃烧物产量 、燃气和空气温度及过剩空气系数等因素 有关。
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第三节 燃气燃烧温度
燃烧温度的影响因素： • 热值的影响：一般来说，燃烧温度随燃气 低热值的增大而增大； • 过剩空气系数的影响：燃烧区的过剩空气 系数小，使燃烧不完全，降低燃烧温度； 过剩空气系数大，燃烧产物多，燃烧温度 也降低； • 温度的影响：预热空气或燃气可使燃烧温 度提高。
V f = V + (α − 1)V0
0 f
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第四节 完全燃烧产物的计算
二、烟气密度 • 标准状态下：
ρ =
0 f
0 f
dr ρg + 1.293αV0 + (d g + αV0 d a )
Vf
3
ρ — —标准状态下烟气的密 度，kg / Nm ；
dr ρg — —干燃气的密度， kg / Nm 3干燃气。
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第一节 燃气的热值
• 干燃气低热值与湿燃气低热值的换算：
0.833 H =H 0.833 + d g
w l dr l
式中 H — —湿燃气的低热值， kJ / Nm 湿燃气；
d g — —燃气的含湿量， kg / Nm 3干燃气。
w l
3
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思考题
（1）什么是燃气的燃烧？燃烧必须具备的条 件有哪些？ （2）什么是燃气的热值？ （3）燃气的高热值和低热值的区别是什么？ （4）多组分燃气的热值如何进行计算？
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第二节 燃烧所需空气量
二、实际空气需要量 • 过剩空气系数α：实际供给的空气量V与理 论空气需要量V0的比。
α = V V0 或 V = αV0
• 通常α>1。取决于燃烧方法和运行工况。 • 工业燃气设备α=1.05‾1.20；民用燃具 α=1.30‾1.80。 • 一般情况下要在保证完全燃烧的前提下， 过剩空气系数越小越理想。
理论烟气量： V = VRO2 + V
0 f
0 H 2O
+V
0 N2
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第四节 完全燃烧产物的计算
2.实际烟气量（当α>1）
⎧VRO 2 = VCO 2 + VSO 2 = 0.01(CO 2 + CO + ∑ m C m H n + H 2S ) ⎪ n ⎡ ⎤ ⎪V ( ) = + + + + 0 . 01 H H S C H 120 d α V d ∑ 2 2 0 a ⎥ m n g ⎪ H 2O ⎢ 2 ⎦ ⎣ ⎨ ⎪V = 0.79αV + 0.01N 0 2 ⎪ N2 ⎪VO = 0.21(α − 1)V0 ⎩ 2
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思考题
（1）什么是燃气燃烧的理论空气需要量？ （2）什么是过剩空气系数？ （3）如何计算理论空气需要量和实际空气需 要量？ （4）理论燃烧温度和实际燃烧温度分别如何 定义的？ （5）影响燃烧温度的因素有哪些？
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第四节 完全燃烧产物的计算
• 燃烧产物——烟气。 • 理论烟气量：供给理论空气量时，燃气完 全燃烧后产生的烟气量。（CO2，SO2，N2 和H2O） • 实际烟气量：当有过剩空气存在时，燃气 燃烧后产生的烟气量。（ CO2，SO2，N2 ，O2和H2O及未燃烧的可燃组分）
H =H
w l dr l
0.833 0.833 = 15989 = 15753kJ / Nm 3 0.833 + d g 0.833 + 0.0125
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第四节 完全燃烧产物的计算
（二）理论空气需要量 1.按组分计算
⎤ 1 ⎡ n⎞ ⎛ V0 = 0.5H 2 + 0.5CO + ∑ ⎜ m + ⎟Cm H n + 1.5H 2S − O 2 ⎥ ⎢ 21 ⎣ 4⎠ ⎝ ⎦ ⎤ 1 ⎡ 6⎞ ⎛ 4⎞ ⎛ 0.5 × 56 + 0.5 × 6 + ⎜ 1 + ⎟ × 22 + ⎜ 2 + ⎟ × 2 − 1⎥ = ⎢ 21 ⎣ 4⎠ ⎝ 4⎠ ⎝ ⎦ = 3.86Nm 3 / Nm 3
第一章 燃气的燃烧计算
本章要点
燃气燃烧计算为工业炉、锅炉及燃气 用具的热平衡计算、传热计算、空气动力 计算和燃烧器的计算提供可靠的依据。 • 本章主要内容包括： （1）燃气的热值； （2）燃气燃烧的空气量； （3）燃气燃烧的温度； （4）燃气燃烧产生的烟气量。 •
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燃烧学发展概述
• 火的使用：140～150万年前，是人类出现的标 志之一； • 神话：古希腊—普鲁米修斯；我国—燧人氏钻 木取火； • 18世纪前，“燃素”学说； • 18世纪中叶，“可燃物氧化”学说 ； • 19世纪，“燃烧静力学” ，把热力学特点当成燃 烧现象的唯一特点； • 20世纪初，“燃烧反应动力学”，链反应。 • 20世纪50年代后期，“反应流体力学”； • 20世纪70年代初，“计算燃烧学”。
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燃气具发展概述
1792年，默多克（苏格兰），用煤气照明； 1805年，城市照明用煤气街灯； 1833年，工业用鼓风燃烧器研制成功； 1855年，本生灯，局部预混燃烧方式； 1855年，照明用白炽灯； 1851年，长明小火燃烧器； 1865年前后，居民用煤气灶； 1868年，燃气热水器； 1881年，华白燃烧器。
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第四节 完全燃烧产物的计算
三、燃气燃烧计算举例 【例1-1】已知炼焦煤气的容积成分为
H2 56% CO 6% CH4 22% C2H6 2% CO2 3% N2 10% O2 1%
dg=12.5g/Nm3干燃气， tg=ta=20 ℃， da=10g/Nm3干空气。 求（1）高热值及低热值； （2）燃烧所需理论空气量； （3）完全燃烧时的 烟气量（ α＝1.0和α＝1.2） 。 27
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第一节 燃气的热值
一、燃烧及燃烧反应计量方程式
燃烧：气体燃料中的可燃成份（H2、 CO、CmHn和H2S）在一定条件下与氧发生激 烈的氧化作用，并产生大量光和热的物理化学 反应过程。 燃烧所具备的条件： ¾ 可燃成分和氧按一定比例成分子状混合； ¾ 具备破坏旧分子和生成新分子所需的能量； ¾ 具备完成燃烧反应的时间。
（一）单一可燃气体理论空气需要量 （1）氢燃烧反应的理论空气需要量：
H 2 + 0.5O 2 + 0.5 × 3.76N 2 = H 2O + 0.5 × 3.76N 2
所需空气量为：0.5+0.5×3.76=2.38Nm3 （2）碳氢化合物的理论空气需要量：
n⎞ n⎞ n⎞ n ⎛ ⎛ ⎛ Cm H n + ⎜ m + ⎟O 2 + 3.76⎜ m + ⎟N 2 = mCO 2 + 3.76⎜ m + ⎟N 2 + H 2 O 4⎠ 4⎠ 4⎠ 2 ⎝ ⎝ ⎝
• 混合气体热值的确定 按照混合法则：
H = H 1 r1 + H 2 r 2 + … … + H n rn
式中 H——燃气（混合气）的热值，kJ／ Nm3 ； H1，H2，Hn——燃气各可燃组分的热值，kJ／ Nm3 ； r1，r2，rn——燃气各可燃组分的体积分数。