工程燃烧学 燃烧计算共24页文档
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工程燃烧计算.ppt
而1kg燃料中碳的含量是(Car/100 )kg, 故燃烧时所需的氧气量为：
22.4 Car 1.866 Car (m3 )
12 100
100
同样，根据反应式：
2H2 O2 2H2O
S O2 SO2
1kg燃料中所含的氢元素在完全燃烧时所需的氧气为：
22.4 Har 4 1.008 100
1.261(m3 / m3)
2、烟气量的计算
完 全
理论上：完全燃烧，烟气组分CO2 、 SO2、 H2O、N2
燃 烧 实际上：完全燃烧，烟气组分CO2 、 SO2、 H2O、N2、O2
1）固、液体燃料
（1）理论烟气量、烟气组成
取100kg收到基燃料为计算基准，其中各种成分的质量为：
Car，H ar，Oar，Nar，Sar，Aar，M ar
VCO2
V0 CO2
Car 12
22.4 (Bm3 100
/ kgfuel)
VSO2
V0 SO2
Sar 32
22.4 (Bm3 / kgfuel) 100
VH2O
V0 H2O
( Har 2
M ar 18
)
22.4 100
(Bm3
/ kgfuel)
VO2
VO02
V0 O2
固体和液体燃料含有大量碳和氢，虽然各种燃 料中所含碳和氢的百分比不同，但碳和氢的理论空 气量与发热量的比值几乎相同，也就是说，各种燃 料的理论空气量与发热量比值大致为常数。
根据发热量估算理论空气量的经验公式：
Vdaf(可燃基挥发分)>15%的烟煤或贫煤
《燃烧计算》课件
100%
及
设
密度：
备
44CO2 18H 2O 64SO2 28N2 32O2
多
22.4 100
媒
体 课
或：
(1
Aar ) 100
Va
1.293
件
VL
材
料
工 （二）气体燃料
程
1 ． 理论空气量和实际空气量：
基 （1） 理论空气量
础
基准：1Bm3燃料
及
其组成为体积百分比含量，其中可燃成分为
基
础
Vl 1 Vl0
及
设
３．密度计算
P228，6.2，6.3
备
多 媒
g 1.293Va0
Vl
体
课
烟气密度也可以按烟气成分计算，与固、液燃料相同。
件
材
料
工 3.2.2.2近似计算
程
1．用经验公式计算
基
础
固体燃料： Va0
0.241Q net,ar 1000
0.5
(Bm 3/Kg)
及
Va Va0
多
液体燃料 α＝1.08～1.20
媒
固体燃料 煤粉α＝1.1～1.25
体 课
②燃料燃烧前的加工状态
煤块α＝1.3～1.7
件
③燃烧设备的构造和操作方法
材
料
工 （3） 火焰的气氛 程
基 氧化焰 α＞1，燃烧产物中有过剩空气
础
及 设
中性焰
α＝1，燃烧产物中没有过剩 空气，也没有可燃气体
备
多
还原焰
α＜1，燃烧产物中含有
多
氮气和氧气的组成计算 如下：
媒
体 课
第3、4讲 燃烧计算.
理论燃烧需氧量： V O 0* 2(C 1ar 2H 2 ar1 2S 3ar 2O 3a)r2 (kmo/l100kg燃料）
故1kg固体或液体燃料完全燃烧需氧量在标准状态下的体积为 V O 0 2 V O 0 * 2 2 1.4 2 0 (C 1 0 a r2 H 4 a rS 3 a r2 O 3 a)r 2 2 1.4 2 00(4-18)
忽略H2、CH4、 CmHn不影响精度
可认为烟气中 只含有CO。
2021/7/12
造成烟气中CO生成的不足氧量为： (1 )V O 02 (N3/m k)g
根据反应
CO22CO
故烟气中的CO量为
V C O 2 (1 ) V O 0 2 (N 3/k m )g
则烟气中的CO2量为
V C 2 O C 1 a r2 2 1 .4 2 0 2 ( 1 0 ) V O 0 2 (N 3 /k m )g
理论烟气量中H2O含量 V0H2O:
H212O4 2 (N3m /k)g 2 18 100
SO2SO 2 理论烟气量中SO2含量 V0SO2:
Sar2.2 4 (N3m /k)g 32100
理论烟气量中N2含量 V0N2:
Nar
空气带入
2021/7/12
N 2a r82 1.4 2 0V 0 O 027 29 1 (N3/m k)g
2021/7/V 12S 02 O H 2S110
(N3/m N3)m 0
理论烟气量中N2含量 来自于燃料中N2和理论空气中带入的N2:
V N 0 2 N 2 1 1 0 V O 0 2 0 7 29 1
(N 3 /N m 3 )m
理论烟气量：
V 0[C2O C O H 2H 2O3C4H (m n 2)Cm H n
《工程燃烧学》
成分体积，可依据燃料成分直接计算
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16
计算Vn.c产
忽略热分解引起Vn.c产的变化 将燃烧产物分为理论燃烧产物和剩余空气两
部分
Vn.c产 ＝V0.c产+(Ln-L0).c空 ＝V0.c产+(n-1)L0.c空
V0、L0根据燃料的成分计算
注意：右边c产是理论实燃用文档烧产物的比热 17
V0CO2、V0H2O、V0N2由燃料成分计算(如何计算？)
说明：此处忽略掉了S
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7
理论发热温度的计算
3、确定烟气比热c产，它强烈相关于温度t产
(1比热近似法) 查表3-3得到各温度下的c产值 (2内插值近似) 查表3-3得各温度下各气体成分
的c值
(3求解方程法) 认为各气体成分c值与温度成2
次级数关系，c＝A1＋A2t＋A3t2，通过查表得到各
系数
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8
比热近似法
产物整体比热近似值法(表3－3)
根据具体的燃料成分计算V0 ＝(VCO2＋VH2O＋VN2 ＋…) ，并根据表3-3确定c产
适用性：燃烧产物的平均比热受温度的影响不 显著，特别是空气作助燃剂
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9
比热近似法求解过程
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量
考虑Qt理 低/V0Q ，低 比考QV 虑空 nQ低cQ 产 的燃 影响Q更分符合规律
空气消耗系数n
在n>=1的情况下，n值越大，理论燃烧温度越低。
因此在保证完全燃烧的情况下，尽量减小n
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18
影响理论燃烧温度的因素
实用文档
14
高温热分解
温 工度业Q 越炉分 高中，， 分只1 2 解考6 越 虑0 0 强 温V ； 度C O 压 ， 力 且1 越 只0 高 有8 0 ，大0 分于V 1解H 82 0较0度弱
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计算Vn.c产
忽略热分解引起Vn.c产的变化 将燃烧产物分为理论燃烧产物和剩余空气两
部分
Vn.c产 ＝V0.c产+(Ln-L0).c空 ＝V0.c产+(n-1)L0.c空
V0、L0根据燃料的成分计算
注意：右边c产是理论实燃用文档烧产物的比热 17
V0CO2、V0H2O、V0N2由燃料成分计算(如何计算？)
说明：此处忽略掉了S
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7
理论发热温度的计算
3、确定烟气比热c产，它强烈相关于温度t产
(1比热近似法) 查表3-3得到各温度下的c产值 (2内插值近似) 查表3-3得各温度下各气体成分
的c值
(3求解方程法) 认为各气体成分c值与温度成2
次级数关系，c＝A1＋A2t＋A3t2，通过查表得到各
系数
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8
比热近似法
产物整体比热近似值法(表3－3)
根据具体的燃料成分计算V0 ＝(VCO2＋VH2O＋VN2 ＋…) ，并根据表3-3确定c产
适用性：燃烧产物的平均比热受温度的影响不 显著，特别是空气作助燃剂
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比热近似法求解过程
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量
考虑Qt理 低/V0Q ，低 比考QV 虑空 nQ低cQ 产 的燃 影响Q更分符合规律
空气消耗系数n
在n>=1的情况下，n值越大，理论燃烧温度越低。
因此在保证完全燃烧的情况下，尽量减小n
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影响理论燃烧温度的因素
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高温热分解
温 工度业Q 越炉分 高中，， 分只1 2 解考6 越 虑0 0 强 温V ； 度C O 压 ， 力 且1 越 只0 高 有8 0 ，大0 分于V 1解H 82 0较0度弱
第二章燃料及燃料燃烧计算
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一、煤的成分及分析基准
(二) 煤的工业分析
煤的工业分析—水分、挥发分、固定碳和灰分
1、水分（M）
➢全水分：实际应用状态下煤中所含水分，由外在水分（Mf）和内在水
分（Minh）组成。 测定方法：原煤试样放置于105～1100C（褐煤的相应温度为1450C）的 烘箱内约2h，使之干燥至衡重，其失去的水分为全水分。
一、煤的成分及分析基准
元素分析： 碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、 硫（S）
工业分析：
固定碳（FC）、挥发分（V）、水分（M）、灰分（A ）
（一）煤的组成成分及其性质
由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分 （M）和 灰分（A）组成。
当前您浏览到是第三页，共六十一页。
一、煤的成分及分析基准
当前您浏览到是第九页，共六十一页。
一、煤的成分及分析基准
➢外在水分（Mf）：又称为表面水分，是附着于煤粒表面的外来 水分，可以通过自然干燥方法除去。 测定方法：原煤试样在温度为20±10C、相对湿度为（65±1）％的
空气中自然风干后失去的水分。
➢内在水分（Minh）：又称固有水分，指原煤失去外在水分之后所剩余的 水分。
不同基准之间的换算公式
XX0 K
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一、煤的成分及分析基准
表2-1 不同基准的换算系数K
所求 已知
收到基
空气干燥基
干燥基 干燥无灰基
收到基
空气干 燥基
干燥基
干燥无 灰基
1
100 M ar 100 M ad
100 M ad 100 M ar
1
100 Mad 100
一、煤的成分及分析基准
(二) 煤的工业分析
煤的工业分析—水分、挥发分、固定碳和灰分
1、水分（M）
➢全水分：实际应用状态下煤中所含水分，由外在水分（Mf）和内在水
分（Minh）组成。 测定方法：原煤试样放置于105～1100C（褐煤的相应温度为1450C）的 烘箱内约2h，使之干燥至衡重，其失去的水分为全水分。
一、煤的成分及分析基准
元素分析： 碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、 硫（S）
工业分析：
固定碳（FC）、挥发分（V）、水分（M）、灰分（A ）
（一）煤的组成成分及其性质
由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分 （M）和 灰分（A）组成。
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一、煤的成分及分析基准
当前您浏览到是第九页，共六十一页。
一、煤的成分及分析基准
➢外在水分（Mf）：又称为表面水分，是附着于煤粒表面的外来 水分，可以通过自然干燥方法除去。 测定方法：原煤试样在温度为20±10C、相对湿度为（65±1）％的
空气中自然风干后失去的水分。
➢内在水分（Minh）：又称固有水分，指原煤失去外在水分之后所剩余的 水分。
不同基准之间的换算公式
XX0 K
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一、煤的成分及分析基准
表2-1 不同基准的换算系数K
所求 已知
收到基
空气干燥基
干燥基 干燥无灰基
收到基
空气干 燥基
干燥基
干燥无 灰基
1
100 M ar 100 M ad
100 M ad 100 M ar
1
100 Mad 100
工程燃烧学燃烧计算
n<1时，O2’=0
RO2'max
RO2' CO ' CH 4' 100 100 1.88CO' 0.88H 2 '7.52CH 4'
n<1时，完全燃烧
RO2'max
100 RO2' 100 4.76O2
'
上述三式建立了RO2’最大值与产物成分之间的关系。例如烟气中CO2的含量越
是接近于最大值，越说明燃烧完全。
2022/2/17
河北工业大学能源与环境学院
9
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不完全燃烧的产物CO、H2、CH4都是可燃成分，如果其继续在空气中
燃烧，则可以得到以下平衡方程式：
CO
1 2
O2
1 2
79 21
N2
CO2
1 2
79 21
N2
Nm3/Nm3
H2
1 2
O2
1 2
79 21
N2
H 2O
/ kg）
反应式：S O2 SO2 数量关系：32 32 64 每kg耗氧：1 1 （2 kg / kg）
产物量为：
VCO2
11 C 22.4 C 22.4 3 100 44 12 100
Nm3 / kg
若考虑空气过量Ln，则产物中水分、氮 气、氧气含量发生变化
VSO2
S 22.4 (Nm3 / kg) 32 100
当前您浏览的位置是第十二页，共二十三页。
第四节燃烧产物成分测定和验证
为了对燃烧过程进行控制，必须对燃烧产物进行检测与分析。测定烟气成分的取 样点要合理选择，否则可能造成测定结果没有代表性。烟气分析仪一般分为两类：
燃烧温度
《工程燃烧学》
第三章 工程燃烧计算
3.4 燃烧温度计算
1
燃烧温度
燃烧温度＝炉内燃烧后的温度＝未排放的烟气 温度，即燃料燃烧时燃烧产物达到的温度
与燃料种类、燃料成分、燃烧条件、传热条件 等因素有关
取决于热量收入和热量支出的平衡关系 从能量平衡方程出发，求燃烧温度
2
能量平衡
热量收入
燃料发热量Q低，因为炉内温度>100oC，水分处于蒸汽 状态
V0 c产 ＝a＋bt＋ct2
因此 ct3＋bt2＋at－Q低＝0
解方程即得t热
13
理论燃烧温度计算
理论燃烧温度表达式如下
t理
Q低
Q空 Q燃 Vn c产
Q分
Q低、Q空、Q燃都容易计算 需要计算Vn.c产 更关键的是计算Q分
14
高温热分解
温度越高，分解越强；压力越高，分解越弱 工业炉中，只考虑温度，且只有大于1800度
V0、L0根据燃料的成分计算
注意：右边c产是理论燃烧产物的比热
17
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量 考虑Q低/V0，比考虑Q低的影响更符合规律
t理
Q低
Q空 Q燃 Vn c产
Q分
空气消耗系数n
在n>=1的情况下，n值越大，理论燃烧温度越 低。因此在保证完全燃烧的情况下，尽量减小n
实际温度计算式
t产
Q低
Q空
Q燃 Vn
Q传 c产
Q不
Q分
理论燃烧温度
假定绝热，Q传＝0；完全燃烧，Q不＝0
t理
Q低
Q空 Q燃 Vn c产
Q分
4
理论燃烧温度
第三章 工程燃烧计算
3.4 燃烧温度计算
1
燃烧温度
燃烧温度＝炉内燃烧后的温度＝未排放的烟气 温度，即燃料燃烧时燃烧产物达到的温度
与燃料种类、燃料成分、燃烧条件、传热条件 等因素有关
取决于热量收入和热量支出的平衡关系 从能量平衡方程出发，求燃烧温度
2
能量平衡
热量收入
燃料发热量Q低，因为炉内温度>100oC，水分处于蒸汽 状态
V0 c产 ＝a＋bt＋ct2
因此 ct3＋bt2＋at－Q低＝0
解方程即得t热
13
理论燃烧温度计算
理论燃烧温度表达式如下
t理
Q低
Q空 Q燃 Vn c产
Q分
Q低、Q空、Q燃都容易计算 需要计算Vn.c产 更关键的是计算Q分
14
高温热分解
温度越高，分解越强；压力越高，分解越弱 工业炉中，只考虑温度，且只有大于1800度
V0、L0根据燃料的成分计算
注意：右边c产是理论燃烧产物的比热
17
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量 考虑Q低/V0，比考虑Q低的影响更符合规律
t理
Q低
Q空 Q燃 Vn c产
Q分
空气消耗系数n
在n>=1的情况下，n值越大，理论燃烧温度越 低。因此在保证完全燃烧的情况下，尽量减小n
实际温度计算式
t产
Q低
Q空
Q燃 Vn
Q传 c产
Q不
Q分
理论燃烧温度
假定绝热，Q传＝0；完全燃烧，Q不＝0
t理
Q低
Q空 Q燃 Vn c产
Q分
4
理论燃烧温度
第三章 常用工程燃烧计算
已知固体或液体燃料的元素分析的收到基成分为： 已知固体或液体燃料的元素分析的收到基成分为：
7
第二节 燃烧空气量的计算
燃料本身含有氧
一千克燃料完全燃烧所需要的氧气量(按干摩尔计 为 一千克燃料完全燃烧所需要的氧气量 按干摩尔计)为： 按干摩尔计
氧气在空气中所占的质量百 分比为23.2％，因而上式除 23.2％， 分比为23.2％，因而上式除 燃烧一千克燃料所需要的氧气的质量为 以0.232
第三章 常用工程燃烧计算
学习本章要求重点掌握： 学习本章要求重点掌握： 1. 燃烧反应计算的基本原理和方法 完全燃烧时的空气需要量、烟气量及其组成、 2. 完全燃烧时的空气需要量、烟气量及其组成、密度 3. 理论燃烧温度 / 燃料理论发热温度的定义及其计 算 不完全燃烧计算中4个参量（ 4. 不完全燃烧计算中4个参量（ RO2 max 、ß 、 q化、 K）的意义及其计算 在干空气、n<1、 5. 在干空气、n<1、O2 =0 的条件下不完全燃烧产 物量及其组成的计算
6
第二节 燃烧空气量的计算
一、理论空气量 同理： 同理： 1.概念：单位量的燃料完全燃烧所需的最少的空气量称为“理论空气需 概念： 概念 单位量的燃料完全燃烧所需的最少的空气量称为“ 1千克氢气完全燃烧需要理论氧 一千摩尔碳完全燃烧需要 要量” 简称“理论空气量” 要量”，简称“理论空气量” 气量为1 一千摩尔氧气； 一千摩尔碳重12千克 )、V (Nm 气量为1／4千摩尔 )表示， 碳重12千克， 一千摩尔碳重12a千克f，则： a／kg一千摩尔氧气；f同时生成 2.表示方法：Lo(kg ／kg 、 o 表示方法： 表示， 表示方法 或 f)或Vo(Nm a／ Nm 表示 一千摩尔的二氧化碳。 一千摩尔的二氧化碳。 1千克硫完全燃烧需要理论氧气 千克碳完全燃烧就需要1 1千克碳完全燃烧就需要1／ 式中下标a表示空气 表示燃料 表示空气， 表示燃料。 式中下标 表示空气，f表示燃料。 量为1／32千摩尔。 量为1 32千摩尔。 千摩尔 12千摩尔的氧气 千摩尔的氧气。 12千摩尔的氧气。 ： 3.完全燃烧的理论空气量 完全燃烧的理论空气量： 完全燃烧的理论空气量 碳完全燃烧的总体方程为： 碳完全燃烧的总体方程为：
燃料及燃烧计算详解演示文稿
析 成
➢ 硫S：可燃，放热量低可生成Sox 有机硫、黄铁矿硫、硫酸盐硫
分 ➢ 水分M：外部水分、内部水分。
➢ 灰分A：杂质，污染环境，磨损受热面。
Page 3
Principles of Boiler
2020/11/21
煤的工业分析成分
• 水分(M) • 灰分(A) • 挥发分(V) • 固定碳(FC)
燃料的燃烧工况
理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成成分 理论烟气量
CO2、SO2、N2、H2O
V
0 y
实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧
燃烧产物（烟气）组成成分 实际烟气量
CO2、SO2、N2 、 H2O、O2 、CO Vy
Page 21
Principles of Boiler
Page 17
Principles of Boiler
2020/11/21
煤的类型
烟煤
碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，40～60%,杂质少，发热量较 高, 约为20000～30000 kJ/kg；
挥发分含量较高，约10～ 45%，着火及燃烧均较容易
➢ 贫煤 挥发分含量10～20%的烟煤 挥发份较少，性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近
Q d.ne t
Q d.gr
r
9H d 100
Q d.gr
226Hd
(2 14)
式中 r——水的汽化潜热，通常取r = 2510 kJ/kg
Page 9
Principles of Boiler
2020/11/21
几个重要概念
标准煤 = 29310 kJ/kg 劣质煤 ≤ 12500 kJ/kg 折算成分 相对于每4190 kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含
燃气工程燃气燃烧基本理论PPT课件
第一节 燃气的燃烧计算
一、燃烧及燃烧反应计量方程式 二、燃气热值的确定 三、燃烧所需空气量 四、完全燃烧产物的计算
第1页/共161页
一、燃烧及燃烧反应计量方程式
• 对于气体燃料来说，燃烧是指气体中的可燃成分在一定条件下与氧发生剧烈的氧化作用，并产生大量的热 和光的物理化学反应过程。
• 燃烧反应计量方程式是进行燃烧计算的依据。它可以表示出燃烧反应前后，燃气中的各种可燃物质与其燃 烧产物之间的量值比例关系。
第40页/共161页
例题8-1
第41页/共161页
第二节 燃气燃烧过程
一、燃气燃烧反应机理 二、燃气的着火与点火 三、燃气燃烧的火焰传播 四、燃烧过程的强化
第42页/共161页
一、燃气燃烧反应机理
• 古典化学动力学是从分子的观点出发．用化学反应方程式来研 究化学反应的。物质能量在分子间的分布总是不均匀的，总存 在一些不稳定的分子。参与反应的物质中的这些不稳定分子在 碰撞过程中不断率先变成化学上很活跃的质点——活化中心， 这些活化中心大多是不稳定的自由原子和游离基。活化中心与 稳定分子相互作用的活化能是不大的，从而使化学反应避开了 高能的障碍。因此，通过活化中心来进行反应，比原来的反应 物直接反应容易得多。
剩空气。 • 过剩空气的存在增加了燃气分子与空气分子接触的机会，也增加了其相互作用的机会，从而促使其燃烧完
全。
第10页/共161页
过剩空气系数
• 实际供给的空气量V与形论空气需要量V0之比称为过剩空气系数α，即
•通常α>1。实际中，α的取值取决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。
第12页/共161页
一、燃烧及燃烧反应计量方程式 二、燃气热值的确定 三、燃烧所需空气量 四、完全燃烧产物的计算
第1页/共161页
一、燃烧及燃烧反应计量方程式
• 对于气体燃料来说，燃烧是指气体中的可燃成分在一定条件下与氧发生剧烈的氧化作用，并产生大量的热 和光的物理化学反应过程。
• 燃烧反应计量方程式是进行燃烧计算的依据。它可以表示出燃烧反应前后，燃气中的各种可燃物质与其燃 烧产物之间的量值比例关系。
第40页/共161页
例题8-1
第41页/共161页
第二节 燃气燃烧过程
一、燃气燃烧反应机理 二、燃气的着火与点火 三、燃气燃烧的火焰传播 四、燃烧过程的强化
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一、燃气燃烧反应机理
• 古典化学动力学是从分子的观点出发．用化学反应方程式来研 究化学反应的。物质能量在分子间的分布总是不均匀的，总存 在一些不稳定的分子。参与反应的物质中的这些不稳定分子在 碰撞过程中不断率先变成化学上很活跃的质点——活化中心， 这些活化中心大多是不稳定的自由原子和游离基。活化中心与 稳定分子相互作用的活化能是不大的，从而使化学反应避开了 高能的障碍。因此，通过活化中心来进行反应，比原来的反应 物直接反应容易得多。
剩空气。 • 过剩空气的存在增加了燃气分子与空气分子接触的机会，也增加了其相互作用的机会，从而促使其燃烧完
全。
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过剩空气系数
• 实际供给的空气量V与形论空气需要量V0之比称为过剩空气系数α，即
•通常α>1。实际中，α的取值取决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。
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