第01章燃气的燃烧计算课件

第一章燃气的燃烧计算第一章燃气的燃烧计算1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。2本章要点燃气燃烧计算为工业炉、锅炉及燃气221792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。燃气具发展概述41792年，默多克（苏格兰），用煤气照明；1833年，工业用3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：可燃成分和氧按一定比例成分子状混合；具备破坏旧分子和生成新分子所需的能量；具备完成燃烧反应的时间。5第一节 燃气的热值一、燃烧及燃烧反应计量方程式燃烧：气4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：CH4+2O2=CO2+2H2O+HH2+0.5O2=H2O+HCO+0.5O2=CO2+H6H2S+1.5O2=SO2+H2O+H第一节 燃气的热值6H2S+1.5O2=SO2 5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（kJNm3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。7第一节 燃气的热值二、燃气热值的确定热值：1Nm3燃气完6第一节 燃气的热值 单一气体热值的确定：以甲烷为例：890943 甲烷热效应值（高）；802932甲烷热效应值（低）；22.3621标态下甲烷摩尔容积。8第一节 燃气的热值 单一气体热值的确定：以甲烷为例7222148744.097204542444.097=50377kJ/kg=46385kJ/kgHh=Hl=2221487丙烷热效应值（高）；2045424丙烷热效应值（低）；44.097丙烷分子量。9第一节 燃气的热值以丙烷为例：2221487=50377kJ/kgHh=222148式中H燃气（混合气）的热值，kJ第一节 燃气的热值 混合气体热值的确定按照混合法则：H =H 1r1+H 2r2+H nrnNm3；H1，H2，Hn燃气各可燃组分的热值，kJNm3；r1，r2，rn燃气各可燃组分的体积分数。10式中H燃气（混合气）的热值，kJ第一节 燃气9第一节 燃气的热值 干燃气高热值与低热值的换算：H2，CmHn，H2S 氢、碳氢化合物、硫化氢的体积分数。式中 Hdrh 干燃气的高热值，kJNm3；Hdrl 干燃气的低热值，kJNm3；11第一节 燃气的热值H2，CmHn，H2S 氢、碳10H =H第一节 燃气的热值 干燃气低热值与湿燃气低热值的换算：drlwl0.8330.833+dgH =H第一节 燃气的热值drw0.83311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？13思考题（1）什么是燃气的燃烧？燃烧必须具备的条件有哪些？（212第二节 燃烧所需空气量理论空气需要量：每Nm3(kg)燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需要的空气量（Nm3Nm3或Nm3kg）。理论空气量：完全燃烧最小空气量。假定：空气中氧气21%，氮气79%干空气中氮、氧体积比：氮气：氧气=79:21=3.7614第二节 燃烧所需空气量理论空气需要量：每Nm3(kg)燃13第二节 燃烧所需空气量（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：H2+0.5O2+0.53.76N2=H2O+0.53.76N2所需空气量为：0.5+0.53.76=2.38Nm3（2）碳氢化合物的理论空气需要量：所需空气量为：4.76（m+n/4）Nm315第二节 燃烧所需空气量所需空气量为：4.76（m+n14第二节 燃烧所需空气量（二）燃气燃烧所需的理论空气量，H2、CO、CmHn、H2S 可燃组分的体积分数 (%)；O2 燃气中氧的体积分数,(%)。16第二节 燃烧所需空气量，H2、CO、CmHn、H2S 15第二节 燃烧所需空气量 已知燃气热值，可用近似计算公式计算理论空气需要量：HhHlHl30.2410000.26810000.2610000.2091000V0=V0=V0=Hl-0.25Hl 10500kJ/Nm3V0=Hl 1。取决于燃烧方法和运行工况。工业燃气设备=1.051.20；民用燃具=1.301.80。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。=V V0 或 V=V018第二节 燃烧所需空气量二、实际空气需要量 过剩空气系数17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。燃烧温度：燃料燃烧后燃烧产物所达到的温度 燃烧温度的计算能量守衡，即热（量）平衡:热（量）的收入=热（量）的支出19第三节 燃气燃烧温度燃烧温度与燃气种类、热值、燃烧物产量19第三节 燃气燃烧温18第三节 燃气燃烧温度第三节 燃气燃烧温度19热平衡式Q化化+Q物物=Q产产+Q不不+Q传传+Q分分第三节 燃气燃烧温度热平衡式第三节 燃气燃烧温度20第三节 燃气燃烧温度第三节 燃气燃烧温度21当不考虑Q传和Q不（即Q传=0，Q不=0）时，有t理=称为理论燃烧温度理论燃烧温度（绝热完全燃烧火焰温度）表明某燃料在某条件下所达到的最高温度。第三节 燃气燃烧温度当不考虑Q传和Q不（即Q传=0，Q不=0）时，有第三节 燃22量热计温度理论燃烧温度计算过程中不考虑热分解影响t量=第三节 燃气燃烧温度量热计温度理论燃烧温度计算过程中不考虑热分解影响第三节 燃23第三节 燃气燃烧温度第三节 燃气燃烧温度24第三节 燃气燃烧温度第三节 燃气燃烧温度25由理论燃烧公式可知t理=QD，V0定义烟气的热焓 R=第三节 燃气燃烧温度由理论燃烧公式可知QD，V0定义烟气的热焓 R=第三26第三节 燃气燃烧温度第三节 燃气燃烧温度27第三节 燃气燃烧温度第三节 燃气燃烧温度28第三节 燃气燃烧温度第三节 燃气燃烧温度29（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？21思考题（1）什么是燃气燃烧的理论空气需要量？（3）如何计算理论空气30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）22第四节 完全燃烧产物的计算 燃烧产物烟气。31理论烟气量：V =VRO2+V+V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=1）0 00N2f H2O23理论烟气量：V =VRO2+V+V第四节 32第四节 完全燃烧产物的计算2.实际烟气量（当1）实际烟气量：V f =VRO2+VH2O+VN2+VO224第四节 完全燃烧产物的计算实际烟气量：V f =33V =第四节 完全燃烧产物的计算（二）按燃气热值近似计算1.理论烟气量+a0f0.239Hl1000石油伴生气，a=2.2液化石油气，a=4.5天然气，a=2V =第四节 完全燃烧产物的计算1.理论烟气量34第四节 完全燃烧产物的计算二、烟气密度 标准状态下：第四节 完全燃烧产物的计算35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（1.0和1.2）。H256%CO6%CH422%C2H62%CO23%N210%O21%27第四节 完全燃烧产物的计算dg=12.5g/N36H =H第四节 完全燃烧产物的计算【解】（一）高热值和低热值Hh=Hh1r1+Hh2r2+Hhnrn=127530.56+126440.06+398420.22+703510.02=18074kJ/Nm3Hl=Hl1r1+Hl2r2+Hlnrn=107940.56+126440.06+359060.22+643970.02=15989kJ/Nm3drlwl=15753kJ/Nm30.8330.833+0.0125=159890.8330.833+dg28H =H第四节 完全燃烧产物的计算dr37Hl-0.25=15753-0.25=3.85Nm3/Nm3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=3.86Nm3/Nm32.按低热值计算0.2610000.261000V0=29Hl-0.25=15753-038第四节 完全燃烧产物的计算（二）完全燃烧时的烟气量1.理论烟气量（1.0）（1）按组分计算VRO2 =0.01CO2+CO+mCmHn+1.0H2S=0.013+6+22+22第四节 完全燃烧产物的计算（1）按组分计算39Vf =00.272Hl1000+0.250.272157531000+0.25=第四节 完全燃烧产物的计算VN 02 =0.79V0+0.01N2=0.793.85+0.0110=3.15Nm3/Nm3干燃气Vf0=VRO2+VH 02O+VN 02 =0.35+1.12+3.15=4.62Nm3/Nm3干燃气(2)按热值计算=4.54Nm3/Nm3干燃气31Vf =00.272Hl+0.250.2721575340第四节 完全燃烧产物的计算1.实际烟气量（1.2）=1.13Nm3/Nm3干燃气VN2 =0.79V0+0.01N2=3.76Nm3/Nm3干燃气VO2=0.21(1)V0=0.16Nm3/Nm3干燃气Vf =VRO2+VH2O+VN2+VO2 =5.4Nm3/Nm3干燃气32第四节 完全燃烧产物的计算1.实际烟气量（1.241思考题（1）如何计算燃气燃烧的理论烟气量？（2）如何计算燃气燃烧的实际烟气量？33思考题（1）如何计算燃气燃烧的理论烟气量？3342燃气的热值燃烧所需空气量燃烧产生烟气量本章小结燃气的燃烧计算基本概念：燃烧、热值、高热值、低热值、过剩空气系数、燃烧温度、理论烟气量、实际烟气量等；燃气热值的计算；理论空气需要量和实际空气需要量的计算；理论烟气量和实际烟气量的计算。34燃气的热值燃烧所需燃烧产生本章小结基本概念：燃烧、热值、高43作业 已知燃气的容积成份CH491.5%C2H65.5%C3H81.6%CO20.3%H2S2%N20.1%ta=tg=20。求：(1)燃气的高热值，低热值；(2)燃烧所需理论空气量；(3)当1.0和1.2时，燃气完全燃烧所产生的烟气量。35作业CH4C2H6C3H8CO2H2SN2ta=44