燃烧效率及燃烧检测

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,3.5 燃烧检测及燃烧效率,工程燃烧学,1,对烟气的检测和计算,目标：,通过对燃烧产物（烟气）的成分进行气体分析，实现对空气消耗系数和燃烧完全程度的计算,方法：,化学吸收法、电气测量法、红外吸收法和色谱分析法,关键问题：,需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧热损失的检测计算原理和方法,2,测定方法-化学吸收法,奥氏烟气分析仪测定烟气成分,燃烧效率仪测定烟气成分,3,烟气成分检测分析,在使用仪器及相应方法测量得到烟气成分数据后，需要验证所得数据的准确性,满足气体分析方程的数据就是有效的(误差范围内),是燃料特征系数,，,决定于燃料成分,。表6-1,RO,2,CO,2,SO,2,，即两种成分之和,各成分的上标 表示是燃烧产物（烟气）成分,4,气体分析方程的导出,1、,定义V,RO2,、RO,2,max,、,(,存在C、S成分上限,),（1）,V,RO2,是完全燃烧时燃烧产物中RO,2,（CO,2,SO,2,）的数量（,注意：不要求n1,）,（2）,RO,2,max,定义为,干理论燃烧产物,中的RO,2,最大理论含量,（干成分%，注意n1）,（1）,（3）,由右式定义,（2）,5,气体分析方程的导出,2、,用烟气成分计算RO,2,max,，要计算 V,RO2,和V,0,d,根据V,RO2,的定义，可直接写出,依据烟气中成分同样可以得到V,0,d,和V,n,d,间的关系,3、,得气体分析方程,，,上两式子代入定义式(1)得到RO,2,max,，再将RO,2,max,的表达式代入,的定义式(2),6,V,0,d,与V,n,d,的关系,对于完全燃烧：V,n,d,=V,0,d,+(L,n,-L,0,) （此时n=1）,如果不完全燃烧：,用产物成分表示L,n,-L,0,（过剩空气量）。一部分是n1过剩的，一部分是由于不完全燃烧未参加反应而剩余的，故,7,V,0,d,与V,n,d,的关系,因此，n=1时，,在n1时，上式同样成立,把上式和V,RO2,代入RO,2,max,的计算式，即可得气体分析方程,8,定义RO,2,max,及的意义,对于确定的燃料，其成分中含C、S元素的量是确定的，因此在烟气中CO,2,SO,2,有理论上的最大值，这就是RO,2,max,根据物质守恒，,烟气中所有含C、S元素成分之和不能超过RO,2,max,。如果测量的数据超过了，那就是错误的。如果相差太大那么就是测量误差大或燃烧状况很不理想,定义,就是要依据燃料本身的特征值（与燃烧过程无关）来判断所测量烟气成分是否具有准确性,实际上从式(2)看出做为检测的特征值和RO,2,max,是一样的，两者有确定的简单关系，用是为了简便,9,气体分析方程的简化应用,1、,如果H,2,及CH,4,很小，则可忽略不计，方程简化为,2、,如果完全燃烧，则没有可燃成分,10,空气过量系数的检测计算,11,空气消耗系数的计算,1、,提出问题：,空气消耗系数n值是一个很重要的指标，对燃烧过程有很大影响，需要确定,2、,分析问题：,正在工作的炉子，由于存在吸气和漏风现象，很难测定实际空气消耗量L,n,，也就难以用下式求n,3、,解决问题：,需要用烟气成分计算空气消耗系数,按氧平衡原理计算n值,按氮平衡原理计算n值,12,方法1 氧平衡原理计算n值,首先考虑完全燃烧,1、将n值用氧气量来表示,2、用烟气成分表示,，L,0,O2,为理论需氧量，完全燃烧后全部转化为RO,2,和H,2,O，那么必然可以用下式表示,L,0,O2,=aV,RO2,+bV,H2O,=(aRO,2,+bH,2,O).V,n,/100,完全燃烧情况下(L,n,O2,L,0,O2,)为烟气中剩余氧量,L,n,O2,- L,0,O2,=O,2,. V,n,/100,13,方法1氧平衡原理计算n值,因此得到n值,3、引入,K,表示理论需氧量与燃烧产物中RO,2,量的比值,K,值可根据燃料成分求得。,一般天然气的,K,值为2,为什么要引入参数,K,14,引入K的意义,在引入K前，n值用燃烧产物表示时，有H,2,O成分，H,2,O成分有多少以气态形式存在是很不确定的，取决于温度,在用仪器测量烟气成分时，都是检测干烟气，一般不测量H,2,O成分数据（测量了也不准确）,（1）引入一个,参数K就是为了避免用产物中的H,2,O成分数据,（2）,并且常数K可依据燃料成分求得，跟燃烧过程无关,。,15,不完全燃烧n值修正,不完全燃烧时,，则燃烧产物中还存在CO、H,2,、CH,4,等可燃成分,1、修正O,2,。n值公式中氧量应减去这些可燃气体完全燃烧时将消耗的氧,2、修正RO,2,。RO,2,量应加上这些可燃气体如果燃烧将生成的RO,2,16,方法2 氮平衡原理求n值,1、变换n值的表达式,，变换后不出现单独的L,0,项，因为该值与燃料成分有关而与烟气成分无关,2、,根据氮平衡有,3、（表达式中的量用烟气表示）,根据氧平衡有,17,方法2氮平衡原理求n值,4、（引入燃料决定量代替难测量）,再利用V,RO2,与V,n,d,的关系,最后得,注意：,N,燃,、V,RO2,由燃料成分确定,18,n值公式讨论,特定情况的简化,1、,含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、焦炉煤气等），N,fuel,可忽略不计 0，则,2、,进一步，若完全燃烧，则,19,n值公式讨论,3.如果进一步已知燃料中H,2,含量很少，比如对于无烟煤、焦炭等，则N,2,=79，故：,如何证明N,2,=79,20,不完全燃烧热损失的检测计算,21,不完全燃烧热损失计算,(概念上)定义：,当不完全燃烧时，由于烟气中存在可燃成分，因而损失一部分化学热量，称为不完全燃烧热损失,(数值上)q,化,定义：,不完全燃烧热损失q,化,，表示单位（质量或体积）燃料燃烧时，燃烧产物中可燃成分含有的化学热占燃料发热量的百分数,22,不完全燃烧热损失计算,(1)用烟气表达。,产物发热量Q,产,等于烟气中各可燃成分发热量之和，假定有CO、H,2,、CH,4,，则,Q,产,126CO+108H,2,+358CH,4,(2)消去烟气量。,引入两个参数,h,、P，,h,称为烟气冲淡系数,，,h,越大，n越大，完全燃烧n1时,h,1,不完全燃烧热损失改写为,23,不完全燃烧热损失计算,(3)用燃料特性参数和烟气表达,。依据碳平衡有,V,0,d,.RO,2,max,V,n,d,.(RO,2,+CO+CH,4,),则,则不完全燃烧热损失为,RO,2,max,和P只取决于燃料成分,24,课堂练习1,已知某固体燃料的成分，试推导,用燃料成分表示,b,的计算公式,推导思想：利用,RO,2,max,的定义式及其与,b,的关系,首先计算,V,RO2,再计算V,N2,V,0,d,=V,RO2,+V,N2,利用RO,2,max,=21/(1+,b,)可得,b,计算公式,25,课堂练习2,已知烟煤成分(%)为:C,daf,=85.32，H,daf,=4.56，O,daf,=4.07，N,daf,=1.80，S,daf,=4.25，A,d,=7.78，M,ar,=3.0%，其低位发热量为30031kJ/kg。燃烧产物的成分分析结果为(%)：RO,2,=14.0，CO=2.0，H,2,=1.0，O,2,=4.0，N,2,=79.0，试计算：,1）该燃料的RO,2,max,，,b,，K，P,2）验算产物气体分析的误差,3）求空气消耗系数n和不完全燃烧热损失q,化,4)试用比热近似法和内插值近似法求理论发热温度,26,计算方法,首先，将成分换算为应用成分,然后计算理论氧气需要量L,0,O2,和理论空气需要量L,0,，V,RO2,，V,N2,，V,0,d,，则可完成(1)的计算,利用气体分析方程来验算误差分析,空气消耗系数,不完全燃烧热损失,27,计算方法,理论发热温度的求解：,1）比热近似法：,假设发热温度2100度，则根据表3-3，查得烟煤燃烧产物的比热为1.67，则t=Q,低,/V,0,c，根据门捷列夫公式得到Q,低,=30031 kJ/kg,2）内插值近似法：,根据Q,低,/V,0,=,i,= 3658 kJ/m,3,假设温度2100度，查表3-3得到各成分平均比热，求得产物的平均比热，即得,i,=3558 kJ/m,3,假设温度2200度，再重复第二步计算得到,i,=3746 kJ/m,3,根据内插值计算法，得到,t,热,28,课堂练习3,某高炉煤气，成分（%）为：CO,2,-10.66; CO-29.96; CH,4,-0.27; H,2,-1.65; N,2,-57.46。燃烧产物的成分经分析为(%)：RO,2,=14.0, O,2,=9.0, CO=1.2,N,2,=75.8。试用各种计算公式计算n值，并比较之。,29,计算方法,计算的前提：判断成分测量是否准确，即利用气体分析方程来检测。当误差满足工程要求（5%)时，可计算n值,先计算RO,2,max,先计算V,RO2,，再计算V,0,干,计算得到,b,=-0.16,根据气体分析方程检验误差,30,计算方法,1.氧平衡法计算n值：,L,0,O2,=(0.5CO+0.5H,2,+2CH,4,)/100=,V,RO2,=(CO,2,+CO+CH,4,)/100=,K=,31,计算方法,2.氮平衡法计算：,对于气体燃料 N,燃,=N,2,如果是固体燃料呢？,32,课堂练习4,某天然气在纯氧中燃烧，烟气成分(%)为：CO,2,=25.0,CO=24.0,O,2,=0.5,H,2,=49.0,CH,4,=1.5。试计算氧气消耗系数,33,课后作业,已知某烟煤含碳量（%）C,ar,=80，烟气成分经分析为（干成分）CO,2,=15.0,CO=3.33,试计算其干燃烧产物生成量,34,