第二章 燃料燃烧计算

,*,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,第二章,燃料的燃烧计算,刘雪玲,天津大学热能工程系,解决的问题,确定燃料燃烧所需要的空气量,燃料燃烧生成的烟气量,烟气的成分和焓值,烟气分析方方程、空气系数监控及不完全燃烧的热损失,2.1,基本概念,化学当量比,标准空气,燃料的理论空气量,实际空气及过剩空气系数,a,化学当量比（恰当比）,化学当量比,(,化学恰当比,),：,1,公斤燃料燃烧反应理论所需要的氧气公斤数，用,S,表示。,CH,4,+ 2O,2,= CO,2,+ 2H,2,O,16 64,S=4,标准空气,空气的质量组成：,m,O2,：,m,N2,=23.2,：,76.8=1,：,3.31,空气的体积组成：,O,2,：,N,2,=21,：,79=1,：,3.76,CH,4,+ 2O,2,= CO,2,+ 2H,2,O,16 64,需要空气量是多少？,每消耗,1kg,氧气时需要的空气质量？,每消耗,1m,3,氧气时需要的空气体积？,燃料的理论空气量,理论空气量：单位燃料完全燃烧所需要的空气量。,符号：,固液燃料理论空气量的单位,:Nm,3,/kg,1Kg,燃料为基准,气体燃料的理论空气量的单位,:Nm,3,/Nm,3,1Nm,3,燃料为基准,过剩空气系数,a,定义：实际供应空气量与理论空气量之比。,补偿混合的不均匀,保证燃烧产物的还原,保证燃烧产物的温度,实际空气量,:,V,K,=V,k,0,=V,K,/V,k,0,2.2,理论空气量计算,几个假定,:,空气和烟气所有成分都假设为理想气体,烟气温度不超过,2000,o,C,时不考虑烟气的热分解,忽略空气中的各种微量成分,固、液燃料的理论空气量,1kmol C,1kmol CO,2,1kmol O,2,N2,3.76kmol,N2,3.76kmol,1 kmol,4.76kmol,空气,C,1kmol,CO2,1kmol,O2,1kmol,0.0832,kmol,1kg,0.0833,kmol,0.3132,kmol,0.3132,kmol,0.3965kmol,空气,22.4Nm,3,/kmol,8.89Nm,3,可燃成分：,C,、,H,、,S,1kmol H,2,1kmol H,2,O,0.5kmol O,2,N2,1.88 kmol,N2,1.88kmol,1 kmol,2.38 kmol,空气,H,2,1kmol,H,2,O,1kmol,O2,0.5kmol,26.67Nm,3,0.5,kmol,1kg,0.25,kmol,0.94,kmol,0.94,kmol,1.19 kmol,空气,22.4Nm,3,/kmol,1kmol S,1kmol SO,2,1 kmol O,2,N2,3.76 kmol,N2,3.76kmol,1 kmol,4.76 kmol,空气,S,1kmol,SO2,1kmol,O2,1kmol,3.33Nm,3,0.03125,kmol,1kg,0.03125,kmol,0.1175,kmol,0.7775,kmol,0.1487 kmol,空气,22.4Nm,3,/kmol,1 kmol O,2,3.33Nm,3,1kg,0.03125,kmol,0.1175,kmol,0.1487 kmol,空气,22.4Nm,3,/kmol,N,2,3.76kmol,1 kmol,4.76 kmol,空气,O,2,1kmol,1 kmol O,2,燃料每含,1kg,氧可少消耗多少空气？,1kg,燃料完全燃烧所需理论空气量,或,Nm,3,空气,/kg,燃料,Kg,空气,/kg,燃料,用空气质量表示：,用空气体积表示：,空气实际供应量,Nm,3,/kg,Nm,3,/ kg,干空气：,湿空气：,每,m,3,干空气吸收,Wg,克饱和水蒸气,:,每,kg,干空气含,d,克饱和水蒸气,:,例题：,某煤种成分如下：,Car=75%,、,Har=5%,、,Oar=3%,、,Nar=1%,、,Sar=1%,、,A=10%,Mar=5%,。,试计算其理论空气量。,气体燃料的理论空气量,C,n,H,m,(n+m/4)O,2,nCO,2,(m/2)H,2,O,1,Nm,3,C,n,H,m,4.76(,n+m/4),Nm,3,空气,n,Nm,3,CO,2,m/2,Nm,3,H,2,O,3.76(n+m/4,Nm,3,N,2,+,=,+,+,+,+,=,CH,4,2O,2,CO,2,2H,2,O,+,=,+,1kmol,CH,4,24.76,kmol,空气,1kmol,CO,2,2kmol,H,2,O,7.52kmol,N,2,+,+,+,1Nm,3,24.76Nm,3,1Nm,3,2Nm,3,7.52Nm,3,=,H,2,0.5O,2,H,2,O,1Nm,3,H,2,0.54.76,Nm,3,空气,1,Nm,3,H,2,O,1.88,Nm,3,N,2,+,+,+,=,=,H,2,S,1.5 O,2,H,2,O,1,Nm,3,H,2,S,1.54.76,Nm,3,O,2,1,Nm,3,H,2,O,5.64,Nm,3,N,2,+,+,+,=,=,SO,2,+,1,Nm,3,SO,2,+,CO,0.5O,2,CO,2,1Nm,3,CO,0.54.76,Nm,3,空气,1Nm,3,CO,2,1.88Nm,3,N,2,+,+,+,=,=,1Nm,3,气体燃料完全燃烧所需理论空气量,:,实际消耗,空气量,:,2.3,完全燃烧时燃料烟气量计算,固体、液体燃料完全燃烧烟气量计算,烟气量,成分：,完全燃烧时燃料烟气量,CO,2,SO,2,H,2,O,N,2,干烟气,Vgy,VRO,2,理论烟气量：,理论干烟气量：,完全燃烧时燃料烟气量,CO,2,SO,2,O,2,N,2,干烟气,Vgy,VRO,2,烟气量：,干烟气量：,H,2,O,固、液燃料的理论烟气由四部分组成：,理论烟气中水蒸汽量计算,燃料氢生成水：,燃料水：,湿空气中的水：,雾化用蒸汽带入水：,固、液燃料燃烧的理论烟气量为：,理论干烟气量为：,1,完全燃烧实际烟气量为：,气体燃料完全燃烧烟气成分,气体燃料成分可能有：,CO,、,CO,2,、,C,n,H,m,、,H,2,、,H,2,O,、,H,2,S,、,N,2,、,O,2,燃烧完全产物：,CO,2,、,SO,2,、,H,2,O,、,N,2,CO,2,、,SO,2,、,H,2,O,、,N,2,、,O,2,理论烟气量：,CO,2,体积：,SO,2,体积：,N,2,体积：,H,2,O,体积：,三原子气体,：,理论干烟气量,理论烟气量,：,实际烟气量,：,完全燃烧烟气成分,湿烟气体积成分：,干烟气体积成分：,湿烟气质量成分：,X,yi,=V,yi,/V,y,X,gyi,=V,yi,/V,gy,X,yi,=M,yi,/M,y,= M,yi,/,M,yi,2.4,不完全燃烧时烟气量的计算,不完全燃烧的烟气组分,CO,2,SO,2,H,2,O,N,2,VRO,2,CO,CH,4,H,2,可燃气体,确定不完全燃烧的烟气量须,已知的条件：,燃料成分：,C,ar,、,S,ar,或,CO,、,CH,4,、,C,n,H,m,、,H,2,S,实际干烟气成分：,RO,2,、,CO,、,CH,4,固、液燃料不完全燃烧干烟气量,烟气成分：,碳平衡：,硫平衡：,物质平衡：,得到固、液体燃料不完全燃烧干烟气量：,代入下式：,气体燃料不完全燃烧干烟气量,烟气成分：,碳平衡：,硫平衡：,物质平衡：,气体燃料不完全燃烧干烟气量 ：,代入下式 ：,例题 ：试计算不完全燃烧时的烟气量。,气体成分：,烟气成分：,不完全与完全燃烧烟气量比较,根据化学反应方程式,1,的情况,1,V,gy,0,=V,gyb,(100+1.88CO+0.88H,2,+7.52CH,4,-4.76O,2,)/100,V,gy,0,=V,gyb,(100+1.88CO+0.88H,2,+7.52CH,4,-4.76O,2,)/100,代入：,由于：,烟气分析方程（或,烟气分析检验方程,）,适用的条件：, 1,完全或不完全燃烧,在空气中燃烧,揭示了烟气各组分与燃料特性系数之间的关系,可原来检验实测烟气成分的准确性,都适用于完全燃烧,（,=1,）,（, 1,）,通常，,H CH,4,可忽略,烟气分析方程：,完全燃烧时：,完全燃烧时，烟气分析方程是燃料特性、运行参数和烟气成分之间的函数关系：,空气系数监控,空气系数监控计算,烟气成分,燃料性质,空气系数,完全燃烧条件下空气系数监控计算,不完全燃烧条件下空气系数监控计算,消耗的理论氧气量全部用于生产与,RO,2,和,H,2,O,完全燃烧条件下,监控计算,测定烟气成分，推算空气系数，对燃烧过程监控,令：,得到：,燃料性质系数,完全燃烧生成,1Nm,3,RO,2,所需理论氧气,适用于, 1,K,与燃料中,C,、,H,比例以及,有关的无因次数,在,1,时，,K,是燃料的性质。,不完全燃烧条件下,监控计算,根据质量守恒得出，考虑了,CO,、,CH,4,与,H,2,完全燃烧所需的氧体积及对烟气中三原子体积的影响,燃料不完全燃烧损失计算,不完全燃烧损失系数定义：,V,CO,=Vgyb(CO/100),V,H2,=Vgyb(H,2,/100),V,CH4,=Vgyb(CH,4,/100),R,常数与燃料的性质有关。,测试烟气成分，推算燃料化学不完全燃烧损失,R,表示燃料单位热量产生,RO,2,量,R,温室气体,2.6,烟气焓和燃烧温度,燃烧室的热平衡,燃烧效率,烟气温度,燃料发热温度,理论燃烧温度,理论烟气焓,实际烟气汉,燃烧室的热平衡,燃料的物理焓,hr,燃料的发热量,空气的物理焓,V,0,ha,高温分解耗热,未完全燃烧热损失,烟气的物理热焓,燃烧室的热损失,Q,L,Q,W,I,y,Q,DW,Q,S,Q,DW,I,y,hr,V,0,h,a,Q,S,Q,L,Q,W,燃烧效率,燃烧效率,=,燃料燃烧的实际发热量,燃料的低位发热量,或,燃烧温度,烟气温度,t,y,影响烟气温度的因素：,燃烧发热量,运行空气过剩系数,空气、燃料的预热程度,燃烧空气富氧程度,不完全燃烧热损失,高温热离解热损失,燃烧装置保温性能,燃料发热温度,tr,0,=1,忽略燃料焓、空气焓、热损失、不完全燃烧损失、高温离解热损失时的,燃料发热温度,燃料组分一定时：,只是燃料热物性的参数,理论燃烧温度,ty,0,1,定义：,绝热条件下,完全燃烧,比较燃料发热温度,tr,0,：,注意：理论燃烧温度不仅取决于燃料特性，还取决于燃烧装置运行状态、空气过剩系数。,1900,800,1800,1700,1600,1500,1400,2000,2400,2800,3200,3600,4000,1600,1200,=1.0,1.1,1.2,1.3,Ty,0,o,C,Q,DW,kJ/m,3,煤气发热量与空气系数对理论燃烧温度的影响,理论烟气焓,定义：,=1,时，,1kg,或,1Nm,3,燃料,、,绝热条件下、,完全燃烧时生成的烟气焓。,固、液燃料的理论烟气焓,Iy,0,实际烟气焓,Iy=I,0,y+I,yk,I,yk,=(,-1)V,0, h,yk,+(,-1)0.00161dV,0, h,H2O,带有飞灰的实际烟气焓,I,fh,=(,),fh,0,.01A,ar, h,fh,过剩空气的焓,=,过剩干空气的焓,+,过剩干空气中水蒸气的焓,实际烟气的焓,=,理论烟气的焓,+,过剩空气的焓,+,飞灰的焓,Iy=I,0,y+I,yk,+,I,fh,实际烟气的焓,=,理论烟气的焓,+,过剩空气的焓,试计算：,1,）燃料燃烧的理论空气量和理论烟气量。,2,）如果,0.7,，完全燃烧，烟气中还含有,O=3%,，请问此时的空气系数是多少？,例题：,已知人工煤气成分如下：,