燃气的燃烧计算

,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,*,燃气燃烧与应用,绪论,本课程的目的：燃烧器的设计计算,内容,燃气的燃烧计算,燃气燃烧反应动力学,燃气燃烧的气流混合过程,燃气燃烧的火焰传播,燃气燃烧方法,燃烧器的设计计算,燃气的互换性,第一章,燃气的燃烧计算,绪论,燃气：各种气体燃料的总称,天然气：纯天然气、石油伴生气,人造燃气,液化石油气,煤制气：炼焦煤气、水煤气等,油制气：热裂解、催化裂解,按,制备方法分类,按组分分类,可燃气体：,C,m,H,n,、H,2,、CO、H,2,S,不可燃气体：,N,2,、CO,2,、O,2,、H,2,O（g）,燃气热值的确定,燃烧所需的空气量,燃烧产生的烟气量,燃烧温度的确定,烟气焓的计算,燃气燃烧计算的内容,第一节 燃气的热值,一、燃烧的条件,燃烧：燃气中的可燃成分在一定条件下与氧发生,激烈的氧化反应，并产生大量的热和光的,物理化学过程。,燃烧必须具备的条件,1、燃气和氧气按一定比例呈分子状态混合,2、进行反应所需的能量,3、具有完成反应所需的时间,二、燃烧反应化学计量式,CH,4,+2O,2,=CO,2,+2H,2,O+,H,表示物质量之间的关系。,由于各种气体的摩尔体积近似相等，故也可表示气体容积之间的关系。,H,称为反应焓、燃烧焓或燃气热值，可由燃烧试验确定或者由反应前后物系的焓差确定。,各种燃气的化学反应计量式：,1,、高热值、低热值,高热值,H,h,：,1,N,m,3,或,1,kmol,燃气完全燃烧后被冷却至,原始温度且水蒸气以凝结水状态排出时所,放出的热量。单位：,kJ/,N,m,3,或,kJ/,kmol,低热值,H,l,：，,水蒸气以蒸汽状态排出。,所以,高热值,H,h,低热值,H,l,水蒸气的汽化潜热,r,三、燃气热值的确定,r=,1959kJ/,N,m,3,水蒸气,v,=21.629m,3,/kmol,水蒸气,M,=18.0154kg/kmol,r,=2352kJ/kg,思考：,热值的两个单位,kJ/,N,m,3,和,kJ/,kmol,之间如何进行转换？,2,、干燃气（混合气体）的热值,H=,H,i,r,i,H,i,：,燃气中某一可燃组分的热值，,kJ/,N,m,3,；,r,i,：,燃气中某一可燃组分的容积百分比。,3,、燃气的组分表示,方法一：用某一组分所占燃气的容积百分比表示。,r,i,w,=1,方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。,含湿量,d,g,单位：,kg/,N,m,3,干燃气,例：,某一燃气的组分,CH,4,W,75%,，,若该燃气的含湿量,12.5g/,N,m,3,，,求,CH,4,在,干燃气中的容积成分。,3,、燃气热值之间的关系,思考：,第二节 燃烧所需的空气量,一、空气的组成,干空气的容积成分：,O,2,21%,、,N,2,79,二、理论空气需要量,理论空气需要量,V,0,：,含有,1,N,m,3,干燃气的湿燃气完全燃烧所需的干空气量。单位：,N,m,3,干空气,/,N,m,3,干燃气,1,、,理论公式,V,0,的计算：求出每,N,m,3,干燃气完全燃烧所需要的氧气量，进而可求出对应的干空气量。,2,、近似公式,燃气的热值越高，所需的理论空气量越大。,当,燃气的,H,l,10500kJ/,N,m,3,时，,烷烃类燃气（天然气、液化石油气）采用,三、实际空气需要量,实际空气需要量,V,理论空气需要量,V,0,过剩空气系数：,工业设备中，,1.05,1.20,；,民用燃具,中,1.3,1.8,。,在保证完全燃烧的情况下，使,1.0,。,第三节 完全燃烧产物的计算,一、烟气量,烟气,:,燃气燃烧后的产物。,烟气量：含有,1,N,m,3,干燃气的湿燃气完全燃烧后产生的烟气量。单位：,N,m,3,/,N,m,3,干燃气,=1,理论烟气量,R,O,2,(,包括,CO,2,、,SO,2,),、,N,2,、,H,2,O,1,实际烟气量,R,O,2,、,N,2,、,H,2,O,、,O,2,思考：完全燃烧时，烟气中的,RO,2,的,体积与供给的空气量有关吗？,二、烟气量计算的理论公式,1,、,=1,时的理论烟气量,式中,d,a,，,空气含湿量，,kg/,N,m,3,干空气,2,、,1,时的实际烟气量,三、烟气量计算的近似公式,、理论烟气量,炼焦煤气，,2,、实际烟气量（,1,）,四、烟气的密度,标准状态下的烟气密度：,第四节运行时烟气中的,CO,含量,虽然,1,，但,仍有可能发生不完全燃烧。工程上常将,CO,含量视为烟气中的不完全燃烧产物量。,燃气中干燃气的容积成分：,H,2,+CO+,C,m,H,n,+H,2,S+O,2,+CO,2,+N,2,=100,燃烧后得到的干烟气的容积成,烟气中的 和 可以通过烟气分析测得。要求出 ，必须先求出 。,式中：,0.5,CO,，,由于,CO,未燃尽而少耗的氧量。,式中：,三、完全燃烧基本方程式,第五节完全燃烧时,的确定,一、,V,的,确定,二、,V,的确定,三、,的确定,第六节 燃气燃烧温度的确定,一、热量计温度,t,c,如果燃烧在绝热条件下进行，燃气完全燃烧后烟气所能达到的温度，称为热量计温度,t,c,。,含有,1,N,m,3,干燃气的湿燃气完全燃烧前后的热平衡方程式：,式中：,I,，,以标准状态为基准的焓，,kJ/,N,m,3,干燃气。,c,，,平均定压容积比热，,kJ/,N,m,3,K,二、燃烧热量温度,t,ther,绝热条件，,t,g,=,t,a,=0，,且,=1,时的烟气温度，称为,燃烧热量温度,t,ther,。,三、理论燃烧温度,t,th,式中：,Q,c,，,由于化学不完全燃烧（包括,CO,2,和,H,2,O,的分解吸热）而损失的热量，,kJ/,N,m,3,干燃气,理论燃烧温度的影响因素：,1、,H,l,、,I,f,2、,3、,I,g,、,I,a,四、实际燃烧温度,t,act,式中：,Q,5,，,向周围介质的散热量，,kJ/,N,m,3,干燃气,经验公式：,t,act,=,t,th,第七节 烟气焓的计算,式中：,I,，,以标准状态为基准的焓，,kJ/,N,m,3,干燃气；,V,，,完全燃烧,N,m,3,干燃气所产生的烟气或烟气中某一组份的体积，,N,m,3,/,N,m,3,干燃气,第八节例题,已知炼焦煤气的容积成分如下：,H,2,56%,，,CO6%,，,CH,4,22%,，,C,2,H,6,2%,，,CO,2,3%,，,N,2,10%,，,O,2,1%,。,煤气的含湿量,d,g,=0.0125kg/,N,m,3,干燃气，空气的含湿量,d,a,=0.01kg/,N,m,3,干空气，煤气与空气的温度,t,g,=,t,a,=20,。,试求：（,一）高热值及低热值,（二）燃烧所需的理论空气量,（三）完全燃烧时的烟气量,(,当,=,1,和,=,1.2,时,),（四）燃料特性系数,解,:,(,一,),高热值及低热值,（二）燃烧所需的理论空气量,（三）完全燃烧时的烟气量,(,当,=,1,和,=,1.2,时,),a),理论烟气量,(,=,1,),b),实际烟气量,(,=,1.2,),（四）燃料特性系数,