燃燒過(guò)程熱工計(jì)算

1、第三章燃燒過(guò)程的熱工計(jì)算本章要求：掌握燃料燃燒時(shí)理論空氣量的計(jì)算、煙氣成分的計(jì)算以及燃燒溫度的計(jì)算。了解氣體分析方程的意義與應(yīng)用等。概述燃燒過(guò)程熱力計(jì)算是燃燒裝置及整個(gè)熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行都是不可缺少的。燃燒是燃料中可燃物質(zhì)與空氣中氧氣進(jìn)行迅速、發(fā)光、發(fā)熱的氧化反應(yīng)，燃燒過(guò)程的計(jì)算基于這些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量平衡與熱量平衡。燃料的燃燒過(guò)程有在“完全燃燒”與“不完全燃燒”兩種狀況。燃燒過(guò)程計(jì)算中視燃燒產(chǎn)物、空氣、水蒸氣為理想氣體?？諝獾某煞衷谌紵?jì)算中，空氣成分只考慮氧、氮及水蒸氣，其中：氧氣：23.2%（按質(zhì)量）或21%（按體積） 氮?dú)猓?6.8%（按質(zhì)量）或79%（按體積） 水蒸氣：常溫常壓條

2、件下，10g/kg-干空氣 3-干空氣完全燃燒產(chǎn)物：CO2、H2O、SO2、O2、N2不完全燃燒產(chǎn)物：CO2、H2O、SO2、O2、N2、CO、H2、CH4、C、CmHn31 燃料燃燒所需的空氣量理論空氣量當(dāng)每千克燃料中的可燃組分完全燃燒，且空氣中的氧全部用完，這種理想情況下燃燒所需的空氣量稱理論空氣量，用L0或V0表示。L0：kg-空氣/kg-燃料V0：Nm3-空氣/kg-燃料燃燒過(guò)程的實(shí)質(zhì)是燃料中的可燃物分子與氧化劑分子之間的化學(xué)反應(yīng)。燃料中的可燃組分C、H、S和空氣中的O2進(jìn)行燃燒反應(yīng)，產(chǎn)物是CO2、CO、SO2和水蒸氣。計(jì)算依據(jù)是質(zhì)量平衡和熱量守恒原理。因此理論空氣量與燃料的可燃質(zhì)含量

3、有關(guān)，對(duì)于固體和液體燃料可根據(jù)燃料的元素分析成分計(jì)算，對(duì)于氣體燃料，則可根據(jù)各組分氣體的百分比計(jì)算。每千克燃料中的該可燃元素完全燃燒時(shí)需要的氧質(zhì)量或體積為：燃料中可燃元素的燃燒反應(yīng)：每千克燃料中本身含有的氧質(zhì)量或體積為：液體燃料或固體燃料理論空氣量的計(jì)算：完全燃燒每千克燃料需要的空氣質(zhì)量應(yīng)為：完全燃燒每千克燃料需要的空氣體積應(yīng)為： 注意：以上理論空氣量計(jì)算式中都為不含水蒸氣的干空氣量。實(shí)際計(jì)算時(shí)應(yīng)加入水蒸氣的量?？諝庵兴魵獾亩嗌贂?huì)因季節(jié)天氣不同而改變。對(duì)于氣體燃料燃燒所需的理論空氣量為：氣態(tài)燃料理論空氣量的計(jì)算：以上計(jì)算量為理論空氣量，實(shí)際上在組織燃燒時(shí)，由于空氣和燃料不可能混合得非常均勻，

4、必須多送些空氣量才能使燃料接近完全燃燒。31 燃料燃燒所需的空氣量實(shí)際空氣供給量與空氣消耗系數(shù)實(shí)際空氣供給量與理論空氣需要量的比值稱為空氣消耗系數(shù)（或過(guò)量空氣系數(shù)，余氣系數(shù)等），用表示：31 燃料燃燒所需的空氣量空氣消耗系數(shù)的選擇1貧油燃燒、貧油混氣1化學(xué)恰當(dāng)燃燒、化學(xué)恰當(dāng)混氣1富油燃燒、富油混氣選擇的原則是什么？整個(gè)系統(tǒng)的熱損失最小熱力系統(tǒng)熱損失與空氣消耗系數(shù)的關(guān)系：q2排煙損失q3化學(xué)不完全燃燒損失q4機(jī)械不完全燃燒損失原則上易燃燃料及設(shè)計(jì)完善的燃燒裝置最佳值接近于1，一般對(duì)于液體與氣體燃料，最佳值約為，煙煤約為，貧煤和無(wú)煙煤約為熱力系統(tǒng)的熱損失一定溫度的廢氣從煙囪排出引起的排煙損失，q2

5、煙氣中殘存的可燃?xì)怏wCO、H2、CH4等引起的化學(xué)不完全燃燒損失，q3未燃盡的碳粒引起的機(jī)械不完全燃燒損失，q432 完全燃燒產(chǎn)物固體與液體燃料的產(chǎn)物生成量氣體燃料的燃燒產(chǎn)物生成量燃燒產(chǎn)物成分百分比燃燒產(chǎn)物密度固體與液體燃料的產(chǎn)物生成量產(chǎn)物體積燃燒反應(yīng)產(chǎn)物質(zhì)量固體與液體燃料的產(chǎn)物生成量1時(shí)燃燒產(chǎn)物：=1時(shí)燃燒產(chǎn)物量：過(guò)剩空氣中水蒸氣的量空氣中水蒸氣的量氣體燃料的產(chǎn)物生成量1時(shí)燃燒產(chǎn)物：=1時(shí)燃燒產(chǎn)物量：燃燒產(chǎn)物成分百分比燃燒產(chǎn)物密度33 不完全燃燒 在不完全燃燒時(shí)，煙氣中有CO、H2、CnHm等未燃成分。這些氣體的含量越多，表明燃燒過(guò)程越不完善，能量損失也越大。因此，分析煙氣中未燃成分的種類和

6、數(shù)量，可以評(píng)價(jià)燃燒過(guò)程的完善程度。煙氣分析綜合分析：?jiǎn)雾?xiàng)分析：全面測(cè)量煙氣的各種成分測(cè)量煙氣中的一種或幾種，其余成分根據(jù)氣體分析方程計(jì)算出來(lái)33 不完全燃燒氣體分析方程煙氣中CO、RO2和O2的體積百分比之間的數(shù)量關(guān)系式不完全燃燒時(shí)，每kg燃料產(chǎn)生的干煙氣容積可表示為：實(shí)際燃燒裝置中CH4、H2等的含量一般比CO少得多，CO的含量一般也不會(huì)超過(guò)1%，因此不完全燃燒的產(chǎn)物可看成：RO2、O2、N2、H2O及CO氣體分析方程燃料中碳和硫不完全燃燒所需的氧氣每kg燃料中氫燃燒所需的氧氣每kg燃料中所含的氧對(duì)應(yīng)的體積氧氣總消耗量：氣體分析方程每kg燃料不完全燃燒時(shí)煙氣中氮?dú)馊莘e為 氣體分析方程因此燃燒

7、產(chǎn)物的體積可表示為，燃料特性系數(shù)氣體分析方程完全燃燒方程及其應(yīng)用完全燃燒時(shí)，CO0，則氣體分析方程為：不完全燃燒時(shí)，CO0：完全燃燒方程完全燃燒方程及其應(yīng)用當(dāng)=1且完全燃燒時(shí)，O2=0。這時(shí)RO2達(dá)到最大值，并有：由于值由燃料成分所決定，因此對(duì)于某一燃料，（RO2）max具有完全確定的值。34空氣消耗系數(shù)及運(yùn)行時(shí)風(fēng)量的調(diào)整煙氣成分與值之間的關(guān)系V為過(guò)量空氣量燃燒的完全程度與空氣供給量密切相關(guān)，燃燒過(guò)程不完全往往是由于氧氣不足或空氣消耗系數(shù)太小引起的。而值過(guò)大會(huì)引起排煙損失增大，使整個(gè)熱工系統(tǒng)的熱效率下降。理論上可根據(jù)運(yùn)行中實(shí)際供給的燃料量與空氣量計(jì)算出值，但許多熱工系統(tǒng)中，難以精確計(jì)算燃料和空

8、氣供給量，此外由于爐膛不密封，也會(huì)引起實(shí)際值的變化。因此通常在爐膛出口截面，利用自動(dòng)記錄的煙氣分析儀器直接指示值，或者用普通煙氣分析儀器測(cè)出煙氣成分，然后計(jì)算得到值。如何將V、V用煙氣分析結(jié)果表示呢？思考題已知航空煤油的分子式為C8H16，求其理論空氣量。某燃燒裝置燃用這種煤油，其流量為2kg/s，若余氣系數(shù)為，問(wèn)空氣的流量為多少？燃?xì)獾牧髁坑譃槎嗌?？思考題解答列出化學(xué)方程式：計(jì)算1kg燃料完全燃燒的理論空氣量計(jì)算空氣流量及燃?xì)饬髁?5燃燒溫度計(jì)算燃燒過(guò)程中輸入燃燒裝置的能量1）燃料的化學(xué)能，通常按應(yīng)用基低熱值計(jì)算2）燃料的物理熱焓 3）參與燃燒的空氣所具有的物理熱焓 燃燒溫度是燃燒裝置運(yùn)行的

9、重要參數(shù)，其值與燃料性質(zhì)、空氣消耗系數(shù)、燃燒過(guò)程的完善性以及燃燒裝置的結(jié)構(gòu)完善性有關(guān)。實(shí)際燃燒溫度可根據(jù)熱平衡條件確定。 35燃燒溫度計(jì)算輸入燃燒裝置的總能量消耗于以下諸方面：1）加熱燃燒產(chǎn)物，使其熱焓升高2）通過(guò)燃燒裝置壁面散失到周?chē)h(huán)境3）燃料不完全燃燒引起一部分化學(xué)能釋放不出來(lái)4）高溫下多原子氣體離解所吸收的熱量 35燃燒溫度計(jì)算輸入燃燒裝置的總能量燃燒裝置總消耗能量熱平衡條件：35燃燒溫度計(jì)算無(wú)離解時(shí)理論燃燒溫度：理想條件下，認(rèn)為燃燒過(guò)程進(jìn)行得很完善，沒(méi)有不完全燃燒損失，也認(rèn)為燃燒裝置的結(jié)構(gòu)很完善，不存在對(duì)外散熱損失。在溫度不高的條件下，離解熱損失較小，可以忽略理論燃燒溫度：一、無(wú)熱離

10、解時(shí)理論溫度的計(jì)算CPP如何計(jì)算？加權(quán)平均：用試湊法確定無(wú)離解時(shí)理論燃燒溫度：計(jì)算：，VP，選T1，計(jì)算各成分CP、 CPP、VPCPPT1VPCPPT1Tm=T1是否二、有離解時(shí)理論燃燒溫度的計(jì)算有離解時(shí)的理論燃燒溫度：?2、燃燒產(chǎn)物發(fā)生變化有離解時(shí)，燃燒產(chǎn)物的體積增大3、燃燒產(chǎn)物平均比熱減小三原子氣體減少，二原子氣體增加無(wú)離解時(shí)燃燒產(chǎn)物：CO2、H2O、N2和O2有離解時(shí)燃燒產(chǎn)物： CO2、H2O、N2、O2、CO和H21、必須計(jì)算離解熱損失Qli 有離解時(shí)的特點(diǎn)： 有離解時(shí)理論燃燒溫度的計(jì)算 1、認(rèn)為VpCpp不受熱離解的影響 熱離解一方面導(dǎo)致燃燒產(chǎn)物的體積增大，另一方面卻引起燃燒產(chǎn)物的

11、比熱減小，因此可以近似地采用無(wú)熱離解時(shí)的VpCpp 當(dāng)空氣消耗系數(shù)大于1時(shí)，無(wú)離解情況下燃燒產(chǎn)物VpCpp 的值可按下式計(jì)算燃料產(chǎn)物的熱離解程度受溫度的控制。換句話說(shuō)，燃燒產(chǎn)物生成量和成分都是溫度的函數(shù)。燃燒產(chǎn)物的比熱與溫度和成分有關(guān)，但最終也是溫度的函數(shù)。這些復(fù)雜的變化關(guān)系，將使理論燃燒溫度的計(jì)算變得更加繁雜，一般應(yīng)求助于電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。但對(duì)鍋爐和其它類型工業(yè)爐進(jìn)行熱工計(jì)算時(shí)，可采用簡(jiǎn)化處理 有離解時(shí)理論燃燒溫度的計(jì)算2、按“離解度”計(jì)算離解熱損失 H2O的離解熱損失：每Nm3CO與CO2的化學(xué)能之差每Nm3H2與H2O的化學(xué)能之差CO2的離解熱損失： 有離解時(shí)理論燃燒溫度的計(jì)算2、按“離解度”計(jì)算離解熱損失 每Nm3燃料的離解熱損失：離解度：?離解度與溫度及離解成分的分壓力有關(guān)，溫度越高，離解度越大，分壓力越大，離解越小。三、理論燃燒溫度的近似計(jì)算焓溫圖縱坐標(biāo)的熱焓值由下式求解：考慮過(guò)量空氣百分?jǐn)?shù)對(duì)產(chǎn)物比熱的影響：工程計(jì)算時(shí)往往近似計(jì)算理論燃燒溫度，常用的方法是焓溫圖四、影響理論燃燒溫度的因素燃料性質(zhì)空氣消耗系數(shù)燃料與空氣的預(yù)熱溫度空氣中的氧氣含量燃料性質(zhì)燃料熱值越高，燃燒溫度也越高當(dāng)熱值較高時(shí)，溫度上升速率減小，這是因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，燃燒產(chǎn)物的生成量隨熱值的增加而增多空氣消耗系數(shù)空氣消耗系數(shù)接近于1時(shí)，理論燃燒溫度最