燃燒理論第一講燃燒計算

1、燃氣燃燒理論與基礎燃氣燃燒理論與基礎參考教材：燃氣燃燒與應用燃燒理論與污染控制華中科技大學導論p燃燒科學的發(fā)展簡史n燃燒是物質劇烈氧化而發(fā)光發(fā)熱的現(xiàn)象n火的歷史就是人類社會進步的歷史n早期提出燃素論，不久被證明是錯誤的n由燃燒導致質量增加的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)空氣中氧氣參與反應n熱力學熱化學的發(fā)展，闡明了燃燒現(xiàn)象中燃燒反應熱效應、燃燒產物組分、燃燒溫度、著火溫度等熱力學特性n計算燃燒學使其達到了一個新的高度n燃氣燃燒是燃燒學中的基礎p燃燒科學的應用n現(xiàn)代社會的動力來源，主要來自于礦物燃料的燃燒礦物燃料占到世界能源消費總量的80%以上，在可以預計的未來，人類依然嚴重依賴于礦物燃料。n高效經濟地控制燃燒過程是

2、燃燒學的主要研究方向將化學能高效地轉化為熱能、電能、機械能，高溫高壓高速燃燒成為方向n預防和減少火災造成的損失是燃燒學研究的另一重要方向正常可控燃燒造福于人類，不可控非正常的燃燒常常會帶來災難。p燃燒造成的污染n燃料燃燒是大氣污染的主要來源粉塵、煤煙、液滴等氣溶膠狀態(tài)（Pm10、pm2.5、霧霾）氧化硫、氧化碳、氧化氮、碳氫、鹵素等氣體狀態(tài)n直接燃煤是我國大氣污染的最根本原因；燃燒方式落后加重了大氣污染；交通污染對城市影響巨大。燃煤導致的煙塵、SO2、NOx、CO、CO2均為主要污染源交通工具動力系統(tǒng)也是霧霾的主要來源，CO、NOx排放量很大p燃燒科學的研究方法n燃燒科學正從傳統(tǒng)的經驗科學成為

3、一門系統(tǒng)的，以數(shù)學為基礎的綜合學科理論，涉及熱力學、流體力學、化學動力學、傳熱傳質學、物理學等n一是燃燒理論方面的研究，以燃燒涉及的基本過程為研究對象。如燃燒反應動力學機理、著火、火焰?zhèn)鞑ァ⒒鹧娣€(wěn)定、預混及擴散火焰、層流與湍流燃燒、燃燒產物的形成機理等。n二是燃燒技術的研究，是應用理論研究的結果來解決工程技術中的實際問題。如燃燒方法的改進、燃燒過程的組織、節(jié)能減排等。第一章第一章燃氣的燃燒計算燃氣的燃燒計算一一 燃氣的熱值燃氣的熱值1. 燃燒及燃燒反應計量方程式2. 燃氣熱值的確定p1 m3燃氣完全燃燒后，其煙氣被冷卻至初始溫度所放出的熱量稱為該燃氣的熱值，單位為kJ/m3。當燃燒煙氣中H2O

4、以氣體狀態(tài)排出時，燃燒所放出的熱量稱之為低熱值；當H2O以凝結水狀態(tài)排出時，蒸汽中所含的潛熱得以釋放，此種狀態(tài)下所放出的熱量稱之為高熱值。顯然，燃氣的高熱值大于低熱值，差值為水蒸氣的氣化潛熱。p單一可燃氣體的熱值是已知的，混合氣體的熱值可以由各單一氣體的熱值根據混合法則進行計算 HOHnmCOOnmHCnm2222)4(nnrHrHrHH2211二、二、 燃燒所需空氣量燃燒所需空氣量 1. 理論空氣需要量：指按燃燒反應計量方程式，1m3（或kg）燃氣完全燃燒所需的空氣量，是燃氣完全燃燒所需的最小空氣量，單位為m3/m3或m3/kg。p 一般情況下空氣需要量與燃氣熱值成正比，可以用燃氣熱值進行近

5、似計算。對于烷烴類燃氣222010.50.5()1.5214mnHCOC HH SOnVrrmrrr00.2831000lVH00.2531000hVH二、二、 燃燒所需空氣量燃燒所需空氣量2. 實際空氣需要量p實際供給的空氣量一般應大于理論空氣需要量，即要供應一部分過?？諝?。p實際供給的空氣量與理論空氣需要量之比稱為過?？諝庀禂?shù) p在燃燒過程中，正確選擇和控制過?？諝庀禂?shù)值的大小是十分重要的，過小或過大都會導致不良后果：過小會導致不完全燃燒，造成能源的浪費和對環(huán)境的污染；過大則使煙氣量增大，爐膛溫度與煙氣溫度降低，導致?lián)Q熱設備換熱效率的降低與排煙熱損失的增大，同樣造成能源的浪費。因此，先進的

6、燃燒設備一般在保證完全燃燒的前提下，盡量使值趨近于1。而隨時掌握燃燒設備的值又是我們監(jiān)測燃燒器具運行工況的重要手段。0VV三、三、 燃燒產物的計算燃燒產物的計算p當只供給理論空氣量時，燃氣完全燃燒后產生的煙氣量稱為理論煙氣量。當有過?？諝鈺r，稱為實際煙氣量。 1. 理論煙氣量（=1時） 2. 實際煙氣量（1時），VRO2同上222mn22ROSOCOCOC HH SCO0.01()VVVrrmrr222mn0H OHH SC Hg0a0.01 126.6()2nVrrrdV d220N0N0.790.01VVr0N0OHRO0f222VVVV220H OH O0a1.266 (1)VVV d三

7、、三、 燃燒產物的計算燃燒產物的計算式中 da空氣的含濕量（kg/m3干空氣）。 實際煙氣中三原子氣體、水蒸氣、氮氣、過剩氧的體積（m3/m3干燃氣）； 3. 煙氣的密度2222ONOHROfVVVVVfagdrgfVdVdV)(293. 1000式中 f0標準狀態(tài)下煙氣的密度（kg/m3）；gdr燃氣的密度（kg/m3干燃氣）。2222ONOHROVVVV220NN00.79(1)VVV2O00.21(1)VV三、三、 燃燒產物的計算燃燒產物的計算將其中的N2用燃氣容積成分表示并代入整理得：4、煙氣中CO的計算燃料系數(shù)2mn2222HCOC HH SOCON+100rrrrrrr2222CO

8、SOCONO100rrrrr22OROCO211=0.605rrr2mn222mn22HCOC HH SONCOC HCOH S0.395()0.791.18-0.790.2140.79+nrrmrrrrrmrrr22ORO211rr2maxRO211rCO0r當 時又 =1時三、三、 燃燒產物的計算燃燒產物的計算5、過剩空氣系數(shù)的確定a.完全燃燒時 過剩氧量由干煙氣中自由氧的體積分數(shù)確定 則過剰空氣量為 同時，實際空氣量可用干煙氣中空氣帶入的氮氣來確定22100OdrOfrVV221OdrfrVV22,100NadrNafrVV2,79NadrfrVV2222,1121791121 7921

9、OONaNaVrrVrr三、三、 燃燒產物的計算燃燒產物的計算對于大多數(shù)燃氣，N含量可以不計2222121 79100OROOrrr224224222210.50.5221 79mnOCOHCHNROCOCHNCOCOC HH Srrrrrrrrrrrmrrb.不完全燃燒時 考慮不完全燃燒產物少消耗的氧量2222,100NaNROOrrrr所以四、四、 燃燒溫度燃燒溫度1. 燃氣燃燒溫度p燃氣燃燒時所放出的熱量加熱燃燒產物（煙氣），使之能達到的溫度稱為燃氣的燃燒溫度。它由燃燒過程的熱量平衡來確定。 p一定比例的燃氣和空氣進入爐內燃燒，根據熱平衡，它們帶入的熱量包括：由燃氣和空氣帶入的物理熱（燃

10、氣和空氣的熱焓Ig和Ia）；燃氣的化學熱（熱值Hl）。而支出項包括：煙氣帶走的物理熱（煙氣的焓If）；向周圍介質散失的熱量Q2；由于不完全燃燒而損失的熱量Q3；煙氣中的CO2和H2O在高溫下分解所消耗的熱量Q4。 432QQQIIIHfagl其中：cg、cH2O、ca、cRO2、cN2、cO2分別為燃氣、H2O、空氣、三原子氣體、N2、O2由0的平均定壓容積比熱，kJ/m3.k 1.266水蒸氣基態(tài)時的比體積， m3/ kg 將各項熱量帶入：n為了比較燃氣在不同條件下的熱力特性，假設出多種簡化了的熱平衡條件，從而得到了不同定義的燃燒溫度 2ggH Ogg(1.266)Iccd t2a0aH O

11、aa(1.266)IV ccd tfOONNOHOHROROf)(22222222tcVcVcVcVI22222212224320)266. 1()266. 1(OONNOHOHROROaaOHaggOHglfcVcVcVcVQQQtdccVtdccHt四、四、 燃燒溫度燃燒溫度（1）熱量計溫度。假設燃燒過程在絕熱條件下（Q2=0）,且完全燃燒（ Q3=0 ）,忽略煙氣成分的高溫分解（ Q4=0 ）,由燃氣和空氣帶入的全部熱量完全用于加熱煙氣本身，這時煙氣所能達到的溫度稱為熱量計溫度 （2）燃燒熱量溫度。在上述（1）的假設條件下，若不計燃氣和空氣帶入的物理熱（Ig=Ia=0），并且假設=1，得

12、到的煙氣溫度稱為燃燒熱量溫度 2222221222)266. 1()266. 1(0OONNOHOHROROaaOHaggOHglccVcVcVcVtdccVtdccHt22222212OONNOHOHROROlthercVcVcVcVHtCO2和H2O分解程度與溫度和分壓力的關系 熱分解影響 四、四、 燃燒溫度燃燒溫度（3）理論燃燒溫度。在絕熱且完全燃燒的條件下，所得到的煙氣溫度稱為理論燃燒溫度,它表明某種燃氣在一定條件下燃燒，其煙氣所能達到的最高溫度。 （4）實際燃燒溫度。實際燃燒溫度與理論燃燒溫度的差值隨工藝過程和爐窯結構的不同而不同，很難精確地計算出來。實際工作中采用經驗公式 式中 高

13、溫系數(shù)。對于一般燃氣工業(yè)爐窯可取=0.650.85；無焰燃燒器的火道可取=0.9。thacttt222222122240)266. 1()266. 1(OONNOHOHROROaaOHaggOHglthcVcVcVcVQtdccVtdccHtp影響燃燒溫度的因素影響燃燒溫度的因素 n熱值的影響 一般來說，燃燒溫度隨燃氣低熱值的增大而增大。但有時熱值低的燃氣的燃燒溫度可能高于熱值高的燃氣的燃燒溫度，這主要是由于燃燒產物的數(shù)量和比熱等因素起了主要作用。比如CH4的熱值雖高于H2，但其燃燒溫度卻低于H2。n過?？諝庀禂?shù)的影響 燃燒區(qū)的過?？諝庀禂?shù)太小時，會導致燃燒不完全；若過?？諝庀禂?shù)太大，則增加了

14、燃燒產物的數(shù)量。n空氣和燃氣溫度的影響 預熱空氣或燃氣可加大空氣和燃氣的焓值，從而提高燃燒溫度。由于燃燒時空氣量比燃氣量大得多，因此預熱空氣對提高燃燒溫度的影響比較明顯。n設備散熱的影響 由于被加熱物體的吸熱和設備向四周的散熱，實際燃燒溫度比理論燃燒溫度低。設備結構越合理，保溫越好，實際燃燒溫度也就越接近理論燃燒溫度。1.燃燒的化學熱損失 燃燒的化學熱損失越多，提供給煙氣的熱量就越少，燃燒溫度也越低。在提供了足夠空氣的情況下，使燃氣與空氣充分混合是減少化學熱損失的有效方法。 p煙氣的焓煙氣的焓 在進行燃燒設備熱力計算時，需要知道煙氣在不同溫度下的焓。煙氣的焓，是指1m3干燃氣燃燒所生成的煙氣在等壓條件下從0加熱到煙氣溫度時所需要的熱量，單位為kJ/m3干燃氣。含有1m3干燃氣的濕燃氣燃燒后所生成的煙氣在不同溫度下的焓等于理論煙氣的焓與過?？諝獾撵手停?式中 If煙氣的焓，kJ/m3干燃氣； If0理論煙氣的焓，kJ/m3干燃氣； Ia0理論空氣在