第01章 燃氣燃燒計算

1、第一章燃氣的燃燒計算本章要點燃氣燃燒計算為工業(yè)爐、鍋爐及燃氣用具的熱平衡計算、傳熱計算、空氣動力計算和燃燒器的計算提供可靠的依據(jù)。本章主要內(nèi)容包括：（1）燃氣的熱值；（2）燃氣燃燒的空氣量；（3）燃氣燃燒的溫度；（4）燃氣燃燒產(chǎn)生的煙氣量。21792年，默多克（蘇格蘭），用煤氣照明；1805年，城市照明用煤氣街燈；1833年，工業(yè)用鼓風燃燒器研制成功；1855年，本生燈，局部預混燃燒方式；1855年，照明用白熾燈；1851年，長明小火燃燒器；1865年前后，居民用煤氣灶；1868年，燃氣熱水器；1881年，華白燃燒器。燃氣具發(fā)展概述4第一節(jié) 燃氣的熱值一、燃燒及燃燒反應計量方程式燃燒：氣體燃料

2、中的可燃成份（H2、CO、CmHn和H2S）在一定條件下與氧發(fā)生激烈的氧化作用，并產(chǎn)生大量光和熱的物理化學反應過程。燃燒所具備的條件：可燃成分和氧按一定比例成分子狀混合；具備破壞舊分子和生成新分子所需的能量；具備完成燃燒反應的時間。5第一節(jié) 燃氣的熱值 燃燒反應計量方程式：表示單一可燃氣體燃燒反應前后物質(zhì)的變化情況以及體積和質(zhì)量的比例關系。 常見燃氣組分燃燒反應計量方程式：CH4 +2O2 =CO2 +2H2O+HH2 +0.5O2 = H2O+ HCO+0.5O2 =CO2 + H6H2S+1.5O2 =SO2 +H2O+ H第一節(jié) 燃氣的熱值二、燃氣熱值的確定熱值：1Nm3燃氣完全燃燒所放

3、出的熱量稱為該燃氣的熱值（kJNm3或kJ/kg）。可根據(jù)燃燒反應熱效應計算。高熱值：1Nm3燃氣完全燃燒后其煙氣被冷卻至燃氣的初始溫度，煙氣中的水蒸氣以凝結(jié)水排出時所放出的熱量。低熱值：1Nm3燃氣完全燃燒后其煙氣被冷卻至燃氣的初始溫度，煙氣中的水蒸氣仍為蒸汽狀態(tài)時所放出的熱量。7第一節(jié) 燃氣的熱值 單一氣體熱值的確定：以甲烷為例：890943 甲烷熱效應值（高）；802932甲烷熱效應值（低）；22.3621標態(tài)下甲烷摩爾容積。8222148744.097204542444.097= 50377kJ/kg= 46385kJ/kgHh =Hl =2221487丙烷熱效應值（高）；204542

4、4丙烷熱效應值（低）；44.097丙烷分子量。9第一節(jié) 燃氣的熱值以丙烷為例：式中H燃氣（混合氣）的熱值，kJ第一節(jié) 燃氣的熱值 混合氣體熱值的確定按照混合法則：H =H 1r1 +H 2r2 + +H nrnNm3；H1，H2，Hn燃氣各可燃組分的熱值，kJNm3；r1，r2，rn燃氣各可燃組分的體積分數(shù)。10第一節(jié) 燃氣的熱值 干燃氣高熱值與低熱值的換算：H2，CmHn，H2S 氫、碳氫化合物、硫化氫的體積分數(shù)。式中 Hdrh 干燃氣的高熱值， kJNm3；Hdrl 干燃氣的低熱值， kJNm3；11H = H第一節(jié) 燃氣的熱值 干燃氣低熱值與濕燃氣低熱值的換算：drlwl0.8330.8

5、33+dg思考題（1）什么是燃氣的燃燒？燃燒必須具備的條件有哪些？（2）什么是燃氣的熱值？（3）燃氣的高熱值和低熱值的區(qū)別是什么？（4）多組分燃氣的熱值如何進行計算？13第二節(jié) 燃燒所需空氣量理論空氣需要量：每Nm3(kg)燃氣按燃燒反應計量方程式完全燃燒所需要的空氣量（Nm3Nm3或Nm3kg）。理論空氣量： 完全燃燒最小空氣量。假定：空氣中氧氣21%，氮氣79%干空氣中氮、氧體積比：氮氣：氧氣=79:21=3.7614第二節(jié) 燃燒所需空氣量（一）單一可燃氣體理論空氣需要量（1）氫燃燒反應的理論空氣需要量：H2 +0.5O2 +0.53.76N2 = H2O+0.53.76N2所需空氣量為：

6、0.5+0.53.76=2.38Nm3（2）碳氫化合物的理論空氣需要量：所需空氣量為：4.76（m+n/4）Nm315第二節(jié) 燃燒所需空氣量（二）燃氣燃燒所需的理論空氣量，H2、CO、CmHn、H2S 可燃組分的體積分數(shù) (%)；O2 燃氣中氧的體積分數(shù),(%)。16第二節(jié) 燃燒所需空氣量 已知燃氣熱值，可用近似計算公式計算理論空氣需要量：HhHlHl30.2410000.26810000.2610000.2091000V0 =V0 =V0 =Hl -0.25Hl 10500kJ/Nm3V0 =Hl 1。取決于燃燒方法和運行工況。 工業(yè)燃氣設備=1.051.20；民用燃具=1.301.80。

7、一般情況下要在保證完全燃燒的前提下，過?？諝庀禂?shù)越小越理想。=V V0 或 V =V018 燃燒溫度與燃氣種類、熱值、燃燒物產(chǎn)量、燃氣和空氣溫度及過?？諝庀禂?shù)等因素有關。 燃燒溫度：燃料燃燒后燃燒產(chǎn)物所達到的溫度 燃燒溫度的計算能量守衡，即熱（量）平衡:熱（量）的收入=熱（量）的支出19第三節(jié) 燃氣燃燒溫度第三節(jié) 燃氣燃燒溫度熱平衡式 Q化化+Q物物=Q產(chǎn)產(chǎn)+Q不不+Q傳傳+Q分分第三節(jié) 燃氣燃燒溫度 2、燃燃燒燒溫溫度度 由上述熱平衡式得到 t產(chǎn)=產(chǎn)分傳不物CVQQQQQnd)(+-+ 稱為實實際際燃燃燒燒溫溫度度燃料在實際條件下燃燒產(chǎn)物所達到的溫度。 第三節(jié) 燃氣燃燒溫度 當不考慮Q傳和Q

8、不（即Q傳=0，Q不=0）時，有 t理= 稱為理論燃燒溫度理論燃燒溫度（絕熱完全燃燒火焰溫度）表明某燃料在某條件下所達到的最高溫度。產(chǎn)分燃空cVnQ-QQQD+第三節(jié) 燃氣燃燒溫度量熱計溫度 理論燃燒溫度計算過程中不考慮熱分解影響 t量=產(chǎn)燃空cVnQQQD+第三節(jié) 燃氣燃燒溫度第三節(jié) 燃氣燃燒溫度第三節(jié) 燃氣燃燒溫度由理論燃燒公式可知空產(chǎn)分燃燃空空）（CVLnCVQVtCtCVLnVQD00000001-+-+0VQD氣體名稱 RQDVot熱t(yī)理丙烷3537.6749127225.821102097焦爐煤氣 3683.197179744.8820652030甲烷3405.9893583110

9、.5220452030高爐煤氣 2469.2964000.261.6214801450t理=QD，V0定義煙氣的熱焓 R = 第三節(jié) 燃氣燃燒溫度第三節(jié) 燃氣燃燒溫度第三節(jié) 燃氣燃燒溫度第三節(jié) 燃氣燃燒溫度（1）什么是燃氣燃燒的理論空氣需要量？（2）什么是過?？諝庀禂?shù)？（3）如何計算理論空氣需要量和實際空氣需要量？（4）理論燃燒溫度和實際燃燒溫度分別如何定義的？（5）影響燃燒溫度的因素有哪些？21思考題第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算 燃燒產(chǎn)物煙氣。 理論煙氣量：供給理論空氣量時，燃氣完全燃燒后產(chǎn)生的煙氣量。（CO2，SO2，N2和H2O） 實際煙氣量：當有過?？諝獯嬖跁r，燃氣燃燒后產(chǎn)生的煙氣量。（

10、 CO2，SO2，N2，O2和H2O及未燃燒的可燃組分）22理論煙氣量： V =VRO2 +V+V第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算（一）按燃氣組分計算1.理論煙氣量（當=1） 0 00N2f H2O23第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算2.實際煙氣量（當1）實際煙氣量：V f =VRO2 +VH2O +VN2 +VO224V =第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算（二）按燃氣熱值近似計算1.理論煙氣量+a0f0.239Hl1000石油伴生氣，a = 2.2液化石油氣，a = 4.5天然氣，a = 2第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算二、煙氣密度 標準狀態(tài)下：第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算三、燃氣燃燒計算舉例【例1-1】已知煉焦煤

11、氣的容積成分為dg=12.5g/Nm3干燃氣， tg=ta=20 ，da=10g/Nm3干空氣。求（1）高熱值及低熱值；（2）燃燒所需理論空氣量；（3）完全燃燒時的 煙氣量（ 1.0和1.2）。H256%CO6%CH422%C2H62%CO23%N210%O21%27H = H第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算【解】（一）高熱值和低熱值Hh = Hh1r1 + Hh2r2 + + Hhnrn=127530.56+126440.06+398420.22+703510.02=18074kJ/ Nm3Hl = Hl1r1 + Hl2r2 + + Hlnrn=107940.56+126440.06+35906

12、0.22+643970.02=15989kJ/ Nm3drlwl=15753kJ / Nm30.8330.833+0.0125=159890.8330.833+dg28Hl -0.25 = 15753-0.25 = 3.85Nm3 /Nm3第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算（二）理論空氣需要量1.按組分計算= 3.86Nm3 /Nm32.按低熱值計算0.2610000.261000V0 =29第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算（二）完全燃燒時的煙氣量1.理論煙氣量（ 1.0）（1）按組分計算VRO2 = 0.01CO2 +CO+mCmHn +1.0H2S= 0.013+6+22+22Vf =00.272Hl1

13、000+0.250.272157531000+0.25 =第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算VN 02 = 0.79V0 +0.01N2 = 0.793.85+0.0110= 3.15Nm3 /Nm3干燃氣Vf0 =VRO2 +VH 02O +VN 02 = 0.35+1.12+3.15= 4.62Nm3 /Nm3干燃氣(2)按熱值計算= 4.54Nm3 /Nm3干燃氣31第四節(jié) 完全燃燒產(chǎn)物的計算1.實際煙氣量（ 1.2）=1.13Nm3 /Nm3干燃氣VN2 = 0.79V0 +0.01N2 = 3.76Nm3 /Nm3干燃氣VO2 = 0.21( 1)V0 = 0.16Nm3 /Nm3干燃氣Vf =VRO2 +VH2O +VN2 +VO2 = 5.4Nm3 /Nm3干燃氣32思考題（1）如何計算燃氣燃燒的理論煙氣量？（2）如何計算燃氣燃燒的實際煙氣量？33燃氣的熱值燃燒所需空氣量燃燒產(chǎn)生煙氣量本章小結(jié)燃氣的燃燒計算