第二章燃料燃燒計算

第二章燃料燃燒計算第1頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月解決的問題確定燃料燃燒所需要的空氣量燃料燃燒生成的煙氣量煙氣的成分和焓值煙氣分析方方程、空氣系數(shù)監(jiān)控及不完全燃燒的熱損失第2頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1基本概念化學(xué)當量比標準空氣燃料的理論空氣量實際空氣及過剩空氣系數(shù)a第3頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)當量比（恰當比）化學(xué)當量比(化學(xué)恰當比)：1公斤燃料燃燒反應(yīng)理論所需要的氧氣公斤數(shù)，用S表示。CH4+2O2=CO2+2H2O1664S=4第4頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月標準空氣空氣的質(zhì)量組成：

mO2：mN2=23.2：76.8=1：3.31空氣的體積組成：

O2：N2=21：79=1：3.76CH4+2O2=CO2+2H2O1664

需要空氣量是多少？每消耗1kg氧氣時需要的空氣質(zhì)量？每消耗1m3氧氣時需要的空氣體積？第5頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料的理論空氣量理論空氣量：單位燃料完全燃燒所需要的空氣量。符號：固液燃料理論空氣量的單位:Nm3/kg1Kg燃料為基準氣體燃料的理論空氣量的單位:Nm3/Nm31Nm3燃料為基準第6頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月過?？諝庀禂?shù)a定義：實際供應(yīng)空氣量與理論空氣量之比。補償混合的不均勻保證燃燒產(chǎn)物的還原保證燃燒產(chǎn)物的溫度實際空氣量:VK=αVk0α=VK/Vk0第7頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2理論空氣量計算幾個假定:空氣和煙氣所有成分都假設(shè)為理想氣體煙氣溫度不超過2000oC時不考慮煙氣的熱分解忽略空氣中的各種微量成分第8頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月固、液燃料的理論空氣量1kmolC1kmolCO21kmolO2＋＝N23.76kmolN23.76kmol1kmol4.76kmol空氣C1kmolCO21kmolO21kmol＋＝＋＋0.0832kmol1kg0.0833kmol0.3132kmol0.3132kmol0.3965kmol空氣22.4Nm3/kmol8.89Nm3可燃成分：C、H、S第9頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月1kmolH21kmolH2O0.5kmolO2＋＝N21.88kmolN21.88kmol1kmol2.38kmol空氣H21kmolH2O1kmolO20.5kmol＋＝＋＋26.67Nm30.5kmol1kg0.25kmol0.94kmol0.94kmol1.19kmol空氣22.4Nm3/kmol第10頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月1kmolS1kmolSO21kmolO2＋＝N23.76kmolN23.76kmol1kmol4.76kmol空氣S1kmolSO21kmolO21kmol＋＝＋＋3.33Nm30.03125kmol1kg0.03125kmol0.1175kmol0.7775kmol0.1487kmol空氣22.4Nm3/kmol第11頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月1kmolO23.33Nm31kg0.03125kmol0.1175kmol0.1487kmol空氣22.4Nm3/kmolN2

3.76kmol1kmol4.76kmol空氣O21kmol＋1kmolO2燃料每含1kg氧可少消耗多少空氣？第12頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月1kg燃料完全燃燒所需理論空氣量或Nm3空氣/kg燃料Kg空氣/kg燃料用空氣質(zhì)量表示：用空氣體積表示：第13頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月空氣實際供應(yīng)量Nm3/kgNm3/kg干空氣：濕空氣：每m3干空氣吸收Wg克飽和水蒸氣:每kg干空氣含d克飽和水蒸氣:第14頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月例題：某煤種成分如下：Car=75%、Har=5%、Oar=3%、Nar=1%、Sar=1%、A=10%Mar=5%。試計算其理論空氣量。第15頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體燃料的理論空氣量CnHm(n+m/4)O2nCO2(m/2)H2O1Nm3CnHm4.76×(n+m/4)Nm3空氣nNm3CO2m/2Nm3H2O3.76×(n+m/4

Nm3N2+=++++=CH42O2CO22H2O+=+1kmolCH42×4.76kmol空氣1kmolCO22kmolH2O7.52kmolN2+++1Nm32×4.76Nm31Nm32Nm37.52Nm3=第16頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月H20.5O2H2O1Nm3H20.5×4.76Nm3空氣1Nm3H2O1.88Nm3N2+++==H2S1.5O2H2O1Nm3

H2S1.5×4.76Nm3O21Nm3H2O5.64Nm3N2+++==SO2+1Nm3SO2

+第17頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月CO0.5O2CO21Nm3

CO0.5×4.76Nm3空氣1Nm3CO21.88Nm3N2+++==1Nm3氣體燃料完全燃燒所需理論空氣量:實際消耗空氣量:第18頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3完全燃燒時燃料煙氣量計算固體、液體燃料完全燃燒煙氣量計算煙氣量成分：第19頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月完全燃燒時燃料煙氣量CO2SO2H2ON2干煙氣VgyVRO2理論煙氣量：理論干煙氣量：第20頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月完全燃燒時燃料煙氣量CO2SO2O2N2干煙氣VgyVRO2煙氣量：干煙氣量：H2O第21頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月固、液燃料的理論煙氣由四部分組成：第22頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月理論煙氣中水蒸汽量計算燃料氫生成水：燃料水：濕空氣中的水：霧化用蒸汽帶入水：第23頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月固、液燃料燃燒的理論煙氣量為：理論干煙氣量為：第24頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月α>1完全燃燒實際煙氣量為：第25頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體燃料完全燃燒煙氣成分氣體燃料成分可能有：CO、CO2、CnHm、H2、H2O、H2S、N2

、O2燃燒完全產(chǎn)物：CO2、SO2、H2O、N2CO2、SO2、H2O、N2、O2第26頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月理論煙氣量：CO2體積：SO2體積：第27頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月N2體積：H2O體積：三原子氣體：第28頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月理論干煙氣量理論煙氣量：實際煙氣量：第29頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月完全燃燒煙氣成分濕煙氣體積成分：干煙氣體積成分：濕煙氣質(zhì)量成分：Xyi=Vyi/VyXgyi=Vyi/VgyXyi=Myi/My=Myi/ΣMyi第30頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4不完全燃燒時煙氣量的計算不完全燃燒的煙氣組分CO2SO2H2ON2VRO2COCH4H2可燃氣體確定不完全燃燒的煙氣量須已知的條件：燃料成分：Car、Sar或CO、CH4、CnHm、H2S實際干煙氣成分：RO2’、CO’、CH4’第31頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月固、液燃料不完全燃燒干煙氣量煙氣成分：第32頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月碳平衡：硫平衡：物質(zhì)平衡：第33頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月得到固、液體燃料不完全燃燒干煙氣量：代入下式：第34頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體燃料不完全燃燒干煙氣量煙氣成分：第35頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月碳平衡：硫平衡：物質(zhì)平衡：第36頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體燃料不完全燃燒干煙氣量：代入下式：第37頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月例題：試計算不完全燃燒時的煙氣量。氣體成分：煙氣成分：第38頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月不完全與完全燃燒煙氣量比較根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式α≥1的情況α<1的情況第39頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣體積減小0.5體積干煙氣體積減小1.5個體積濕煙氣體積減小0.5個體積干煙氣體積減小2個體積濕煙氣體積沒有變化第40頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：不完全燃燒程度越大，Vgyb↑濕煙氣：干煙氣量：第41頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料與空氣充分混合，煙氣中無O2燃料與空氣未充分混合，煙氣中含O21kmolCH4+2kmolO2=1kmolCO2+2kmolH2O+7.52kmolN2+7.52kmolN21kmolCO+0.5kmolO2=1kmolCO2+1.88kmolN2+1.88kmolN21kmolH2+1.88kmolN2=1kmolH2O+1.88kmolN2+0.5kmolO2第42頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：濕煙氣：干煙氣量：不完全燃燒程度越大，Vgyb第43頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：濕煙氣：干煙氣量：第44頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)：1）2）第45頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5煙氣分析原理煙氣分析的作用監(jiān)控調(diào)節(jié)分析了解煙氣分析的原則煙氣分析儀的類型合理選擇取樣方法恰當?shù)娜狱c深入了解燃燒裝置的工作特點可靠化學(xué)分析原理物理分析原理奧氏(Orsat)煙氣分析儀紅外氣體分析儀第46頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月α=1，干煙氣中RO2’最大干煙氣RO2’=(干煙氣CO2與SO2體積和)/干煙氣量適用的條件：完全燃燒、α=1第47頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體燃料β={[0.79(0.5H2+0.5CO+Σ(n+0.25m)CnHm+1.5H2S-O2)+0.21N2]/(CO+ΣnCnHm+H2S+CO2)}-0.79固體燃料β=2.35(Har-0.125Oar+0.038Nar)/(Car+0.375Sar)第48頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣分析方程α≥1，不完全燃燒情況揭示燃料燃燒后干煙氣成分與燃料特性之間的規(guī)律或燃料燃燒后干煙氣成分與RO2max(

β)之間的規(guī)律煙氣中的氧體積=過剩氧體積+不完全燃燒未消耗氧VK-V0=Vgy-Vgy0過?？諝?過剩干煙氣(Vgyb/Vgy)=100/(100-0.5CO’-1.5H2’-2CH4’)>1Vgy0=Vgyb(100+1.88CO’+0.88H2’+7.52CH4’-4.76O2’)/100第49頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月Vgy0=Vgyb(100+1.88CO’+0.88H2’+7.52CH4’-4.76O2’)/100代入：由于：第50頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月煙氣分析方程（或煙氣分析檢驗方程）適用的條件：α≥1完全或不完全燃燒在空氣中燃燒揭示了煙氣各組分與燃料特性系數(shù)之間的關(guān)系可原來檢驗實測煙氣成分的準確性第51頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月都適用于完全燃燒（α=1）（α≥1）通常，H’CH4’可忽略,煙氣分析方程：完全燃燒時：完全燃燒時，煙氣分析方程是燃料特性、運行參數(shù)和煙氣成分之間的函數(shù)關(guān)系：第52頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月空氣系數(shù)監(jiān)控空氣系數(shù)監(jiān)控計算煙氣成分燃料性質(zhì)空氣系數(shù)完全燃燒條件下空氣系數(shù)監(jiān)控計算不完全燃燒條件下空氣系數(shù)監(jiān)控計算第53頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月消耗的理論氧氣量全部用于生產(chǎn)與RO2和H2O完全燃燒條件下α監(jiān)控計算測定煙氣成分，推算空氣系數(shù)，對燃燒過程監(jiān)控令：得到：第54頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料性質(zhì)系數(shù)完全燃燒生成1Nm3RO2所需理論氧氣適用于α≥1K與燃料中C、H比例以及α有關(guān)的無因次數(shù)在α＝1時，K是燃料的性質(zhì)。第55頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月不完全燃燒條件下α監(jiān)控計算根據(jù)質(zhì)量守恒得出，考慮了CO’、CH4’與H2’完全燃燒所需的氧體積及對煙氣中三原子體積的影響第56頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料不完全燃燒損失計算

不完全燃燒損失系數(shù)定義：VCO=Vgyb(CO’/100)VH2=Vgyb(H2’/100)VCH4=Vgyb(CH4’/100)第57頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月R常數(shù)與燃料的性質(zhì)有關(guān)。測試煙氣成分，推算燃料化學(xué)不完全燃燒損失R表示燃料單位熱量產(chǎn)生RO2量R↓溫室氣體↓第59頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月2.6煙氣焓和燃燒溫度燃燒室的熱平衡燃燒效率煙氣溫度燃料發(fā)熱溫度理論燃燒溫度理論煙氣焓實際煙氣漢第60頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒室的熱平衡燃料的物理焓hr燃料的發(fā)熱量空氣的物理焓αV0ha高溫分解耗熱未完全燃燒熱損失煙氣的物理熱焓燃燒室的熱損失QLQWIyQDWQSQDWIyhrαV0haQSQLQW＋＋＝＋＋＋第61頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒效率燃燒效率=燃料燃燒的實際發(fā)熱量燃料的低位發(fā)熱量或第62頁，課件共68頁，創(chuàng)作于2023年2月燃燒溫度煙氣溫度ty

影響煙氣溫度的因素：燃燒發(fā)熱量運行空氣過剩系數(shù)空氣、燃料的預(yù)熱程度燃燒空氣富氧程度不完全燃燒熱損失高溫熱離解