第二章-燃料燃烧计算

第二章燃料的燃烧计算,刘雪玲天津大学热能工程系,解决的问题,确定燃料燃烧所需要的空气量燃料燃烧生成的烟气量烟气的成分和焓值烟气分析方方程、空气系数监控及不完全燃烧的热损失,2.1基本概念,化学当量比标准空气燃料的理论空气量实际空气及过剩空气系数a,化学当量比（恰当比）,化学当量比(化学恰当比)：1公斤燃料燃烧反应理论所需要的氧气公斤数，用S表示。,CH4+2O2=CO2+2H2O1664S=4,标准空气,空气的质量组成：mO2：mN2=23.2：76.8=1：3.31空气的体积组成：O2：N2=21：79=1：3.76,CH4+2O2=CO2+2H2O1664,需要空气量是多少？,每消耗1kg氧气时需要的空气质量？每消耗1m3氧气时需要的空气体积？,燃料的理论空气量,理论空气量：单位燃料完全燃烧所需要的空气量。符号：固液燃料理论空气量的单位:Nm3/kg1Kg燃料为基准气体燃料的理论空气量的单位:Nm3/Nm31Nm3燃料为基准,过剩空气系数a,定义：实际供应空气量与理论空气量之比。,补偿混合的不均匀,保证燃烧产物的还原保证燃烧产物的温度,实际空气量:,VK=Vk0,=VK/Vk0,2.2理论空气量计算,几个假定:空气和烟气所有成分都假设为理想气体烟气温度不超过2000oC时不考虑烟气的热分解忽略空气中的各种微量成分,固、液燃料的理论空气量,可燃成分：,C、H、S,1kmolO2,燃料每含1kg氧可少消耗多少空气？,1kg燃料完全燃烧所需理论空气量,或,Nm3空气/kg燃料,Kg空气/kg燃料,用空气质量表示：,用空气体积表示：,空气实际供应量,Nm3/kg,Nm3/kg,干空气：,湿空气：,每m3干空气吸收Wg克饱和水蒸气:,每kg干空气含d克饱和水蒸气:,例题：,某煤种成分如下：Car=75%、Har=5%、Oar=3%、Nar=1%、Sar=1%、A=10%Mar=5%。试计算其理论空气量。,气体燃料的理论空气量,H2,0.5O2,H2O,1Nm3H2,0.54.76Nm3空气,1Nm3H2O,1.88Nm3N2,+,+,+,=,=,H2S,1.5O2,H2O,1Nm3H2S,1.54.76Nm3O2,1Nm3H2O,5.64Nm3N2,+,+,+,=,=,SO2,+,1Nm3SO2,+,CO,0.5O2,CO2,1Nm3CO,0.54.76Nm3空气,1Nm3CO2,1.88Nm3N2,+,+,+,=,=,1Nm3气体燃料完全燃烧所需理论空气量:,实际消耗空气量:,2.3完全燃烧时燃料烟气量计算,固体、液体燃料完全燃烧烟气量计算,烟气量成分：,完全燃烧时燃料烟气量,理论烟气量：,理论干烟气量：,完全燃烧时燃料烟气量,CO2,SO2,O2,N2,干烟气Vgy,VRO2,烟气量：,干烟气量：,H2O,固、液燃料的理论烟气由四部分组成：,理论烟气中水蒸汽量计算,燃料氢生成水：,燃料水：,湿空气中的水：,雾化用蒸汽带入水：,固、液燃料燃烧的理论烟气量为：,理论干烟气量为：,1完全燃烧实际烟气量为：,气体燃料完全燃烧烟气成分,气体燃料成分可能有：,CO、CO2、CnHm、H2、H2O、H2S、N2、O2,燃烧完全产物：,CO2、SO2、H2O、N2,CO2、SO2、H2O、N2、O2,理论烟气量：,CO2体积：,SO2体积：,N2体积：,H2O体积：,三原子气体：,理论干烟气量,理论烟气量：,实际烟气量：,完全燃烧烟气成分,湿烟气体积成分：,干烟气体积成分：,湿烟气质量成分：,Xyi=Vyi/Vy,Xgyi=Vyi/Vgy,Xyi=Myi/My=Myi/Myi,2.4不完全燃烧时烟气量的计算,不完全燃烧的烟气组分,CO2,SO2,H2O,N2,VRO2,CO,CH4,H2,可燃气体,确定不完全燃烧的烟气量须已知的条件：,燃料成分：Car、Sar或CO、CH4、CnHm、H2S,实际干烟气成分：RO2、CO、CH4,固、液燃料不完全燃烧干烟气量,烟气成分：,碳平衡：,硫平衡：,物质平衡：,得到固、液体燃料不完全燃烧干烟气量：,代入下式：,气体燃料不完全燃烧干烟气量,烟气成分：,碳平衡：,硫平衡：,物质平衡：,气体燃料不完全燃烧干烟气量：,代入下式：,例题：试计算不完全燃烧时的烟气量。,气体成分：,烟气成分：,不完全与完全燃烧烟气量比较,根据化学反应方程式1的情况1的情况,烟气体积减小0.5体积,干烟气体积减小1.5个体积湿烟气体积减小0.5个体积,干烟气体积减小2个体积湿烟气体积没有变化,结论：,不完全燃烧程度越大，,Vgyb,湿烟气：,干烟气量：,燃料与空气充分混合，烟气中无O2燃料与空气未充分混合，烟气中含O2,结论：,湿烟气：,干烟气量：,结论：,湿烟气：,干烟气量：,总结：,1）,2）,2.5烟气分析原理,烟气分析的作用,监控,调节,分析,了解,烟气分析的原则,烟气分析仪的类型,合理选择取样方法,恰当的取样点,深入了解燃烧装置的工作特点,可靠,化学分析原理,物理分析原理,奥氏(Orsat)烟气分析仪,红外气体分析仪,=1，干烟气中RO2最大,干烟气RO2=(干烟气CO2与SO2体积和)/干烟气量,适用的条件：完全燃烧、=1,气体燃料,=0.79(0.5H2+0.5CO+(n+0.25m)CnHm+1.5H2S-O2)+0.21N2/(CO+nCnHm+H2S+CO2)-0.79,固体燃料,=2.35(Har-0.125Oar+0.038Nar)/(Car+0.375Sar),烟气分析方程,1，不完全燃烧情况,揭示燃料燃烧后干烟气成分与燃料特性之间的规律,或燃料燃烧后干烟气成分与RO2max()之间的规律,烟气中的氧体积=过剩氧体积+不完全燃烧未消耗氧,VK-V0=Vgy-Vgy0,过剩空气=过剩干烟气,Vgy0=Vgyb(100+1.88CO+0.88H2+7.52CH4-4.76O2)/100,Vgy0=Vgyb(100+1.88CO+0.88H2+7.52CH4-4.76O2)/100,代入：,由于：,烟气分析方程（或烟气分析检验方程）,适用的条件：,1完全或不完全燃烧在空气中燃烧,揭示了烟气各组分与燃料特性系数之间的关系可原来检验实测烟气成分的准确性,都适用于完全燃烧,（=1）,（1）,通常，HCH4可忽略,烟气分析方程：,完全燃烧时：,完全燃烧时，烟气分析方程是燃料特性、运行参数和烟气成分之间的函数关系：,空气系数监控,空气系数监控计算,烟气成分,燃料性质,空气系数,完全燃烧条件下空气系数监控计算,不完全燃烧条件下空气系数监控计算,消耗的理论氧气量全部用于生产与RO2和H2O,完全燃烧条件下监控计算,测定烟气成分，推算空气系数，对燃烧过程监控,令：,得到：,燃料性质系数,完全燃烧生成1Nm3RO2所需理论氧气,适用于1,K与燃料中C、H比例以及有关的无因次数,在1时，K是燃料的性质。,不完全燃烧条件下监控计算,根据质量守恒得出，考虑了CO、CH4与H2完全燃烧所需的氧体积及对烟气中三原子体积的影响,燃料不完全燃烧损失计算,不完全燃烧损失系数定义：,VCO=Vgyb(CO/100),VH2=Vgyb(H2/100),VCH4=Vgyb(CH4/100),R常数与燃料的性质有关。,测试烟气成分，推算燃料化学不完全燃烧损失,R表示燃料单位热量产生RO2量,R,温室气体,2.6烟气焓和燃烧温度,燃烧室的热平衡燃烧效率烟气温度燃料发热温度理论燃烧温度理论烟气焓实际烟气汉,燃烧室的热平衡,燃料的物理焓,hr,燃料的发热量,空气的物理焓,V0ha,高温分解耗热,未完全燃烧热损失,烟气的物理热焓,燃烧室的热损失,QL,QW,Iy,QDW,QS,燃烧效率,或,燃烧温度,烟气温度ty,影响烟气温度的因素：,燃烧发热量运行空气过剩系数空气、燃料的预热程度燃烧空气富氧程度,不完全燃烧热损失高温热离解热损失燃烧装置保温性能,燃料发热温度tr0,=1,忽略燃料焓、空气焓、热损失、不完全燃烧损失、高温离解热损失时的燃料发热温度,燃料组分一定时：,只是燃料热物性的参数,理论燃烧温度ty0,1,定义：,绝热条件下,完全燃烧,比较燃料发热温度tr0：,注意：理论燃烧温度不仅取决于燃料特性，还取决于燃烧装置运行状态、空气过剩系数。,1900,800,1800,1700,1600,1500,1400,2000,2400,2800,3200,3600,4000,1600,1200,=1.0,1.1,1.2,1.3,Ty0oC,QDWkJ/m3,煤气发热量与空气系数对理论燃烧温度的影响,理论烟气焓,定义：=1时，1kg或1Nm3燃料、绝热条件下、完全燃烧时生成的烟气焓。,固、液燃料的理论烟气焓Iy0,实际烟气焓,Iy=I0y+Iyk,Iyk=(-1)V0hyk+(-1)0.00161dV0hH2O,带有飞