燃料燃烧及热平衡计算参考

1、燃料燃烧及热平衡计算参考3.1城市煤气的燃料计算3.1.1燃料成分表2.2 城市煤气成分(% 2成分CO2COCH4C2H6H2O2N2合计含量105225462101003.1.2 城市煤气燃烧的计算1、助燃空气消耗量2(1) 理论空气需要量Nm3/Nm3(3.1),0.5CO 2 CH4 3.5C2H6 0.5H2O-O2Lo=21(3.1) 式中：CO、CH4、C2H6、H2、O2每100Nm3湿气体燃料中各成分的体 积含量(Nm3)。贝U,0.5汉5 +2 汉22+3.5 汇5+0.5汉46 2Lo=214.143Nm3/Nm3(2) 实际空气需要量33Ln=n L0, Nm3/Nm3

2、(3.2)(1.2) 式中：n空气消耗系数，气体燃料通常n=1.05：1.1现在n取1.05，则33Ln=1.05X 4.143=4.35 Nm3/Nm3(3) 实际湿空气需要量干(1+0.00124gH2o)Ln,Nm3/Nm3(3.3)则33Ln 湿=(1+0.00124X 18.9)X 4.35=4.452 Nm3/Nm32、天然气燃烧产物生成量(1) 燃烧产物中单一成分生成量V'co2 =0.01 (CO2 CH 4 2C2H6 CO)(3.4)VO 二 0.21 (n- 1)L。(3.5)O2VN2 = (N2+79L0.01 (3.6)干Vh2。=0.01(2CH4 3C2

3、H6 H2 0.124gH2oLn)(3.7)式中CO、CH4、C2H6、H2每100Nm3湿气体燃料中各成分的体积含量。 则33VCO2 =0.01X(10 +22 +2X5+5) =0.47 Nm /Nm33VO=0.21(1.05 -1)4.413=0.046Nm /Nm33Vn2=(1079 4.35)0.01=3.54Nm3/Nm333VH2O =0.01 "2 汉22 +3汽 5+46 +0.124 "8.9汽 4.35) =1.152Nm3/Nm3(2) 燃烧产物总生成量实际燃烧产物量33Vn = V CO2+V O2+V N2+V H2O Nm /Nm(3.

4、8)则33V n=0.47+0.046+3.54+1.152=5.208 Nm /Nm理论燃烧产物量(3.9)Vo=Vn -( n -1)Lo,、33Vo=5.2O8 一 (1.05 一1)X 4.143=5.0 Nm /Nm(3)燃料燃烧产物成分2CO2VCO100%(3.10)O2Vo100%(3.11)N2Vn2Vn 100%(3.12)H2OVh2oVn100%(3.13)则0.47CO?100% =9%5.2080.046O2100% =0.8%25.2083 54N2100% =68%5.2081 152 H2O100% =2 2. 2%5.2083.1.3天然气燃烧产物密度的计算

5、3已知天然气燃烧产物的成分，贝、 44CO2 18H2O 28N232O2i .烟=22.4如00kg/Nm3(3.14)式中：CO2、H2O、N2、02每100Nm3燃烧产物中各成分的体积含量Nm3/Nm344 918 竺228 68 32 0.8 胡.2仃22.4 1003.1.4天然气发热量计算高发热量3Q 高=39842CH4+70351C2H6+12745H2+12636CO( kJ/Nm3(3.15)低发热量3Q 低=35902CH4+64397C2H6+10786H2+12636CO(kJ/ Nm )（3.16）式中：CH4、C2H6、H2、CO分别为天然气中可燃气体的体积分数（

6、 %）Q 高=39842X 0.22+70351 X 0.05+12745X 0.46+12636X 0.05=18777kJ/Nm33Q 低=35902X 0.22+64397X 0.05+10786X 0.46+12636X 0.05=16710kJ/ Nm3 3.1.5天然气理论燃烧温度的计算丄Q低t理=VnG式中：t理一一理论燃烧温度C)Q低一一低发热量(kcal/ Nm3), Q低=16710kJ/ Nm3VnCl燃烧产物生成量(Nm3/Nm3) , Vn=5.208Nm3/Nm3燃烧产物的平均比热KJ/(Nm3?C)。估计理论燃烧温度在1900C 左右，查表3取 C1=1.59 k

7、Jl/(Nm3 ?C16710=2018C5.208 1.593.2加热阶段的热平衡计算采用热平衡计算法，热平衡方程式:Q收1 = Q支1(3.18)3.2.1 热收入项目天然气燃烧的化学热Q烧Q烧=BQ低(3.19) 式中:B1熔化室燃料的消耗量(Nm3/h) 83.2.2热量支出项目1、加热工件的有效热量 是物料所吸收的热量Q料，用下式计算：Q 料=G (t 料一 t初)C料(3.20) 式中:G物料的重量(kg/h )，炉子加热能力为 G=15X 18X 13=3510 kg/h.t料一一被加热物料的出炉温度(C), 查表得t料=160C,t初一一被加热物料的进炉温度(C)，为室温，贝U

8、 t初=20CC料一一物料的平均热容量,kJ/(kg ?C) 查表得C 料=0.88 kJ /(kg ?C)则Q 料=3510X( 160-20)X 0.88=432432 kJ/40min2、加热辅助工具的有效热 Q辅(料筐的吸热)Q 辅=G 辅 x( t 辅一t 初)(3.21)G辅助工具的重量(kg/h ),G=200X 15=300 0 kgC料一一物料的平均热容量，kJ/(kg ?C) 查表得C料=0.88 kJ /(kg ?C)则Q辅=3000X (160-20) X 0.448=188160 KJ/40min3、通过炉体的散热损失Q散1( 1 )炉墙平均面积炉墙面积包括外表面面积

9、和内表面面积。简化计算可得：2F 外墙=(7.385+3.544)X 5.329X 2=116.49 m22F 内墙=(6.95+2.964)X 4.759X 2=94.37 m2F 墙均=(F 外墙 + F 内墙)* 2= (116.49+94.37)* 2=105.43 m(2) 炉底平均面积炉底面积包括外底面面积和内底面面积。简化计算可得：2F 底均=(6.95 X 2.964+7.385X 3.544)* 2=23.39 m2(3) 炉顶平均面积由于炉子是规则的长方形，故炉底和炉顶近似看做相等的面积，故2F顶均=F底均=23.39 m计算炉墙散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子

10、， 本炉子炉墙所用材料及厚度如下选用：外层为不锈钢钢板：S4=6mm,加=32.6W/(m?°C)钢板是外壳， 厚度较薄， 计算炉体散热损失时， 最外层温度计算到炉衬材料的最外层，钢板不计算在内。以下都是这样。内层也采用不锈钢板：S1=0.8mm, A1=32.6W/(m?C)炉衬材料：第二层为硅酸铝耐火纤维，S2=100mm,力=0.083W/(m?C)-3第三层硅钙板，S3=75mm, ；3=0.056+0.11X 10- tW/(m?C)炉墙结构如下图：计算炉墙散热，根据下式：首先，炉内温度达到X - tn 1 Q散二n瓦、Si=1 ' iFi(3.22)250 C才可

11、以满足要求，因为炉膛内壁为不锈钢板，导热极好，可以计算可以忽略。第二层耐火纤维内侧温度为12 =250C。我们假定界面上的温度及炉壳温度，t3=135C, t4=60C,则耐火纤维的平均温度ts2均=(250+135) /2=1925C,硅钙板的平均温度ts3均 = (135+60) /2=97.5C，则 2 =0.083 W/(m?C)33 =0.056 X 0.11 X 10 X 97.5=0.0667 W/(m?C)当炉壳温度为60C，室温ta=20C时，查表得八.=12.17 W/(m2?C ) 求热流t2 -taqS2S31A2九 a250-20295.4W/m 0.10.07510

12、.0830.066712.17 验算交界面上的温度t3、t4弋 7 免=250 一95.4 琵=13506C：=135-135.06= 0.4%5%，满足设计要求 计算炉壳温度tlt5 =t4 =t3 q 邑=135.06 -95.40127.7 °C30.0667t5=27.7C 60C，满足满足炉壳表面平均温度乞60C的要求。 计算炉墙散热损失Q墙散=q?F墙均 =95.4 X 105.43=10058W=36207 KJ/40mi n计算炉底散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子，本炉子炉底和炉顶结构和炉墙类似， 它们的热流密度平均综合起来计算。通过查表得知炉顶炉底的综合

13、传热系数为：2 2: ' 顶=13.93 W/(m2.C )，: ' 底二9.83 W/(m2.C)2Q 顶底=(八 顶 + 八 底)-2=11.88 W/(m . C)则炉底和炉顶的散热量为Q顶底=q1 X ( F底均+F顶均)=107.5 X( 23.29+23.29)=5029 W=12069KJ/40mi n通过炉体的散热量为Q散=Q 顶底+Q 墙散=36207+12069=48276 KJ/40min4、废烟气带走的热量Q烟Q烟=BV nt烟c烟(3.23)式中：Vn实际燃烧产物量(N Nm3/Nm3)，前面计算得V n=5.208 N Nm3/Nm3 t烟一一出炉废

14、烟气温度(C)，t烟=160Cc烟一一出炉烟气的平均比热容，查表得c烟=1.42 kJ/(Nm3?C)则Q 烟=B X 5.208X 160X 1.42=1183B5、炉子的蓄热Q蓄炉体的蓄热可分为三部分，金属的蓄热Q金、耐火纤维毡的蓄热Q耐、和硅钙板、蓄热Q板。查表可知：金属的比热容 C金=0.49 KJ/(Kg.C)耐火纤维毡的比热容 C耐=0.835 KJ/(Kg. C)硅钙板的比热容C板=0.75 KJ/(KgC )Q=GC 金(t 均-to)则 Q 金=435708 KJ/40minQ 耐=110565 KJ/40minQ 板=166725 KJ/40minQ «=Q 金+

15、Q 耐+Q 板=435708+110565+166725=712998 KJ/40min&燃料漏失引起的热损失Q漏Q漏=BKQ低(3.24) 式中：K燃料漏失的百分数，对于气体燃料，指经储气器和气管漏气，取K=1%则Q s=B X 1%X 16710=167.1B7、燃料不完全燃烧的热损失 Q不在有焰燃烧炉中，废烟气中通常含有未燃烧的可燃气体，对于城市煤气，它 的不完全燃烧的热损失用下式：Q 不=BV nbQ 低(3.25) 式中b为不完全燃烧气体的百分比，取 2%。Q 不=B X 5.208X 2% X 16710=1740B8、其它热损失Q它例如炉子计算内外表面积时，实际炉子比计算

16、中的要复杂，表面积要比计算 的大，这部分还有能量损失。等还有其它的损失。其它热损失约为上述热损失之 和的5% : 7%,取7%,故Q 它=0.07 (Q 料+Q 辅+Q 散+Q 蓄+Q 烟+Q 漏+Q 不)(3.26)根据热量的收支平衡，由公式(3.14)，可从中求出每小时的平均燃料消耗 量B。Q烧=Q 料+Q辅+Q散+Q 蓄+Q烟+Q漏+Q不+Q它(3.26) 代入前面计算数值得16710B=3307.5B+1478596.6则33B=110.3 Nm3/40mi n=165.45 Nm3/h在工程设计中，炉子的最大燃料消耗量应比理论消耗量大，即：Bmax=(1.3 ： 1.5)B式中：1.3 : 1.5为燃料储备系数。33取 1.3，贝U Bmax=1.3X 110.3=143.4 Nm/40min=214.5Nm /h根据最大燃料消耗量来确定燃烧器的数目，其总燃烧能力应大于Bmax 3.2.3利用求得的B值计算上面的未知量天然气燃烧的化学热 Q烧=BQ低=110.3 X6710=1843