冶金炉热工基础

1、 凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热，并且此热量能有效地被利用在工业或其他方面的物质称为燃料。 所谓有效地利用是指利用这些热源在技术上是可能的、在经济上是合理的。 1.燃料的定义燃料的定义第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算2.1冶金企业常用燃料冶金企业常用燃料2.对燃料的要求对燃料的要求 （1）在当今技术条件下，单位质量(体积)燃料燃烧时所放出的热可以有效地利用。 （2）燃烧生成物是气体状态，燃烧后的热量绝大部分含欲其气体生成物之中，而且可以在放热地点以外利用生成物中所含的热量。 （3）燃烧产物的性质时熔炼(加热)设备不起破坏作用，无毒、无腐蚀作用。 （4）燃烧过程易于控制。

2、（5）有足够多的蕴藏量，便于开采。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算(1)(1)气体燃料的化学组成气体燃料的化学组成 气体燃料是由简单气体化合物与气体单质所组成的机械混合物。气体燃料是由简单气体化合物与气体单质所组成的机械混合物。其中：其中：CO、H2、CH4、C2H4、CmHn、H2S等是可燃性气体成分，能燃烧放出热等是可燃性气体成分，能燃烧放出热量。量。 CO2、N2、SO2、H2O、O2等则是不燃成分，不能燃烧放热，故其含等则是不燃成分，不能燃烧放热，故其含量均不宜过多，以免降低燃料的发热能力。量

3、均不宜过多，以免降低燃料的发热能力。 CmHn总称为重碳氢化合物总称为重碳氢化合物,，包括，包括C3H6、C2H6、C2H2 等。每单位体等。每单位体积积(m2)重碳氢化合物燃烧，约放出重碳氢化合物燃烧，约放出71176 kJ热量。热量。 气体燃料中的氧，在高温预热的情况下，能与可燃成分作用，从而降气体燃料中的氧，在高温预热的情况下，能与可燃成分作用，从而降低气体燃料燃烧时的放热量。若氧的含量超过一定数量，则有爆炸危险。低气体燃料燃烧时的放热量。若氧的含量超过一定数量，则有爆炸危险。因此，氧的含量应受到限制，一般应小于因此，氧的含量应受到限制，一般应小于0.2%。 第二章第二章 燃料及燃烧计算

4、燃料及燃烧计算A、燃料的化学组成及其成分换算、燃料的化学组成及其成分换算(2)(2)气体燃料成分的表示方法气体燃料成分的表示方法气体燃料成分的表示方法有两种：即气体燃料成分的表示方法有两种：即湿成分湿成分和和干成分干成分。湿成分（包括水分在内湿成分（包括水分在内) ) ：COCO湿湿+ H+ H2 2湿湿+CH+CH4 4湿湿+N+N2 2湿湿+H+H2 2O O湿湿=100%=100% COCO湿湿、 N N2 2湿湿等符号分别代表湿气体燃料中各成分的体等符号分别代表湿气体燃料中各成分的体 积百分含量积百分含量干成分干成分( (不包括水分在内不包括水分在内) )：COCO干干+ H+ H2

5、2干干+CH+CH4 4干干+N+N2 2干干+=100% +=100% COCO干干、H H2 2干干等符号则分别代表干燥气体燃料中各成分的等符号则分别代表干燥气体燃料中各成分的体积百分含量。体积百分含量。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 湿成分与干成分之间可以相互换算，换算的原则湿成分与干成分之间可以相互换算，换算的原则质量守恒。其步骤是：质量守恒。其步骤是：先由表查出然后由 (式中X表某成分) 最后计算出水分的含量：干干OHg2（3 3）气体燃料的化学组成及干湿成分换算）气体燃料的化学组成及干湿成分换算 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料

6、及燃烧计算%10000124g.0100124g.04.22181000g14.22181000gOHOHOHOHOH22222干干干干湿气体的总体积水蒸汽的体积湿%100OH-100X2湿干湿XB B、液体和固体燃料的化学组成及各成分的换算、液体和固体燃料的化学组成及各成分的换算（1 1）液体和固体燃料的化学组成）液体和固体燃料的化学组成 固体和液体燃料的基本组成有C、H、O、N、S、W(水分)及A(灰分)，其中C、H、S能燃烧放热构成可燃成分，但S燃烧后生成的而氧化硫为有毒气体。所以视硫为有害成分；氧和氮的存在相对降低了可燃成分的含量，属于有害物质；水分(W)的存在不仅相对降低了可燃成分含

7、量，而且水分在蒸发时要吸收大量的热，所以视水为有害物质；灰分的存在不仅降低了可燃成分的含量，而且影响燃烧过程的进行，在燃烧过程中易溶结成 块 ， 阻 碍 通 讯 ， 造 成 燃 料 浪 费 和 增 加 排 灰 的 困 难 。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算（2）固）固(液液)体燃料的成分分析体燃料的成分分析 碳碳CC：是固体和液体燃料的主要成分。常以其含量评：是固体和液体燃料的主要成分。常以其含量评价燃料的质量。在固体燃料中碳的含量变动在价燃料的质量。在固体燃料中碳的含量变动在5090%5090%之间。之间。 氢氢HH：是固体和液体燃料的第二主要成分。在燃烧中：是固体和液体燃料的第二

8、主要成分。在燃烧中有两种存在形式：一种叫可燃氢，燃烧时能大量放热；另一有两种存在形式：一种叫可燃氢，燃烧时能大量放热；另一种叫化合氢，与氧结合为水，不能燃烧放热。种叫化合氢，与氧结合为水，不能燃烧放热。 氮氮NN2 2 ：氮不参加燃烧反应，不能放热，是燃料中的惰：氮不参加燃烧反应，不能放热，是燃料中的惰性物质。氮存在时相对降低了碳、氢等可燃物的含量，但因性物质。氮存在时相对降低了碳、氢等可燃物的含量，但因含量较少，通常只有含量较少，通常只有l2%l2%左右，故危害不大。燃料燃烧后氮左右，故危害不大。燃料燃烧后氮仍以本身形态进入废气。仍以本身形态进入废气。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计

9、算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 氧氧OO：氧是固、液体燃料中的有害组成物，它不能燃烧，：氧是固、液体燃料中的有害组成物，它不能燃烧，也不能助燃。因为它已和燃料中的碳、氢等可燃物形成也不能助燃。因为它已和燃料中的碳、氢等可燃物形成H H2 2O O、COCO等等氧化物，使这部分可燃物不能燃烧放热，从而降低了燃料的发热氧化物，使这部分可燃物不能燃烧放热，从而降低了燃料的发热能力。能力。 硫硫SS： 是有害组成物，在燃料中有三种（有机硫、黄铁是有害组成物，在燃料中有三种（有机硫、黄铁矿硫、硫酸盐硫）存在形式。前两种硫能燃烧放热，计算中把它矿硫、硫酸盐硫）存在形式。前两种硫能燃烧放热，计

10、算中把它们当作自由存在的硫，并统称挥发硫。最后一种硫不能燃烧，它们当作自由存在的硫，并统称挥发硫。最后一种硫不能燃烧，它以各种硫酸盐的形式存在于燃料中以各种硫酸盐的形式存在于燃料中 水分水分HH2 2OO：是有害组成物。本身不能放热，还要吸收大量：是有害组成物。本身不能放热，还要吸收大量热以加热其蒸汽至燃烧产物的温度。热以加热其蒸汽至燃烧产物的温度。 灰分灰分AA：是最有害的组成物。燃料中的灰分就是一些不能：是最有害的组成物。燃料中的灰分就是一些不能燃烧的矿物杂质。燃烧的矿物杂质。 （3）液体和固体燃料成分的表示方法）液体和固体燃料成分的表示方法成分表示方法有四种，即：成分表示方法有四种，即：

11、供用成分：燃料实际使用时的成分 干燥成分：燃料排除水分后的成分 可燃成分：燃料不考虑水分和灰分的成分 有机成分：燃料只含C、H、O、N四种元素的成分 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算C用+ H用+ O用+ N用+S用+A用+W用=100%C干+ H干+ O干+N干+S干+A干=100%C燃+H燃+O燃+N燃+S燃=100% C机+H机+ O机+N机=100% 换算的基本原理是：燃料中各种成分子任何一种表示方换算的基本原理是：燃料中各种成分子任何一种表示方法中，其质量相等。法中，其质量相等。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算（4）液体和固体燃料成分的表示方法）液体和固体燃料成分

12、的表示方法固体、液体燃料的成分换算系数固体、液体燃料的成分换算系数5.燃料的发热量燃料的发热量 A.燃料发热量的概念燃料发热量的概念 单位质量单位质量(体积体积)的燃料完全燃烧时所放出的热量称为燃的燃料完全燃烧时所放出的热量称为燃料的发热量，料的发热量，用用Q表示，单位为表示，单位为kJ/kg 或或kg/m3 。 根据燃烧产物的状态，燃料的发热量有根据燃烧产物的状态，燃料的发热量有高发热量高发热量 (废废气中的水均冷却成气中的水均冷却成0的液态水的液态水 )和和低发热量低发热量 (废气中的水均冷却成废气中的水均冷却成20的水蒸气的水蒸气 )之分，在燃烧计算时一般用之分，在燃烧计算时一般用 ，高

13、、低发热，高、低发热量之间有如下关系：量之间有如下关系：GWQDWQDWQKgKJHWQQ用用yDWyGW )9(17.25+=第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算/B.发热量的计算发热量的计算（1）气体燃料发热量的计算）气体燃料发热量的计算 （2）固）固(液液)体燃料的发热量计算体燃料的发热量计算 （3）混合煤气的发热量计算）混合煤气的发热量计算32424 231599360108128mKJSHHCCHHCOQ用用用用用用用用用用用用DW+ + + + += =KgKJWSOHCQ用用用用用用用用用用用用DW 25)(1091030339- - - -+ += =321 )1 (mK

14、JQxxQQ用用用用用用DW- -+ += =第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算/C标准燃料标准燃料 国家规定标准燃料的发热量等于国家规定标准燃料的发热量等于29.2710 KJ/Kg，即，即2000Kcal/Kg的燃料为标准燃料，燃的燃料为标准燃料，燃料的发热量与标准燃料发热量的比值称为燃料的热料的发热量与标准燃料发热量的比值称为燃料的热当量。用以评价燃料质量的优劣。当量。用以评价燃料质量的优劣。 3第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算6.常用燃料的种类、性质和用途常用燃料的种类、性质和用途 一、冶金生产常用煤气有高炉煤气，焦炉煤气，发

15、生炉一、冶金生产常用煤气有高炉煤气，焦炉煤气，发生炉煤气，天然煤气。煤气，天然煤气。 A、高炉煤气、高炉煤气高炉煤气是高炉煤气是炼铁生产的副产品炼铁生产的副产品，冶炼每吨生铁大约得到，冶炼每吨生铁大约得到4000标米标米3的煤气的煤气 。主要主要可燃成分为可燃成分为CO，含量随着炼铁生产波动而波动，一般，含量随着炼铁生产波动而波动，一般不超过三分之一。大量是不可燃的不超过三分之一。大量是不可燃的N2，含量超过，含量超过50%，CO2含量超过含量超过10%。高炉煤气高炉煤气发热量很低发热量很低，仅，仅35603980kJ/m3，一般，一般与焦炉煤与焦炉煤气混合使用气混合使用。 第二章第二章 燃料

16、及燃烧计算燃料及燃烧计算 B、焦炉煤气、焦炉煤气焦炉煤气是焦炉煤气是炼焦生产的副产品炼焦生产的副产品，每炼一吨焦炭大约得到，每炼一吨焦炭大约得到300380标米标米3煤气。煤气。主要成分是主要成分是H2，含量超过，含量超过50%，其次是其次是CH4，含量占，含量占25%，其余是少量，其余是少量CO、N2、CO2、H2S等。等。焦炉煤气焦炉煤气发热量比较高发热量比较高，可达，可达16750l8840kJ/m3，一，一般做为民用燃料，也可与高炉煤气混合使用。般做为民用燃料，也可与高炉煤气混合使用。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 C、发生炉煤气、发生炉煤气在没有高炉煤气和焦炉煤气的地区，

17、可以将在没有高炉煤气和焦炉煤气的地区，可以将固体燃料固体燃料直接直接加工加工得到发生炉煤气，得到发生炉煤气，主要成分是主要成分是CO，含量不到三分之一，含量不到三分之一，其次是其次是H2，含量，含量可达可达10%，不燃成分主要是，不燃成分主要是N2，含量超过，含量超过50%。发生炉煤气发生炉煤气发热量比较低发热量比较低，仅，仅50206280kJ/m3。 D、天然气、天然气天然气是一种发热量很高的优质燃料。天然气是一种发热量很高的优质燃料。主要可燃成分是甲烷主要可燃成分是甲烷CH4，含量在，含量在80%以上，发热量约为以上，发热量约为349037680kJ/m3，理论燃烧温度高达，理论燃烧温度

18、高达1090。有的天然气和石油产在一起，叫做伴生天然气，它的主有的天然气和石油产在一起，叫做伴生天然气，它的主要可燃成分除了甲烷以外，还含有较多的不饱和烃要可燃成分除了甲烷以外，还含有较多的不饱和烃(约占约占30%)，发热量高发热量高达达41870kJ/m 3。 E、使用煤气安全知识、使用煤气安全知识使用煤气要注意安全。输送管道要严密无缝隙。防毒、防使用煤气要注意安全。输送管道要严密无缝隙。防毒、防爆，严格遵守煤气安全制度。爆，严格遵守煤气安全制度。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 二、液体燃料二、液体燃料液体燃料包括汽油、煤油、柴油及重油等

19、。冶金炉及其液体燃料包括汽油、煤油、柴油及重油等。冶金炉及其他工业炉用的液体燃料主要是他工业炉用的液体燃料主要是重油重油。重油较稠浓，为黑褐。重油较稠浓，为黑褐色或绿褐色，发热量高达色或绿褐色，发热量高达3978041870kJ/kg。重油是石。重油是石油的加工产物，是高炉较为理想的喷吹燃料。油的加工产物，是高炉较为理想的喷吹燃料。我国商品重油共分我国商品重油共分4个牌号，即个牌号，即20、60、100和和200号重号重油。油。每个牌号的命名是按照该重油在每个牌号的命名是按照该重油在50时的恩氏粘度时的恩氏粘度来确来确定的。定的。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 重油的粘度重油的粘度

20、 粘度是表示流体质点之间内摩擦力大小的一个物理粘度是表示流体质点之间内摩擦力大小的一个物理指标。粘度的大小对重油的输送和雾化都有很大影响，因指标。粘度的大小对重油的输送和雾化都有很大影响，因粘度愈大流动性愈小。粘度愈大流动性愈小。毫升水的流出时间时毫升油的流出时间时200C20200CtEt=毫升水的流出时间时毫升油的流出时间时200C20200CtEt重油的闪点重油的闪点 将重油在规定条件下加热，重油随温度的升高有将重油在规定条件下加热，重油随温度的升高有可燃蒸汽挥发出来，可燃蒸汽与周围空气混合后，当接触可燃蒸汽挥发出来，可燃蒸汽与周围空气混合后，当接触外界火源时，能发生闪火现象，也就是爆炸

21、燃烧的现象。外界火源时，能发生闪火现象，也就是爆炸燃烧的现象。这时的温度就叫重油的闪点。这时的温度就叫重油的闪点。 重油越重，粘度越大，闪点温度就越高。重油越重，粘度越大，闪点温度就越高。重油的凝固点重油的凝固点 重油冷却到一定温度时，就会凝固而失去流动性，重油冷却到一定温度时，就会凝固而失去流动性，开始凝固的温度称为凝固点。开始凝固的温度称为凝固点。 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 三、固体燃料三、固体燃料 木材、木炭、煤、焦炭、粉煤等都是固体燃料，在木材、木炭、煤、焦炭、粉煤等都是固体燃料，在冶金生产中有实用意义的是煤、焦炭和粉煤。冶金生产中有实用意义的是煤、焦炭和粉煤。 A、

22、煤、煤我国煤的特点是：我国煤的特点是： 煤质优良，储量丰富，分布普遍。煤质优良，储量丰富，分布普遍。按照煤的生成过程，煤可分为四类：按照煤的生成过程，煤可分为四类： 泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤。泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤。泥煤年龄最轻，无烟煤最老。泥煤年龄最轻，无烟煤最老。工业上应用最多的是烟煤。工业上应用最多的是烟煤。 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算a、煤的工业分析、煤的工业分析 煤是复杂的有机化合物，元素分析比较困难。采用煤是复杂的有机化合物，元素分析比较困难。采用工业分析法将煤分成四个组成物：挥发物、固定碳、灰分工业分析法将煤分成四个组成物：挥发物、固定碳、灰分及水分。及水分。(

23、1) 挥发分挥发分 煤是复杂的有机化合物，加热到一定温度，就会分煤是复杂的有机化合物，加热到一定温度，就会分解放出气体，这些加热分解出来的气体，通常称为挥发分解放出气体，这些加热分解出来的气体，通常称为挥发分或挥发物。或挥发物。 根据煤的工业分析国家标准，煤在隔绝空气的条件，根据煤的工业分析国家标准，煤在隔绝空气的条件，加热到加热到850时，分解出来的气体量，作为挥发分含量。时，分解出来的气体量，作为挥发分含量。 挥发分高的煤燃烧时速度快，温度高，火焰长。挥发分高的煤燃烧时速度快，温度高，火焰长。 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算(2) 固定碳固定碳 就是煤分解出挥发分以后，残留下来

24、的固体可燃物质就是煤分解出挥发分以后，残留下来的固体可燃物质(不不包括灰分包括灰分)。 固定碳的主要成分是固定碳的主要成分是C。但不是纯。但不是纯C。还残留有少量其他。还残留有少量其他元素如元素如H、O、N等。等。 (3) 灰分灰分煤完全燃烧以后，残留下来的固体矿物灰渣，称为灰分。煤完全燃烧以后，残留下来的固体矿物灰渣，称为灰分。(4) 水分水分第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算b、烟煤、烟煤 烟煤的化学特点是挥发分含量比无烟煤高，作冶金燃烟煤的化学特点是挥发分含量比无烟煤高，作冶金燃料时，燃烧生成的火焰较长，有利于炉内温度的分布。料时，燃烧生成的火焰较长，有利于炉内温度的分布。 固定

25、碳含量大约为固定碳含量大约为5060%。 灰分一般波动于灰分一般波动于1030%之间。之间。 水分通常在水分通常在210%范围内。范围内。 烟煤的发热量在各类煤中是最高的，低发热量大多介烟煤的发热量在各类煤中是最高的，低发热量大多介于于272103l400kJ/kg之间，最高可达之间，最高可达334g0kJ/kg左右。左右。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算c、无烟煤、无烟煤 无烟煤是煤中埋藏年代最久，炭化程度最高的煤，无烟煤是煤中埋藏年代最久，炭化程度最高的煤，几乎全部有碳组成。几乎全部有碳组成。 无烟煤的特点是含固定碳最多达无烟煤的特点是含固定碳最多达90%以上，挥发以上，挥发分极

26、少，仅分极少，仅39%。 无烟煤组织致密、坚硬、不易吸水，便于长期保无烟煤组织致密、坚硬、不易吸水，便于长期保存。存。 发热量可达发热量可达32660kJ/kg左右，是一种很好的民用左右，是一种很好的民用燃料。燃料。 近来高炉喷吹煤粉也多由无烟煤磨制而成。近来高炉喷吹煤粉也多由无烟煤磨制而成。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算d、焦炭、焦炭 焦炭是结焦性烟煤在隔绝空气的条件下加温焦炭是结焦性烟煤在隔绝空气的条件下加温至至9001000进行高温干馏的产品。焦炭是银灰色或没进行高温干馏的产品。焦炭是银灰色或没有光泽的灰黑色块状物，每块焦炭上有许多孔隙。有光泽的灰黑色块状物，每块焦炭上有许多

27、孔隙。 焦炭是冶金工业的重要固体燃料，广泛用于高炉、焦炭是冶金工业的重要固体燃料，广泛用于高炉、鼓风炉、化铁炉及竖炉。焦炭质量好坏对炉子热工作影鼓风炉、化铁炉及竖炉。焦炭质量好坏对炉子热工作影响很大，故对冶金焦炭提出如下要求：响很大，故对冶金焦炭提出如下要求： a)、化学成分、化学成分 技术条件：技术条件：V燃燃不大于不大于1.9%；W用用不大于不大于12%; A干干在在15%以下；以下；S干干不大于不大于l.0%。 b)、机械强度、机械强度 c)、 块度块度 冶金焦炭的块度一般规定为冶金焦炭的块度一般规定为25125毫米，小于毫米，小于25毫米者不超过毫米者不超过2%。 d)、灰分、灰分冶金

28、焦炭中灰分应尽量少冶金焦炭中灰分应尽量少 e)、反应能力、反应能力 冶金焦炭的反应能力是指高温下焦炭还原冶金焦炭的反应能力是指高温下焦炭还原CO2的能的能力力. 在中性或氧化性的鼓风炉中则要求焦炭的反应能力小。在中性或氧化性的鼓风炉中则要求焦炭的反应能力小。在还原性的炉中，焦炭不仅是热能来源，并且起还原剂作在还原性的炉中，焦炭不仅是热能来源，并且起还原剂作用，以保证工艺过程在还原性气氛中进行。反应能力强，用，以保证工艺过程在还原性气氛中进行。反应能力强，第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 e、粉煤、粉煤 将块煤或碎煤磨至将块煤或碎煤磨至0.05

29、0.07毫米的粒度即称粉煤。毫米的粒度即称粉煤。 粉煤能在较小的空气消耗系数下完全燃烧，能使粉煤能在较小的空气消耗系数下完全燃烧，能使用预热空气，所以燃烧时能得到较高的温度。用预热空气，所以燃烧时能得到较高的温度。 炉子燃烧空间较小，火焰要求较短时，应磨细一炉子燃烧空间较小，火焰要求较短时，应磨细一些。挥发物多，煤粒较易燃烧，可磨粗些。些。挥发物多，煤粒较易燃烧，可磨粗些。 煤因表面积很大，吸附空气的能力很强，有流动煤因表面积很大，吸附空气的能力很强，有流动性，一般使用空气输送。性，一般使用空气输送。 空气中悬浮一定浓度的煤粉时极易发生爆炸，故空气中悬浮一定浓度的煤粉时极易发生爆炸，故使用粉煤

30、应注意安全。为防止爆炸，要求输送时空气粉使用粉煤应注意安全。为防止爆炸，要求输送时空气粉煤混合物的温度不超过煤混合物的温度不超过100150，不允许在运输系统，不允许在运输系统中长期停积煤粉。中长期停积煤粉。概述概述 燃烧计算的目的是为了给炉子设计和炉子热工管理提燃烧计算的目的是为了给炉子设计和炉子热工管理提供必要的数据。这些数据是选择风机、确定烟道和烟囱尺供必要的数据。这些数据是选择风机、确定烟道和烟囱尺寸以及进行传热计算时不可缺少的依据。寸以及进行传热计算时不可缺少的依据。 1、几个基本概念、几个基本概念 a、燃烧、燃烧燃烧一种快速的氧化反应过程燃烧一种快速的氧化反应过程.要使燃烧稳定进行

31、，其条件要使燃烧稳定进行，其条件是：连续不断地供给足够的空气，其中的氧与燃料接触良是：连续不断地供给足够的空气，其中的氧与燃料接触良好；燃料必须加热到一定温度，氧化反应才能自动加速进好；燃料必须加热到一定温度，氧化反应才能自动加速进行。行。 燃料开始燃烧的最低温度叫着火温度。燃料开始燃烧的最低温度叫着火温度。 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算2.2燃烧计算燃烧计算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 b、完全燃烧与不完全燃烧、完全燃烧与不完全燃烧 燃料中的可燃物全部与氧发生充分的化学反应，生成燃料中的可燃物全部与氧发生充分的化学反应，生成不能燃烧的产物不能燃烧的产物CO2、H2

32、O、SO2等叫完全燃烧。等叫完全燃烧。 燃料的不完全燃烧存在两种情况：燃料的不完全燃烧存在两种情况： (1)化学性不完全燃烧化学性不完全燃烧 燃烧时燃料中的可燃物质没有得到足够的氧，或者与燃烧时燃料中的可燃物质没有得到足够的氧，或者与氧接触不良，因而燃烧产物中还含有一部分能燃烧的可燃氧接触不良，因而燃烧产物中还含有一部分能燃烧的可燃物物H2、CO等被排走，这种现象叫化学性不完全燃烧。等被排走，这种现象叫化学性不完全燃烧。 (2) 机械性不完全燃烧机械性不完全燃烧 指燃料中的可燃物未参加燃烧反应就损失掉的那部分。指燃料中的可燃物未参加燃烧反应就损失掉的那部分。 不论是那种情况的不完全燃烧都造成燃

33、料的损失，降不论是那种情况的不完全燃烧都造成燃料的损失，降低燃烧温度。所以必须分析原因，掌握其内部规律，采取低燃烧温度。所以必须分析原因，掌握其内部规律，采取准确措施，主动地避免不完全燃烧损失。准确措施，主动地避免不完全燃烧损失。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 c、空气消耗系数、空气消耗系数 燃料中可燃物燃烧时根据化学反应计算出来的空气量，燃料中可燃物燃烧时根据化学反应计算出来的空气量，叫理论空气需要量以叫理论空气需要量以L0表示。为了保证燃料完全燃烧，实表示。为了保证燃料完全燃烧，实际供给燃烧的空气量均大于理论空气需要量。实际空气需际供给燃烧的空气量均大于理论空气需要量。实际空气

34、需要量以要量以Ln表示，它与理论空气需要量的比值叫空气消耗系表示，它与理论空气需要量的比值叫空气消耗系数以数以n表示，即：表示，即： 空气消耗系数的大小与燃料种类、燃烧方法以及燃烧空气消耗系数的大小与燃料种类、燃烧方法以及燃烧装置的结构特点有关。气体燃料的空气消耗系数一般在装置的结构特点有关。气体燃料的空气消耗系数一般在1.051.15之间；液体燃料为之间；液体燃料为l.101.25；固体燃料则更大；固体燃料则更大一些，约为一些，约为1.20l.50；人工加煤的小炉子可达；人工加煤的小炉子可达2。 实践证明，燃料与空气混合愈好，实践证明，燃料与空气混合愈好，n值愈小，值愈小，n值适当值适当能得

35、到较高的炉温，能得到较高的炉温，n值过大或过小都将影响炉温降低。值过大或过小都将影响炉温降低。0nLLn第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 3、燃烧计算的内容及假设条件、燃烧计算的内容及假设条件 燃料燃烧的系统理论计算基础是化学计算，根据化燃料燃烧的系统理论计算基础是化学计算，根据化学反应式找出反应物和生成物相互间量的变化规律。一学反应式找出反应物和生成物相互间量的变化规律。一般燃料燃烧计算包括下列内容：般燃料燃烧计算包括下列内容： (1) 燃料燃烧时所需要的空气量的计算；燃料燃烧时所需要的空气量的计算； (2) 燃烧产物量的计算；燃烧产物量的计算； (3) 燃烧产物的成分和密度的计算

36、；燃烧产物的成分和密度的计算； (4) 燃烧温度的计算燃烧温度的计算; (5) 空气消耗系数的计算。空气消耗系数的计算。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 工程上为了适用、简便起见，燃烧计算采取以下假定：工程上为了适用、简便起见，燃烧计算采取以下假定： (l) 燃料中可燃成分完全燃烧。元素的分子量取近似整燃料中可燃成分完全燃烧。元素的分子量取近似整数计算。数计算。 (2) 气体的体积都按标准状态气体的体积都按标准状态(0和和101825Pa)计算。计算。任何气体在标准状态下的千克分子体积任何气体在标准状态下的千克分子体积(或千摩尔体积或千摩尔体积)都是都是22.4立方标米；立方标米；

37、(3) 当温度不超过当温度不超过2100时，在计算中不考虑燃烧产物时，在计算中不考虑燃烧产物的热分解，亦不考虑固体燃料中灰分的热分解产物。的热分解，亦不考虑固体燃料中灰分的热分解产物。 (4) 计算空气量时，忽略空气中的微量稀有气体及计算空气量时，忽略空气中的微量稀有气体及CO2，认为干空气中认为干空气中O2和和N2的的 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 燃料燃烧的分析计算法是根据化学反燃料燃烧的分析计算法是根据化学反应进行计算。计算中的关键是计算燃烧所应进行计算。计算中的关键是计算燃烧所需的氧，然后按空气中需的氧，然后按空气中N2和和O2比例就可求比例就可求出所需的空气量和燃烧产物

38、量。出所需的空气量和燃烧产物量。2、 燃料燃烧的分析计算法燃料燃烧的分析计算法 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 气体燃料燃烧计算除上述共性外，还具有下列特殊气体燃料燃烧计算除上述共性外，还具有下列特殊点：点： (1)气体燃料的气体燃料的L0及及V0指的是指的是1m3气体燃料完全燃烧气体燃料完全燃烧时所需要的空气量和生成的燃烧产物量，其单位为时所需要的空气量和生成的燃烧产物量，其单位为m3/m3； (2)因为任何气体的千克分子体积在工程计算中都可因为任何气体的千克分子体积在工程计算中都可以看成以看成22.4 m3，所以燃烧反应方程式中反应物与生成物，所以燃烧反应方程式中反应物与生成物

39、之间的分子比就是体积比。之间的分子比就是体积比。A、气体燃料燃烧理论空气需要量和燃烧产物量的计算、气体燃料燃烧理论空气需要量和燃烧产物量的计算 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 气体燃料的组成成分以体积百分数表示。燃烧计气体燃料的组成成分以体积百分数表示。燃烧计算时用湿成分。计算过程中取算时用湿成分。计算过程中取100 m3，故各成分体积，故各成分体积百分含量的绝对值，与其体积数相等。例如百分含量的绝对值，与其体积数相等。例如100 m3的的煤气中含煤气中含CO为为30%，CO的数量就是的数量就是30 m3。 气体燃料中可燃成分有气体燃料中可燃成分有CO、H2、CH4、C2H4、H2

40、S，它们的化学反应式如下：，它们的化学反应式如下：CO+O2CO2H2+O2 H2OCH4+2O2 CO2+2H2OC2H4+2O22CO2+2H2OH2S+3/2O2 H2O+SO22222SOOHO211SH+第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算气体燃料中的气体燃料中的CO2、N2、 H2O及少量及少量SO2，燃烧过程中，燃烧过程中不反应，燃烧后直接进入废气。故不反应，燃烧后直接进入废气。故1m3气体燃料燃烧的气体燃料燃烧的燃烧产物量为：燃烧产物量为：则燃烧所需的氧为：则燃烧所需的氧为： 1m3的气体燃料燃烧，理论空气需要量为：的气体燃料燃烧，理论空气需要量为： 3224242m )

41、OSH211H3C2CHH21CO21(32242420m )OSH211H3C2CHH21CO21(100762. 4L+=330222224240/L 79. 01001O)HSONCOS2HH4C3CHCO(Vmm第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 固体和液体燃料燃烧计算除与气体燃料燃烧计算具有固体和液体燃料燃烧计算除与气体燃料燃烧计算具有共性外，其独自的特点是计算过程是以千克分子（共性外，其独自的特点是计算过程是以千克分子（Kg/mol）数作为计算单位，其最终结果仍应换算为体积表示。数作为计算单位，其最终结果仍应换算为体积表示。 固体和液体燃料燃烧的理论空气需要量及理论空气燃固

42、体和液体燃料燃烧的理论空气需要量及理论空气燃烧产物量，仍分别用烧产物量，仍分别用L0和和V0代表，单位是代表，单位是m3/Kg，它表示，它表示1Kg固体或液体燃料完全燃烧时所需要的空气和生成的燃固体或液体燃料完全燃烧时所需要的空气和生成的燃烧产物的体积。烧产物的体积。 B、液体和固体燃料燃烧理论空气需要量和燃烧产物量的计算、液体和固体燃料燃烧理论空气需要量和燃烧产物量的计算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 固体和液体燃料的可燃成分为碳、氢、硫，其完全固体和液体燃料的可燃成分为碳、氢、硫，其完全燃烧时的化学反应方程式为：燃烧时的化学反应方程式为：可燃成分可燃成分 完全燃烧时的化学反应方

43、程式完全燃烧时的化学反应方程式 碳碳(C) C + O2 = CO2 12 Kg 32 Kg 44 Kg 22.4m3 22.4m3 氢氢(H) H2 + O2 = H2O 2 Kg 16 Kg 18 Kg 22.4m3 22.4m3 硫硫(S) S + O2 = SO2 32 Kg 32 Kg 64 Kg 22.4m3 22.4m3第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 工业上所使用的固体或液体燃料组成成分共有七种，即：工业上所使用的固体或液体燃料组成成分共有七种，即：C用用+ H用用+ O用用+ N用用+S用用+A用用+W用用=100% 上述七种组成物性质不同，燃烧计算时的处理情况也不

44、上述七种组成物性质不同，燃烧计算时的处理情况也不同。同。 灰分不参加燃烧反应，也不变成气态燃烧产物，所以不灰分不参加燃烧反应，也不变成气态燃烧产物，所以不计算它。计算它。 碳、氢、硫均系可燃成分，能燃烧放热，碳、氢、硫均系可燃成分，能燃烧放热， 燃烧所需的氧燃烧所需的氧就是根据它们的燃烧反应来计算的。就是根据它们的燃烧反应来计算的。 氮、水分不发生变化，燃烧后直接进入废气中。氮、水分不发生变化，燃烧后直接进入废气中。O用用是指是指燃料中原有的氧。燃料中原有的氧。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 取取100kg燃料进行燃烧计算，先将各组成成分的质量燃料进行燃烧计算，先将各组成成分的质量

45、换算成千克分子数：换算成千克分子数： C用用/12; H用用/2; O用用/32; N用用/28; S用用/32; W用用/18得出得出100Kg燃料燃烧时所需要的氧千克分子数为：燃料燃烧时所需要的氧千克分子数为： kgmol32O32S2H2112C用用用用100kg燃料燃烧所需的理论空气量为燃料燃烧所需的理论空气量为: kgmol)32O32S4H12C(762. 4用用用用第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 以千克分子数表示的理论空气量换算成体积，即以千克分子数表示的理论空气量换算成体积，即1 kg燃燃料燃烧的理论空气量为：料燃烧的理论空气量为：kgm /)32O32S4H12C

46、(762. 41004 .22L30用用用用100kg燃料燃烧的理论燃烧量的千克分子数为燃料燃烧的理论燃烧量的千克分子数为:molkg /)32O32S4H12C(762. 318W28N32S2H12C(用用用用用用用用用）则则1 kg燃料燃烧的理论燃烧产物量为：燃料燃烧的理论燃烧产物量为：kgm /)32O32S4H12C(762. 318W28N32S2H12C(1004 .22V30用用用用用用用用用）第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算b、当考虑到空气中的饱和水蒸汽时、当考虑到空气中的饱和水蒸汽时C、燃料燃烧的实际空气需要量和实际燃烧产物量的计算、燃料燃烧的实际空气需要量和实际

47、燃烧产物量的计算 a、当空气消耗系数、当空气消耗系数n1时：时：实际空气需要量为：实际空气需要量为： Ln=nLo m3/kg或或m3/m3 实际燃烧产物量为实际燃烧产物量为:00L) 1n (VVn-+=m3/kg或或m3/m3实际空气需要量应为实际空气需要量应为: ）（干干干干干湿OHnnOHnn2200124g. 01LL00124g. 0LL+=+=m3/kg或或m3/m3实际燃烧产物量实际燃烧产物量: 干干干湿nOHnnL00124g. 0VV2+=m3/kg或或m3/m3第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 燃烧产物的成分燃烧产物的成分是指燃烧产物中各种组分所占的体积是指燃烧

48、产物中各种组分所占的体积百分数。百分数。 燃烧产物的密度燃烧产物的密度是指是指1m3燃烧产物所具有的质量，单位燃烧产物所具有的质量，单位是是kg/m3。 燃烧产物的成分和密度都是进行热工计算时必须知道燃烧产物的成分和密度都是进行热工计算时必须知道的原始数据。其中燃烧产物成分是计算炉气黑度的依据，的原始数据。其中燃烧产物成分是计算炉气黑度的依据，燃烧产物密度在气体力学方面的计算中要经常用到。燃烧产物密度在气体力学方面的计算中要经常用到。D、燃烧产物成分和密度的计算、燃烧产物成分和密度的计算第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算a、固体和液体燃料的燃烧产物成分和密度的计算、固体和液体燃料的燃烧

49、产物成分和密度的计算 %100Vn1004 .2212C%100COCO22=用燃烧产物的总体积的体积燃烧产物中%100Vn1004 .2218W2H%100OHOH22+=）（燃烧产物的总体积体积燃烧产物中用用%100Vn1004 .2232S%100SOSO22=用燃烧产物的总体积的体积燃烧产物中%100Vn79L. 01004 .2228N%100OHNn22+=用燃烧产物的总体积体积燃烧产物中%100Vn1)L-21(n. 0%100OO022=燃烧产物的总体积体积燃烧产物中燃烧产物成分燃烧产物成分 :第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 (2) 当不知燃烧产物的成分时，可以根据

50、物质不灭定当不知燃烧产物的成分时，可以根据物质不灭定律律(参加燃烧反应的原始物质的质量应等于燃烧反应生成参加燃烧反应的原始物质的质量应等于燃烧反应生成物即燃烧产物的质量物即燃烧产物的质量)，用下式计算燃烧产物的密度：，用下式计算燃烧产物的密度： 燃烧产物的密度燃烧产物的密度 (1) 当已知燃烧产物的成分时，燃烧产物的密度当已知燃烧产物的成分时，燃烧产物的密度可可用下式计算用下式计算 322222/1004 .2232O28N64SOO18H44COmkg3nn/V293L. 1)A1 (mkg第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算b、气体燃料的燃烧产物成分和密度的计算、气体燃料的燃烧产物成

51、分和密度的计算%1001001V)COHmCCHCO(COn2nm42+=%100Vn1001OHSHHC2n2CHHOH22nm422+=）（%100Vn1001SHSO22=%100Vn79L. 0100NNn22+=%100Vn1)L-21(n. 0O02燃烧产物成分燃烧产物成分 :第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算(2) 当不知燃烧产物成分时，其计算公式为：当不知燃烧产物成分时，其计算公式为：燃烧产物的密度燃烧产物的密度: (1) 当已知燃烧产物的成分时，燃烧产物的密度当已知燃烧产物的成分时，燃烧产物的密度可用下式计算：可用下式计算： 322222/1004 .2232O28N

52、64SOO18H44COmkgnnn2222nm2V293L. 1V1004 .22O18H28N44COS34HHC)2n12m(2H28CO+=第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算一、燃烧温度的概念一、燃烧温度的概念 燃料燃烧放出的热量，燃料燃烧放出的热量，全部全部被被燃烧产物燃烧产物所所吸收吸收，燃燃烧产物烧产物所能所能达到的温度达到的温度叫燃料的燃烧温度。叫燃料的燃烧温度。4、燃烧温度、燃烧温度 燃烧温度既与燃料内部的燃烧温度既与燃料内部的化学组成化学组成有关，又受有关，又受外部外部燃烧条件燃烧条件的影响。的影响。 即燃烧温度的高低，取决于燃烧产物中所含热量的多少。燃烧即燃烧温度

53、的高低，取决于燃烧产物中所含热量的多少。燃烧产物中所含的热量越多，它的温度就越高。燃烧产物中所含热量的多少，产物中所含的热量越多，它的温度就越高。燃烧产物中所含热量的多少，取决于燃烧过程中热量的收入和支出。取决于燃烧过程中热量的收入和支出。 根据根据能量守恒和转化定律能量守恒和转化定律，燃烧过程中燃烧产物的，燃烧过程中燃烧产物的热量收入和热量支出之间必然相等，写出它的热量收入和热量支出之间必然相等，写出它的热平衡方程热平衡方程式式，就可以算出它的燃烧温度。，就可以算出它的燃烧温度。第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算热量的来源热量的来源(即燃烧过程热平衡方程式的收入项即燃烧过程热平衡方程

54、式的收入项)有有 (1) 燃料的化学热燃料的化学热Q低低 (2)空气的物理热空气的物理热Q空气空气 (3)煤气的物理热煤气的物理热Q煤气煤气热量的支出项有热量的支出项有: (1)燃烧产物得到的热量燃烧产物得到的热量Q产产 (2)传给周围介质的热量传给周围介质的热量Q介介 (3)由于不完全燃烧所损失的热量由于不完全燃烧所损失的热量Q不不 (4)由于燃烧产物的热分解而损失的热量由于燃烧产物的热分解而损失的热量Q解解因此，燃烧过程的热平衡方程式为：因此，燃烧过程的热平衡方程式为： Q低低+Q空气空气+Q煤气煤气=Q产产+Q介介+Q不不+Q解解第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算根据热平衡方程式

55、，可求出燃烧产物所含的热量为：根据热平衡方程式，可求出燃烧产物所含的热量为： Q产产= Q低低+Q空气空气+Q煤气煤气-Q介介-Q不不-Q解解又因：又因： 产产产tCVQn=产解不介煤气空气低产CVQQQQQQtn+=得：得： t产产反映了在生产实际条件下燃烧产物所能达到的实际温反映了在生产实际条件下燃烧产物所能达到的实际温度，所以叫做度，所以叫做“实际燃烧温度实际燃烧温度”，并用符号，并用符号t产产表示。表示。在完全燃烧和绝热条件下，也就是当在完全燃烧和绝热条件下，也就是当Q Q不不和和Q Q介介都等于零时，都等于零时，燃烧产物所能达到的温度叫做燃烧产物所能达到的温度叫做“理论燃烧温度理论燃

56、烧温度”，即：，即：产解煤气空气低理CVQQQQtn理实tt=得：得： 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算二、燃烧温度的计算二、燃烧温度的计算产解煤气空气低理CVQQQQtn由由求出以下各项参数：求出以下各项参数： (1) 燃烧产物的体积燃烧产物的体积 Vn。 (2) 燃烧产物的平均热容量燃烧产物的平均热容量c产产， 可以根据燃烧产物的可以根据燃烧产物的成分及每种成分的平均热容量来计算。成分及每种成分的平均热容量来计算。 (3) 燃料的低发热量燃料的低发热量Q低低。 (4) 空气的物理热空气的物理热Q空气空气。 (5) 煤气的物理热煤气的物理热Q煤气煤气。 (6) 由于燃烧产物的热分解

57、所损失的热量由于燃烧产物的热分解所损失的热量Q 解解。nV空气空气空气tCLQn=煤气煤气煤气tCLQn=第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算 在炉子设计等工程计算中，为了避免在炉子设计等工程计算中，为了避免的繁琐计算，我的繁琐计算，我们可以利用现成的图表来求理论燃烧温度，其中应用比较们可以利用现成的图表来求理论燃烧温度，其中应用比较广泛的是罗津和费林格编制的广泛的是罗津和费林格编制的itit图图 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算（1）燃料的发热量）燃料的发热量（2）空气及煤气的预热温度）空气及煤气的预热温度（3）减少燃烧过程的热损失）减少燃烧过程的热损失（4）燃料完全燃烧）燃

58、料完全燃烧（5）空气消耗系数）空气消耗系数（6）富氧鼓风和氧气助燃）富氧鼓风和氧气助燃提高燃烧温度的途径提高燃烧温度的途径 第二章第二章 燃料及燃烧计算燃料及燃烧计算5、空气消耗系数的计算、空气消耗系数的计算L过过代表过剩空气量代表过剩空气量 0nLLL-=过nnn0nLL11LLLLLn过过-=-=过剩空气中的氧量：过剩空气中的氧量： 过过21L. 0%O2=21. 0V%OLn2=过过烟气中的氮量烟气中的氮量=空气带进的氮空气带进的氮+燃料中的氮燃料中的氮 %N79L. 0V%Nnn2燃+=或或 n22n2n2nVNNO217911%NV%N79. 021. 0VO11LL11n燃过燃过过-=-=-