燃烧效率及燃烧检测

3.5燃烧检测及燃烧效率《工程燃烧学》1对烟气的检测和计算目标：通过对燃烧产物（烟气）的成分进行气体分析，实现对空气消耗系数和燃烧完全程度的计算方法：化学吸收法、电气测量法、红外吸收法和色谱分析法关键问题：需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧热损失的检测计算原理和方法2测定方法-化学吸收法奥氏烟气分析仪测定烟气成分燃烧效率仪测定烟气成分3烟气成分检测分析在使用仪器及相应方法测量得到烟气成分数据后，需要验证所得数据的准确性满足气体分析方程的数据就是有效的(误差范围内)β是燃料特征系数，决定于燃料成分。表3-5RO2＝CO2＋SO2，即两种成分之和各成分的上标’——表示是燃烧产物（烟气）成分4气体分析方程的导出1、定义VRO2、RO’2,max、β(存在C、S成分上限)（1）VRO2是完全燃烧时燃烧产物中RO2（CO2＋SO2）的数量（注意：不要求n＝1）（2）RO’2,max定义为干理论燃烧产物中的RO2最大理论含量（干成分%，注意n＝1）（1）（3）β由右式定义（2）5气体分析方程的导出2、用烟气成分计算RO’2,max，要计算VRO2和V0,d根据VRO2的定义，可直接写出依据烟气中成分同样可以得到V0,d和Vn,d间的关系3、得气体分析方程，上两式子代入定义式(1)得到RO’2,max，再将RO’2,max的表达式代入β的定义式(2)6V0,d与Vn,d的关系对于完全燃烧：Vn,d=V0,d+(Ln-L0)（此时n>=1）如果不完全燃烧：如何用产物成分表示Ln-L0（过剩空气量）。一部分是n>1过剩的，一部分是由于不完全燃烧未参加反应而剩余的，故7V0,d与Vn,d的关系因此，n>=1时，在n<1时，上式同样成立把上式和VRO2代入RO’2,max的计算式，即可得气体分析方程8定义RO’2,max及β的意义对于确定的燃料，其成分中含C、S元素的量是确定的，因此在烟气中CO2＋SO2有理论上的最大值，这就是RO’2,max根据物质守恒，烟气中所有含C、S元素成分之和不能超过RO’2,max。如果测量的数据超过了，那就是错误的。如果相差太大那么就是测量误差大或燃烧状况很不理想定义β就是要依据燃料本身的特征值（与燃烧过程无关）来判断所测量烟气成分是否具有准确性实际上从式(2)看出做为检测的特征值β和RO’2,max是一样的，两者有确定的简单关系，用β是为了简便9气体分析方程的简化应用1、如果H2’及CH4’很小，则可忽略不计，方程简化为2、如果完全燃烧，则没有可燃成分10空气气过过量量系系数数的的检检测测计计算算11空气气消消耗耗系系数数的的计计算算1、、提出出问问题题：：空气气消消耗耗系系数数n值值是是一一个个很很重重要要的的指指标标，，对对燃燃烧烧过过程程有有很很大大影影响响，，需需要要确确定定2、、分析析问问题题：：正在在工工作作的的炉炉子子，，由由于于存存在在吸吸气气和和漏漏风风现现象象，，很很难难测测定定实实际际空空气气消消耗耗量量Ln，也也就就难难以以用用下下式式求求n3、、解决决问问题题：：需要要用用烟烟气气成成分分计计算算空空气气消消耗耗系系数数按氧平平衡原原理计计算n值按氮平平衡原原理计计算n值12方法1氧氧平衡衡原理理计算算n值值首先考考虑完完全燃燃烧1、将将n值值用氧氧气量量来表表示2、用用烟气气成分分表示示，L0,O2为理论论需氧氧量，，完全全燃烧烧后全全部转转化为为RO2和H2O，那那么必必然可可以用用下式式表示示L0,O2=aVRO2+bVH2O=(aRO2’+bH2O’).Vn/100完全燃燃烧情情况下下(Ln,O2－L0,O2)为烟烟气中中剩余余氧量量Ln,O2-L0,O2=O2’.Vn/10013方法1氧平平衡原原理计计算n值因此得得到n值3、引引入K表示理理论需需氧量量与燃燃烧产产物中中RO2’量的的比值值K值可根根据燃燃料成成分求求得为什么么要引引入参参数K14引入K的意意义在引入入K前前，n值用用燃烧烧产物物表示示时，，有H2O成分分，H2O成分分有多多少以以气态态形式式存在在是很很不确确定的的，取取决于于温度度在用仪仪器测测量烟烟气成成分时时，都都是检检测干干烟气气，一一般不不测量量H2O成分分数据据（测测量了了也不不准确确）（1））引入入一个个参数K就是是为了了避免免用产产物中中的H2O’成成分数数据（2））并且常常数K可依依据燃燃料成成分求求得，，跟燃燃烧过过程无无关。15不完全全燃烧烧n值值修正正不完全全燃烧烧时，则燃燃烧产产物中中还存存在CO、、H2、CH4等可燃燃成分分1、修修正O2’。n值值公式式中氧氧量应应减去去这些些可燃燃气体体完全全燃烧烧时将将消耗耗的氧氧2、修修正RO2’。RO2’量应应加上上这些些可燃燃气体体如果果燃烧烧将生生成的的RO2’16方法2氮氮平衡衡原理理求n值1、变变换n值的的表达达式，变换换后不不出现现单独独的L0项，因因为该该值与与燃料料成分分有关关而与与烟气气成分分无关关2、根据氮氮平衡衡有3、（（表达达式中中的量量用烟烟气表表示））根据氧氧平衡衡有17方法2氮平平衡原原理求求n值值4、（（引入入燃料料决定定量代代替难难测量量）再利用用VRO2与Vn,d的关系系最后得得注意：：N燃、VRO2由燃料料成分分确定定18n值公公式讨讨论特定情情况的的简化化1、含氮量量很少少的燃燃料（（固体体、液液体燃燃料、、天然然气、、焦炉炉煤气气等）），Nfuel可忽略略不计计＝＝0，，则2、进一步步，若若完全全燃烧烧，则则19n值公公式讨讨论3.如如果进进一步步已知知燃料料中H2含量很很少，，比如如对于于无烟烟煤、、焦炭炭等，，则N‘2=79，故故：如何证证明N‘2=7920不完全全燃烧烧热损损失的的检测测计算算21不完全全燃烧烧热损损失计计算(概念念上)定义义：当不完完全燃燃烧时时，由由于烟烟气中中存在在可燃燃成分分，因因而损损失一一部分分化学学热量量，称称为不不完全全燃烧烧热损损失(数值值上)q化定义：：不完全全燃烧烧热损损失q化，表示示单位位（质质量或或体积积）燃燃料燃燃烧时时，燃燃烧产产物中中可燃燃成分分含有有的化化学热热占燃燃料发发热量量的百百分数数22不完全全燃烧烧热损损失计计算(1)用烟烟气表表达。。产物发发热量量Q产等于烟烟气中中各可可燃成成分发发热量量之和和，假假定有有CO、H2、CH4，则Q产＝126CO’’+108H2’+358CH4’(2)消去去烟气气量。。引入两两个参参数h、P，，h称为烟烟气冲冲淡系系数，h越大，，n越越大，，完全全燃烧烧n＝＝1时时h＝1不完全全燃烧烧热损损失改改写为为23不完全全燃烧烧热损损失计计算(3)用燃燃料特特性参参数和和烟气气表达达。依据碳碳平衡有有V0,d.RO’’2,max＝Vn,d.(RO2’+CO’+CH4’)则则不完全全燃烧热热损失为为RO’2,max和P只取取决于燃燃料成分分24课堂练习习1已知某固固体燃料料的成分分，试推推导用燃料成成分表示示b的计算公公式推导思想想：利用用RO’2,max的定义式式及其与与b的关系首先计算算VRO2再计算VN2V0,d=VRO2+VN2利用RO’2,max=21/(1+b)可得b计算公式式25课堂练习习2已知烟煤煤成分(%)为为:Cdaf=85.32，，Hdaf=4.56，Odaf=4.07，Ndaf=1.80，Sdaf=4.25，Ad=7.78，Mar=3.0%，其其低位发发热量为为30031kJ/kg。燃燃烧产物物的成分分分析结结果为(%)：：RO’’2=14.0，CO’=2.0，H’’2=1.0，O’’2=4.0，N’’2=79.0，试试计算：：1）该燃燃料的RO’2,max，b，K，P2）验算算产物气气体分析析的误差差3）求空空气消耗耗系数n和不完完全燃烧烧热损失失q化4)试用用比热近近似法和和内插值值近似法法求理论论发热温温度26计算方法法首先，将将成分换换算为应应用成分分然后计算算理论氧氧气需要要量L0,O2和理论空空气需要要量L0，VRO2，VN2，V0,d，则可完完成(1)的计计算利用气体体分析方方程来验验算误差差分析空气消耗耗系数不完全燃燃烧热损损失27计算方法理论发热温度度的求解：1）比热近似似法：假设发热温度度2100度度，则根据表表3-3，查查得烟煤燃烧烧产物的比热热为1.67，则t=Q低/V0·c，根据门门捷列夫公式式得到Q低=30031kJ/kg2）内插值近近似法：根据Q低/V0=i=3658kJ/m3假设温度2100度，查查表3-3得得到各成分平平均比热，求求得产物的平平均比热，即即得i’=3558kJ/m3假设温度2200度，再再重复第二步步计算得到i’’=3746kJ/m3根据内插值计计算法，得到到t热28课堂练习3某高炉煤气，，成分（%））为：CO2-10.66;CO-29.96;CH4-0.27;H2-1.65;N2-57.46。燃烧产物物的成分经分分析为(%)：RO’2=14.0,O‘2=9.0,CO’=1.2,N’’2=75.8。。试用各种计计算公式计算算n值，并比比较之。29计算方法计算的前提：：判断成分测测量是否准确确，即利用气气体分析方程程来检测。当当误差满足工工程要求（<5%)时，，可计算n值值先计算RO’’2,max先计算VRO2，再计算V0,干计算得到b=-0.16根据气体分析析方程检验误误差30计算方法1.氧平衡法法计算n值：：L0,O2=(0.5CO+0.5H2+2CH4)/100=VRO2=(CO2+CO+CH4)/100=K=31计算方法2.氮平衡衡法计算：：对于气体燃燃料N燃=N2如果是固体体燃料呢？？？32课堂练习4某天然气在在纯氧中燃燃烧，烟气气成分(%)为：CO’2=25.0,CO’’=24.0,O’’2=0.5,H’2=49.0,CH’’4=1.5。。试计算氧氧气消耗系系数33课后作业已知某烟煤煤含碳量（（%）Car=80，烟烟气成分经经分析为（（干成分））CO’2=15.0,CO’’=3.33,试计计算其干燃燃烧产物生生成量349、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。1月-231月-23Sunday,January1,202310、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。14:53:0214:53:0214:531/1/20232:53:02PM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。1月月-2314:53:0214:53Jan-2301-Jan-2312、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。14:53:0214:53:0214:53Sunday,January1,202313、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。1月月-231月月-2314:53:0214:53:02January1,202314、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。01一一月月20232:53:02下下午午14:53:021月月-2315、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。。一月232:53下下午午1月-2314:53January1,202316、行动出出成果，，工作出出财富。。。2023/1/114:53:0214:53:0201January202317、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。2:53:02下下午2:53下下午14:53:021月-239、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。1月-231月-23Sunday,January1,202310、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。14:53:0214:53:0214:531/1/20232:53:02PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。1月-2314:53:0214:53Jan-2301-Jan-2312、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。14:53:0214:53:0214:53Sunday,January1,202313、不知香积积寺，数里里入云峰。。。1月-231月-2314:53:0214:53:02January1,202314、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥块块一一样样任任意意揉揉捏捏。。01一一月月20232:53:02下下午午14:53:021月月-2315、楚塞三三湘接，，荆门九九派通。。。。一月232:53下午午1月-2314:53January1,202316、少年十五五二十时，，步行夺得得胡马骑。。。2023/1/114:53:0214:53:0201January202317、空山新雨后后，天气晚来来秋。。2:53:02下午2:53下下午14:53:021月-239、杨杨柳柳散散和和风风，，青青山山澹澹吾吾虑