燃气的燃烧计算

燃气燃烧与应用第一页，共四十二页。

绪论第二页，共四十二页。

本课程的目的：燃烧器的设计计算内容燃气的燃烧计算燃气燃烧反应动力学燃气燃烧的气流混合过程燃气燃烧的火焰传播燃气燃烧方法燃烧器的设计计算燃气的互换性第三页，共四十二页。

第一章燃气的燃烧计算第四页，共四十二页。

绪论燃气：各种气体燃料的总称天然气：纯天然气、石油伴生气人造燃气液化石油气煤制气：炼焦煤气、水煤气等油制气：热裂解～、催化裂解～按制备方法分类第五页，共四十二页。按组分分类可燃气体：CmHn、H2、CO、H2S不可燃气体：N2、CO2、O2、H2O（g）燃气热值的确定燃烧所需的空气量燃烧产生的烟气量燃烧温度的确定烟气焓的计算燃气燃烧计算的内容第六页，共四十二页。第一节燃气的热值一、燃烧的条件燃烧：燃气中的可燃成分在一定条件下与氧发生激烈的氧化反应，并产生大量的热和光的物理化学过程。燃烧必须具备的条件1、燃气和氧气按一定比例呈分子状态混合2、进行反应所需的能量3、具有完成反应所需的时间第七页，共四十二页。二、燃烧反应化学计量式

CH4+2O2=CO2+2H2O+ΔH表示物质量之间的关系。由于各种气体的摩尔体积近似相等，故也可表示气体容积之间的关系。ΔH称为反应焓、燃烧焓或燃气热值，可由燃烧试验确定或者由反应前后物系的焓差确定。

第八页，共四十二页。各种燃气的化学反应计量式：第九页，共四十二页。1、高热值、低热值高热值Hh：1Nm3或1kmol燃气完全燃烧后被冷却至原始温度且水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。单位：kJ/Nm3或kJ/kmol低热值Hl：～，水蒸气以蒸汽状态排出。所以高热值Hh－低热值Hl＝水蒸气的汽化潜热r

三、燃气热值的确定第十页，共四十二页。r=1959kJ/Nm3

水蒸气v=21.629m3/kmol水蒸气M=18.0154kg/kmol∴

r=2352kJ/kg思考：热值的两个单位kJ/Nm3和kJ/kmol之间如何进行转换？第十一页，共四十二页。2、干燃气（混合气体）的热值

H=∑Hiri

Hi：燃气中某一可燃组分的热值，kJ/Nm3；

ri：燃气中某一可燃组分的容积百分比。3、燃气的组分表示方法一：用某一组分所占燃气的容积百分比表示。∑riw=1第十二页，共四十二页。方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。含湿量dg单位：kg/Nm3干燃气例：某一燃气的组分CH4W75%，若该燃气的含湿量12.5g/Nm3，求CH4在干燃气中的容积成分。

第十三页，共四十二页。

3、燃气热值之间的关系①②

①

②

③

④

第十四页，共四十二页。③④思考：

①

②

③

④

第十五页，共四十二页。第二节燃烧所需的空气量一、空气的组成干空气的容积成分：O221%、N279％二、理论空气需要量理论空气需要量V0：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧所需的干空气量。单位：Nm3干空气/Nm3干燃气第十六页，共四十二页。1、理论公式V0的计算：求出每Nm3干燃气完全燃烧所需要的氧气量，进而可求出对应的干空气量。2、近似公式燃气的热值越高，所需的理论空气量越大。第十七页，共四十二页。当燃气的Hl<10500kJ/Nm3时，当人造燃气的Hl>10500kJ/Nm3时，烷烃类燃气（天然气、液化石油气）采用第十八页，共四十二页。三、实际空气需要量

实际空气需要量V>理论空气需要量V0

过剩空气系数：工业设备中，＝1.05～1.20；民用燃具中＝1.3～1.8。

在保证完全燃烧的情况下，使

→1.0。

第十九页，共四十二页。第三节完全燃烧产物的计算一、烟气量烟气:燃气燃烧后的产物。烟气量：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧后产生的烟气量。单位：Nm3/Nm3干燃气

=1理论烟气量RO2(包括CO2、SO2)、N2、H2O

>1实际烟气量RO2、N2、H2O、O2

思考：完全燃烧时，烟气中的RO2的体积与供给的空气量有关吗？第二十页，共四十二页。二、烟气量计算的理论公式

1、=1时的理论烟气量

式中da，空气含湿量，kg/Nm3干空气

第二十一页，共四十二页。2、α>1时的实际烟气量第二十二页，共四十二页。三、烟气量计算的近似公式１、理论烟气量

炼焦煤气，第二十三页，共四十二页。2、实际烟气量（>1）四、烟气的密度标准状态下的烟气密度：第二十四页，共四十二页。第四节运行时烟气中的CO含量

虽然>1，但仍有可能发生不完全燃烧。工程上常将CO含量视为烟气中的不完全燃烧产物量。燃气中干燃气的容积成分：H2+CO+ΣCmHn+H2S+O2+CO2+N2=100

燃烧后得到的干烟气的容积成

烟气中的和可以通过烟气分析测得。要求出，必须先求出。第二十五页，共四十二页。式中：0.5CO'，由于CO未燃尽而少耗的氧量。第二十六页，共四十二页。式中：第二十七页，共四十二页。三、完全燃烧基本方程式第二十八页，共四十二页。第五节完全燃烧时

的确定

一、ΔV的确定二、V的确定

第二十九页，共四十二页。三、α的确定

第三十页，共四十二页。第六节燃气燃烧温度的确定一、热量计温度tc

如果燃烧在绝热条件下进行，燃气完全燃烧后烟气所能达到的温度，称为热量计温度tc。含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧前后的热平衡方程式：式中：I，以标准状态为基准的焓，kJ/Nm3干燃气。c，平均定压容积比热，kJ/Nm3·K第三十一页，共四十二页。二、燃烧热量温度tther绝热条件，tg=ta=0，且=1时的烟气温度，称为燃烧热量温度tther。第三十二页，共四十二页。三、理论燃烧温度tth式中：Qc，由于化学不完全燃烧（包括CO2和H2O的分解吸热）而损失的热量，kJ/Nm3干燃气理论燃烧温度的影响因素：1、Hl、If2、α3、Ig、Ia

第三十三页，共四十二页。四、实际燃烧温度tact式中：Q5，向周围介质的散热量，kJ/Nm3干燃气经验公式：

tact=μtth

第三十四页，共四十二页。第七节烟气焓的计算式中：I，以标准状态为基准的焓，kJ/Nm3干燃气；

V，完全燃烧１Nm3干燃气所产生的烟气或烟气中某一组份的体积，Nm3/Nm3干燃气第三十五页，共四十二页。第八节例题

已知炼焦煤气的容积成分如下：H256%，CO6%，CH422%，C2H62%，CO23%，N210%，O21%。煤气的含湿量dg=0.0125kg/Nm3干燃气，空气的含湿量da=0.01kg/Nm3干空气，煤气与空气的温度tg=ta=20℃。试求：（一）高热值及低热值（二）燃烧所需的理论空气量（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时)（四）燃料特性系数

第三十六页，共四十二页。解:(一)高热值及低热值第三十七页，共四十二页。第三十八页，共四十二页。（二）燃烧所需的理论空气量（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时)a)理论烟气量(=1)

第三十九页，共四十二页。b)实际烟气量(α=1.2)第四十页，共四十二页。（四）燃料特性系数第四十一页，共四十二页。内容总结燃气燃烧与应用。本课程的目的：燃烧器的设计计算。天然气：纯天然气、石油伴生