燃烧原理与设备课件-绪论

绪论燃烧学在热能工程学科中的位置——专业骨干课燃烧理论与技术在国民经济中的地位——小康生活的保证燃烧对人类发展起的作用课堂提问：谈谈对热能工程的认识？燃烧的定义：是通过燃料和氧化剂在一定条件下，所进行的具有发光和发热特点的剧烈的氧化反应。燃烧学的定义：是研究燃烧过程基本规律及其应用技术的科学。它包括两方面的内容：燃烧理论和燃烧技术。燃烧理论着重研究燃烧过程所包含的各个基本现象，主要运用化学、传热传质学和流体力学的有关理论，对基本现象的物理化学本质进行阐述。热能领域主要研究燃料的燃烧速度、燃烧稳定性、火焰的流场和结构、燃烧污染物生成机理和燃烧过程的数学模型的建立等等。燃烧技术主要是把燃烧理论中所阐述的物理概念和基本规律与世纪工程中的燃烧问题联系起来，对现有的燃烧方法进行分析和改进，探讨新的研究方法，提高燃料利用率和燃烧设备的水平。燃烧理论的发展十八世纪中叶以前：中国有五行说。西方有燃素说。1756年俄国科学家罗蒙诺索夫，1777年法国化学家拉瓦锡，他们根据试验提出了可燃物质氧化的学说，才真正揭开了火之谜。十九世纪由于化学和热力学的发展，人们开始把燃烧过程作为热力学平衡体系来研究，得到燃烧过程的一些重要静态特性参数：燃烧反应热、燃烧温度、燃烧产物组成等。但形而上学地把某些特性看成孤立不变的参数，把热力学的特点看成是燃烧现象的唯一特点。二十世纪初美国化学家刘易斯和苏联化学家谢苗诺夫等人研究了燃烧的反应动力学机理，认为燃烧的化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素，并发现燃烧反应具有链锁反应的特点，这才初步奠定了燃烧理论的基础。人们逐渐认识到控制燃烧过程不仅仅是化学反应动力学因素，而且还有传热、传质和气体流动等物理因素综合作用的结果。二十世纪五十年代后期美国力学家冯·卡门和我国科学家钱学森首先倡议用连续介质力学方法来研究燃烧基本现象，建立了“化学流体力学”。许多学者根据这一方法来研究燃烧问题，如层流燃烧、湍流燃烧、火焰稳定等，取得了广泛的研究成果。二十世纪七十年代，以英国科学家斯波尔丁(spalding)为首的学派比较系统地把计算流体力学的方法用于有燃烧现象的边界层流动、回流流动和旋转流动，建立了“计算燃烧学”。能很好地定量预测燃烧过程和燃烧设备性能，使燃烧理论及其应用达到了新的高度。同时燃烧测试技术的发展改进了试验方法和测试精度，使人们有可能更深入、更全面和更精确地研究和掌握燃烧机理。课程特点和学习方法特点：古老又年轻，发展不完善，理论多，综合性强，难度大，公式多，概念多，应用性强。方法：注意总结归纳，笔记，注重概念的理解。推荐参考书《工程燃烧学》张松寿《燃烧理论》F.A.威廉斯《实用燃烧技术》赵易成《燃料与燃烧》常弘哲《有色冶金炉设计手册》第一篇燃料燃料的定义：是在空气中容易燃烧，并能够比较经济地利用其燃烧热的物质的总称。燃料的供给应该比较容易，价格低廉，储存、运输和使用等即便利又安全。按其状态可分为：气体燃料、液体燃料和固体燃料。课堂提问：列举家乡所用燃料？第一章固体燃料天然的固体燃料有各种煤、油页岩、木材和各种植物的茎叶等。人造固体燃料主要是煤和木材经加工后制得的焦碳和木炭。工业应用中主要是煤和焦碳第一节煤的种类及其化学组成煤的种类

1、根据古代植物埋藏于地下的年代和碳化程度划分为：泥煤，褐煤，烟煤和无烟煤四大类。

2、动力用煤根据煤的挥发分高低，并参考其水分与灰分含量，把煤分为石煤，褐煤，烟煤（包括贫煤和劣质烟煤）和无烟煤四大类，将无烟煤、烟煤和石煤各再分为三类。

3、冶金工业根据煤的结焦性强弱和挥发分高低进行分类，对烟煤进一步分类为：长焰煤、气煤、弱还原煤、半炼焦煤、焦煤、肥煤、瘦煤和贫煤等化学组成煤是极其复杂的化合物，主要有C、H、O、N、S五种可燃元素构成煤的可燃基，此外煤中含有不可燃成分——灰分(A)和水分(W)。C

主要的可燃元素H

主要的可燃元素，有益O

有害元素N

惰性元素，有害、污染S

可燃元素，污染，三种形态有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫A

有害成分，①直接关系到焦碳的灰分从而影响冶炼的技术经济指标。②降低煤的发热量。③灰分结渣，容易造成不完全燃烧，给设备的维护和操作带来困难。W

有害成分，包括外部水分和内部水分成分表示方法及其换算应用成分：C、H、O、N、S、A和W在包括全部七种组分在内的煤的的应用基中的质量百分数称为~。即C用%+H用%+O用%+N用%+S用%+A用%+W用%=100%

或Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%+Wy%=100%干燥成分：考虑到燃料中的水分波动而不能反映燃料的固有本质，常以不含水分的干燥基中的各组成的百分含量来表示燃料的成分称为干燥成分。即C干%+H干%+O干%+N干%+S干%+A干%=100%

或Cg%+Hg%+Og%+Ng%+Sg%+Ag%=100%可燃成分：对燃烧来说可燃成分更能说明煤的组成特点。只用C、H、O、N、S五种元素在可燃基中的百分含量来表示的燃料成分称为可燃成分。即C燃%+H燃%+O燃%+N燃%+S燃%=100%或Cr%+Hr%+Or%+Nr%+Sr%=100%例题1试将下列煤的成分换算成应用成分：CrHrOrNrSrAgWy72.05.020.02.01.012.520.0解：将干燥成分转换为应用成分①Cg%+Hg%+Og%+Ng%+Sg%+Ag%=100%②Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%+Wy%=100%Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%=100%－Wy%(Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%)=100%和①式比较得：Rg=Ry

或Ry=Rg同理得：Rr=Ry

或Ry=Rr下面转换为应用成分Ay=Ag=12.5(100-20.0)/100=10.0Hy=Hg=5.0(100-20.0-10.0)/100=3.5Oy=14.0Ny=1.4Sy=0.7Cy=50.4Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%+Wy%=100%计算正确。第二节煤的使用性能煤的工业分析煤在隔绝空气的条件下发生一系列的变化。见p8试验方法见GB/T212煤样的采取见GB/T473得到成分的煤的工业分析成分，即：F%+V%+A%+W%=100%煤的工业分析成分与元素分析成分的关系可燃成分灰分水分CHONSrSlyAWnWw固定碳挥发分灰分水分煤的发热量calorificvalue——重要指标1kg煤完全燃烧后所放出的燃烧热叫做煤的发热量，单位kJ·kg-1。有两种表示方法：高发热量Q高和低发热量Q低。gross/highcalorificvaluenet/lowercalorificvalue高发热量Q高:燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其中的水蒸气凝结成0℃的水时所放出的热量。低发热量Q低:燃料完全燃烧后燃烧产物中的水蒸气冷却到20℃时放出的热量。测定方法见GB/T213，也可通过成分计算得出见p9。其中门捷列夫公式重要。门捷列夫公式Q高=4.187[81C+300H+26(S－O)]kJ·kg-1Q低=4.187[81C+246H+26(S－O)－6W]kJ·kg-1Q低=Q高－25.12(9H+W)1、如何记忆2、何种成分练习1试计算下列成分煤的应用基高、低发热量：CrHrOrNrSrAgWy72.05.020.02.01.012.520.0Q高用（QGWy）=20041.4942kJ·kg-1Q低用（QDWy）=18747.7112kJ·kg-1Q高用（QGWy）=20041.5kJ·kg-1Q低用（QDWy）=18747.7kJ·kg-1例题2已知煤的QDWr，Ay，Wy求QDWy解：QDWr=QGWr－25.12×9HrQDWy=QGWy－25.12×9Hy－25.12WyQGWr=4.187[81Cr+300Hr+26(Sr－Or)]QGWy=4.187[81Cy+300Hy+26(Sy－Oy)]令m=得：QGWy=mQGWr故：QDWy=mQGWr－25.12×9Hy－25.12Wy=mQDWr＋m×25.12×9Hr

－25.12×9Hy－25.12Wy=mQDWr＋25.12×9Hy

－25.12×9Hy－25.12Wy=mQDWr－25.12Wy比热0.84~1.67kJ·kg-1·K-1导热系数0.232~0.348W·m-1·K-1黏结性和结焦性反应性和可燃性耐热性标准煤equivalentofcoal第二章液体燃料液体燃料包括天然液体燃料和人造液体燃料，天然液体燃料指石油及其加工产品，人造液体燃料指从煤中提炼出的各种燃料油。第一节石油的加工及其产品原油分馏法常压分馏石油气、汽油（航空汽油、汽车汽油）、挥发油、煤油、柴油减压分馏粗柴油、轻质润滑油裂解法第二节重油重油分类20、60、100和200号重油四种牌号重油的化学组成和使用性能元素成分C、H、O、N、S、A、W闪点、燃点、着火点黏度（运动黏度、恩氏黏度）密度0.92~0.98t·m-3比热1.30~1.70kJ·kg-1·K-1发热量39900~42000kJ·kg-1第三章气体燃料天然的气体燃料有天然气和石油气，人造气体燃料有发生炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气等。气体燃料是一种非常理想的燃料，具有许多优点：①燃烧简便，容易完全燃烧；②调节控制方便，易于实现自动控制；③燃烧后无固体灰渣，清洁方便；④对设备磨损小，可以长距离管道输送；⑤容易净化，以减少环境污染；⑥可以高温预热，提高燃烧温度，节约燃料；⑦只要避开爆炸范围，可任意调节热负荷，控制炉内气氛和压力。第一节气体燃料成分的表示方法与发热量计算气体燃料成分气体燃料都是单一气体混合而成，其组成化学分析较方便，一般气体燃料的化学组成是用所含各种单一气体的体积百分数表示。包括水蒸汽在内，称为湿成分，即：CO湿+H2湿+CH4湿+……+CO2湿+N2湿+O2湿+H2O湿=100

不包括水蒸汽在内，称为干成分，即：CO干+H2干+CH4干+……+CO2干+N2干+O2干=100其中H2O湿的物理意义是100m3湿气体中水蒸汽的体积数。可直接查表得出，也可查到1m3干气体所吸收的水蒸汽的重量gH2O干（克/每立方米干气体）再换算：气体燃料的发热量根据化学成分计算p20主要气体燃料①高炉煤气②焦炉煤气③天然气④转炉煤气练习21、已知山西阳泉煤成分：下雨使煤含水量增大至Wy=15.0，计算此时的应用成分。CrHrOrNrSrAgWy91.73.82.21.31.026.05.0CyHyOyNySyAyWy57.72.41.40.80.622.115.02、工厂储存有Wy=12.4，QDWy=20000kJ/kg煤100t，存放时间长，含水量降低为Wy=7.0，试问煤的质量变为多少，QDWy变为多少？