燃气燃烧与应用可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求 绪论可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求 本课程的目的：燃烧器的设计计算本课程的目的：燃烧器的设计计算内容内容燃气的燃烧计算燃气的燃烧计算燃气燃烧反应动力学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气流混合过程燃气燃烧的火焰传播燃气燃烧的火焰传播燃气燃烧方法燃气燃烧方法燃烧器的设计计算燃烧器的设计计算燃气的互换性燃气的互换性可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求第一章 燃气的燃烧计算可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求 绪论绪论燃气：各种气体燃料的总称燃气：各种气体燃料的总称天然气：纯天然气、石油伴生气天然气：纯天然气、石油伴生气人造燃气人造燃气液化石油气液化石油气煤制气：炼焦煤气、水煤气等煤制气：炼焦煤气、水煤气等油制气：热裂解、催化裂解油制气：热裂解、催化裂解按按制制备备方方法法分分类类可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求按组分分类按组分分类可燃气体：可燃气体：CmHn、H2、CO、H2S不可燃气体：不可燃气体：N2、CO2、O2、H2O（g） 燃气热值的确定燃气热值的确定 燃烧所需的空气量燃烧所需的空气量 燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量 燃烧温度的确定燃烧温度的确定 烟气焓的计算烟气焓的计算燃气燃烧计燃气燃烧计算的内容算的内容可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求第一节第一节 燃气的热值燃气的热值一、燃烧的条件一、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激烈的氧化反应，并产生大量的热和光的 物理化学过程。物理化学过程。燃烧必须具燃烧必须具备的条件备的条件1、燃气和氧气按一定比例呈分子状态混合、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、进行反应所需的能量3、具有完成反应所需的时间、具有完成反应所需的时间可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求二、燃烧反应化学计量式二、燃烧反应化学计量式 CH4+2O2=CO2+2H2O+Hn表示物质量之间的关系。表示物质量之间的关系。n由于各种气体的摩尔体积近似相等，故也可表示气体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。容积之间的关系。nH称为反应焓、燃烧焓或燃气热值，可由燃烧试验确称为反应焓、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。定或者由反应前后物系的焓差确定。 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求各种燃气的化学反应计量式：各种燃气的化学反应计量式：可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求1、高热值、低热值、高热值、低热值 高热值高热值Hh：1Nm3或或1kmol燃气完全燃烧后被冷却至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原始温度且水蒸气以凝结水状态排出时所 放出的热量。放出的热量。 单位：单位：kJ/Nm3或或kJ/kmol 低热值低热值Hl：，水蒸气以蒸汽状态排出。：，水蒸气以蒸汽状态排出。所以所以 高热值高热值Hh 低热值低热值Hl 水蒸气的汽化潜热水蒸气的汽化潜热r 三、燃气热值的确定三、燃气热值的确定可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求 r=1959kJ/Nm3 水蒸气水蒸气v=21.629m3/kmol水蒸气水蒸气M=18.0154kg/kmol r=2352kJ/kg思考：思考：热值的两个单位热值的两个单位kJ/Nm3和和kJ/kmol之间如何进行转换？之间如何进行转换？可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求2、干燃气（混合气体）的热值、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，：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。：燃气中某一可燃组分的容积百分比。3、燃气的组分表示、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。方法一：用某一组分所占燃气的容积百分比表示。 riw =1可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。 含湿量含湿量dg单位：单位：kg/Nm3干燃气干燃气例：例：某一燃气的组分某一燃气的组分CH4W75%，若该燃气的含湿量，若该燃气的含湿量12.5g/Nm3，求求CH4在干燃气中的容积成分。在干燃气中的容积成分。 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求 3、燃气热值之间的关系、燃气热值之间的关系 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求思考：思考： 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求第二节第二节 燃烧所需的空气量燃烧所需的空气量一、空气的组成一、空气的组成 干空气的容积成分：干空气的容积成分：O221%、N279二、理论空气需要量二、理论空气需要量理论空气需要量理论空气需要量V0：含有：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧干燃气的湿燃气完全燃烧所需的干空气量。所需的干空气量。 单位：单位：Nm3干空气干空气/Nm3干燃气干燃气可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求1、理论公式、理论公式V0的计算：求出每的计算：求出每Nm3干燃气完全燃烧所需要的氧气量，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。进而可求出对应的干空气量。2、近似公式、近似公式 燃气的热值越高，所需的理论空气量越大。燃气的热值越高，所需的理论空气量越大。可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求当燃气的当燃气的Hl10500kJ/Nm3时，时，烷烃类燃气（天然气、液化石油气）采用烷烃类燃气（天然气、液化石油气）采用可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求三、实际空气需要量三、实际空气需要量 实际空气需要量实际空气需要量V理论空气需要量理论空气需要量V0 过剩空气系数：过剩空气系数：工业设备中，工业设备中， 1.051.20 ；民用燃具中；民用燃具中 1.31.8。 在保证完全燃烧的情况下，使在保证完全燃烧的情况下，使 1.0。 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求第三节第三节 完全燃烧产物的计算完全燃烧产物的计算一、烟气量一、烟气量 烟气烟气:燃气燃烧后的产物。燃气燃烧后的产物。 烟气量：含有烟气量：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧后产生干燃气的湿燃气完全燃烧后产生的烟气量。的烟气量。 单位：单位：Nm3/ Nm3干燃气干燃气 =1 理论烟气量理论烟气量 RO2(包括包括CO2、SO2)、N2、H2O 1 实际烟气量实际烟气量 RO2 、N2、H2O、O2 思考：完全燃烧时，烟气中的思考：完全燃烧时，烟气中的RO2 的体积与供给的的体积与供给的空气量有关吗？空气量有关吗？可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求二、烟气量计算的理论公式二、烟气量计算的理论公式 1、 =1 时的理论烟气量时的理论烟气量 式中式中 da a，空气含湿量，空气含湿量，kg/Nm3干空气干空气 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求2、 1时的实际烟气量时的实际烟气量可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求三、烟气量计算的近似公式三、烟气量计算的近似公式、理论烟气量、理论烟气量 炼焦煤气，炼焦煤气，可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求2、实际烟气量（、实际烟气量（ 1 ）四、烟气的密度四、烟气的密度标准状态下的烟气密度：标准状态下的烟气密度：可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求第四节运行时烟气中的第四节运行时烟气中的CO含量含量 虽然虽然 1 ，但仍有可能发生不完全燃烧。工程上，但仍有可能发生不完全燃烧。工程上常将常将CO含量视为烟气中的不完全燃烧产物量。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：燃气中干燃气的容积成分： H2+CO+CmHn+H2S+O2+CO2+N2=100 燃烧后得到的干烟气的容积成燃烧后得到的干烟气的容积成 烟气中的烟气中的 和和 可以通过烟气分析测得。要求可以通过烟气分析测得。要求出出 ，必须先求出，必须先求出 。可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求式中：式中：0.5CO，由于，由于CO未燃尽而少耗的氧量。未燃尽而少耗的氧量。可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求式中：式中：可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求三、完全燃烧基本方程式三、完全燃烧基本方程式可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求第五节完全燃烧时第五节完全燃烧时 的确定的确定 一、一、 V 的确定的确定二、二、 V 的确定的确定 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求三、 的确定的确定 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求第六节第六节 燃气燃烧温度的确定燃气燃烧温度的确定 一、热量计温度一、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，称为热量计温度温度，称为热量计温度tc。 含有含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧前后的热平衡方程式：干燃气的湿燃气完全燃烧前后的热平衡方程式：式中：式中：I，以标准状态为基准的焓，以标准状态为基准的焓，kJ/ Nm3干燃气。干燃气。c，平均定压容积比，平均定压容积比热，热，kJ/Nm3K可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求二、燃烧热量温度二、燃烧热量温度tther 绝热条件，绝热条件，tg=ta=0，且，且 =1=1 时的烟气温度，称时的烟气温度，称为为燃烧热量温度燃烧热量温度tther。可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求三、理论燃烧温度三、理论燃烧温度tth式中：式中：Qc，由于化学不完全燃烧（包括，由于化学不完全燃烧（包括CO2和和H2O的的分解吸热）而损失的热量，分解吸热）而损失的热量，kJ/Nm3干燃气干燃气理论燃烧温度的影响因素：理论燃烧温度的影响因素：1、Hl、If2、3、 Ig、 Ia 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求四、实际燃烧温度四、实际燃烧温度tact式中：式中：Q5，向周围介质的散热量，向周围介质的散热量，kJ/Nm3干燃气干燃气经验公式：经验公式： tact=tth 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求第七节第七节 烟气焓的计算烟气焓的计算式中：式中：I，以标准状态为基准的焓，以标准状态为基准的焓，kJ/ Nm3干燃气；干燃气； V，完全燃烧，完全燃烧 Nm3干燃气所产生的烟气或干燃气所产生的烟气或烟气中某一组份的体积，烟气中某一组份的体积， Nm3 / Nm3干燃气干燃气可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求第八节例题第八节例题已知炼焦煤气的容积成分如下：已知炼焦煤气的容积成分如下：H256%，CO6%，CH422%，C2H62%，CO23%，N210%，O21%。煤气的含湿量煤气的含湿量dg=0.0125kg/Nm3干燃气，空气的含湿量干燃气，空气的含湿量da=0.01kg/Nm3干空气，煤气与空气的温度干空气，煤气与空气的温度tg=ta=20。试求：（试求：（一）高热值及低热值一）高热值及低热值 （二）燃烧所需的理论空气量（二）燃烧所需的理论空气量 （三）完全燃烧时的烟气量（三）完全燃烧时的烟气量( (当当=1和和=1.2时时) ) （四）燃料特性系数（四）燃料特性系数可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求解: (一)高热值及低热值高热值及低热值可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求（二）燃烧所需的理论空气量（二）燃烧所需的理论空气量（三）完全燃烧时的烟气量（三）完全燃烧时的烟气量( (当当=1和和=1.2时时) )a)a)理论烟气量理论烟气量( ( =1) ) 可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求b)b)实际烟气量实际烟气量( (=1.2) )可行 性研究勘察、初步勘察及详细勘察三个阶段，工作深度和精度应分别符合选择场址要求、初步设计要求及施工图设计要求（四）燃料特性系数（四）燃料特性系数