第二章 燃料的燃烧计算 本章主要讨论“燃燃料料燃燃烧烧的的计计算算方方法法”, 其主要目的是:确定燃烧所需的空空气气量量和所达到的温度,计算燃烧所产生的烟气量。 这是热力装置和设备的基本计算，是进行热平衡计算、热力计算、空气动力计算的前提。希望能引起大家的重视。在讲解具体内容之前，为了方便讨论，我们先进行一些假定： 考虑到空气和烟气的所有组成成分所处的状态, 都可以相当准确地把它们当作理想气体来处理, 这在工程上进行燃烧计算是足够准确的。在讨论燃烧计算时,仅考虑单位燃料的情况,单位燃料就是指每kmol、每kg或每m3的燃料。在计算过程中, 涉及到的所有空气和气体容积的单位都是标准立方米用Nm3表示:即以标准状态(0,1atm)下的立方米为单位.因此,1kmol气体在标准状况下的容积都是22.4Nm3。 That is 1.理想气体 (air、smoke) 2.单位燃料 (kg、kmol、m3) 3.标准状况 (0,1atm)第一节 燃烧过程的物质平衡计算 一.燃烧反应方程式: 燃烧是燃料中的可燃元素成分C、H、S与空气中的氧在适当条件下(温度和时间)所产生的一种 强烈的化学反应 ,因此,各元素与氧反应的方程式即燃烧反应方程式,即 C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2 对燃料中的碳氢化合物CnHm来说, 燃烧反应方程式可由待定系数法写出: 设 CnHm + xO2 yCO2 + zH2O 列出平衡方程: 2x =2y + z y=n 2z = m 可得通式为: CnHm + (n+m/4)O2 nCO2 + (m/2)H2O 二.燃烧用空气量计算:1.理论空气量计算理论空气量计算: 人们在进行燃烧计算时, 都把燃烧产物中不再有可燃物质的燃烧过程称为完完全全燃燃烧烧。否则就叫不完全燃烧不完全燃烧。 理论空气量就是从理论上分析，燃料完全燃烧时所需的空气量。理论空气量可以根据燃料中各可燃成分在燃烧时所需的理论空气量相加而计算出。 在1Kg燃料中,包含的可燃物质: 碳为Car/100 Kg, 氢为Har/100 Kg, 硫为Sar/100 Kg. 碳燃烧反应方程式为: C + O2 CO2 12Kg 22.4Nm3 22.4Nm3 Car/100 Kg 碳燃烧所需的理论氧量为 Vo2C=22.4/12Car/100=1.866Car/100 m3/kg燃料 同理,氢燃烧方程式为: 2H2 + O2 2H2O 41.008Kg 22.4Nm3 222.4Nm3 Har/100Kg的氢完全燃烧所需氧量为:Vo2H=22.4/41.008Har/100=5.55Har/100 Nm3/Kg燃料硫燃烧反应式是: S + O2 SO2 32Kg 22.4m3 22.4Nm3Sar/100 Kg硫完全燃烧所需氧量为Vo2S= 22.4/32Sar/100=0.7Sar/100 Nm3/Kg燃料 另外,每Kg燃料中本身还含有Oar/100 Kg的氧, 这些氧的体积为: Vo2inh=22.4/32Oar/100=0.7Oar/100 Nm3/Kg燃料 所以可见: 1Kg燃料完全燃烧所需的氧,就等于上述各可燃物质完全燃烧所需氧量之和再扣除燃料本身的含氧量,即: Vo20= Vo2C + Vo2H + Vo2S - Vo2inh 代入各式得: Vo20=1.866Car/100+5.55Har/100+0.7Sar/100 0.7Oar/100 Nm3/Kg燃料 空气中氧的容积百分比是21,所以1Kg燃料燃烧所需的理论空气量为 Vo=1/0.21Vo20 =0.0889Car+0.265Har+0.0333Sar0.0333Oar =0.0889Kar+0.265Har 0.0333Oar Nm3/Kg燃料 式中:Kar=Car+0.375Sar, 引入这一系数Kar的理由是因为烟气分析时CO2和SO2通常是一起测定的,统称为RO2 (三原子气体),因此,这里也把Car和Sar合并一起。 因空气的密度为=1.293 Kg/Nm3(标况下：0、1atm) 也可得到按质量计的理论空气量为: Lo=1.293Vo=0.115Kar+0.342Har0.043Oar Kg空气/Kg燃料 从理论空气量公式可看出,每1Kg氢所需的理论空气量是26.5Nm3 (22.4/41.0080.21),1Kg 碳所需的理论空气量为8.89Nm3,氢需的理论空气量等于碳的三倍左右。另一方面 : 氢的热值是 120370KJ/Kg, 碳的热值是32866KJ/Kg氢热值也等于碳热值的三倍左右。所以对这两种可燃元素来说,理论空气量大致和发热量成正比。 因固体燃料和液体燃料中含有大量的碳和氢, 粗略地说, 这两类燃料的热值大致等于所含元素成分的发热量之和(由于化合物的结构不同,这种说法是不十分准确的)。而燃料燃烧时所需的理论空气量则无疑地等于各元素成分的理论空气量之和,这样,虽然各种燃料所含碳和氢的百分比相差甚大, 但由于碳和氢的理论空气量与发热量(Vo/Qnet)的比值几乎相同,所以各种燃料的理论空气量与发热量之比也大致是一个常数。从这个观点出发, 就出现了一些计算理论空气量的经验公式,这个大家请参看表2-4,表2-5两个表中所列公式。这两个表都是录自外国文献,在使用上有一定的局限性, 我国近年来也出现了一些经验公式,例如中国煤炭科学研究总院提出的: 对贫煤及无烟煤(Vdaf15的烟煤 Vo= 25010-6 Qnet,ar +0.278 Nm3/Kg对劣质煤(Qnet,ar12500 KJ/Kg) Vo= 24010-6 Qnet,ar +0.108 Nm3/Kg 2.实际空气需要量及过量空气系数 在各种燃烧设备的实际运行中, 由于现有的燃烧设备难于保证燃料和空气的彻底混合,因此,为了使燃料尽可能地完全燃烧,就必须供应比理论空气量更多的空气,这样才能保证燃料有充分接触空气的机会, 实际供给燃烧室燃烧的空气量就称为实际空气量(V或L), 实际空气量总是大于理论空气量,两者的比值称过量空气系数：= L/Lo 或 =V/Vo 实际空气量与理论空气量之差称为过量空气量 (L或V) V = V - Vo= (-1) Vo 这部分空气并不参加反应, 但它吸收炉内热量后随烟气将热量排放到大气中,造成排烟热损失,所以说,过大,过剩空气量V过大,就会增加排烟热损失, 对热能利用不利。但值过小时,又会增加不完全燃烧的程度,也对燃烧不利,使燃料的化学热不能充分发挥。由此可见,过大或过小都将使燃烧设备的热效率下降, 这就要求我们要正确选择和控制燃烧过程中的值, 尽可能使值处于一个较为合理的范围内。当然,对于不同的燃料,不同的燃烧室 ,值的最佳范围值是不一样。但是, 先进的燃烧设备总是应该在保证燃烧完全的前提下，尽量使过量空气系数趋近于1。 如何选取呢?主要取决于下面几个因素: (1)燃料的种类燃料的种类:对气体燃料:因它易与空气混合,可小些, 工业设备一般控制在 = 1.051.20 民用燃具一般控制在 = 1.31.8对液体燃料:值比气体燃料的较大些, 工业设备一般控制在 = 1.101.30对固体燃料:因它与空气的接触最差,最大 链条锅炉 一般控制在 = 1.31.4 农用柴炉柴灶 一般控制在 = 1.42.0 (2)燃料的粒度燃料的粒度 燃料的粒度越小,愈易和空气混合值就可愈小。 (3)燃烧设备的构造和操作方法燃烧设备的构造和操作方法 这个因素也对值选取有很大影响,例如: 同样使用烟煤时:人工操作燃烧室 = 1.501.70 (手烧炉窑)机械燃烧室 = 1.201.40悬燃炉 = 1.151.20链条炉 = 1.31.40 此外,对正在运行的设备进行热平衡测算中,常常根据烟气分析来计算出值, 进而控制燃烧过程总处于最佳的范围内,以实现节能。这在烟气计算中详细讲述。 三三. .烟气量计算烟气量计算 燃烧产物的计算,一般包括下列内容: (1)烟气组成 (2)烟气量计算 (3)燃烧前后工质的摩尔数变化 课上仅讲烟气量计算方法 对固体或液体燃料完全燃烧时,燃料中的各元素成分C.H.O.N.S便形成了各种烟气. 燃料中: C CO2 S SO2 H H2O N2 N2 O2消耗于各反应中；过量空气中: O2, N2, H2O 即燃烧所用的实际空气中还有过量的氧(O2) 以及惰性气体N2和少量H2O也都混入烟气之中。 下面我们来分析各项的数值 1.二氧化碳和二氧化硫体积二氧化碳和二氧化硫体积VRO2 C + O2 CO2 S + O2 SO2 VRO2=VCO2+VSO2=1.866Car/100+0.7Sar/100 = 1.866Kar/100 Nm3/Kg燃料 其中 Kar = Car + 0.375Sar 2.理论氮气体积理论氮气体积 VN20 VN20有两个来源 (1)燃料中的氮气成分 (2)理论空气量V0中的氮 VN20 =22.4/28Nar/100+ 0.79V0 = 0.8Nar/100+ 0.79V0 Nm3/Kg燃料 式中0.79是干空气中氮气的容积组成。 3.过量空气中的氮及氧气体积过量空气中的氮及氧气体积 过量空气的体积为 V=(-1)V0 Nm3干空气/Kg燃料 ,其中 氮气体积为:VN2 = VN2 - VN20 = 0.79(-1) Vo= 0.79V Nm3/Kg 氧气体积为:VO2=0.21V =0.21(-1)V0 Nm3/Kg 4.理论水蒸汽体积理论水蒸汽体积VH2O0 VH2O0有四个来源: (1)燃料中水分带来的水蒸汽体积为 22.4/18Mar/100= 0.0124Mar/100 (2)燃料中氢燃烧生成的水蒸汽体积 H2+ 1/2O2H2O Har/100Kg 氢产生的水蒸汽为: 22.4/2Har/100= 0.112Har Nm3/Kg (3)(3)理论空气量带入的水蒸汽体积理论空气量带入的水蒸汽体积理论空气量带入的水蒸汽体积理论空气量带入的水蒸汽体积: 设空气中相对于1Kg干空气中含有的水蒸汽量为d(g/Kg干空气),1Kg干空气指1Kg纯干空气和d 克水汽的湿蒸汽,干空气的密度为1.293Kg/ Nm3,水蒸汽的密度为: 18/22.4= 0.804 Kg/ Nm3 则得每Nm3空气中所含水蒸汽的体积应为 平均含湿量干空气的密度 d/10001.293 = 水汽密度 0.804 = 0.00161d Nm3/Nm3干空气 理论空气量Vo带入的水蒸汽体积为0.00161dVo Nm3/Kg燃料, 一般取d=10g/Kg,因此,理论空气量Vo带入的水汽体积为0.00161Vo Nm3/Kg燃料 (4)(4)在在在在采采采采用用用用蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽雾雾雾雾化化化化的的的的工工工工业业业业炉炉炉炉窑窑窑窑中中中中, ,随随随随同同同同燃燃燃燃料料料料一一一一同同同同喷喷喷喷入的水蒸汽体积入的水蒸汽体积入的水蒸汽体积入的水蒸汽体积为 22.4/181*Wwh = 1.24 Wwh Nm3/Kg燃料 Wwh雾化用的蒸汽消耗率 Kg/Kg燃料 这样就得到理论水汽体积为: V VH2OH2Oo o=0.0124M=0.0124Marar+0.112H+0.112Harar+0.0161V+0.0161Vo o+1.24W+1.24Wwhwh Nm3/Kg燃料 5.过量空气中的水蒸汽体积 VH2O=VH2O-VH2Oo=0.00161d(-1)Vo Nm3/Kg 有时并入过量空气体积 (-1)Vo, 而得到 (1+0.00161d)(-1)VoNm3湿空气。如取d=10, 则得到1.016(-1) VoNm3/Kg .另得水蒸汽体积为: VH2O= VH2Oo + 0.0161(-1)Vo Nm3/Kg 现在,关于完全燃烧情况下,烟气量的计算已经基本讲完,而不完全燃烧情况下的烟气量计算十分复杂,完全依靠理论计算在目前是无法进行的, 目前进行的都是在一些近似处理后的计算,准确确定主要靠实验,所以我们在这里就不讲了,请大家看一下。 同时，烟气地量也可按另一种方式整理为: Vy = Vgy + VH2O Vgy 干烟气体积 Vgy=VRO2+VN2+VO2=VRO2+VN2o+(-1)Vo Nm3/Kg 这是对固体和液体燃料情况。 而对气体燃料燃烧，其烟气量计算原理类同， 我们不再详细推导，记住公式会用就行了。第二节第二节 烟气分析及应用计算烟气分析及应用计算一.烟气分析 烟气分析的任务就是：确定燃烧设备实际运行中的 (1)烟气成分 (2)过量空气系数, 其分析论据是: 当改变时,烟气各成分也将产生不同的变化,例如: 当增加时： (1)空气的氧VO2及VN2(大幅度增加),而VRO2不变; (2)干烟气量Vgy=VRO2+VN20+(-1)V0也增加。 因此,RO2占干烟气 (VO2/Vgy100)的百分比就减少,而O2及N2占干烟气的百分比就增加。所以说, 我们只要测量出烟气中的RO2及O2等百分比,就可以间接地推算出值。以便于较好地控制和改善燃烧过程。 烟气分析实际上就是气体分析，最常用的奥氏分析仪，气相色谱仪和红外线气体分析仪等，这与沼气实验中所用仪器相同，分析原理也一样。 烟气分析方法:化学式:测定准确,不能连续自动监测.物理式:可自动连续工作. (1)奥氏奥氏(Orsat)分析仪分析仪 工作原理:利用某种化学药品与烟气接触,有选择性地吸收烟气中某一组分,而不能吸收其它成分,经过选择性吸收后,烟气的容积减少了,则烟气容积的差值就是被吸收成分的容积。 常用的吸收剂是: 氢氧化钾溶液吸收RO2: 2KOH + CO2 K2CO3 + H2O 2KOH + SO2 K2SO3 + H2O 焦性没食子酸的碱溶液吸收O2:(同时会吸收RO2) 4C6H3 (OH) 3+O24(OH) 3C6H2+2H2O氯化亚铜的氨溶液吸收CO:(同时会吸收O2) Cu(NH3) 2Cl+2COCu(CO) 2Cl+2NH3使烟气按上述顺序分别通过这三种顺序, 即可确定出各烟气成分RO2,O2,CO, N2 = 100 - RO2-O2-CO 2. 红外线气体分析技术红外线气体分析技术 理论基础：在传热学中讨论固体间的辐射换热时, 都假定固体间的介质对热辐射是透明体, 没有涉及气体和固体的辐射换热。这时介质的存在并不影响固体间的辐射换热。 对分子结构对称的双原子气体和单原子气体来说, 在工业上常见的高温范围内实际上发射和吸收辐射能的能力非常低,可以认为是热辐射的透明体,例如:H2,O2,N2,空气,及单原子气体He、Ne等,对125m 的红外线均无吸收能力。 但是,对三原子CO2、H2O、SO2、多原子CH4及分子结构不对称的双原子气体CO等, 一般都具有相当大的辐射与吸收能力。当有这类气体出现时, 就要考虑这类气体的辐射与吸收计算。因为在烟气中常包含有一定浓度的CO2、SO2、H2O、CO等主要辐射成分,因此, 研究这类气体的辐射能力就特别重要。这类气体辐射的两个特点: 对波长的选择性气体吸收是在整个容积中进行的 对波长的选择性 根据基尔霍夫定律可知:物体的辐射力越大,其吸收率就越大,也就是说,善于发射的物体必善于吸收,或者说,辐射能力大,则吸收能力也大,这类三原子气体、多原子气体和结构不对称的双原子气体,对红外线(0.7640m之间)都有一定的吸收能力,对不同的气体,则有不同的吸收波长和吸收能力。 例如: CO2的三个吸收波段为: 2.652.80、 4.154.45、 13.017.0m H2O的三个吸收波段为: 2.552.84、5.67.6、 1230m 在这些波段范围之外,对热辐射呈透明体,无吸收能力。 工作原理: 大多数的多原子气体(CO、CO2、CH4、H2O汽等)对红外线(指0.7640m之间)都有一定的吸收能力,而且不同的气体有不同的吸收波长和吸收强度。例如CO2的两个吸收波段为2.652.80m、4.154.45m,在其外CO2的吸收能力就低。而一些双原子气体(H2、N2、O2等) 以及单原子气体(He、Ne等), 对125m波长的红外线均不吸收。 实验表明:被吸收的程度(辐射能数量) 与吸收介质的浓度成比例,一般可用朗伯贝尔定律确定: I = Ioexp(kc) 其中 I吸收前射线强度 Io吸收后射线强度 k常数 c介质浓度 因此,当红外线通过这些气体(介质)时,它的能量就会被气体吸收一部分, 其被吸收的程度与该气体的容积浓度有函数关系,因而可以测定出该气体的浓度。 气体吸收是在整个容积中进行的气体吸收是在整个容积中进行的 固体、液体的辐射与吸收都具有在表面上进行的特征，气体的辐射与吸收是在整个容积中进行的。当有辐射能投射到这种气体界面时, 这个能量将在辐射行程中被气体吸收削弱,即吸收与气体的形状和容积有关。 当辐射能通过吸收性气体层时, 因沿途被气体吸收而削弱。这种削弱的程度取决于辐射强度和沿途中碰到的气体分子数目, 而分子数目又 和 射 线 行 程 长 度 及 气 体 密 度 有 关 =f(p,T)。结构原理结构原理 稳流电源供给约1.35A的恒定电流 , 使辐射器温度达600800时,便可辐射出约27m的红外波. 滤光片:可将烟气中其它成分能吸收的红外光统统滤去。 从两个完全相同的红外光源中发出的具有一定波长的红外光分别穿过比较室和试样室射入检测器的左右两室中,在检测器中封入能够吸收红外光源发出的一定波长的红外线的气体,通常为待测气体成分。在检测器的左、 右室之间，装一个膨胀式薄膜将两室完全隔开，当左右室之间产生压差时，薄膜便会向左或向右凸出来, 当比较室中封入不吸收红外线的惰性气体(如N2)时,而在试样中,试样气体以规定的速度连续流过(稳定性)由于比较室中的N2不吸收红外光,因此该红外光在穿过比较室时,其能量没有被衰减。 而穿过试样室的红外光被流过该室的气体吸收了一部分能量, 其被吸收的能量的大小与试样气体中含的待测气体成分的分子个数成比例。因此, 使得送入检测器右室的红外光能量小于送入左室的红外光能量。使左、右室之间产生压力差，于是薄膜便被推向右方。该膜片与一铝合金园柱体组成一个电容器，由于动板(薄膜片铝箔)变形而使电器的极间距离发生变化, 即电容量发生变化。 这个电容器接入RC电路,由电工学知识知道:电容器极板上电量Q与其电压U成正比,其比例常数为C电容. 即 C = QU Q电量 U电压(U = 67 V) 为保持电容器电压U=67V不变,当电容由大变小,膜片膨胀时即d由小增大,电容器所容纳的电荷也由大变小, 电容向电源放电; 反之,当C由小增大时,电源向电容充电, 这个充电电流在前置放大器线路中的高阻R上产生压降V出 V出= IR (这里R值很大) 放大作用 这个讯号V出经主放大器放大后,即可由记录器指示和记录。 为了将直流信号(V出)变换为交流电信号,在两个红外光源与比较室、试样室之间安装了叶片式遮光器, 称为斩波器。当测量时，由于遮光器以一定转速均匀稳定的旋转，使射向比较室和试样室的红外光变成了断续的光束。当遮光器将红外光完全遮住时，红外光便不能被送入检测器这时，检测器的左、右两室压力相等，薄膜便返回中央位置。于是薄膜产生了与遮光器转速同步的振动。例如其振动频率为12.5Hz,这样就把电容量的变化变成交流信号,这个交流信号的振幅与试样中被测气体的浓度成比例。 用途：测CO、CO2、CnHm、NOx等成分,其中分析CO和CO2的仪器占3/4。 二.烟气中一氧化碳量的计算方法 计算公式为: 21-(1+)RO2-O2 CO = 0.605+ 其中对固体液体的燃料特性系数 =2.37(Har-Oar/8)(Ca r+0.375Sar) 三三. . 完全燃烧方程式完全燃烧方程式 在完全燃烧情况下 CO=0,由上式: RO2= (21-O2)(1+) 当O2=0时: RO2max= 21( 1 +) 四四. .过量空气系数的确定方法过量空气系数的确定方法 (1)(1)完全燃烧时完全燃烧时,的确定的确定 由定义: =V/Vo=1(1-VV) V可由过剩氧量决定: 因为O2=(VO2/Vgy)100 V=VO2/0.21=O2Vgy/21 V可由烟气中氮量决定(忽略燃料中含氮量,认为烟气中氮量全部来自空气) V=VN2/0.79=N2Vgy/79 得 =11(79O2)(21N2) 因为N2=100-(RO2+O2)则 =2121(79 O2)(100-(RO2+O2) (2).不完全燃烧时,的确定公式 固体、液体燃料 21 = O2-0.5CO 21 - 79 100-(RO2+O2+CO)第三节 燃料的燃烧温度及其计算 燃烧温度就是指烟气的温度,即书中写的,气态燃烧产物的温度。人们在研究和计算燃烧温度时，为了方便起见，就建立了三种燃烧温度的概念。量热计温度 理论燃烧温度 实际燃烧温度 在燃烧过程中，使烟气获得温度的能源主要是两个进入热量: 燃料的发热量Qnet 燃料和空气带入的显热hrk支出热量共有: 传热损失量Qcr 产物离解吸热量Qlj 对外作功量W 不完全燃烧损失Qwr烟气能量的增加: 烟气显热hy 由热力学第一定律:进入系统能量离开系统能量=系统中储存能量的增加 (Qnet+hrk) - (Qcr+Qlj+W+Qwr)= hy 关于这些燃烧温度的概念和计算, 我们可以通过燃烧过程的能量平衡方程式来讨论,给予说明。下面分析一下。 以烟气为系统，作一简图：Qlj ljQwrwr hy yQnetnetHrkrkWQcrcr 大家回顾一下工程热力学的内容,焓的表达式是 h= u + pv 式中: u内能,即1Kg工质内部储存的能量。 pv推动功,即1Kg工质移动时所传输的能量。 h表示1Kg工质进入系统后系统所获得的总能 量, 即二者之和。1.1.能量有内能与外能之分能量有内能与外能之分：外能物体宏观运动具有的能量: 机械能(动能、机械能)内能体系内微观粒子的总能量: 分子动能(平动、转动、振动) 分子位能分子间作用力 2.显热物态不变的情况下，物质发生温度变化时所吸收或放出的热量。3.潜热温度不变的情况下,物质发生相变时,所吸收或放出的热量。4.焓是一个组合状态参数: 流动工质的内能与推动功(流动功)之和, 焓是 随物质的转移而转移的能量。5.推动功是推动流体前进所必需消耗的功。通常是由泵或风机加给流动工质的功。 焓是一个状态参数，与所达到该状态的路经无关。因为在燃烧计算中，有关燃料、空气以及烟气等的显热都是相对于某一基准状态而计算的，所以说在此应用焓的概念对计算是十分方便的。在计算焓的相对变化时，通常人为地规定以0为基准温度，0时的焓值为零,即h0=0, 若以0时的焓值为起始点, 则任意温度t时的焓值h实质上就是从0计起的相对值。 先回顾比热的定义： 单位质量的物体温度升高1度所需的热量,即C=dq/dt 开口系统的热力学第一定律对可逆过程有dq=dh- vdp 当定压时, dp = 0 Cp=(dq/dt)p=(dh-vdp)dtp=(ht)p 对理想气体,因为 h = f(t)只与温度有关,则可写出 Cp=(ht)p=dhdt dh = Cpdt 积分12dh =12Cpdt h2-h1 = Cpm12 (t2-t1) 令t1=0 则h1=0 t2= t(任意) 则h2=h1 (t温度时的焓值) ht = Cpm0t.t ht每Kg工质的焓(KJ/Kg) Cpm0t工 质 从 0到 t间 的 定 压 平 均 比 热(KJ/Kg.)。 我们利用这个公式就可以导出燃烧温度表达式。 因为hy表示每Kg燃料燃烧后烟气的热焓,(KJ/Kg燃料); ht表示每Kg工质所具有的热焓, (KJ/Kg烟气). 而1Kg燃料燃烧后生成的烟气并不是1Kg。它生成的是my kg的烟气,所以就有关系 hy =myht= myCyty my每kg燃料生成的烟气量,可求为:1kg 燃料燃烧时,供给的空气量为Lo,燃烧前后质量守恒,则知, my=(1+Lo) Kg/Kg燃料 即: 1Kg燃料+LoKg空气 (1+Lo)Kg烟气 hy=(1+Lo)Cyty 代入到能量平衡方程中得到: ty=(Qnet+hrk)-(Qcr+Qlj+W+Qwr)(1+Lo)Cy 这就是计算实际燃烧温度的理论公式, 但因为公式中Qcr项是散热损失量,在实际中要准确测出Qcr值是极其困难的, 所以要直接应用此式准确计算燃烧温度还是不可能的。因此,为了实际计算,就得进行一些近似, 这在工程上是可行且有效的措施。 首先,假设Qcr=0, 即认为燃烧过程是在完全绝热条件进行的,同时,不考虑对外作功量和不完全燃烧损失,即W=0,Qwr=0,在这种条件下,就得到所谓的理论燃烧温度的计算公式： tyo=(Qnet+hrk-Qlj)(1+Lo)Cy 可以看出:理论燃烧温度比实际燃烧温度要高。 但在实际应用中, 人们一般所说的理论燃烧温度都不包括Qlj项,即不考虑燃烧产物的离解影响,Qlj将项略去后,即得: tyo=(Qnet+hrk)(1+Lo)Cy 这个温度在许多资料上都称为量热计温度(Tcr) ( 或测热计温度),就是指燃料完全燃烧后所放出的热量以及燃料和空气所带入的显热,全部都给了烟气,这种情况下的烟气温度就称为量热计温度, 它比前面公式中的理论燃烧温度还高,其区别在于是否考虑产物离解吸收热量。 因为量热计温度的定义从建立到现在一直都不统一 ,有些文献在量热计温度的定义中还规定有=1的条件。所以说,鉴于这种情况,现在有许多人都把量热计温度也归于理论燃烧温度, 将此式称为理论燃烧温度的应用计算式。 如果理论燃烧温度的计算在=1的完全燃烧情况下进行,同时变为供给燃料和空气的温度都是0,即此时hrk=0,那么由此而得的温度显然只取决于燃料的化学组成而与其它因素无关。 (tyo)max=Qnet(1+Lo)Cy其中:Qnet取决于燃料组成 Lo取决于燃料组成 Cy在(tyo)max时仅取决于烟气组成 所以,这个温度是燃料的一个非常重要的热特征参数,用来表示在各种条件下燃料燃烧所可能达到的温度上限。 二. 燃烧温度计算 1.理论燃烧温度计算 tyo=(Qnet+hrk)(1+Lo)Cy Cy=f(烟气成分,tyo) 其中: Qnet,Lo一般为已知, hrk在知道了燃料度供给空气的温度后,也很容易知道。而 Cy是与烟气组成和烟气温度tyo有关的双元函数 Cy=f(烟气成分,tyo), 只有在tyo一定时,才能根据烟气组成求出。但现在 ty未知,故Cy无法直接求出, 但对于这样一类一个方程中两个未知数的方程可用试算法解出。即:Cy=CiXi 假设tyo查出各烟气成分平均比热 C1 ,C2 .Cytyo (二者相对误差在2以内时才算接近) 二者对比,反复计算:计算值假定值时,tyo即为所求。 2. 考虑高温离解影响的理论燃烧温度计算 计算十分复杂, 况且一般仅在高温下离解吸收的热量才比较明显,一般在燃烧中可不予考虑。 在工业炉中,当ty=1500,烟气中CO2含量为10时 ,只有0.7的CO2发生分解,水蒸汽的分解量趋于零,离解所吸收的热量也就很少。因此在实际计算中,当ty1500时,CO2和H2O离解的影响可以忽略不计。 但当ty18002000时,离解反应开始明显,就应考虑CO2和H2O的离解吸热。 在农村用能设备燃烧温度计算时, 一般都不考虑离解影响,所以此内容不作要求,如同学们有兴趣的话可以自己看看。 3.实际燃烧温度计算 书中写了两个估算公式,非常实用方便,大家自己看就能用。 三. 影响燃烧温度的因素 ty=(Qnet+hrk)-(Qcr+Qlj+W+Qwr)(1+Lo)Cy 从燃烧温度计算公式中可以看出, 影响燃烧温度的主要参数是:燃料热值,燃料与空气显热,各种热量损失,烟气量等,下面分别分析讨论一下: 1. 燃料低热值Qnet 显然Qnet愈高,则ty愈高,所以提高Qnet对提高燃 烧温度ty有利。 2.过量空气系数 从公式看出,ty与成反比,愈高,ty愈小,所以在实际运行中,应在保证完全燃烧前提下,尽量采用越小越好,这样对保证和提高ty有利。 3.空气中氧气浓度O2 空气中的O2愈大,则N2必愈小,过量空 气量愈小 ,Lo愈小,烟气量愈小,ty愈高,对提高ty有利。 当然,使用纯氧助燃,对提高ty十分有利, 但由于成本一般太高,应用不多。目前一般多采用富氧鼓风助燃,一般空气中O2=2830为最好。 4. 热量损失 热量损失主要指散热损失Qcr和不完全燃烧损失 Qwr,它使ty降低,是影响设备热效率的一个主要因素。 其措施就是尽力减少热损失,即l提高燃烧效率,尽可能达到完全燃烧。l提高炉体保温性能,减少炉体散热损失。 5. 燃料与空气的预热 对燃料与空气的预热, 不但可以增加燃料与空气的显热,提高ty,而且又不增加烟气量,这是提高ty所采取的非常有效的措施。在工程中,一般采用余热利用法,即用热工设备排出的余热来对燃料和空气进行加热的方法, 是一种广泛使用的节能技术。 由于燃烧时,空气量比气体燃料量大得多,因此预热空气对提高炉内燃烧温度的影响比较明显。