燃料燃烧及热平衡计算参备考资料.doc
,燃料燃烧及热平衡计算参考3.1 城市煤气的燃料计算3.1.1 燃料成分表2.2 城市煤气成分（%）2成分CO2COCH4C2H6H2O2N2合计含量105225462101003.1.2 城市煤气燃烧的计算1、助燃空气消耗量2（1）理论空气需要量Lo= Nm3/Nm3 (3.1) (3.1)式中：CO 、CH4 、 C2H6 、 H2 、 O2每100Nm3湿气体燃料中各成分的体积含量（Nm3）。则Lo= = 4.143 Nm3/Nm3（2）实际空气需要量 Ln=nL0, Nm3/Nm3 (3.2) (1.2)式中：n空气消耗系数，气体燃料通常n=1.051.1现在n取1.05，则 Ln=1.054.143=4.35 Nm3/Nm3（3） 实际湿空气需要量Ln湿=（1+0.00124）Ln，Nm3/Nm3 （3.3）则Ln湿=（1+0.0012418.9）4.35=4.452 Nm3/Nm32、天然气燃烧产物生成量（1）燃烧产物中单一成分生成量 (3.4) (3.5) (3.6) (3.7)式中CO 、CH4 、 C2H6 、 H2 每100Nm3湿气体燃料中各成分的体积含量。则 Nm3/Nm3=0.046 Nm3/Nm3=3.54 Nm3/Nm3=1.152 Nm3/Nm3（2）燃烧产物总生成量实际燃烧产物量 Vn = VCO2+VO2+VN2+VH2O Nm3/Nm3 (3.8)则V n=0.47+0.046+3.54+1.152=5.208 Nm3/Nm3理论燃烧产物量V0=Vn（n1）LO (3.9)V0=5.208（1.051）4.143=5.0 Nm3/Nm3(3) 燃料燃烧产物成分2 (3.10) (3.11) (3.12) (3.13)则 3.1.3 天然气燃烧产物密度的计算3已知天然气燃烧产物的成分，则： 烟=，kg/Nm3 (3.14) 式中：CO2、H2O、N2、O2每100Nm3燃烧产物中各成分的体积含量烟= Nm3/Nm33.1.4 天然气发热量计算高发热量Q高=39842CH4+70351C2H6+12745H2+12636CO（kJ/Nm3 （3.15） 低发热量Q低= 35902CH4+64397C2H6+10786H2+12636CO (kJ/ Nm3) （3.16）式中：CH4、C2H6、 H2、CO 分别为天然气中可燃气体的体积分数（%）。则Q高=398420.22+703510.05+127450.46+126360.05=18777kJ/Nm3Q低=359020.22+643970.05+107860.46+126360.05=16710kJ/ Nm33.1.5 天然气理论燃烧温度的计算 （3.17）式中：t理理论燃烧温度（） Q低低发热量(kcal/ Nm3)，Q低=16710kJ/ Nm3 Vn燃烧产物生成量（Nm3/Nm3）, Vn=5.208Nm3/Nm3 C1燃烧产物的平均比热KJ/(Nm3 )。估计理论燃烧温度在1900左右，查表3取C1=1.59 kJl/(Nm3 则 3.2 加热阶段的热平衡计算采用热平衡计算法, 热平衡方程式： Q收1Q支1 （3.18）3.2.1 热收入项目 天然气燃烧的化学热Q烧Q烧=BQ低 (3.19) 式中:B1熔化室燃料的消耗量(Nm3/h) 83.2.2 热量支出项目1、加热工件的有效热量是物料所吸收的热量Q料，用下式计算【4】 【5】：Q料=G（t料t初）C料 (3.20) 式中:G物料的重量（kg/h ）,炉子加热能力为G=151813=3510 kg/h.t料被加热物料的出炉温度（ ）， 查表得t料=160， t初被加热物料的进炉温度（ ），为室温，则t初=20 C料物料的平均热容量,kJ/(kg ) 查表得C料=0.88 kJ /(kg )则Q料=3510（16020）0.88=432432 kJ/40min2、加热辅助工具的有效热Q（料筐的吸热）Q=G辅（t辅t初） (3.21)G辅助工具的重量（kg/h ）， G=20015=300 0 kg C料物料的平均热容量,kJ/(kg ) 查表得C料=0.88 kJ /(kg )则Q =3000(160-20)0.448=188160 KJ/40min3、通过炉体的散热损失Q散1（1）炉墙平均面积 炉墙面积包括外表面面积和内表面面积。简化计算可得： F外墙=（7.385+3.544）5.3292=116.49 m2 F内墙=(6.95+2.964)4.7592=94.37 m2 F墙均 = （F外墙+ F内墙）2=（116.49+94.37）2=105.43 m2 (2)炉底平均面积 炉底面积包括外底面面积和内底面面积。简化计算可得：F底均=(6.952.964+7.3853.544)2=23.39 m2(3)炉顶平均面积 由于炉子是规则的长方形，故炉底和炉顶近似看做相等的面积，故 F顶均=F底均=23.39 m2 计算炉墙散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子，本炉子炉墙所用材料及厚度如下选用：外层为不锈钢钢板：s4=6mm，4=32.6W/(m)钢板是外壳，厚度较薄，计算炉体散热损失时，最外层温度计算到炉衬材料的最外层，钢板不计算在内。以下都是这样。内层也采用不锈钢板：s1=0.8mm，1=32.6W/(m) 炉衬材料：第二层为硅酸铝耐火纤维，s2=100mm, 2=0.083W/(m) 第三层硅钙板，s3=75mm, 3=0.056+0.1110-3 tW/(m) 炉墙结构如下图： 图3.1 时效炉炉墙结构图计算炉墙散热，根据下式： (3.22)首先，炉内温度达到250才可以满足要求，因为炉膛内壁为不锈钢板，导热极好，可以计算可以忽略。第二层耐火纤维内侧温度为=250。我们假定界面上的温度及炉壳温度，=135，=60， 则耐火纤维的平均温度=（250+135）/2=192.5,硅钙板的平均温度 =（135+60）/2=97.5，则=0.083 W/(m)=0.0560.1110-3 97.5=0.0667 W/(m) 当炉壳温度为60，室温ta=20时，查表得=12.17 W/(m2)求热流 验算交界面上的温度、=135.06 =5%，满足设计要求。计算炉壳温度t1t5=27.760，满足满足炉壳表面平均温度60的要求。计算炉墙散热损失Q墙散=qF墙均=95.4105.43=10058W=36207 KJ/40min计算炉底散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子，本炉子炉底和炉顶结构和炉墙类似，它们的热流密度平均综合起来计算。通过查表得知炉顶炉底的综合传热系数为：13.93 W/(m2.)， 9.83 W/(m2.）Q顶底=(+)2=11.88 W/(m2.）则炉底和炉顶的散热量为 Q顶底= q1（F底均+F顶均) =107.5（23.29+23.29)=5029 W =12069KJ/40min通过炉体的散热量为Q散= Q顶底+Q墙散=36207+12069=48276 KJ/40min4、废烟气带走的热量Q烟Q烟=BVnt烟c烟 (3.23) 式中：Vn实际燃烧产物量（N Nm3/Nm3），前面计算得V n=5.208 N Nm3/Nm3 t烟出炉废烟气温度（）， t烟=160 c烟出炉烟气的平均比热容，查表得c烟=1.42 kJ/(Nm3)则 Q烟=B5.2081601.42=1183B5、炉子的蓄热Q 炉体的蓄热可分为三部分，金属的蓄热Q金、耐火纤维毡的蓄热Q耐、和硅钙板、蓄热Q板。查表可知：金属的比热容C金=0.49 KJ/(Kg.) 耐火纤维毡的比热容C耐=0.835 KJ/(Kg.) 硅钙板的比热容C板=0.75 KJ/(Kg.) Q=GC金(t均-to）则Q金=435708 KJ/40min Q耐=110565 KJ/40min Q板=166725 KJ/40minQ蓄=Q金+Q耐+Q板=435708+110565+166725=712998 KJ/40min 6、燃料漏失引起的热损失Q漏Q漏=BKQ低 (3.24) 式中：K燃料漏失的百分数，对于气体燃料，指经储气器和气管漏气，取K=1% 则Q漏=B1%16710=167.1B7、燃料不完全燃烧的热损失Q不 在有焰燃烧炉中，废烟气中通常含有未燃烧的可燃气体，对于城市煤气，它的不完全燃烧的热损失用下式：Q不=BVnbQ低 (3.25)式中b为不完全燃烧气体的百分比，取2%。Q不=B5.2082%16710=1740B8、其它热损失Q它 例如炉子计算内外表面积时，实际炉子比计算中的要复杂，表面积要比计算的大，这部分还有能量损失。等还有其它的损失。其它热损失约为上述热损失之和的5%7%，取7%，故Q它=0.07（Q料+Q辅+Q散+Q蓄+Q烟+Q漏+Q不) (3.26)根据热量的收支平衡，由公式（3.14），可从中求出每小时的平均燃料消耗量B。Q烧=Q料+Q辅+Q散+Q蓄+Q烟+Q漏+Q不 +Q它 (3.27)代入前面计算数值得16710B=3307.5B+1478596.6则B=110.3 Nm3/40min=165.45 Nm3/h在工程设计中，炉子的最大燃料消耗量应比理论消耗量大，即：Bmax=(1.31.5)B式中：1.31.5为燃料储备系数。取1.3，则Bmax=1.3110.3=143.4 Nm3/40min=214.5Nm3/h根据最大燃料消耗量来确定燃烧器的数目，其总燃烧能力应大于Bmax3.2.3 利用求得的B值计算上面的未知量 天然气燃烧的化学热Q烧= BQ低=110.316710=1843113 kJ/40min 废烟气带走的热量Q烟=1183B=1183110.3= 130485 kJ/40min 燃料漏失引起的热损失Q漏=167.1B=167.1110.3=18431 kJ/40min 燃料不完全燃烧的热损失Q不=1740B=1740110.3=191922 kJ/40min Q它=0.07（Q料+Q辅+Q散+Q蓄+Q烟+Q漏+Q不） =0.07（432432+188160+48276+712998+130485+18431+191922） =120589 kJ/40min
