第六章 燃烧.ppt

第六章第六章 燃燃 烧烧粉体工程研究所粉体工程研究所主讲教师：李主讲教师：李 辉辉助课教师：郑伍魁助课教师：郑伍魁燧人氏钻木取火燧人氏钻木取火普罗米修斯盗取火种普罗米修斯盗取火种战国时期齐国田单的火牛阵战国时期齐国田单的火牛阵18、19世纪，人类相继发明了蒸汽机和内燃机第一次产业革命世纪，人类相继发明了蒸汽机和内燃机第一次产业革命第二次世界大战期间，燃烧技术开始用于航空航天第二次世界大战期间，燃烧技术开始用于航空航天玻璃熔窑玻璃熔窑陶瓷、耐火材料生产用隧道窑陶瓷、耐火材料生产用隧道窑水泥生产用回转窑和分解炉水泥生产用回转窑和分解炉热风炉热风炉材料生产的基本要求材料生产的基本要求优质、高效、低能耗优质、高效、低能耗清洁生产清洁生产合理设计、选用燃料燃烧设备及组织燃烧过程合理设计、选用燃料燃烧设备及组织燃烧过程 了解燃料的热工特性、燃烧过程，学会燃料燃烧计算了解燃料的热工特性、燃烧过程，学会燃料燃烧计算的方法的方法 强化燃烧强化燃烧-高能，高压，高温，高速燃烧。高能，高压，高温，高速燃烧。节节 能能高效率，低品位燃料燃烧。高效率，低品位燃料燃烧。环环 保保低污染低污染 （低（低NOx，SOx，CO2，粉尘，粉尘，噪音，有毒气体）燃烧。噪音，有毒气体）燃烧。近代燃烧技术：近代燃烧技术：氢氧燃烧；超音燃烧；高推重比燃烧；旋流（风）氢氧燃烧；超音燃烧；高推重比燃烧；旋流（风）燃烧；流化床燃烧，磁控燃烧；脉动燃烧；催化燃烧；流化床燃烧，磁控燃烧；脉动燃烧；催化燃烧；自蔓延燃烧；低温富氧燃烧等等燃烧；自蔓延燃烧；低温富氧燃烧等等 提提 纲纲6.1 燃料的种类（了解）燃料的种类（了解）6.2 燃料的组成及其表示方法（掌握）燃料的组成及其表示方法（掌握）6.3 燃料的性质（了解）燃料的性质（了解）6.4 燃烧计算（重点掌握）燃烧计算（重点掌握）6.1 燃料的种燃料的种类种类天然燃料人工燃料固体燃料 泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、油页岩、木柴 焦炭、粉煤 液体燃料 石油 汽油、煤油、柴油、重油、渣油等 气体燃料 天然气、石油拌气、矿井气 高炉煤气、发生炉煤气、炼焦炉煤气、地下气化煤气等 常用燃料种类常用燃料种类6.1 燃料的种燃料的种类RDF(Refuse Derived Fuel)燃料：燃料：由制造厂从一般垃圾中分拣出废由制造厂从一般垃圾中分拣出废塑料、废料渣、木屑等，经过破碎、干燥、压形、固化，制成的无塑料、废料渣、木屑等，经过破碎、干燥、压形、固化，制成的无害固体燃料。害固体燃料。垃圾发电、水泥工业辅助燃料垃圾发电、水泥工业辅助燃料 生物质生物质(Biomass)燃料：燃料：以生物质为原料生产的液态或气态燃料，以生物质为原料生产的液态或气态燃料，原料主要来自农林产品或副产品、工业废物及生活垃圾等有机物。原料主要来自农林产品或副产品、工业废物及生活垃圾等有机物。甘蔗渣甘蔗渣木屑木屑核桃壳核桃壳6.1 燃料的种燃料的种类6.2 燃料的燃料的组成及其表示方法成及其表示方法 燃料的组成及表示方法，随燃料种类的不同而不同。1.1.固体、液体燃料固体、液体燃料 元素分析组成 用元素分析方法（气相、液相色谱分析）得出燃料中主要化学成分，该组成可以分别给出某些可燃元素的含量。燃料的元素组成是评价燃料质量的重要指标。碳（C）是煤中有机质的主导成分，也是最主要的可燃物质。氢（H）也是煤中重要的可燃物质。氧（0）是煤中不可燃的元素。煤中氮（N）含量较少，仅为l3。硫（S）是煤中的有害物质。工业分析组成工业分析组成 工工业业分分析析组组成成是是用用工工业业分分析析方方法法得得到到的的规规范范化化组组成成,该该组组成成可可以以给给出出燃燃料料（特特别别是是固固体体燃燃料料）中中可可燃燃成成分分和和不不可可燃燃成成分分的的含含量。量。水水分分（M M）是是煤煤中中的的不不可可燃燃成成分分，其其在在煤煤中中的的存存在在状状态态可可以以分分为为两两类：游离水和化合水。类：游离水和化合水。灰灰分分（A A）是是指指煤煤在在815815燃燃烧烧后后的的残残留留物物，是是煤煤中中矿矿物物质质的的转转化化产物。产物。挥挥发发分分（V V）是是指指在在隔隔绝绝空空气气的的条条件件下下，将将煤煤加加热热到到900900保保温温7 7分分钟，从煤中有机质分解出来的气体产物。钟，从煤中有机质分解出来的气体产物。6.2 燃料的燃料的组成及其表示方法成及其表示方法 固体燃料的组成表示方法固体燃料的组成表示方法 （各成分的质量百分数）（各成分的质量百分数）常用基准有：常用基准有：收收到到基基（as received）：指指使使用用单单位位收收到到的的煤煤的的组组成成，也也即即是是实实际使用的煤的组成。以际使用的煤的组成。以“ar”表示。表示。Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar%+Aar%+Mar%=100%MarVarFCar十十Aar=100%空空干干基基（air dry）：指指分分析析实实验验室室里里所所用用的的空空气气干干燥燥煤煤样样的的组组成成（将将煤煤样样在在2020和和相相对对湿湿度度7070的的空空气气下下连连续续干干燥燥1 1小小时时后后质质量量变变化化不不超超过过0.1%0.1%，即即认认为为已已达达到到空空气气干干燥燥状状态态。此此时时煤煤中中水水分分已已与与大气达到平衡）。以大气达到平衡）。以“adad”表示。表示。Cad%+Had%+Oad%+Nad%+Sad%+Aad%+Mad%=100%M MadadV VadadFCFCadadA Aadad=100=100 6.2 燃料的燃料的组成及其表示方法成及其表示方法 干干燥燥基基（dry）：指指绝绝对对干干燥燥的的煤煤的的组组成成。这这种种基基准准不不受受煤煤在在开开采采、运运输输和和贮贮存存过过程程中中水水分分变变动动的的影影响响，能能比比较较稳稳定定地地反反映映成成批批贮存煤的真实组成，在各组成的右下角以贮存煤的真实组成，在各组成的右下角以“d d”表示。表示。Cd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd%+Ad%=100%VdFCdAd=100%干干燥燥无无灰灰基基（dry ash free）：指指假假想想的的无无水水无无灰灰的的煤煤的的组组成成，由由于于煤煤的的灰灰分分在在开开采采、运运输输或或洗洗煤煤过过程程中中要要发发生生变变化化，故故除除去去灰灰分分和和水水分分后后的的煤煤组组成成，可可排排除除外外界界条条件件的的影影响响。该该基基准准在在各各组组成成的右下角以的右下角以“daf”表示，表示，Cdaf%+Hdaf%+Odaf%+Ndaf%+Sdaf%=100%VdafFCdaf=100%6.2 燃料的燃料的组成及其表示方法成及其表示方法燃料各组分之间的关系燃料各组分之间的关系 6.2 燃料的燃料的组成及其表示方法成及其表示方法组成用体积百分含量表示。组成用体积百分含量表示。湿成分（用上标湿成分（用上标 表示）：表示）：包括水蒸气在内的成分包括水蒸气在内的成分CO%+H2%+CH4%+CmCn%+H2S%+CO2%+N2%+O2%+H2O%=100%干成分（用上标干成分（用上标d d表示）：表示）：不包括水蒸气不包括水蒸气COd%+H2 d%+CH4d%+CmCnd%+H2Sd%+CO2d%+N2d%+O2d%=100%2.2.气体燃料气体燃料可燃成分可燃成分不可燃成分不可燃成分主要是主要是CO、H2、CH4与一些饱和、不饱和烃类及与一些饱和、不饱和烃类及H2S等等CO2、H2O、N2、O2及及SO2等等6.2 燃料的燃料的组成及其表示方法成及其表示方法例：例：已知煤的工业分析值已知煤的工业分析值Cad=35%，Mar=10%，Mad=8%，求，求Car。【分析分析】设设1kg 收到基煤在空气中干燥至空气干燥基煤时，脱除的水分为收到基煤在空气中干燥至空气干燥基煤时，脱除的水分为mar,f,则按照物质平衡关系，应有：则按照物质平衡关系，应有：收到基含碳量收到基含碳量 =空气干燥基含碳量空气干燥基含碳量 即：即：Car=（1-mar，f）Cad 又：又：Mar mar，f=Madmar，fMad Mar mar，f=(1mar，f)Mad6.2 燃料的燃料的组成及其表示方法成及其表示方法6.3 燃料的燃料的热工性工性质1.1.发热量（热值）发热量（热值）概念：概念：单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃 烧前的温度时所放出的热量。烧前的温度时所放出的热量。单位为单位为kJ/kg(kJ/Nm3)或或MJ/kg(MJ/Nm3)。高位发热量：高位发热量：燃料完全燃烧，并当燃烧产物中的水蒸气（包括燃料完全燃烧，并当燃烧产物中的水蒸气（包括燃料中所含水分生成的水蒸气和燃料中的氢燃烧时生成的水蒸气）燃料中所含水分生成的水蒸气和燃料中的氢燃烧时生成的水蒸气）全部凝结为水时所放出的热量；全部凝结为水时所放出的热量；低位发热量：低位发热量：用燃料完全燃烧后，其燃烧产物中的水蒸气仍以用燃料完全燃烧后，其燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时所放出的热量；气态存在时所放出的热量；高位发热量高位发热量Qgr,p(定压高位发热量，定压高位发热量，gross constant pressure)低位发热量低位发热量Qnet,p(定压低位发热量，定压低位发热量，net constant pressure)弹弹筒筒发发热热量量Qgr,v：实实验验室室用用氧氧弹弹式式量量热热计计（氧氧弹弹法法）的的实实测测值值。将将一一定定量量的的燃燃料料试试样样置置于于氧氧弹弹中中，在在有有过过剩剩氧氧的的条条件件下下燃燃烧烧，然然后后使使燃燃烧烧产产物物冷冷却却到到室室温温，在在此此条条件件下下测测值值得得的的单单位位质质量量燃燃料料所所放出的热量。放出的热量。6.3 燃料的燃料的热工性工性质Qnet，p,ar=Qgr，p,ar 2450（Mar+9Har）kJkg 对固、液体燃料：对固、液体燃料：Qnet,p,adQgr,v,ad-4147Sad-4994NadkJkg 对气体燃料：对气体燃料：1Nm3干气体燃料燃烧后生成的水量为6.3 燃料的燃料的热工性工性质实际燃烧时，温度很高，燃烧产物中的水蒸气均以气态存在，不实际燃烧时，温度很高，燃烧产物中的水蒸气均以气态存在，不可能凝结为水而放出汽化热。故燃烧计算中应以燃料收到基低位可能凝结为水而放出汽化热。故燃烧计算中应以燃料收到基低位发热量为基准。发热量为基准。热值的计算热值的计算 对于固体、液体燃料，当已知燃料的元素分析值时：对于固体、液体燃料，当已知燃料的元素分析值时：Qnet,p,ar=32793Car+120370Har 9100（Oar-Sar）-2450Mar kJkg 若固体燃料仅有工业分析值时：若固体燃料仅有工业分析值时：a.无烟煤无烟煤 Qnet,p,ad=K0 36000Mad 38500Aad 10000 Vad kJkg b.b.烟煤烟煤 Qnet,p,ad=100K1-(100K1+2510)(Mad+Aad)-1260Vad 16750 MadkJkg 注：注：k0和和k1根据根据Hdaf值查表求得值查表求得6.3 燃料的燃料的热工性工性质 c.气体燃料：气体燃料：Qnet=12600CO+10800H2+35800CH4+59000C2H4 +63700C2H6+80600C3H6 +91200C3H8+118700C4H10 +146000C5H12+23200H2S 2.2.其他热工性质其他热工性质 固体燃料固体燃料 挥发分挥发分:在隔绝空气的条件下将一定量的煤样在温度在隔绝空气的条件下将一定量的煤样在温度900900下加热下加热7 7分钟，所得到的气态物质（不包括其中的水分）称为分钟，所得到的气态物质（不包括其中的水分）称为煤的挥发物。而挥发物占煤的质量百分数则称为挥发分。煤的挥发物。而挥发物占煤的质量百分数则称为挥发分。挥发物含量高时火焰长，着火温度低，易着火。挥发物含量高时火焰长，着火温度低，易着火。6.3 燃料的燃料的热工性工性质 灰分灰分:煤在煤在815815完全燃烧后的残留物。完全燃烧后的残留物。灰分的主要组成：灰分的主要组成：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO及及MgO，此外还，此外还有有K2O、Na2O和和SO3（以硫酸盐形式存在）。（以硫酸盐形式存在）。灰分含量高的煤不仅使发热量减少，而且影响煤的着火和燃烧。灰分含量高的煤不仅使发热量减少，而且影响煤的着火和燃烧。灰分每增加灰分每增加l l，燃料消耗即增加，燃料消耗即增加l l。由于燃烧的烟气中飞灰。由于燃烧的烟气中飞灰浓度大，使受热面易受污染而影响传热，降低效率，同时使受浓度大，使受热面易受污染而影响传热，降低效率，同时使受热面易受磨损而减少寿命。热面易受磨损而减少寿命。水分水分:煤中水分不宜高。水分存在，会降低发热量，亦不利煤中水分不宜高。水分存在，会降低发热量，亦不利于着火，且使炉温降低，并增加烟气带走的热损失。但烧较碎于着火，且使炉温降低，并增加烟气带走的热损失。但烧较碎的煤时，适当加入水分（的煤时，适当加入水分（8%8%），对减少机械不完全燃烧热损），对减少机械不完全燃烧热损失，及使煤渣疏松，易于处理均是有利的。失，及使煤渣疏松，易于处理均是有利的。6.3 燃料的燃料的热工性工性质结渣性结渣性:煤灰的熔融性与煤中灰分的组成有关。当灰分中煤灰的熔融性与煤中灰分的组成有关。当灰分中SiO2、Al2O3含量多时，灰分软化温度含量多时，灰分软化温度(ST)高；高；FeO、Na2O、K2O等含量等含量多时，灰分软化温度多时，灰分软化温度(ST)降低。判断燃料是否易结渣时，降低。判断燃料是否易结渣时，ST 是比是比较重要的煤质指标。较重要的煤质指标。可燃硫含量可燃硫含量:可燃硫燃烧后在烟气中形成可燃硫燃烧后在烟气中形成SO2 和少量的和少量的SO3，SO3使烟气中水蒸气的露点大大升高。使烟气中水蒸气的露点大大升高。SO2和和SO3能溶于水变成亚硫酸能溶于水变成亚硫酸（H2SO3）和硫酸（）和硫酸（H2SO4），它会使锅炉低温受热面（如空气预），它会使锅炉低温受热面（如空气预热器）金属腐蚀及堵灰。工业窑炉用煤一般要求含硫量小于热器）金属腐蚀及堵灰。工业窑炉用煤一般要求含硫量小于1%。液体燃料液体燃料 粘粘度度:我我国国重重油油常常用用的的粘粘度度标标准准是是以以恩恩氏氏粘粘度度（E E）来来表表示示的的，即即在在测测定定温温度度下下油油从从恩恩格格勒勒粘粘度度计计中中流流出出2OOml2OOml所所需需的的时时间间（秒秒）与与2020蒸蒸馏馏水水流流出出200ml200ml所所需需的的时时间间（约约5252秒秒）之之比比值值。它它对对重重油油的的装装卸卸、存存贮贮、过过滤滤、输输送送及及雾雾化化均均有有较较大大影影响响。它它不不仅仅产产地地及及加工有关，还受温度的影响。加工有关，还受温度的影响。闪闪点点、燃燃点点、着着火火点点:当当有有火火源源接接近近时时，若若出出现现蓝蓝色色闪闪光光、则则此此时时的的油油温温称称为为油油的的“闪闪点点”。若若油油温温超超过过闪闪点点，则则油油的的蒸蒸发发速速度度加加快快，用用火火源源接接近近油油表表面面时时在在蓝蓝光光闪闪现现后后能能持持续续燃燃烧烧（不不少少于于5 5秒秒钟钟），此此时时油油温温称称为为油油的的“燃燃点点”。若若再再继继续续提提高高油油温温，则则油油表表面面的的蒸蒸气气即即使使无无火火源源接接近近也也会会自自发发燃燃烧烧起起来来，这这种种现现象象称称自自燃燃，相应的油温称为油的相应的油温称为油的“着火点着火点”。6.3 燃料的燃料的热工性工性质凝固点凝固点:当油类完全失去流动性时的最高温度叫凝固点。与其组当油类完全失去流动性时的最高温度叫凝固点。与其组成有关，含蜡量高的油，凝固点较高。成有关，含蜡量高的油，凝固点较高。水分水分:重油中含水，对燃烧不利，不仅降低燃料的发热量重油中含水，对燃烧不利，不仅降低燃料的发热量,而且而且当水分过高时易产生当水分过高时易产生“汽塞汽塞”现象使燃烧火焰不稳定。油中含水现象使燃烧火焰不稳定。油中含水量应在量应在2 2以下。以下。机械杂质机械杂质 :其存在易磨损油泵及导致管路或喷嘴堵塞，故在进其存在易磨损油泵及导致管路或喷嘴堵塞，故在进油泵及烧嘴前，须经过滤器除去机械杂质。油泵及烧嘴前，须经过滤器除去机械杂质。6.3 燃料的燃料的热工性工性质6.3 燃料的燃料的热工性工性质 气体燃料气体燃料 体积分数体积分数:相同温度和压力条件下，燃气中各单一组分的体积和燃气总相同温度和压力条件下，燃气中各单一组分的体积和燃气总体积分数的比值。体积分数的比值。比热比热 定压比热定压比热Cp：保持燃气压力不变时，保持燃气压力不变时，1m3燃气温度升高（或降低）燃气温度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量。单位所吸收（或放出）的热量。单位kJ/（m3K）。）。定容比热定容比热Cv：保持燃气体积不变时，保持燃气体积不变时，1m3燃气温度升高（或降低）燃气温度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量。单位所吸收（或放出）的热量。单位kJ/（m3K）。）。M:燃气的相对分子量。燃气的相对分子量。平均比热平均比热:6.3 燃料的燃料的热工性工性质着火温度：着火温度：燃气开始燃烧时的温度。爆炸浓度极限：爆炸浓度极限：当可燃气体或油气与空气的浓度达到某个范围时，一遇明火或温度升高到某一数值就会发生爆炸的浓度范围。6.3 燃料的燃料的热工性工性质3.3.标准燃料与标准煤标准燃料与标准煤 标准燃料标准燃料：计算能源总量的一种模拟的综合计算单位。：计算能源总量的一种模拟的综合计算单位。由于煤、油、气等各种燃料质量不同，所含热值不同，为了便于由于煤、油、气等各种燃料质量不同，所含热值不同，为了便于对各种能源进行计算、对比和分析，必须统一折合成标准燃料。对各种能源进行计算、对比和分析，必须统一折合成标准燃料。标准燃料可分为标准煤、标准油、标准气等。标准燃料可分为标准煤、标准油、标准气等。中国采用标准煤为计算基准，即将各种能源按其发热量折算为标中国采用标准煤为计算基准，即将各种能源按其发热量折算为标准煤。准煤。标准煤的低位发热量（收到基）为标准煤的低位发热量（收到基）为29270 kJkg（即（即7000kcalkg）。）。能源折标准煤系数某种能源实际热值能源折标准煤系数某种能源实际热值/标准煤热值标准煤热值4.4.燃料的选用原则燃料的选用原则 6.3 燃料的燃料的热工性工性质（1 1）从我国燃料资源的实际出发，根据国家当前的能源政策选用）从我国燃料资源的实际出发，根据国家当前的能源政策选用燃料。应坚持就地取材和物尽其用的原则，充分利用地方资燃料。应坚持就地取材和物尽其用的原则，充分利用地方资源和工业废料，并需设法采用低质、劣质燃料。源和工业废料，并需设法采用低质、劣质燃料。（2 2）满足工艺要求，确保产品质量，并为机械化、自动化生产提）满足工艺要求，确保产品质量，并为机械化、自动化生产提供条件。供条件。（3 3）来源充足，保证供应，能满足生产需要。）来源充足，保证供应，能满足生产需要。6.4 燃燃烧计算算 燃烧计算的两个目的燃烧计算的两个目的（1 1）设计窑炉的需要：）设计窑炉的需要：已知燃料的组成及燃烧条件，计算单位质量已知燃料的组成及燃烧条件，计算单位质量（或体积）燃料燃烧所需的空气量、烟气生成量、烟气组成及（或体积）燃料燃烧所需的空气量、烟气生成量、烟气组成及燃烧温度，以确定空气管道、烟道、烟囱及燃烧室的尺寸，选燃烧温度，以确定空气管道、烟道、烟囱及燃烧室的尺寸，选择风机型号择风机型号 （2 2）操作窑炉的需要：）操作窑炉的需要：利用烟气成分反推分析燃烧是否合理、窑炉利用烟气成分反推分析燃烧是否合理、窑炉设备是否漏气。设备是否漏气。6.4.1 燃料燃烧所需空气量的计算燃料燃烧所需空气量的计算理论空气量（理论空气量（Va0）：）：单位质量（或体积）燃料完全燃烧单位质量（或体积）燃料完全燃烧所需要的最少空气量。所需要的最少空气量。固体、液体燃料固体、液体燃料Nm3/kg 燃料燃料气体燃料气体燃料Nm3空气空气/Nm3燃料燃料6.4.1 燃料燃烧所需空气量的计算燃料燃烧所需空气量的计算固体、液体燃料固体、液体燃料 可燃组成为可燃组成为Car、Har、Sar(质量百分含量）质量百分含量）C+O2 CO2 即即 1kmolC需需1kmolO2 H2+1/2O2 H2O 即即 1kmolH2需需1/2kmolO2 S+O2 SO2 即即 1kmolS需需1kmolO2 理论燃烧需要氧气的摩尔量为理论燃烧需要氧气的摩尔量为 ：标准状态下标准状态下1kg1kg固体或液体燃料燃烧所需理论氧气量固体或液体燃料燃烧所需理论氧气量(VO(VO2 20 0)为为:6.4.1 燃料燃烧所需空气量的计算燃料燃烧所需空气量的计算理论燃烧所需空气量：理论燃烧所需空气量：气体燃料气体燃料可燃组成有可燃组成有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百分含量）体积百分含量）CO+1/2O2 CO2 1Nm3 CO 需需 1/2 Nm3 O2H2+1/2O2 H2O 1Nm3 H2需需1/2 Nm3 O2CH4+2O2 CO2+2H2O 1Nm3 CH4需需2Nm3 O2CmHn+(m+n/4)O2 m CO2+n/2 H2O 1Nm3 CmHn需（需（m+n/4）Nm3 O2H2S+3/2O2 SO2+H20 1Nm3 H2S 需需3/2Nm3 O21Nm1Nm3 3气体燃料完全燃烧所需理论氧气量气体燃料完全燃烧所需理论氧气量 ：1Nm1Nm3 3气体燃料完全燃烧所需理论空气量（气体燃料完全燃烧所需理论空气量（NmNm3 3/kg/kg燃料）燃料）实际空气量（实际空气量（Va）在实际燃烧设备中，由于燃料和空气的混合往往不够完善，若只在实际燃烧设备中，由于燃料和空气的混合往往不够完善，若只将理论所需要的空气量送入炉内，则不能保证燃料的完全燃烧。将理论所需要的空气量送入炉内，则不能保证燃料的完全燃烧。因此为保证炉内燃料的完全燃烧，实际使用空气量常较理论空气因此为保证炉内燃料的完全燃烧，实际使用空气量常较理论空气量多。量多。空气系数空气系数 =Va/Va0亦即亦即 Va=Va0值变动范围一般在值变动范围一般在1.051.3之间之间6.4.1 燃料燃烧所需空气量的计算燃料燃烧所需空气量的计算6.4.2 燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算烟气量（烟气量（V0）及烟气组成）及烟气组成理论烟气量：理论烟气量：单位质量（或体积）燃料与空气完全燃烧产生的最少烟气量；单位质量（或体积）燃料与空气完全燃烧产生的最少烟气量；或或单位质量（或体积）燃料与理论空气量进行完全燃烧时所产生的烟气量。单位质量（或体积）燃料与理论空气量进行完全燃烧时所产生的烟气量。烟气组成：烟气组成：CO2、SO2、H2O、N2 固体、液体燃料固体、液体燃料CO2、SO2、H2O可按化学计量方程式计算，可按化学计量方程式计算，N2含量可根据燃料中含量可根据燃料中Nar及理及理论空气量计算。论空气量计算。CO2含量含量 VCO20：Car/1222.4H2O含量含量 VH2O0：（Har/2+Mar/18）22.4SO2含量含量 VSO20：Sar/3222.4N2含量含量 VN20:Nar/2822.4+VO20 79/21 理论烟气量：理论烟气量：烟气成分：烟气成分：将各组成量除以理论烟气总量乘将各组成量除以理论烟气总量乘100%即得。即得。实际烟气量及烟气组成：实际烟气量及烟气组成：当当 1时时，烟气中除含有前已述及的，烟气中除含有前已述及的CO2、SO2、H2O、N2外，外，还有过剩空气所带入的还有过剩空气所带入的O2及一部分及一部分N2。V=V0+（-1）Va0 VCO2 VCO2 0=Car/1222.4VH2O=VH2O 0 （Har/2+Mar/18）22.4VSO2 VSO2 0=Sar/3222.4VN2=Nar/2822.4+VO2079/21VO2=（-1）VO20CO2=6.4.2 燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算V=V0-（1-）Va079/100=V0-（1-）VO2079/21由由于于空空气气量量（即即氧氧量量）供供应应不不足足，燃燃料料中中将将有有部部分分可可燃燃物物质质不不能能完完全全燃燃烧烧。此此时时的的燃燃烧烧产产物物中中可可能能含含有有CO、H2及及CH4等等可可燃燃气气体体，但但不不含含有有O2。在在一一般般的的工工程程计计算算中中，对对于于此此类类的的不不完完全全燃燃烧烧可可近近似似认认为为其其燃燃烧烧产产物中只含有物中只含有CO一种可燃气体。一种可燃气体。VCO=2（1-）VO20VCO2=Car/1222.4-2（1-）VO20 VH2O=（Har/2+Mar/18）22.4VSO2=Sar/3222.4VN2=Nar/2822.4+VO2079/21 当当 1 1时时6.4.2 燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算6.4.2 燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算 气体燃料气体燃料可燃组成有可燃组成有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百分含量）体积百分含量）CO+1/2O2 CO2 1Nm3 CO 生成生成 1 Nm3 CO2H2+1/2O2 H2O 1Nm3 H2生成生成 1 Nm3 HO2CH4+2O2 CO2+2H2O CmHn+(m+n/4)O2 m CO2+n/2 H2O .H2S+3/2O2 SO2+H2O （Nm3/Nm3）6.4.2 燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算 气体燃料气体燃料理论烟气量：理论烟气量：VCO20=（CO2+CO+CH4+mCmHn）（）（Nm3/Nm3）VH2O0=H2O+H2+2CH4+(n/2)CmHn+H2S）（）（Nm3/Nm3）VSO20=H2S（Nm3/Nm3）VN20=N2+VO20 79/21（Nm3/Nm3）6.4.2 燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算燃料燃烧产生烟气量及烟气组成的计算 气体燃料气体燃料实际烟气量：实际烟气量：当当 1 1时时V=V0+（-1）Va0VCO2 VCO2 0VH2O=VH2O 0VSO2 VSO2 0VN2=N2+VO2079/21VO2=（-1）VO20CO2=当当 11时时V=（1-）+V0（1-1-）未燃煤气量；未燃煤气量；VV0 0燃烧生成烟气量；燃烧生成烟气量；实际烟气量与空气量的计算实际烟气量与空气量的计算 已知燃料组成及烟气组成已知燃料组成及烟气组成碳平衡碳平衡 燃料中燃料中C=C=烟气中烟气中C+C+灰渣中灰渣中C C 烟气量烟气量氮平衡氮平衡 燃料中燃料中N N2 2+空气中空气中N N2 2烟气中烟气中N N2 2 空气量空气量例：例：已知某窑所用煤的收到基组成为：已知某窑所用煤的收到基组成为：组分（组分（wt%）Car HarOar Nar SarMarAar高温阶段在窑底处测定其干烟气组成为：高温阶段在窑底处测定其干烟气组成为：组分（组分（%）VCO2 VO2 VN2灰渣分析：含灰渣分析：含C Wc（%），含灰分），含灰分WA（%）6.4.3 生产中烟气量、空气量及过剩空气系数计算生产中烟气量、空气量及过剩空气系数计算6.4.3 生产中烟气量、空气量及过剩空气系数计算生产中烟气量、空气量及过剩空气系数计算烟气中烟气中C：解：解：首先根据首先根据C平衡计算烟气量，基准为平衡计算烟气量，基准为1kg煤煤，烟气量（，烟气量（Nm3/h）。设设1kg煤生成干烟气量为煤生成干烟气量为xNm3煤中煤中C=烟气中烟气中C+灰渣中灰渣中C煤中煤中C：Car煤渣中煤渣中C：生成的干烟气量：生成的干烟气量：（1 1）烟气量的计算）烟气量的计算6.4.3 生产中烟气量、空气量及过剩空气系数计算生产中烟气量、空气量及过剩空气系数计算生成的水蒸气量：生成的水蒸气量：湿烟气干烟气水蒸气湿烟气干烟气水蒸气（2 2）空气量的计算）空气量的计算根据根据N N平衡计算空气量平衡计算空气量设设1kg煤需要空气量为煤需要空气量为yNm3，氮平衡氮平衡 燃料中燃料中N N2 2+空气中空气中N N2 2烟气中烟气中N N2 2 (3)(3)过剩空气系数（过剩空气系数（）的计算）的计算 6.4.3 生产中烟气量、空气量及过剩空气系数计算生产中烟气量、空气量及过剩空气系数计算氧平衡方法（适用于在空气、富氧空气或纯氧中燃烧时）;氮平衡方法（适用于在空气中燃烧时）。a.a.氧平衡方法氧平衡方法完全燃烧时完全燃烧时6.4 燃燃烧计算算：设k为单位燃料燃烧时的理论需氧量与该烟气中RO2百分含量的比值，常用燃料的k值列于表6.14。不完全燃烧时:烟气中仍有CO、H2、CH4和碳粒等可燃成分，值为：6.4 燃燃烧计算算b 氮平衡方法 固体、液体燃料燃烧时，燃料中含氮量与燃烧空气中氮量比较，很小，可以忽略。上式可转换成：6.4 燃燃烧计算算 当燃烧中含氮量较高（如发生炉煤气），不能忽略时，而干烟气中又含有CO、H2、CmHn及O2时：2.燃烧过程的热平衡计算 讨论燃烧过程的热平衡，其目的在于：（1）在给定燃烧条件下确定燃烧产物的最终温度；（2）在给定燃烧产物最终温度条件下确定燃烧的过量空气系数和空气与燃料的预热温度；（3）寻找提高燃烧温度的途径。6.4 燃燃烧计算算 完全燃烧时的燃烧温度 燃烧过程中的热平衡项目如下(基准:1kg或1Nm3燃料，0)收入热量：收入热量：燃料的化学热（即燃料的低位发热量）Qnet；燃料带入的物理热(热焓)Qf；空气带入的物理热（热焓）Qa 支出热量：支出热量：燃烧产物所含的物理热 Q=VCtp (式中tp为可燃烧产物实际温度)；由燃烧产物传给周围物体的热量 Qt 由于机械不完全燃烧造成的热损失 Qml由于化学不完全燃烧造成的热损失 Qch 燃烧产物中部分CO2和H2O在高温下热分解反应消耗的热量 Qdt 灰渣带走的物理热 Qa,s 6.4 燃燃烧计算算 在稳态、绝热、完全燃烧条件下，如果输入燃烧室的全部热量都用来提高燃烧产物的温度，则该温度称作理论燃烧温度，或绝热火焰温度:如果燃料和空气未预热（Qf=Qa=0），过量空气系数=1，则为：上式的理论燃烧温度只与燃料性质有关，通常称为理论燃烧温度。式中比热容可查教材和相关参考书。6.4 燃燃烧计算算 不完全燃烧（有离解）时的燃烧温度 对于不完全燃烧，工程中常采用近似计算方法，其计算式为:式中，Qdt为离解吸热量。假定燃烧产物中仅CO2、H2O两个成分发生离解，则当燃料与空气均不预热（Qf=Qa=0）以及过量空气系数=1时，6.4 燃燃烧计算算 实际燃烧温度 在实际燃烧室中，燃烧过程的热量平衡，不仅要考虑供入热量，还要考虑向环境散热以及不完全燃烧热损失等。根据热平衡，可得方程式：由上式可知影响实际燃烧温度的因素很多，因而，在工业炉设计中常常根据理论燃烧温度乘上一个经验系数（又称高温系数）来估算实际燃烧温度，即不同窑炉燃烧不同燃料的值可查表6.18 6.4 燃燃烧计算算影响理论燃烧温度的因素 燃料种类：一般来说燃料发热量高，理论燃烧温度也高。但是不能简单地认为燃料发热量与燃烧温度成正比关系，因为理论燃烧温度还与燃烧产物有关。过量空气系数：过量空气系数增加，燃烧产物V增加，从而使tth下降。空气的富氧程度：空气中氧浓度增加，惰性气体的含量相对减少，从而燃烧产物容积V减少，燃烧温度可以提高。富氧程度过大，将会使燃烧产物的离解度增加，因此在工程中，富氧空气的含氧量一般不超过2830。6.4 燃燃烧计算算提高实际燃烧温度的途径 选用高发热量的燃料。Qnet增加，可使tp提高。但当Qnet增加速度与烟气量增加速度相对应时，对tp的影响不显著。控制适当的空气系数。l时空气不足，产生化学不完全燃烧，将使tp降低；若过大，则由于生成的烟气量过多，亦会使tp降低。因此，在保证完全燃烧的前提下，应采用较小的值，即值应略大于1。预热空气或燃料。提高tf或ta，使燃料或空气带入显热增加，提高总收入热量，将使tp增加。减少向外界散失热量。加强燃烧室或窑炉的保温，以减少散热，可提高燃烧温度。