第五章燃烧温度PPT讲稿.ppt

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1、第五章燃烧温度1 1第1页，共45页，编辑于2022年，星期三上一章回顾固体或液体用固体或液体用C、H、O、N、S、A、W表示时，表示时，1kg燃燃料燃烧的理论氧气需要量如何表示？料燃烧的理论氧气需要量如何表示？G0,O2=(8C/3+8H O+S)/100（kg）CO2CO2 C：O12：324H O22H2O H：O4：32SO2SO2 S：O32：32第2页，共45页，编辑于2022年，星期三上一章回顾已知理论氧气质量需要量已知理论氧气质量需要量G0,O2，如何计算理论氧气体，如何计算理论氧气体积需要量积需要量L0,O2？先计算氧气的密度，按标准状态计算先计算氧气的密度，按标准状态计算密

2、度密度=32/22.4=1.429(kg/m3)，因此，因此L0,O2=G0,O2/1.429 (m3)第3页，共45页，编辑于2022年，星期三上一章回顾已知可燃气体成分为已知可燃气体成分为CO%H2%CH4%CO2%O2%100%，1m3可燃气体的理论氧气需要量可燃气体的理论氧气需要量L0,O2？1m3气体燃料的理论氧气需要量（体积）为气体燃料的理论氧气需要量（体积）为第4页，共45页，编辑于2022年，星期三上一章回顾实际湿空气消耗量与理论干空气需要量间的关系？实际湿空气消耗量与理论干空气需要量间的关系？实际湿空气消耗量实际湿空气消耗量Lnn为空气消耗系数，为空气消耗系数，lH2O为每为

3、每m3干空气吸收的干空气吸收的水蒸气体积数水蒸气体积数第5页，共45页，编辑于2022年，星期三上一章回顾1kg固体燃料燃烧，当固体燃料燃烧，当n1时产物中氧气、氮气、水蒸汽时产物中氧气、氮气、水蒸汽的生成量的生成量VO2、VN2、VH2O是多少？是多少？O要考虑过量空气，要考虑过量空气，N要考要考虑燃料中虑燃料中N和空气中和空气中N，H2O要考虑燃料中要考虑燃料中H、W和空和空气中水蒸气气中水蒸气第6页，共45页，编辑于2022年，星期三上一章回顾n1时气体燃料燃烧产物生成量如下式，如何理时气体燃料燃烧产物生成量如下式，如何理解？解？1.1.等式右边中括号组成的第一项表示燃料中各成分燃烧等式

4、右边中括号组成的第一项表示燃料中各成分燃烧等式右边中括号组成的第一项表示燃料中各成分燃烧等式右边中括号组成的第一项表示燃料中各成分燃烧后所形成的烟气量，燃料中后所形成的烟气量，燃料中后所形成的烟气量，燃料中后所形成的烟气量，燃料中OO2 2已经和可燃成分反应不已经和可燃成分反应不已经和可燃成分反应不已经和可燃成分反应不用再考虑用再考虑用再考虑用再考虑2.2.右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有氮气和剩右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有氮气和剩右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有氮气和剩右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有氮气和剩余的氧气），仍在烟气中余的氧气），仍在烟

5、气中余的氧气），仍在烟气中余的氧气），仍在烟气中3.3.右边第三项是所有空气所带的水蒸气右边第三项是所有空气所带的水蒸气右边第三项是所有空气所带的水蒸气右边第三项是所有空气所带的水蒸气第7页，共45页，编辑于2022年，星期三上一章回顾为什么说用体积为什么说用体积Vn来表示燃烧产物生成量不够科学？来表示燃烧产物生成量不够科学？因为体积是随温度变化的，在烟气中温度越高体积越大。因为体积是随温度变化的，在烟气中温度越高体积越大。由于由于Vn表达式中用燃料的成分体积来表示，这就意味表达式中用燃料的成分体积来表示，这就意味着着 Vn代表的烟气必须是跟初始燃料处在相同温度压力代表的烟气必须是跟初始燃料处

6、在相同温度压力下下但一般而言烟气和初始燃料的温度压力状态是不同的，但一般而言烟气和初始燃料的温度压力状态是不同的，另外如果在冷态条件下，烟气中的饱和水蒸气量将很少，另外如果在冷态条件下，烟气中的饱和水蒸气量将很少，不能将水都计为气体，只有在不能将水都计为气体，只有在100oC以上才全部是气态以上才全部是气态更科学的方法应该用更科学的方法应该用mol数或质量数或质量第8页，共45页，编辑于2022年，星期三上一章回顾n100oC，水分处于蒸，水分处于蒸汽状态汽状态空气带入的物理热空气带入的物理热Qair=Ln.cair.(tair-0)燃料带入的物理热燃料带入的物理热Qfuel=cfuel.(t

7、fuel-0)，因是单位燃料，因是单位燃料第10页，共45页，编辑于2022年，星期三能量平衡能量支出有能量支出有燃烧产物物理热燃烧产物物理热Qprod=Vn.cprod.(tprod-0)燃烧产物和炉向周围的传热燃烧产物和炉向周围的传热Qtrans不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失Quncomp产物在高温下热分解的吸热产物在高温下热分解的吸热Qpyr能量平衡方程能量平衡方程Qlow+Qair+QfuelQprod+Qtrans+Quncomp+Qpyr第11页，共45页，编辑于2022年，星期三燃烧产物温度实际温度计算式实际温度计算式理论燃烧温度理论燃烧温度假定绝热假定绝热Qtrans0，完全

8、燃烧，完全燃烧Quncomp0第12页，共45页，编辑于2022年，星期三燃料理论发热温度燃料理论发热温度燃料理论发热温度(发热温度发热温度)只和燃料性质有关只和燃料性质有关在绝热在绝热Qtrans0，完全燃烧，完全燃烧Quncomp0的基础上，进一步的基础上，进一步忽略热分解忽略热分解Qpyr0，规定空气和燃料不预热，规定空气和燃料不预热Qair0，Qfuel0，空气消耗系数，空气消耗系数n1，则，则确定确定V0、cprod的值后就可以求得发热温度的值后就可以求得发热温度teng第13页，共45页，编辑于2022年，星期三燃料理论发热温度的计算确定烟气体积确定烟气体积V0，等于各成分体积之和

9、，等于各成分体积之和如认为只有三种成分如认为只有三种成分CO2、H2O、N2，则，则V0VCO2VH2OVN2而而VCO2、VH2O、VN2由燃料成分计算由燃料成分计算(如何计算？如何计算？)说明：此处忽略掉了说明：此处忽略掉了S、A灰分灰分确定烟气比热确定烟气比热cprod，它是强烈相关于温度，它是强烈相关于温度tprod的的(1比热近似法比热近似法)查表查表52得到各温度下的得到各温度下的cprod值值(2内插值近似内插值近似)查附表查附表7得各温度下各气体成分的得各温度下各气体成分的c值值(3求解方程法求解方程法)认为各气体成分认为各气体成分c值与温度成值与温度成2次级数关系，次级数关系

10、，查表查表51得各系数得各系数 cA1A2tA3t2第14页，共45页，编辑于2022年，星期三比热近似法求解燃料理论发热温度产物整体比热近似值法产物整体比热近似值法(表表52)根据具体的燃料成分计算根据具体的燃料成分计算V0(VCO2VH2OVN2)cprod内近似法求温度（比热随温度增大而增大）内近似法求温度（比热随温度增大而增大）假定发热温度在表中的一个范围内，查比热假定发热温度在表中的一个范围内，查比热cprod，得，得V0 cprod值，计算得值，计算得t若若t在该范围内，则在该范围内，则t就是发热温度就是发热温度teng若若t该范围，则应往温度值小的范围内该范围，则应往温度值小的范

11、围内重新查比热，重复重新查比热，重复若若tt，则假定温度大了，减小假定值，重复，则假定温度大了，减小假定值，重复若若t0t，则假定温度小了，增加假定值，重复，则假定温度小了，增加假定值，重复最后得最后得tnt2，n、m是附表中相邻的两个温度是附表中相邻的两个温度值值teng=t1,teng=t2,teng=(t1+t2)/2都可以都可以或插值或插值第16页，共45页，编辑于2022年，星期三插值法依据依据tn计算得计算得t1，那么发热温度，那么发热温度teng应应介于两者之间。认为介于两者之间。认为teng处在处在tn和和t1间间的位置，与的位置，与t1处在处在tn和和tm间的位置是间的位置是

12、相同的，则相同的，则依据依据tm计算得计算得t2，同样插值，则，同样插值，则tmtnt1tengtmtntengt2第17页，共45页，编辑于2022年，星期三讨论内插值近似法公式书上式书上式(5-7)其其t相当相当tm，t相当于相当于tn，i依据依据t计算而得，计算而得，i依据依据t计计算而得算而得而而iQlow/V0但但 i=c.t，i=c.t必须注意比热必须注意比热c、c是烟气各成分的加权和是烟气各成分的加权和c=(CO2.cCO2+H2O.cH2O+N2.cN2)/100第18页，共45页，编辑于2022年，星期三方程求解燃料理论发热温度方程求解法方程求解法(表表51取系数取系数)cA

13、1A2tA3t2如认为只有三种成分如认为只有三种成分CO2、H2O、N2，则，则V0 cprod VCO2(A1CO2+A2CO2t+A3CO2t2)VH2O(A1H2O+A2H2Ot+A3H2Ot2)VN2(A1N2+A2N2t+A3N2t2)V0 cprod abtct2因此因此 ct3bt2atQlow0解方程即得解方程即得teng第19页，共45页，编辑于2022年，星期三理论燃烧温度计算理论燃烧温度表达式如下理论燃烧温度表达式如下Qlow、Qair、Qfuel都容易计算都容易计算需要计算需要计算Vn.cprod更关键的是计算更关键的是计算Qpyr第20页，共45页，编辑于2022年，

14、星期三计算Vn.cprod将燃烧产物分为理论燃烧产物和剩余空气两部分将燃烧产物分为理论燃烧产物和剩余空气两部分Vn.cprod V0.cprod+(Ln-L0).cair V0.cprod+(n-1)L0.cairV0、L0根据燃料的成分计算根据燃料的成分计算cprod、cair依赖于温度，其数值的选取和计算与前面依赖于温度，其数值的选取和计算与前面计算发热温度时的方法是一样的计算发热温度时的方法是一样的第21页，共45页，编辑于2022年，星期三计算Qpyr（1）忽略。在温度）忽略。在温度=1的情况下，的情况下，n值越大，理论燃烧温度越低。因值越大，理论燃烧温度越低。因此在保证完全燃烧的情况

15、下，尽量减小此在保证完全燃烧的情况下，尽量减小n第25页，共45页，编辑于2022年，星期三影响理论燃烧温度的因素空气（或煤气）的预热温度空气（或煤气）的预热温度预热空气可显著提高理论燃烧温度。如对高炉煤气、发生炉煤预热空气可显著提高理论燃烧温度。如对高炉煤气、发生炉煤气，预热空气升高气，预热空气升高200oC可提高理论燃烧温度可提高理论燃烧温度100oC，对，对重油、天然气等可提高重油、天然气等可提高150oC对高发热量的煤气，预热空气比预热煤气效果更大，因为发热对高发热量的煤气，预热空气比预热煤气效果更大，因为发热量越高，量越高，L0越大，空气的物理热更多越大，空气的物理热更多预热是利用余

16、热在低温下实现，非常利于节能预热是利用余热在低温下实现，非常利于节能空气的富氧程度空气的富氧程度氧含量越高，燃烧产物生成量越减少。因为氮气少氧含量越高，燃烧产物生成量越减少。因为氮气少在氧含量在小于约在氧含量在小于约40时，氧含量变化影响显著。大于时，氧含量变化影响显著。大于40后，变化影响减缓。后，变化影响减缓。氧含量对高热值燃料影响大，对低热值燃料影响小氧含量对高热值燃料影响大，对低热值燃料影响小第26页，共45页，编辑于2022年，星期三第六章 空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算空气消耗系数和燃烧完全程度的实用检测方法，是对燃烧空气消耗系数和燃烧完全程度的实用检测方法，是对燃烧产物

17、（烟气）的成分进行气体分析产物（烟气）的成分进行气体分析然后按燃料性质和烟气成分反算各项指标然后按燃料性质和烟气成分反算各项指标需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧热损失的检测计算原需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧热损失的检测计算原理和方法理和方法气体成分的测量仪器有：奥氏气体分析器、气体色气体成分的测量仪器有：奥氏气体分析器、气体色层分析仪、气相色谱仪、光谱分析仪等层分析仪、气相色谱仪、光谱分析仪等第27页，共45页，编辑于2022年，星期三气体分析方程在使用仪器及相应方法测量得到烟气成分数据后，在使用仪器及相应方法测量得到烟气成分数据后，需要验证所得数据的准确性需要验证所得数据的准确性满足气体

18、分析方程的数据就是有效的满足气体分析方程的数据就是有效的(误差范围内误差范围内)是一个燃料特征系数，决定于燃料成分。对于各种燃料是一个燃料特征系数，决定于燃料成分。对于各种燃料其数值列于表其数值列于表61中中RO2CO2SO2，即两种成分之和，即两种成分之和各成分的上标各成分的上标 表示是燃烧产物（烟气）成分表示是燃烧产物（烟气）成分第28页，共45页，编辑于2022年，星期三气体分析方程的导出首先定义首先定义VRO2、RO2,max、VRO2是完全燃烧时燃烧产物中是完全燃烧时燃烧产物中RO2（CO2SO2）的数）的数量（注意不要求量（注意不要求n1）RO2,max定义为理论燃烧产物中的最大理

19、论含量（干定义为理论燃烧产物中的最大理论含量（干成分没有水分，注意成分没有水分，注意n1）（61）由右式定义由右式定义 （62）第29页，共45页，编辑于2022年，星期三气体分析方程的导出要计算要计算RO2,max，就要计算，就要计算 VRO2和和V0,d根据根据VRO2的定义，可直接写出的定义，可直接写出依据烟气中成分同样可以得到依据烟气中成分同样可以得到V0,d和和Vn,d间的关系间的关系计算过程依据可回顾第四章计算过程依据可回顾第四章上两式子代入定义式上两式子代入定义式(6-1)得到得到RO2,max，再将，再将RO2,max的表达式代的表达式代入入的定义式的定义式(6-2)即得气体分

20、析方程即得气体分析方程第30页，共45页，编辑于2022年，星期三定义RO2,max及的意义对于确定的燃料，其成分中含对于确定的燃料，其成分中含C、S元素的量是确定的，因此元素的量是确定的，因此在烟气中在烟气中CO2SO2有理论上的最大值，这就是有理论上的最大值，这就是RO2,max根据物质守恒，根据物质守恒，烟气中所有含烟气中所有含C、S元素成分之和不能超过元素成分之和不能超过RO2,max。如果测量的数据超过了，那就是错误的。如果相差太。如果测量的数据超过了，那就是错误的。如果相差太大那么就是测量误差大或燃烧状况很不理想大那么就是测量误差大或燃烧状况很不理想定义定义就是要依据燃料本身的特征

21、值（与燃烧过程无关）就是要依据燃料本身的特征值（与燃烧过程无关）来判断所测量烟气成分是否具有准确性来判断所测量烟气成分是否具有准确性实际上从式实际上从式(6-2)看出做为检测的特征值看出做为检测的特征值和和RO2,max是一样的，是一样的，两者有确定的简单关系，用两者有确定的简单关系，用是为了简便是为了简便第31页，共45页，编辑于2022年，星期三气体分析方程的简化应用如果如果H2及及CH4很小，则可忽略不计，方程简很小，则可忽略不计，方程简化为化为利用上式，仅测得利用上式，仅测得CO2和和O2的情况下，可计算的情况下，可计算CO（假定没有（假定没有SO2）如果完全燃烧，则没有可燃成分如果完

22、全燃烧，则没有可燃成分第32页，共45页，编辑于2022年，星期三空气消耗系数的计算空气消耗系数空气消耗系数n值是一个很重要的指标，对燃烧过值是一个很重要的指标，对燃烧过程有很大影响程有很大影响正在工作的炉子，由于存在吸气和漏风现象，很难正在工作的炉子，由于存在吸气和漏风现象，很难测定实际空气消耗量测定实际空气消耗量Ln，也就难以用下式求，也就难以用下式求n因此需要用烟气成分计算空气消耗系数因此需要用烟气成分计算空气消耗系数比较成熟的两种方法：按氧平衡原理计算比较成熟的两种方法：按氧平衡原理计算n值值按氮平衡原理计算按氮平衡原理计算n值值第33页，共45页，编辑于2022年，星期三氧平衡原理计

23、算n值首先将首先将n值用氧气量来表示值用氧气量来表示L0,O2为理论需氧量，完全燃烧后全部转化为为理论需氧量，完全燃烧后全部转化为RO2和和H2O，那么必然可以用下式表示，那么必然可以用下式表示L0,O2=aVRO2+bVH2O=(aRO2+bH2O).Vn/100完全燃烧情况下完全燃烧情况下(Ln,O2L0,O2)为烟气中剩余氧量为烟气中剩余氧量Ln,O2-L0,O2=O2.Vn/100第34页，共45页，编辑于2022年，星期三氧平衡原理计算n值因此得到因此得到n值值引入引入K，表示理论需氧量与燃烧产物中，表示理论需氧量与燃烧产物中RO2量的比量的比值值K值可根据燃料成分求得，各燃料值可根

24、据燃料成分求得，各燃料K值查表值查表63第35页，共45页，编辑于2022年，星期三引入K的意义在引入在引入K前，前，n值用燃烧产物表示时，有值用燃烧产物表示时，有H2O成分，成分，H2O成分有多少以气态形式存在是很不确定的，取决成分有多少以气态形式存在是很不确定的，取决于温度于温度在用仪器测量烟气成分时，都是检测干烟气，一在用仪器测量烟气成分时，都是检测干烟气，一般不测量般不测量H2O成分数据（测量了也不准确）成分数据（测量了也不准确）引入一个引入一个参数参数K就是为了避免用产物中的就是为了避免用产物中的H2O成分数成分数据据，并且这个常数可依据燃料成分求得，跟燃烧过，并且这个常数可依据燃料

25、成分求得，跟燃烧过程无关。查表程无关。查表63获取获取第36页，共45页，编辑于2022年，星期三不完全燃烧n值修正不完全燃烧，则燃烧产物中还存在不完全燃烧，则燃烧产物中还存在CO、H2、CH4等可等可燃成分燃成分n值公式中氧量应减去这些可燃气体完全燃烧时将消耗的值公式中氧量应减去这些可燃气体完全燃烧时将消耗的氧氧RO2量应加上这些可燃气体如果燃烧将生成的量应加上这些可燃气体如果燃烧将生成的RO2第37页，共45页，编辑于2022年，星期三氮平衡原理求n值变换变换n值的表达式，变换后不出现单独的值的表达式，变换后不出现单独的L0项，因为该项，因为该值与燃料成分有关而与烟气成分无关值与燃料成分有

26、关而与烟气成分无关根据氮平衡有根据氮平衡有根据氧平衡有根据氧平衡有第38页，共45页，编辑于2022年，星期三氮平衡原理求n值再利用再利用VRO2与与Vn,d的关系的关系最后得最后得注意：注意：Nfuel、VRO2由燃料成分确定由燃料成分确定第39页，共45页，编辑于2022年，星期三n值公式讨论含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、焦炉含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、焦炉煤气等），煤气等），Nfuel可忽略不计可忽略不计 0，则，则进一步，若完全燃烧，则进一步，若完全燃烧，则第40页，共45页，编辑于2022年，星期三不完全燃烧热损失计算当不完全燃烧时，由于烟气中存在可燃成分，

27、因而损当不完全燃烧时，由于烟气中存在可燃成分，因而损失一部分化学热量，称为不完全燃烧热损失失一部分化学热量，称为不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失qchem，表示单位（质量或体积），表示单位（质量或体积）燃料燃烧时，燃烧产物中可燃成分含有的化学热占燃料燃烧时，燃烧产物中可燃成分含有的化学热占燃料发热量的百分数燃料发热量的百分数第41页，共45页，编辑于2022年，星期三不完全燃烧热损失计算Qprod等于烟气中各可燃成分发热量之和，假定有等于烟气中各可燃成分发热量之和，假定有CO、H2、CH4，则，则Qprod126CO+108H2+358CH4引入两个参数引入两个参数h、P。h称

28、为烟气冲淡系数，称为烟气冲淡系数，h越大越大n值值也越大，完全燃烧也越大，完全燃烧n1时时h1不完全燃烧损失为不完全燃烧损失为第42页，共45页，编辑于2022年，星期三不完全燃烧热损失计算依据碳平衡有依据碳平衡有V0,d.RO2,maxVn,d.(RO2+CO+CH4)则则不完全燃烧损失为不完全燃烧损失为RO2,max和和P只取决于燃料成分，数据查表只取决于燃料成分，数据查表6-1第43页，共45页，编辑于2022年，星期三思考题1、计算理论燃烧温度的假设前提是什么？、计算理论燃烧温度的假设前提是什么？2、计算燃料理论发热温度的燃烧条件要求又是什么、计算燃料理论发热温度的燃烧条件要求又是什么？3、内插值法求发热温度时，计算步骤是怎样的、内插值法求发热温度时，计算步骤是怎样的？5、气体分析方程能起到检验测量数据准确性的依据是、气体分析方程能起到检验测量数据准确性的依据是什么什么？4、对于理论燃烧温度，有哪些计算方法、对于理论燃烧温度，有哪些计算方法？第44页，共45页，编辑于2022年，星期三思考题6、如何推导出气体分析方程？、如何推导出气体分析方程？7、在用氧平衡原理计算、在用氧平衡原理计算n值时引入值时引入K的意义是什么的意义是什么？第45页，共45页，编辑于2022年，星期三