第五章燃燒溫度

第五章燃燒溫度1第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日上一章回顧固體或液體用C、H、O、N、S、A、W表示時(shí)，1kg燃料燃燒的理論氧氣需要量如何表示？G0,O2=(8C/3+8H–O+S)/100 （kg）C＋O2＝CO2C：O＝12：324H＋O2＝2H2OH：O＝4：32S＋O2＝SO2S：O＝32：32第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日上一章回顧已知理論氧氣質(zhì)量需要量G0,O2，如何計(jì)算理論氧氣體積需要量L0,O2？先計(jì)算氧氣的密度，按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)計(jì)算密度=32/22.4=1.429(kg/m3)，因此L0,O2=G0,O2/1.429(m3)第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日上一章回顧已知可燃?xì)怏w成分為CO%＋H2%

＋CH4%

＋CO2%

＋O2%

＝100%，1m3可燃?xì)怏w的理論氧氣需要量L0,O2？1m3氣體燃料的理論氧氣需要量（體積）為第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日上一章回顧實(shí)際濕空氣消耗量與理論干空氣需要量間的關(guān)系？實(shí)際濕空氣消耗量Lnn為空氣消耗系數(shù)，lH2O為每m3干空氣吸收的水蒸氣體積數(shù)第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日上一章回顧1kg固體燃料燃燒，當(dāng)n>1時(shí)產(chǎn)物中氧氣、氮?dú)?、水蒸汽的生成量VO2、VN2、VH2O是多少？O要考慮過量空氣，N要考慮燃料中N和空氣中N，H2O要考慮燃料中H、W和空氣中水蒸氣第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日上一章回顧n>1時(shí)氣體燃料燃燒產(chǎn)物生成量如下式，如何理解？等式右邊中括號組成的第一項(xiàng)表示燃料中各成分燃燒后所形成的煙氣量，燃料中O2已經(jīng)和可燃成分反應(yīng)不用再考慮右邊第二項(xiàng)是所有空氣減去反應(yīng)的氧氣（或所有氮?dú)夂褪Ｓ嗟难鯕猓?，仍在煙氣中右邊第三?xiàng)是所有空氣所帶的水蒸氣第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日上一章回顧為什么說用體積Vn來表示燃燒產(chǎn)物生成量不夠科學(xué)？因?yàn)轶w積是隨溫度變化的，在煙氣中溫度越高體積越大。由于Vn表達(dá)式中用燃料的成分體積來表示，這就意味著Vn代表的煙氣必須是跟初始燃料處在相同溫度壓力下但一般而言煙氣和初始燃料的溫度壓力狀態(tài)是不同的，另外如果在冷態(tài)條件下，煙氣中的飽和水蒸氣量將很少，不能將水都計(jì)為氣體，只有在100oC以上才全部是氣態(tài)更科學(xué)的方法應(yīng)該用mol數(shù)或質(zhì)量第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日上一章回顧n<1不完全燃燒且沒有氧氣剩余，產(chǎn)物中有VCO’、VCH4’、VH2’那么相對于完全燃燒，產(chǎn)物生成量的變化是多少？CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2H2+0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日燃燒溫度燃燒溫度＝爐內(nèi)燃燒后的溫度＝未排放的煙氣溫度燃燒溫度與燃料種類、燃料成分、燃燒條件、傳熱條件有關(guān)從能量平衡方程出發(fā)，求燃燒溫度能量收入燃料發(fā)熱量Qlow，因?yàn)闋t內(nèi)溫度>100oC，水分處于蒸汽狀態(tài)空氣帶入的物理熱Qair=Ln.cair.(tair-0)燃料帶入的物理熱Qfuel=cfuel.(tfuel-0)，因是單位燃料第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日能量平衡能量支出有燃燒產(chǎn)物物理熱Qprod=Vn.cprod.(tprod-0)燃燒產(chǎn)物和爐向周圍的傳熱Qtrans不完全燃燒熱損失Quncomp產(chǎn)物在高溫下熱分解的吸熱Qpyr能量平衡方程Qlow+Qair+Qfuel＝Qprod+Qtrans+Quncomp+Qpyr第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日燃燒產(chǎn)物溫度實(shí)際溫度計(jì)算式理論燃燒溫度假定絕熱Qtrans＝0，完全燃燒Quncomp＝0第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日燃料理論發(fā)熱溫度燃料理論發(fā)熱溫度(發(fā)熱溫度)只和燃料性質(zhì)有關(guān)在絕熱Qtrans＝0，完全燃燒Quncomp＝0的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步忽略熱分解Qpyr＝0，規(guī)定空氣和燃料不預(yù)熱Qair＝0，Qfuel＝0，空氣消耗系數(shù)n＝1，則確定V0、cprod的值后就可以求得發(fā)熱溫度teng第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日燃料理論發(fā)熱溫度的計(jì)算確定煙氣體積V0，等于各成分體積之和如認(rèn)為只有三種成分CO2、H2O、N2，則V0＝VCO2＋VH2O＋VN2而VCO2、VH2O、VN2由燃料成分計(jì)算(如何計(jì)算？)說明：此處忽略掉了S、A灰分確定煙氣比熱cprod，它是強(qiáng)烈相關(guān)于溫度tprod的(1比熱近似法)查表5－2得到各溫度下的cprod值(2內(nèi)插值近似)查附表7得各溫度下各氣體成分的c值(3求解方程法)認(rèn)為各氣體成分c值與溫度成2次級數(shù)關(guān)系，查表5－1得各系數(shù)c＝A1＋A2t＋A3t2第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日比熱近似法求解燃料理論發(fā)熱溫度產(chǎn)物整體比熱近似值法(表5－2)根據(jù)具體的燃料成分計(jì)算V0＝(VCO2＋VH2O＋VN2＋…)cprod內(nèi)近似法求溫度（比熱隨溫度增大而增大）假定發(fā)熱溫度在表中的一個(gè)范圍內(nèi)，查比熱cprod，得V0cprod值，計(jì)算得t若t在該范圍內(nèi)，則t就是發(fā)熱溫度teng若t>該范圍，則應(yīng)往溫度值小的范圍內(nèi)重新查比熱，重復(fù)若t<該范圍，則應(yīng)往溫度值大的范圍內(nèi)重新查比熱，重復(fù)第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日內(nèi)插值求解燃料理論發(fā)熱溫度產(chǎn)物各成分比熱內(nèi)插值近似法(附表7)如認(rèn)為只有三種成分CO2、H2O、N2，則V0cprod＝VCO2cCO2＋VH2OcH2O＋VN2cN2內(nèi)插值近似法求溫度（比熱隨溫度增大而增大）假定一個(gè)發(fā)熱溫度t0，查比熱，得V0cprod值，計(jì)算若t0>t，則假定溫度大了，減小假定值，重復(fù)若t0<t，則假定溫度小了，增加假定值，重復(fù)最后得tn<t1，tm>t2，n、m是附表中相鄰的兩個(gè)溫度值teng=t1,teng=t2,teng=(t1+t2)/2都可以或插值第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日插值法依據(jù)tn計(jì)算得t1，那么發(fā)熱溫度teng應(yīng)介于兩者之間。認(rèn)為teng處在tn和t1間的位置，與t1處在tn和tm間的位置是相同的，則依據(jù)tm計(jì)算得t2，同樣插值，則tmtnt1tengtmtntengt2第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日討論－內(nèi)插值近似法公式書上式(5-7)其t’’相當(dāng)tm，t’相當(dāng)于tn，i’’依據(jù)t’’計(jì)算而得，i’依據(jù)t’計(jì)算而得而i＝Qlow/V0但i’=c’.t’，i’’=c’’.t’’必須注意比熱c’、c’’是煙氣各成分的加權(quán)和c=(CO2’.cCO2+H2O’.cH2O+N2’.cN2)/100第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日方程求解燃料理論發(fā)熱溫度方程求解法(表5－1取系數(shù))c＝A1＋A2t＋A3t2如認(rèn)為只有三種成分CO2、H2O、N2，則V0cprod＝VCO2(A1CO2+A2CO2t+A3CO2t2)＋VH2O(A1H2O+A2H2Ot+A3H2Ot2)

＋VN2(A1N2+A2N2t+A3N2t2)V0cprod＝a＋bt＋ct2因此ct3＋bt2＋at－Qlow＝0解方程即得teng第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日理論燃燒溫度計(jì)算理論燃燒溫度表達(dá)式如下Qlow、Qair、Qfuel都容易計(jì)算需要計(jì)算Vn.cprod更關(guān)鍵的是計(jì)算Qpyr第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日計(jì)算Vn.cprod將燃燒產(chǎn)物分為理論燃燒產(chǎn)物和剩余空氣兩部分Vn.cprod＝V0.cprod+(Ln-L0).cair

＝V0.cprod+(n-1)L0.cairV0、L0根據(jù)燃料的成分計(jì)算cprod、cair依賴于溫度，其數(shù)值的選取和計(jì)算與前面計(jì)算發(fā)熱溫度時(shí)的方法是一樣的第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日計(jì)算Qpyr（1）忽略。在溫度<1800oC的情況下，熱分解很少發(fā)生，或熱分解對溫度的影響很小時(shí)，可忽略Qpyr＝0（2）按CO2分解度fCO2和H2O的分解度fH2O計(jì)算Qpyr=12600VCO+10800VH2=12600fCO2.(VCO2)comp+10800fH2O.(VH2O)compfCO2、fH2O與溫度有關(guān)，可查附表8和附表9，數(shù)值的選取過程與前面計(jì)算類似(VCO2)comp、(VH2O)comp是沒有分解時(shí)完全燃燒后的產(chǎn)物成分體積，可依據(jù)燃料成分直接計(jì)算第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日計(jì)算理論燃燒溫度（1）確定Qlow、Qair、Qfuel、Qpyr、Vn.cprod的取值后直接計(jì)算，方法同發(fā)熱溫度的計(jì)算（2）計(jì)算不考慮Qpyr的ttheo’，然后查圖5－3得到ttheo第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日計(jì)算理論燃燒溫度（3）計(jì)算不考慮Qpyr的itotal，然后查圖5－4得到ttheo第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日影響理論燃燒溫度的因素燃料種類和發(fā)熱量考慮Qlow/V0，比考慮Qlow的影響更符合規(guī)律空氣消耗系數(shù)n 在n>=1的情況下，n值越大，理論燃燒溫度越低。因此在保證完全燃燒的情況下，盡量減小n第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日影響理論燃燒溫度的因素空氣（或煤氣）的預(yù)熱溫度預(yù)熱空氣可顯著提高理論燃燒溫度。如對高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣，預(yù)熱空氣升高200oC可提高理論燃燒溫度100oC，對重油、天然氣等可提高150oC對高發(fā)熱量的煤氣，預(yù)熱空氣比預(yù)熱煤氣效果更大，因?yàn)榘l(fā)熱量越高，L0越大，空氣的物理熱更多預(yù)熱是利用余熱在低溫下實(shí)現(xiàn)，非常利于節(jié)能空氣的富氧程度氧含量越高，燃燒產(chǎn)物生成量越減少。因?yàn)榈獨(dú)馍僭谘鹾吭谛∮诩s40％時(shí)，氧含量變化影響顯著。大于40％后，變化影響減緩。氧含量對高熱值燃料影響大，對低熱值燃料影響小第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日第六章空氣消耗系數(shù)及不完全燃燒熱損失的檢測計(jì)算空氣消耗系數(shù)和燃燒完全程度的實(shí)用檢測方法，是對燃燒產(chǎn)物（煙氣）的成分進(jìn)行氣體分析然后按燃料性質(zhì)和煙氣成分反算各項(xiàng)指標(biāo)需要掌握空氣消耗系數(shù)和不完全燃燒熱損失的檢測計(jì)算原理和方法氣體成分的測量儀器有：奧氏氣體分析器、氣體色層分析儀、氣相色譜儀、光譜分析儀等第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日氣體分析方程在使用儀器及相應(yīng)方法測量得到煙氣成分?jǐn)?shù)據(jù)后，需要驗(yàn)證所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性滿足氣體分析方程的數(shù)據(jù)就是有效的(誤差范圍內(nèi))β是一個(gè)燃料特征系數(shù)，決定于燃料成分。對于各種燃料其數(shù)值列于表6－1中RO2＝CO2＋SO2，即兩種成分之和各成分的上標(biāo)’——表示是燃燒產(chǎn)物（煙氣）成分第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日氣體分析方程的導(dǎo)出首先定義VRO2、RO’2,max、βVRO2是完全燃燒時(shí)燃燒產(chǎn)物中RO2（CO2＋SO2）的數(shù)量（注意不要求n＝1）RO’2,max定義為理論燃燒產(chǎn)物中的最大理論含量（干成分沒有水分，注意n＝1）（6－1）β由右式定義（6－2）第二十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日氣體分析方程的導(dǎo)出要計(jì)算RO’2,max，就要計(jì)算VRO2和V0,d根據(jù)VRO2的定義，可直接寫出依據(jù)煙氣中成分同樣可以得到V0,d和Vn,d間的關(guān)系計(jì)算過程依據(jù)可回顧第四章上兩式子代入定義式(6-1)得到RO’2,max，再將RO’2,max的表達(dá)式代入β的定義式(6-2)即得氣體分析方程第三十頁，共四十五頁，2022年，8月28日定義RO’2,max及β的意義對于確定的燃料，其成分中含C、S元素的量是確定的，因此在煙氣中CO2＋SO2有理論上的最大值，這就是RO’2,max根據(jù)物質(zhì)守恒，煙氣中所有含C、S元素成分之和不能超過RO’2,max。如果測量的數(shù)據(jù)超過了，那就是錯(cuò)誤的。如果相差太大那么就是測量誤差大或燃燒狀況很不理想定義β就是要依據(jù)燃料本身的特征值（與燃燒過程無關(guān)）來判斷所測量煙氣成分是否具有準(zhǔn)確性實(shí)際上從式(6-2)看出做為檢測的特征值β和RO’2,max是一樣的，兩者有確定的簡單關(guān)系，用β是為了簡便第三十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日氣體分析方程的簡化應(yīng)用如果H2’及CH4’很小，則可忽略不計(jì)，方程簡化為利用上式，僅測得CO2’和O2’的情況下，可計(jì)算CO’（假定沒有SO2’）如果完全燃燒，則沒有可燃成分第三十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日空氣消耗系數(shù)的計(jì)算空氣消耗系數(shù)n值是一個(gè)很重要的指標(biāo)，對燃燒過程有很大影響正在工作的爐子，由于存在吸氣和漏風(fēng)現(xiàn)象，很難測定實(shí)際空氣消耗量Ln，也就難以用下式求n因此需要用煙氣成分計(jì)算空氣消耗系數(shù)比較成熟的兩種方法：按氧平衡原理計(jì)算n值按氮平衡原理計(jì)算n值第三十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日氧平衡原理計(jì)算n值首先將n值用氧氣量來表示L0,O2為理論需氧量，完全燃燒后全部轉(zhuǎn)化為RO2和H2O，那么必然可以用下式表示L0,O2=aVRO2+bVH2O=(aRO2’+bH2O’).Vn/100完全燃燒情況下(Ln,O2－L0,O2)為煙氣中剩余氧量Ln,O2-L0,O2=O2’.Vn/100第三十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日氧平衡原理計(jì)算n值因此得到n值引入K，表示理論需氧量與燃燒產(chǎn)物中RO2’量的比值K值可根據(jù)燃料成分求得，各燃料K值查表6－3第三十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日引入K的意義在引入K前，n值用燃燒產(chǎn)物表示時(shí)，有H2O成分，H2O成分有多少以氣態(tài)形式存在是很不確定的，取決于溫度在用儀器測量煙氣成分時(shí)，都是檢測干煙氣，一般不測量H2O成分?jǐn)?shù)據(jù)（測量了也不準(zhǔn)確）引入一個(gè)參數(shù)K就是為了避免用產(chǎn)物中的H2O’成分?jǐn)?shù)據(jù)，并且這個(gè)常數(shù)可依據(jù)燃料成分求得，跟燃燒過程無關(guān)。查表6－3獲取第三十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日不完全燃燒n值修正不完全燃燒，則燃燒產(chǎn)物中還存在CO、H2、CH4等可燃成分n值公式中氧量應(yīng)減去這些可燃?xì)怏w完全燃燒時(shí)將消耗的氧RO2’量應(yīng)加上這些可燃?xì)怏w如果燃燒將生成的RO2’第三十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日氮平衡原理求n值變換n值的表達(dá)式，變換后不出現(xiàn)單獨(dú)的L0項(xiàng)，因?yàn)樵撝蹬c燃料成分有關(guān)而與煙氣成分無關(guān)根據(jù)氮平衡有根據(jù)氧平衡有第三十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日氮平衡原理求n值再利用VRO2與Vn,d的關(guān)系最后得注意：Nfuel、VRO2