消防燃烧学》第6章空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算.ppt

第六章 空气消耗系数及 不完全燃烧热损失的检测计算 工程燃烧学 1 对烟气的检测和计算 n目标：通过对燃烧产物（烟气）的成分进行气体 分析，实现对空气消耗系数和燃烧完全程度的计 算 n途径：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 n方法：然后按燃料性质和烟气成分反算各项指标 n关键问题：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 2 第一节 燃烧产物气体成分的测定和验证 3 气体分析方程 判断测量烟气数据准确性 n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 n满足气体分析方程的数据就是有效的(误差范围内) n 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61中 nRO2CO2SO2，即两种成分之和 n各成分的上标 表示是燃烧产物（烟气）成分 4 气体分析方程的导出 n1、定义VRO2、RO2,max、(存在C、S成分上限) n（1）VRO2是完全燃烧时燃烧产物中RO2（CO2 SO2）的数量（注意：不要求n1） n（2）RO2,max定义为干理论燃烧产物中的RO2最大 理论含量（干成分%，注意n1） n （61） n（3）由右式定义 （62） 5 气体分析方程的导出 n2、用烟气成分计算RO2,max，要计算 VRO2和V0,d n根据VRO2的定义，可直接写出 n依据烟气中成分同样可以得到V0,d和Vn,d间的关系 n计算过程依据可回顾第四章 n3、得气体分析方程，上两式子代入定义式(6-1)得到 RO2,max，再将RO2,max的表达式代入的定义式(6-2) 6 V0,d与Vn,d的关系 n对于完全燃烧：Vn,d=V0,d+(Ln-L0) （此时n=1 ） n如果不完全燃烧： n如何用产物成分表示Ln-L0（过剩空气量）。一部分 是n1过剩的，一部分是由于不完全燃烧未参加反应 而剩余的，故 7 V0,d与Vn,d的关系 n因此，n=1时， n在n1时，上式同样成立 n把上式和VRO2代入RO2,max的计算式，即可得气 体分析方程 8 定义RO2,max及的意义 n对于确定的燃料，其成分中含C、S元素的量是确定的 ，因此在烟气中CO2SO2有理论上的最大值，这就 是RO2,max n根据物质守恒，烟气中所有含C、S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。如果相差太大那么就是测量误差大或燃烧状况很 不理想 n定义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 n实际上从式(6-2)看出做为检测的特征值和RO2,max是 一样的，两者有确定的简单关系，用是为了简便 9 气体分析方程的简化应用 n1、如果H2及CH4很小，则可忽略不计，方程 简化为 n2、利用上式，仅测得CO2和O2的情况下，可 计算CO（假定没有SO2） n3、如果完全燃烧，则没有可燃成分 10 第二节 空气消耗系数的计算 11 空气消耗系数的计算 n1、提出问题：空气消耗系数n值是一个很重要的指标 ，对燃烧过程有很大影响，需要确定 n2、分析问题：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Ln，也就难以用下式求n n3、解决问题：需要用烟气成分计算空气消耗系数 n按氧平衡原理计算n值 n按氮平衡原理计算n值 12 方法1 氧平衡原理计算n值 n思路：1、首先将n值用氧气量来表示 n2、用烟气成分表示，L0,O2为理论需氧量，完全燃烧 后全部转化为RO2和H2O，那么必然可以用下式表示 nL0,O2 =aVRO2+bVH2O=(aRO2+bH2O).Vn/100 n完全燃烧情况下(Ln,O2L0,O2)为烟气中剩余氧量 nLn,O2 - L0,O2=O2. Vn/100 13 方法1氧平衡原理计算n值 n因此得到n值 n3、引入K表示理论需氧量与燃烧产物中RO2量的比 值 nK值可根据燃料成分求得，各燃料K值查表63 为什么要引入参数K 14 引入K的意义 n在引入K前，n值用燃烧产物表示时，有H2O成分， H2O成分有多少以气态形式存在是很不确定的，取 决于温度 n在用仪器测量烟气成分时，都是检测干烟气，一般 不测量H2O成分数据（测量了也不准确） n（1）引入一个参数K就是为了避免用产物中的 H2O成分数据 n（2）并且常数K可依据燃料成分求得，跟燃烧过 程无关。 15 不完全燃烧n值修正 n不完全燃烧，则燃烧产物中还存在CO、H2、CH4等 可燃成分 n1、修正O2 。n值公式中氧量应减去这些可燃气体完 全燃烧时将消耗的氧 n2、修正RO2 。RO2量应加上这些可燃气体如果燃 烧将生成的RO2 16 方法2 氮平衡原理求n值 n1、变换n值的表达式，变换后不出现单独的L0项 ，因为该值与燃料成分有关而与烟气成分无关 n2、根据氮平衡有 n3、（表达式中的量用烟气表示）根据氧平衡有 17 方法2氮平衡原理求n值 n4、（引入燃料决定量代替难测量）再利用VRO2 与Vn,d的关系 n最后得 n注意：Nfuel、VRO2由燃料成分确定 18 n值公式讨论 n特定情况的简化 n1、含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气 、焦炉煤气等），Nfuel可忽略不计 0，则 n2、进一步，若完全燃烧，则 19 n值公式讨论 n3.如果进一步已知燃料中H2含量很少，比如 对于无烟煤、焦炭等，则N2=79，故： 如何证明 20 第三节 不完全燃烧热损失的检测计算 21 不完全燃烧热损失计算 n(概念上)定义：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 n(数值上)q化定义：不完全燃烧热损失q化，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 的化学热占燃料发热量的百分数 22 不完全燃烧热损失计算 n(1)用烟气表达。产物发热量Q产等于烟气中各可燃 成分发热量之和，假定有CO、H2、CH4，则 nQ产126CO+108H2+358CH4 n(2)消去烟气量。引入两个参数h、P，h称为烟气 冲淡系数，h越大，n越大，完全燃烧n1时h1 n不完全燃烧热损失改写为 23 不完全燃烧热损失计算 n(3)用燃料特性参数和烟气表达。依据碳平衡有 nV0,d.RO2,maxVn,d.(RO2+CO+CH4) n则 n则不完全燃烧热损失为 nRO2,max和P只取决于燃料成分，数据查表6-1 24 思考题 n2、如何推导出气体分析方程？ n3、在用氧平衡原理计算n值时引入K的意义是什 么 ？ n4、在导出气体分析方程、空气消耗系数表达式、 不完全燃烧热损失表达式过程中，指导思想是什 么？ n1、气体分析方程能起到检验测量数据准确性的依 据是什么 ？ 25 课堂练习1 n已知某固体燃料的成分，试推导b的计算公式 n推导思想：利用RO2,max的定义式及其与b的关系 n首先计算VRO2 n再计算VN2 nV0,d=VRO2+VN2 n利用RO2,max=21/(1+b)可得b计算公式 26 课堂练习2 n已知烟煤成分(%)为:Cdaf=85.32，Hdaf=4.56， Odaf=4.07，Ndaf=1.80，Sdaf=4.25，Ad=7.78， War=3.0%，燃烧产物的成分分析结果为(%)： RO2=14.0，CO=2.0，H2=1.0，O2=4.0， N2=79.0，试计算： n1）该燃料的RO2,max，b，K，P n2）验算产物气体分析的误差 n3）求空气消耗系数n和不完全燃烧热损失q化 n4)试用比热近似法和内插值近似法求理论发热温度 27 计算方法 n首先，将成分换算为应用成分 n然后计算理论氧气需要量L0,O2和理论空气需要 量L0，VRO2，VN2，V0,d，Q低，则可完成(1)的计 算 n利用气体分析方程来验算误差分析 n空气消耗系数 n不完全燃烧热损失 28 计算方法 n理论发热温度的求解： n1）比热近似法： n假设发热温度2100度，则根据表5-2，查得烟煤燃烧产物的 比热为1.67，则t=Q低/V0c，根据门捷列夫公式得到Q低 =30031 kJ/kg n2）内插值近似法： n根据Q低/V0=i= 3658 kJ/m3 n假设温度2100度，查附表7得到各成分平均比热，求得产物 的平均比热，即得i=3558 kJ/m3 n假设温度2200度，再重复第二步计算得到i=3746 kJ/m3 n根据内插值计算法，得到t热 29 课堂练习3 n某高炉煤气，干成分（%）为：CO2-10.66; CO -29.96; CH4-0.27; H2-1.65; N2-57.46。煤气温度 20度。燃烧产物的成分经分析为(%)： RO2=14.0, O2=9.0, CO=1.2,N2=75.8。试用各 种计算公式计算n值，并比较之。 30 计算方法 n1.氧平衡法计算n值： nL0,O2=(0.5CO+0.5H2+2CH4)/100= nVRO2=(CO2+CO+CH4)/100= nK= 注意：首先进行干湿成分的换算 31 n如何进行干湿成分换算？ 32 计算方法 n2.氮平衡法计算： n对于气体燃料 N燃=N2 n如果是固体燃料呢？ 33 计算方法 n计算的前提：判断成分测量是否准确，即利用 气体分析方程来检测 34 课堂练习4 n某天然气在纯氧中燃烧，烟气成分(%)为： CO2=25.0,CO=24.0,O2=0.5,H2=49.0,CH4=1.5 。试计算氧气