燃烧理论基础.ppt

燃烧理论基础 什么是燃烧 请列出 燃烧需要的3要素 1 2 3 请列出 另外3个条件以得到良好的燃烧4 5 6 燃烧之恰当的混合 燃烧是燃料与氧气之间的放热反应 火焰 燃烧之基本反应 烃类燃料 氧气 co2 h2o 热c o2 co2 32 8mj kgc1摩尔的c和1摩尔的o2产生1摩尔的co2 燃烧之基本反应 2h 1 2o2 h2o 120mj kgh2摩尔的h和1 2摩尔的o2产生1摩尔的h2o 燃烧 练习 ch4 o2 co2 h2o kj kgch4 c3h8 o2 co2 h2o kj kgc3h8通过平衡各边各元素的总数来确定反应系数 燃烧 练习 ch4 o2 co2 h2o mj kgch4c3h8 o2 co2 h2o mj kgc 2 2 54 6 3 4 5 根据燃料的摩尔组成 确定散发的热量 ch4 c 4h16kg kgmol12kg kgmol4kg kgmol从1kg的燃料 你可以得到12 16或0 75kg的c以及4 16或0 25kg的h 48 6 燃烧 自由基反应 实际反应并不是燃料与氧分子之间进行 而是通过自由基机理 最简单的是ch4燃烧 链锁反应 火源为此链锁反应的启动提供了热量 产生自由基 例如oh 链锁反应启动 h2o ch4 h oh ch4链锁反应 非常快 o h2o oh oh h h2o oh h2ch4 oh h2o ch3ch3 o2 ch2o oh ch2o oh h2o chocho oh h2o co 达到这一点很容易 co oh co2 h co氧化过程很缓慢 在没有水的情况下 就没有oh游离基可以氧化co 氧化过程 三个反应基本原则 氧化速度 r k y o2 y 可燃 r 可燃混合物被氧化的速度 单位是mol cm3 sy 各成分的摩尔分数 k 速度常量 单位是mol cm3 s k a exp e rt 且e 激活能 范围是40 250kj mol k温度敏感 对于激活能为125kj mol k 在27 c时 每增加10 c 反应将会增加100倍 而在730 c时则会增加1 5倍 热量产生与热量散发间的平衡在稳定状态 产生的热量等于散发的热量 受混合的影响决定点火温度以及火焰稳定性 从这些关系中我们能推断出什么 氧气含量和可燃物的浓度是非常重要的任一物质的稀释会导致摩尔分数变小 氧化速度减慢如果产生的热量降低会发生什么 散热量也必须降低 燃烧阶段 3 1 准备 预燃 点火 燃烧 热量 焦碳的着火及燃烧 0 1到1s 燃烧过程 燃烧分类 4种类型 第1类 中性完全燃烧 理想状态第2类 有过剩空气的完全燃烧第3类 有过剩空气的不完全燃烧第4类 空气不足的不完全燃烧 第1类 中性完全燃烧 中性燃烧氧气需求量o2min 化学计量燃烧要求的o2数量中性燃烧空气需求量 化学计量燃烧要求的空气容积 或摩尔 amin o2min 0 21单位是nm3 第2类 有过剩空气的完全燃烧 燃料完全被氧化 氧气有剩余燃烧产物 h2o co2 n2 o2 ar so2控制尽可能少的过剩空气 以下是我们想要达到的 烟气损失最佳的窑尾o2含量无挥发循环火焰温度高 好的热量交换 目标 10 的过量空气 根据燃料种类决定窑尾o2量 过剩空气 超出化学计量燃烧所需的空气量的空气叫过剩空气量 a总 amin aminx100过剩空气系数 或化学计量比sr a总 amin 过剩空气带来的影响 我们可以列出以下 热耗挥发循环燃烧产物排放烧成带影响质量影响火焰温度等粉尘量和收尘装置设备能力 排风机 收尘器 负压 二次空气寻找恰当的设定是工艺工程师面临的主要挑战之一 燃烧产物vs过剩空气 o2 o2 能量损失 过剩空气 过剩空气 练习 如果用1摩尔的甲烷和11 4摩尔的空气进行反应 过剩空气量百分比是多少 过量空气系数是什么 按化学计量 氧气需求是 1ch4 2o2 1co2 2h2o 2 0摩尔o2 2摩尔的o2 0 21 9 52摩尔按化学计量组成的空气过剩空气则 过剩空气量 100 11 4 9 52 9 52 19 7 过剩空气系数 11 4 9 52 1 197 氧气足够但仍残留有可燃物燃烧产物 co2 h2o n2 co o2 sox nox 可能的原因 燃料准备不好燃料 o2混合不好燃料 o2配合比例不好 燃烧有问题 第3类 有过剩空气的不完全燃烧 燃料偏多 第4类 空气不足时的不完全燃烧 只有部分燃料氧化燃烧产物 co2 h2o n2 h2 co cmhn h2s 4类燃烧的总结 第1类 中性的空气鉴于混合过程的效率 在实践中并不可能第2类 过多的过剩空气完全燃烧过多意味着热损失第3类 空气不足不完全燃烧co的含量高 说明空气不足效率低第4类 适当的过剩空气既不产生co也不要有多余的空气 操作窑尾氧气 当系统其他参数可控时 应调控氧气量以限制挥发最小 氧气 为了确定适当的含量最佳的氧气含量取决于具体操作条件 确定氧气含量的原则 熟料的质量耐火材料保护及回转窑壳体温度环境 so2 nox 为了控制适当的含量一旦达到最佳含量 短时内会有波动 但在长期范围内会保持稳定 为了控制o2 有3可能的方法 燃料量 燃料量 i d 风机调节 或者只调i d 风机注意控制窑尾温度 其它次要的燃烧产物 nox生成no 94 no2 5 及n2o 1 co生成sox生成 在窑中产生的nox与下列可能因素有关 火焰温度火焰形状燃料类型 氮含量 o2过剩系数烧成带气体停留时间物料温度烧成带物料停留时间 一氧化氮的生成 nox形成于反应机理主要影响高温no窑炉中的火焰及高温区zeldovic机理 氧气过剩a 来自o2分解的原子o的浓度o及oh自由基o n2 no nb 停留时间n oh no h温度 1300 cn o2 no oc 不依赖燃料中的n瞬时no火焰 燃料浓度fenimere机理 ch基的浓度ch n2 hcn h 来自燃烧产物 hcn o nco hnco h nh co过量空气中的提供o和oh基nh h n h2n oh no h来自燃料氮的no挥发成分的通过hcn和nh3o2浓度 过剩空气 气化阶段停留时间 一氧化氮的生成 5 1 热no生成 需要o和oh自由基 1 n2分子被o基断开 o n2 no n 2 释放的n原子与oh基反应 n oh no h 3 如果氧气分子仍可得 n o2 no o 在燃料燃烧时释放 在没有氧气的情况下 n no n2 o 还原气氛 所有这些反应都不会受到燃料中氮含量的影响 燃料no 来自于燃料中氮成分的氧化 可能形成于 低温 在预分解炉 高温 在窑燃烧器 燃料no生成 窑燃烧器 温度急剧升高 如果火焰点火的距离短 生成的no量少 在含烃物挥发后 含氮物迅速释放而周围仍是还原气氛 燃料no生成 窑燃烧器 温度升高缓慢 如果火焰点火的距离长 生成的no量多 在含烃物挥发燃尽后 含氮物才释放周围已是二次空气的氧化气氛 co生成 co的氧化反应是燃烧过程的缓慢阶段co只产生出c完全燃烧时30 的热量1kgc 1 33kgo2 2 3kgco 10mj 记住1kgc 2 66kgo2 3 66kgco2 33mj co在干燥环境中将不会被氧化 需要oh基 co氧化速度极大地取决于温度 co 我们能接受一些co吗 一些工厂在运转中会产生一些co 因为很难完全燃烧燃料 大多数情况是煤 即使颗粒已经很细 控制co含量在可以接受的水平为了控制co最低含量 我们首先关注燃料因素 如果需要可以增加风量 为了避免窑出现过度通风 我们可能需要降低喂料量 sox生成 s是被排斥的一个燃烧反应 但是它在大多数的固体燃料中在扮演着角色 s o2 so2 9 25mj kgssox的释放取决于 燃料中硫的含量生料中的黄铁矿燃烧区域中氧气含量当硫含量高时 s a比燃烧效率 燃烧 回顾 燃料 空气 点火 窑火焰 废气c o2 热量 co2 实际情况远为复杂不需记住所有方程式理解下列要素很重要o2含量火焰形状最少的coe g 燃烧质量问题热量分解火焰质量熟料烧成 保持最优化的氧气窑尾o2最优化且 无漏气氧气不足不完全燃烧 多余的co爆炸风险 对产量 稳定性 熟料质量以及热耗产生不良影响氧气含量低因为硫挥发 窑不稳定so2分析仪与o2相反可预测燃烧变化但通常不会出现多余氧气长焰 高热耗 经常限制产量 燃烧指标 o2 co so2 良好的燃烧 最好的燃烧效率是在窑的尾气中既无co也无过多的过剩空气情况下达到 燃烧计算 最低燃烧空气 取决于燃料类型 amin 8 89xc 26 5xh 3 3xs 3 3xo在nm kg的燃料中近似值amin 0 26nm mj 任何燃料 其中c h s和o是燃料中的重量百分比最低燃烧气体 产物 vmin 0 79xamin 0 8xn 1 87xc 0 7xs 11 2xh 1 24xh2o aminxh2oair在nm kg的燃料中近似值vmin 0 28nm mj 任何燃料 同样是重量百分比 h2o是燃料或空气中的重量百分比 vmin公式里 0 79xamin 0 8xn n21 87xc co20 7xs so211 2xh 1 24xh2o aminxh2oair h2o 燃烧方程式 单位质量的总热值和净热值 矿物燃料 油和煤 cv净 cv总 燃烧产物中的水 x2450单位是mj kg近似值cvnet 34 8xc 93 9xh 10 5xs 6 2xn 10 8xo 2 5xh2o在mj kg的燃料中对于气态燃料 用各气体成分的容积比xcv净 mj nm3 可燃气体是不同成分的混合体 气体燃料的总公式 cchhssoonnamin 1x v x c h s o 在nm3