燃料及燃烧.ppt

已知发生炉煤气的湿成分 CO 29 0 H2 15 0 CH4 3 0 C2H4 0 6 CO2 7 5 N2 42 0 O2 0 2 H2O 2 7 在n 1 05的条件下完全燃烧 计算煤气燃烧所需的空气量 燃烧产物量 燃烧产物成分和密度 湿 湿 湿 湿 湿 湿 湿 湿 燃料 凡燃烧时能放出大量的热 该热量能经济而有效地用于现代工业生产或日常生活的所有物质 统称燃料 分类 按物态分为固体燃料 液体燃料和气体燃料按来源可分为天然产品和加工产品 冶金生产所使用的燃料应具备的条件 1 燃烧所放出的热量必须满足生产工艺要求 2 便于控制和调节燃烧过程 3 蕴藏最丰富 成本低 使用方便 4 燃烧产物必须是气体 对人 动植物 厂房 设备等无害 项目二燃料及燃烧 任务1燃料特性 燃料的化学组成 燃料的发热能力 一 燃料的化学组成及其成分换算 1 气体燃料的化学组成及干湿成分换算 气体燃料由几种简单的化合物所组成的机械混合体 可燃成分 CO H2 CH4 C2H4 CmHn H2S 不可燃成分 CO2 N2 S02 H2O O2 气体燃料的成分系以各组成物的体积百分数表示 表示方法有湿成分和干成分两种 气体燃料的水分含量等于在该温度下的饱和水蒸汽量 分析成分是干成分 实际成分为湿成分 干成分和湿成分之间的换算方法以CO为例 其余成分均照此类推 式中H2O湿为湿气体燃料中水分的体积百分含量 从饱和水蒸汽表中 见表2 2 1立方米干气体所能吸收的水蒸汽的质量 克 g m3 例题2 1 将发生炉煤气的干成分换算成湿成分 干气体 元素分析法 C H O S N和水分 灰分 碳 C 2 液体和固体燃料的化学组成及各成分的换算 氢 H 氧 O 有害元素 氮 N 惰性物质 硫 S 有害杂质 存在形式 有机硫 黄铁矿硫硫酸盐 水分 W 有害成分 水分来源 外部水 吸附水 结晶水 灰分 A 供用成分 实际组成 包括C H O N S和灰分 A 水分 W 干燥成分 可燃成分 无水无灰为基准 有机成分 C H O N四种元素成分 有机成分或有机质 成分表示方法 供用成分 干燥成分 可燃成分 有机成分 例 已知煤的下列成分 试确定煤的供用成分 解 85 22 0 8182 85 22 69 73 0 8182 4 33 3 54 0 8182 8 47 6 93 0 8182 1 35 1 10 0 8182 0 63 0 52 二 燃料的发热量 定义 单位质量或体积的燃料完全燃烧后所放出的热量的千焦数 单位 固 液体燃料 千焦 千克 KJ Kg 气体燃料 影响因素 只取决于燃料内部的化学组成 不取决于外部的燃料条件 高发热量 当燃烧产物的温度冷却到使其中的水蒸气冷凝成0 的水时所放出的热量 当燃烧产物中的水分不是呈液态 而是呈20 的水蒸气存在时的发热量 低发热量 高发热量与低发热量之间的换算关系 25 12 9H W 千焦 千克 1 发热量的概念 2 发热量计算式 固 液体燃料发热量的计算公式 气体燃料发热量的计算公式 3 标准燃料 发热量为29302千焦 千克 7000千卡 千克 的煤为标准煤 发热量为41870kJ kg 10000kcal kg 的燃料油为标准燃料油 1 高炉煤气 主要可燃成分为CO不到三分之一 主要成分N2 50 以上 2 焦炉煤气 主要成分是H2 50 以上 其余为CH4 25 3 发生炉煤气 主要成分是CO含量不到三分之一 10 N2 50 以上 4 天然煤气 主要成分是CH4 80 以上 5 使用煤气安全知识 输送管道要严密无缝隙 防毒 防爆 严格遵守煤气安全制度 二常用燃料的种类 性质和用途 一 气体燃料 四个牌号 20 60 100 200号 重油在50 时的恩式粘度来确定 二 液体燃料 重油 1 粘度 温度的升高而下降 表示方法 恩氏粘度 用恩氏拉粘度计测得 输送管道 油温 喷嘴前 油温 2 闪点 重油加热时表面会产生油蒸汽 随着温度的升高 油蒸汽越来越多 并和空气相混合 当达到一定温度时 火种一接触油气混合物便发生闪火现象 这一引起闪火的最低温度称为重油的闪点 闪点 着火温度 左右 3 凝固点 重油冷却到一定温度时 就会凝固而失去流动性 开始凝固的温度称为凝固点 左右 三 固体燃料 煤 焦炭 粉煤 1 煤 泥煤 褐煤 烟煤 无烟煤 煤的工业分析 1 挥发分 2 固定碳 3 灰分 4 水分 烟煤 烟煤比褐煤炭化更完全 水分和挥发分进一步减少 固体碳增加 低发热量较高 一般都在23000 29300千焦 千克 作冶金炉燃料时 主要考虑的指标是 挥发分和发热量 灰分含量及其熔点 含硫量 煤的粒度大小 分类 长焰煤 气煤 肥煤 结焦煤 瘦煤 无烟煤 无烟煤是炭化程度最完全的煤 其中挥发分很少 无烟煤挥发分少 燃烧时火焰很短 故在冶金生产中很少使用 焦炭缺乏时 可用无烟煤暂代 2 焦炭 要求 化学成分 机械强度 块度 灰分 反应能力 3 粉煤 将块煤或碎煤磨至0 05 0 07毫米的粒度称为粉煤 1 完全燃烧与不完全燃烧 燃料中的可燃物全部与氧发生充分的化学反应 生成不能燃烧的产物 叫完全燃烧 燃料的不完全燃烧存在两种情况 化学性不完全燃烧 燃烧时燃料中的可燃物质没有得到足够的氧 或者与氧接触不良 因而燃烧产物中还含有一部分能燃烧的可燃物被排走 这种现象叫化学不完全燃烧 机械不完全燃烧 燃料中的部分可燃成分未参加燃烧反应就损失掉的那部分 如灰渣裹走的煤 炉栅漏下的煤 管道漏掉的重油或煤气 任务2燃烧计算 一概述 2 空气消耗系数 理论空气需要量用L0表示 实际空气需要量用Ln表示 它与理论空气需要量的比值叫空气消耗系数 用n表示 n值分析 n大于1 1 降低炉温 不利于供热 2 增大燃烧产物体积 对某些附属设备的容量也有所影响 3 使钢大量氧化和脱碳 影响质量 n等于1 理想状态 n小于1 造成化学性不完全燃烧损失 固体燃料 n 1 20 1 50液体燃料 n 1 15 1 25气体燃料 n 1 05 1 15 3 燃烧计算的内容及假设条件 假定 燃料中可燃成分完全燃烧 元素分子量取整数 气体的体积都按标准状态计算 每1kmol任何气体的体积都是22 4m 在计算中不考虑热分解效应 空气的组成只考虑O2和N2 认为干空气由体积含量为21 的氧和体积含量为79 的氮所组成 燃烧计算内容 燃料燃烧时所需要的空气量的计算 燃烧产物量的计算 燃烧产物的成分和密度的计算 燃烧温度的计算 空气消耗系数的计算 3 二气体燃料的燃烧计算 特殊点 1 气体燃料的L0及V0指的是l立方米气体燃料完全燃烧时所需要的空气量和生成的燃烧产物量 其单位是m m 2 燃烧反应方程式中反应物与生成物之间的分子比就是体积比 3 3 空气需要量 燃烧产物量 一 理论空气需求量和燃烧产物量的计算 根据上述反应即可求得燃烧所需的氧为 二 实际空气需求量和实际燃烧产物量的计算 实际空气需要量 实际燃烧产物量 三 燃烧产物成分和密度的计算 1 燃烧产物成分 2 燃烧产物的密度 当已知燃烧产物成分时 其计算公式为 当不知燃烧产物成分时 其计算公式为 例1 高炉煤气的湿成分 CO 26 1 H2 3 07 CH4 0 19 CO2 14 1 N2 52 2 O2 0 19 H2O 4 15 试确定n 1 2的条件下完全燃烧所需的实际空气量 实际燃烧产物量 燃烧产物成分和密度 湿 湿 湿 湿 湿 湿 湿 已知发生炉煤气的湿成分 CO 29 0 H2 15 0 CH4 3 0 C2H4 0 6 CO2 7 5 N2 42 0 O2 0 2 H2O 2 7 在n 1 05的条件下完全燃烧 计算煤气燃烧所需的空气量 燃烧产物量 燃烧产物成分和密度 湿 湿 湿 湿 湿 湿 湿 湿 二 液体和固体燃料的燃烧计算 固体燃料和液体燃料的燃烧反应通常以kmol为依据 求出所需氧的kmol数 再换算为体积 主要可燃成分 碳 氢 硫 C O2 CO2 1kmol 1kmol 1kmol 理论空气需要量 理论燃烧产物量 一 理论空气需求量和理论燃烧产物量的计算 二 实际空气需求量和实际燃烧产物量的计算 实际空气需要量 实际燃烧产物量 三 燃烧产物成分和密度的计算 1 燃烧产物成分 100 100 100 100 100 2 燃烧产物密度 当已知燃烧产物的成分时 固 液体燃料燃烧产物的密度 0 当不知燃烧产物的成分时 已知烟煤的成分 C 56 7 H 5 2 S 0 6 O 11 7 N 0 8 A 10 0 W 15 0 当n 1 3时 试计算完全燃烧时的实际空气需要量 实际燃烧产物量 燃烧产物成分和密度 用 用 用 用 用 用 用 解 1 空气需要量L0 4 76 22 4 6 07 m3 Kg Ln 1 3 6 07 7 89 m3 Kg 2 燃烧产物量V0 22 4 0 79 6 07 6 63 m3 Kg Vn 6 63 1 3 1 6 07 8 45 m3 Kg 3 燃烧产物成分 100 12 53 100 9 09 100 0 05 100 73 83 100 4 52 1 32 Kg m3 4 燃烧产物密度 0 燃料燃烧放出的热量全部被燃烧产物所吸收 燃烧产物所能达到的温度叫燃料的燃烧温度 燃烧温度的高低 取决于燃烧产物中所含热量的多少 燃烧产物中所含热量的多少 取决于燃烧过程中热量的收入和支出 三燃烧温度 1 概念 燃烧温度既与燃料内部的化学组成有关 又受外部燃烧条件的影响 1 燃料燃烧的化学热Q低 2 空气带入的物理热Q空气 3 煤气带入的物理热Q煤气 热支出各项有 1 燃烧产物所含的热量Q产 2 由燃烧产物向周围介质的散热损失Q介 3 燃料不完全燃烧损失的热量Q不 4 高温下燃烧产物热分解损失的热量Q解 热平衡方程式 Q低 Q燃 Q空 Vnc产t产 Q介 Q不 Q解 热收入各项有 在完全燃烧和绝热条件下 也就是当Q不和Q介都等于零时 燃烧产物所能达到的温度叫做 理论燃烧温度 2 提高燃烧温度的途径 1 提高燃料的发热量2 实现燃料的完全燃烧3 降低炉体热损失4 预热空气和燃料5 降低空气消耗系数6 富氧鼓风和氧气助燃 优点 1 空气消耗系数小 2 可以预热 提高煤气的燃烧温度 3 燃烧过程易控制 4 输送方便 劳动强度小 易实现自动化 缺点 1 管路施工及架设等费用高 2 燃料价格贵 3 贮藏困难 4 煤气有发生爆炸和使人中毒的危险 任务3燃料燃烧 一气体燃料的燃烧 分三个阶段 一 煤气的燃烧过程 1 煤气与空气的混合 影响因素 改善途径 使煤气与空气流形成一定的交角改变气流的速度缩小气流的直径 煤气和空气的流动方式气流速度气流相对速度气流直径 一 煤气的燃烧过程 2 煤气与空气混合物的加热和着火 着火类型 3 完成燃烧反应 临界条件 着火温度和着火浓度极限 自然着火强迫着火 着火温度 4 煤气燃烧的火焰 火焰是正在进行燃烧反应的一般高温混合物 煤气火焰由混合区 预热区 燃烧区组成 在燃烧过程中 火焰好像一层一层地向前推移 火焰锋面连续向前移动 这种现象叫火焰的传播 火焰前沿向前推移的速度叫火焰传播速度 火焰传播速度 H2 CO CH4焦炉煤气 发生炉煤气 高炉煤气 天然气 火焰的稳定性 火焰长度 火焰长短主要取决于煤气与空气的混合速度 随着混合速度的加快而缩短 焦炉煤气不易脱火而易回火 天然气易脱火而不易回火 火焰传播速度U W气流速度 火焰稳定在烧嘴附近火焰传播速度U W气流速度 回火回火极限火焰传播速度U W气流速度 脱火脱火极限 回火 脱火的危害 脱火 不完全燃烧 易引起操作人员的窒息 中毒 易发生爆炸事故 回火时 不完全燃烧 烧坏燃烧器 爆炸 二 煤气燃烧方法 1 扩散燃烧 煤气和空气在燃烧之前不预先混合 两者在离开燃烧器后一边混合 一边燃烧的过程叫扩散燃烧 扩散火焰的稳定性很好 不会回火 也很难脱火 强化扩散燃烧的方法 增大煤气 空气两气流的速度差 加大两气流的交汇角度 减小气层厚度 或使气流呈多股细流喷出 增强气流搅拌程度 使气流旋转 2 预混燃烧 1 空气耗散系数小 2 燃烧速度快 燃烧空间的热强度大 3 燃烧温度较扩散燃烧时高 4 火焰的黑度较扩散燃烧时小 5 预热温度原则上不能高于混合气体的着火温度 6 火焰稳定性差 即易回火 也易脱火 调节范围较小 3 大气式燃烧 大气式燃烧所需空气分两次供应 一部分为一次空气 事先和煤气相混合 一次空气耗散系数为0 n1 1 燃烧所需其余空气靠扩散供应为二次空气 火焰长度介于上两种方式之间 分两个区域 火焰内锥 就是预混燃烧时的前焰面 火焰外区则相当于扩散燃烧时的扩散火焰 三 煤气燃烧器 1 有焰烧嘴 套管式烧嘴 优点 结构简单气流阻力小 缺点 混合较慢 火焰较长 需要足够大的空间 扁缝涡流式烧嘴 扁缝涡流式烧嘴是有焰烧嘴中混合条件最好 火焰最短的一种 适用于发生炉煤气和混合煤气 但要求烧嘴前的煤气压力和空气压力具有一定的压力 2 无焰烧嘴 优点 烧嘴具有自调性 混合装置简单可靠 燃烧速度快 燃烧温度比有焰烧嘴高 不需要风机 管路简单 调节和自动控制系统也简单 外型尺寸很大 占地面积大 安装和操作都不方便 需要较高的煤气压力 动力消耗大 空气和煤气的预热温度受到限制 烧嘴的自调性差 缺点 1 重油的燃烧过程 由碳氢化合物组成 燃烧过程 a雾化阶段b混合c预热阶段d燃烧反应阶段 二液体燃料的燃烧 重油燃烧的好坏主要取决于雾化程度的好坏 雾化越好 油滴越细 表面积越大 加热快 氧较易渗入 燃烧遮度快 即便形成碳黑 其颗粒也很细小 细粒碳不仅能很快燃烧 并且还增加了火焰的辐射能力 多相燃烧反应 2 重油喷嘴 1 低压油喷嘴 2 高压油喷嘴 3