燃烧学复习题.docx

1. 说明煤的化学组成、挥发份及灰分、水分、碳分等对煤质特性的影响？ 煤的化学组成主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)等元素组成：碳是煤中主要的可燃元素，在燃烧过程中放出大量的热；煤的炭化程度越高，含碳量就越大；含碳量高的煤难以着火与燃烬，但是发热量很高。氢也是煤中主要的可燃元素，有效氢的发热量很高，是碳发热量的34倍，煤中氢含量先随着炭化程度的增加而增加，当煤中含碳量为85%时达到最大值，然后随着炭化程度的增加而下降。氧是煤中有害的不可燃元素，煤中含氧量随着炭化程度的增加而下降，煤中氧含量的存在会使煤发热量降低。氮是煤中的有害不可燃元素，其存在不但降低煤的发热量，而且会生成NOx等污染物；硫是煤中的有害元素，在煤燃烧过程中会生成SOx等有害污染物。挥发分是煤在隔绝空气条件下加热到850时析出的气体。挥发分含量多的煤，着火容易，着火温度低，燃烬容易；挥发分含量少的煤，着火温度高，着火困难，燃烬非常困难。灰分是指煤中所含的矿物质在燃烧过程中经过高温分解和氧化作用后生成的一些固体残留物。灰分含量高的煤不仅使煤的发热量减小，而且影响煤的着火与燃烧。由于燃烧烟气中飞灰浓度大，使受热面易受污染影响传热、降低效率，并使受热面易磨损而减少寿命。同时，对排烟中的含尘量必须采用高效除尘措施，使排烟中含尘降低到合格的排放指标。在煤的使用过程中，一定要重视煤的灰熔点，否则容易造成结渣，不利于燃烧过程中空气的流通和气流均匀分布，破坏燃烧过程的稳定运行。水分是煤中的不可燃成分，其存在不仅降低了燃料的可燃质含量，含水量大的燃料发热量低，不易着火、燃烧，而且在燃烧时还要消耗热量使其蒸发和将蒸发的水蒸气加热，降低燃烧室温度，使锅炉效率降低，并使排烟损失加大，还易在低温处腐蚀设备。含水量大的煤使得制粉设备制粉困难，需要高温空气或烟气干燥。同时，水分大的煤也不利于运输，并使成本增加。但是，在高温火焰中水蒸气对燃烧具有催化、媒介作用，可以加速煤粉焦碳的燃烧，可以提高火焰黑度，增加火焰及烟气的辐射放热强度，加强燃烧室炉壁的辐射换热。另外，水蒸气分解时产生的氢分子和氢氧根可以提高火焰的热传导率。这样，水分使飞灰中碳粒减少，从而使机械不完全损失减少，TSP减少，同时水分的蒸发有利于疏松煤层，增加孔隙率，改善燃烧。因此综合考虑，应以合适水分为好。煤中碳分包括固定碳和游离碳。固定碳是指在隔绝空气的情况下煤中挥发分析出后剩下的固体物质中的含碳量；游离碳是指挥发分中的含碳量。一般来说，煤的煤化程度越高，挥发分含量越少，固定碳含量越高。煤中固定碳含量高，不利于煤的着火和燃烧，煤难以燃烬。1. 2. 什么是有效氢，什么是化合氢？ 有效氢：与碳、硫结合在一起的氢，也叫可燃氢，可进行燃烧反应，并放出热量；化合氢：与氧结合在一起的氢，不能参与燃烧反应。在计算煤的发热量和理论空气需要量时，氢的含量应该以有效氢为准。1. 3. 何谓燃料的高位发热量和低位发热量？ 为什么在工程和设计计算中使用低位发热量？ 煤的高位发热量是指单位质量或单位体积的燃料完全燃烧后燃烧产物冷却到使其中的水蒸汽凝结成0的水时所放出的热量；煤的低位发热量是指单位质量或单位体积的燃料完全燃烧后燃烧产物中的水蒸汽冷却到20时放出的热量，不包括水蒸汽潜热的燃料发热量；因为热力设备的排烟温度一般大于100，烟气中的水蒸气尚未冷凝而直接排出，使燃料燃烧后烟气中的水蒸汽潜热无法回收利用。1. 4. 什么是标准煤？ 能源的种类很多，所含的热量也各不相同，为了便于相互对比和在总量上进行研究，我国规定应用基低位发热量Qnet,ar=29271kJ/kg(即7000kcal/kg)的燃料为标准煤，也称煤当量。标准煤实际是不存在的，只是人为的规定。提出标准煤的主要目的是把不同燃料划归统一的标准，便于分析、比较热力设备的经济性。不同的煤具有不同的发热量，有时差别很大。因此，在相同容量、相同参数的锅炉，在相同运行条件下，不能仅仅依据消耗燃料量的多少，来衡量锅炉运行的经济性。如果把不同的燃煤都折算为统一的标准煤，那就容易判断：哪一台炉的标准煤耗量低，哪一台锅炉的运行经济性就好。1. 5. 煤质分析主要包括哪些内容？ 工业分析(工分)：灰分、水分、挥发份、固定碳、低位发热量、焦渣特性；元素分析(元分)：碳、氢、氧、氮、硫。1. 6. 煤的成分分析有几种基准？各有什么意义？各用于什么场合？ 应用基(收到基，as received basisar)：以收到状态下包括全部组分在内(包括全部水分和灰分)的燃料成分总量作为计算基准，用于煤的燃烧产物计算。空气干燥基(分析基，air dry basis-ad)：以除去外在水分后的燃料成分总量为计算基准，燃料被60oC的空气干燥至风干状态，外在水分已经逸出，燃料中仅剩下内在水分，常用于实验室煤质分析。干燥基(dry basis-d)：以除去全部水分后的燃料成分总量为计算基准。燃料在烘箱(102-105)中烘干失去全部水分，表示煤中的稳定成分，用于不同煤种的质量比较。干燥无灰基(可燃基，dry ash free basis-daf)：以除去水分和灰分后的燃料成分总量为计算基准。常用于确切地说明煤的化学组成特点。1. 7. 煤中水分有几种存在方式（内水分，外水分）？请用应用基（收到基）表示出分析基内水分？ 煤中水分有外水分和内水分之分。外水分为环境条件下机械地附在燃料表面的水分，与环境空气湿度、温度等外界条件有关；内水分为实验室条件下的燃料达到风干状态而失去外在水分后的剩余水分，主要为化学吸附水及矿物质结晶水。全水分为外水分和内水分之和；外水分的基准为应用基(收到基)；内水分的基准为分析基(空气干燥基)。M外M外ar； M内M内ad； Mar=M内arM外ar M内ar= M内ad(100-M外ar)/100水分是煤中的不可燃成分，其存在降低了燃料的可燃质含量，含水量大的燃料发热量低，不易着火、燃烧，而且在燃烧时还要消耗热量使其蒸发和将蒸发的水蒸气加热，降低燃烧室温度，影响燃料的着火与燃尽，使锅炉效率降低，并使排烟损失加大，易在低温处腐蚀设备，还会造成堵灰等问题。含水量大的煤是的制粉设备制粉困难，需要高温空气或烟气干燥。同时，水分大的煤也不利于运输，并使成本增加。但是水分使飞灰中碳粒减少，从而使机械不完全损失减少，TSP减少，同时水分的蒸发有利于疏松煤层，增加孔隙率，改善燃烧。因此综合考虑，应以合适水分为好。1. 8. 煤中硫分有几种存在方式？ 硫在煤中的存在形式主要有三种：有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。有机硫是含于燃料有机体中的硫，其均匀分布在煤中，与其它元素(C、H、O)结合形成复杂的有机化合物；黄铁矿硫为含于金属硫化物中的无极硫，以金属硫化物(FeS2、CuS、ZnS等)的形式存在，主要形式为FeS2；硫酸盐硫主要以CaSO4、MgSO4、FeSO4等无机盐形式存在。有机硫与黄铁矿硫均可以燃烧放出热量，二者合称可燃硫或挥发硫。硫酸盐硫已经充分氧化，不能参与燃烧反应，是燃料燃烧后所形成灰渣的一部分。1. 9. 油的闪点和燃点及着火点？ 闪点：当燃料油加热至一定温度时，其中分子量较小，沸点低的成分将先由油的表面气化逸出，形成油蒸气。油温升高，油蒸气越多，油表面附近的油蒸汽浓度越大。此时，有外来火源的情况下，在油面上会出现闪火现象(时间不超过5s)，但是未构成持续燃烧；燃点：当燃料油加热至一定温度时，其中分子量较小，沸点低的成分将先由油的表面气化逸出，形成油蒸气。油温升高，油蒸气越多，油表面附近的油蒸汽浓度越大。当油的蒸发速度很快时，在有外来火源情况下，在油面上闪火后持续燃烧(5s)；着火点：当燃料油加热至一定温度时，其中分子量较小，沸点低的成分将先由油的表面气化逸出，形成油蒸气。油温升高，油蒸气越多，油表面附近的油蒸汽浓度越大。在无外来火源的情况下，在油面上形成的持续燃烧。10.什么叫粘度？重油粘度有几种表示方法？运动粘度的单位及其换算？粘度是表示流体质点之间摩擦力大小的物理指标，可以用来衡量燃油的流动性，是影响燃料油输送、雾化质量的主要因素。重油的粘度随温度的升高而降低，压力增加，液体粘度增加，但是影响不大。其表示方法有动力粘度、运动粘度、恩氏粘度。运动粘度的单位及其换算：运动粘度与恩氏粘度之间的换算关系：11.说明燃气干湿成分的表示方法及换算方法？湿成分：包括燃料中水蒸气组分的表示基准。干成分：不包括燃料中水蒸气组分的表示基准。干、湿成分换算关系：进行燃烧计算时要用气体燃料的湿成分来算。12.何谓理论空气量？单位质量或单位体积的燃料完全燃烧(无剩余可燃组分和CO)时所需要的最小空气量(燃烧产物中氧气为零)，即从燃烧化学反应式出发计算出的1kg(或1m3)燃料所含可燃元素完全燃烧所需的空气量称为理论空气量。一般来说，燃料的理论空气量与其发热量大致成正比关系。1000kcal热量的燃料燃烧时约需1Nm3空气量。13.何谓理论烟气量？何谓实际烟气量？其烟气成分中有何差别？为什么？理论烟气量：1kg或1m3燃料在a=1的情况下完全燃烧，所生成的烟气量为理论烟气量。实际烟气量：1kg或1m3燃料在a1的情况下完全燃烧，所生成的烟气量为实际烟气量。与理论烟气量相比，实际烟气组分上多了一项O2；在烟气总量上，多了过量空气(a-1)V0以及随过量空气带入烟气中的水蒸气，这部分过量空气包括0.21(a-1)V0的氧气和0.79(a-1)V0的氮气。理论烟气量只与燃料的成分有关，而实际烟气量不但与燃料成分有关，还与空气消耗系数a有关。在理论燃烧状态下，空气中的氧被全部消耗，因此烟气中没有氧；而实际燃烧过程中，当空气过量时(a1)，烟气中多了一部分过剩空气量(a-1)V0。14.何谓过量空气系数(空气消耗系数)？过量空气系数的大小对燃烧及设备效率有何影响？过量空气系数a为实际空气量Vk与理论空气量V0之比( )，其大小直接影响燃烧效率和设备效率。实际煤正常的燃烧过程中空气消耗系数通常大于1，而实际煤气化过程中空气消耗系数通常小于1。在燃烧设备中，燃烧过程一般在炉膛出口处结束，因此对燃烧有重大影响的是炉膛出口处的过量空气系数a。a太大会造成过大的排烟热损失，使得设备效率降低，并使炉温偏低，不利于炉内燃烧；a太小会造成固体及气体燃料不完全燃烧损失过大，使得燃烧效率降低，污染物排放浓度高；对于不同燃料和不同的燃烧方式，a大不相同，存在一个最佳值，应在设计和运行中接近此值。15.不同的过量空气系数情况下的燃烧产物有何区别？a1：完全燃烧时，燃烧产物中除了CO2、H2O、SO2、NOx之外，还有剩余的氧；不完全燃烧时，燃烧产物中除了CO2、H2O、SO2、Nox、O2之外，还有不完全燃烧产物CO和H2以及CH4等。此时，不完全燃烧程度越严重，燃烧产物体积增加的也就越多。a1：燃料与空气混合均匀，燃烧产物中可能有CO、H2、CH4，但是没有O2；燃料与空气混合不充分，燃烧产物中有CO、H2、CH4，但是有O2；此时，将会使燃烧产物生成量有所减少。16.何谓燃烧温度？理论燃烧温度？理论发热温度？各有什么意义？燃烧温度：燃料在炉内实际燃烧后烟气所达到的温度(有散热)，它是在边燃烧边传热的情况下烟气达到的温度，在高度方向和炉膛截面的不同处，其燃烧温度是不相同的；此外还与燃烧完全程度及燃料是否热解有关。理论燃烧温度(绝热燃烧温度)：假定炉膛边界不传热(绝热系统)时，燃料完全燃烧(不完全燃烧热损失为零)时炉内烟气所能达到的最高温度(a不等于1，燃料和空气均可预热)。理论燃烧温度是燃料燃烧的一个重要指标，为某种燃料在某一燃烧条件下所能达到的最高温度，其对于炉内过程分析和热工计算都是一个极其重要的依据，对于燃料与燃烧条件的选择，温度水平的估计和炉内换热计算，都有实际意义。理论发热温度：假定炉膛边界不传热(绝热系统)时，燃料完全燃烧(不完全燃烧热损失为零)，燃料和空气均不预热时，空气消耗系数为1时，炉内烟气能达到的温度称为理论发热温度。理论发热温度只和燃料性质有关，是从燃烧温度的角度评价燃料性质的一个指标。17.理论燃烧温度与哪些因素有关？提高理论燃烧温度的措施？理论燃烧温度(绝热燃烧温度)：假定炉膛边界不传热(绝热系统)时，燃料完全燃烧(不完全燃烧热损失为零)时炉内烟气所能达到的最高温度(a不等于1，燃料和空气均可预热)。理论燃烧温度是燃料燃烧的一个重要指标，为某种燃料在某一燃烧条件下所能达到的最高温度，其对于炉内过程分析和热工计算都是一个极其重要的依据，对于燃料与燃烧条件的选择，温度水平的估计和炉内换热计算，都有实际意义。其影响因素如下：燃料的种类和发热量，理论燃烧温度的增加正比于Qnet/Vy；空气消耗系数；空气或燃料的预热温度；空气的富氧程度，氧气浓度在30%以下增加氧气浓度效果明显；燃烧速度及减少散热。提高理论燃烧温度的措施：提高空气和燃料的预热温度；选择合适的空气消耗系数，在较小的烟气排放量下保证燃料的快速燃烧与燃尽；提高氧气浓度等。18.富氧程度对不同发热量燃料的燃烧影响如何？为什么？燃料在氧气或富氧空气中燃烧时，理论燃烧温度 比在空气中燃烧时要高。这是因为当燃料在氧气或富氧空气中燃烧时，燃烧产物生成量有了变化，燃烧产物的生成量随着空气的富氧程度增加而减小，从而使得燃料的理论发热温度增加。燃料的理论燃烧温度不但和燃料的发热量有关，还与燃料在富氧情况下的燃烧产物生成量有关，发热量比较高的燃料的理论燃烧产物生成量较大，因此受空气的富氧程度的影响较大，而发热量较小的燃料则影响较小。富氧空气中的氧浓度在30%以下时，效果明显，如氧浓度继续增加，效果减弱。19.试写出煤的燃料特性系数的表达式？并说出其意义？，b是一个无因次数，仅取决于燃料的元素成分，对于固体与液体燃料来说，其为燃料中自由氢与碳之比。20.试写出燃烧效率的表达式并说出式中各项的含义？其与锅炉效率有什么不同？燃烧效率 ，式中q3为化学不完全燃烧损失，q4为机械不完全燃烧损失。锅炉效率 ，式中q3为化学不完全燃烧损失，q4为机械不完全燃烧损失，q2 为排烟热损失，q5 为锅炉散热热损失，q6 为灰渣物理热损失。21.公式 中， 的含义是什么？写出完全燃烧和不完全燃烧的