《消防燃烧学》第5章 燃烧温度.ppt

1 第五章燃烧温度 工程燃烧学 2 燃烧温度 燃烧温度 炉内燃烧后的温度 未排放的烟气温度 即燃料燃烧时燃烧产物达到的温度与燃料种类 燃料成分 燃烧条件 传热条件等因素有关取决于热量收入和热量支出的平衡关系从能量平衡方程出发 求燃烧温度 3 能量平衡 热量收入燃料发热量Q低 因为炉内温度 100oC 水分处于蒸汽状态空气带入的物理热Q空 Ln c空r t空 0 燃料带入的物理热Q燃l cf燃 t燃 0 因是单位燃料热量支出有燃烧产物物理热Q产 Vn c产 t产 0 燃烧产物和炉向周围的传热Q传不完全燃烧热损失Q不产物在高温下热分解的吸热Q分能量平衡方程Q低 Q空 Q燃 Q产 Q传 Q不 Q分 4 燃烧产物温度 实际温度计算式理论燃烧温度假定绝热 Q传 0 完全燃烧 Q不 0 5 理论燃烧温度 理论燃烧温度表示燃料在某燃烧条件下能达到的最高温度选择燃料 燃烧条件 控制温度 炉温水平的估计 热交换计算等 都需要计算该值 6 理论发热温度 燃料理论发热温度 发热温度 在绝热Q传 0 完全燃烧Q不 0的基础上 进一步忽略热分解Q分 0 规定空气和燃料不预热Q空 0 Q燃 0 空气消耗系数n 1 则与传热条件 炉子结构等因素有关吗 只和燃料性质有关 7 理论发热温度的计算 确定Q低值 如何计算 Q的计算 固体或者液体燃料用门捷列夫公式或者实验测定 气体燃料使用各组分发热量之和计算确定烟气体积V0 等于各成分体积之和如认为只有三种成分CO2 H2O N2 则V0 VCO2 VH2O VN2VCO2 VH2O VN2由燃料成分计算 如何计算 说明 此处忽略掉了S 8 理论发热温度的计算 确定烟气比热c产 它是强烈相关于温度t产的 1比热近似法 查表5 2得到各温度下的c产值 2内插值近似 查附表7得各温度下各气体成分的c值 3求解方程法 认为各气体成分c值与温度成2次级数关系 c A1 A2t A3t2 通过查表5 1得到各系数 9 比热近似法 产物整体比热近似值法 表5 2 根据具体的燃料成分计算V0 VCO2 VH2O VN2 根据燃料种类确定c产适用性 燃烧产物的平均比热受温度的影响不显著 特别是空气作助燃剂CO2和H2O的比热对温度的变化比较敏感 N2不明显C和H燃烧以后 产物的比热虽然增加 但是不大各种燃料燃烧以后产物的比热介于C和H的产物比热之间 差别不大 10 11 比热近似法求解过程 比热近似法求温度 比热随温度增大而增大 假定发热温度在表中的一个范围内 查比热c产 得V0c产值 计算得t若t在该范围内 则t就是发热温度t热若t 该范围 则应往温度值小的范围内重新查比热 然后再计算t若t 该范围 则应往温度值大的范围内重新查比热 再计算t重复 3 和 4 直到计算得到的t在假定的温度范围内 就是所要求的发热温度 12 内插值近似法 假设 c A1 A2t A3t2 温度变化小时 c与t为线性关系利用i c t Q低 V0 认为i与t呈线性根据燃料成分求Q低和V0 然后计算i 再根据i值反算温度t 13 内插值近似法的过程 首先假设一个温度t 通过附表7查各气体的平均比热 求出燃烧产物的平均比热c 产物的平均比热为各组分比热的加权和c CO2 cCO2 H2O cH2O N2 cN2 100计算该温度下的i c t 使得i i利用i与t的线性关系 根据几何相似性 即可求出t热 14 方程求解燃料理论发热温度 方程求解法 表5 1取系数 c A1 A2t A3t2如认为只有三种成分CO2 H2O N2 则V0c产 VCO2 A1CO2 A2CO2t A3CO2t2 VH2O A1H2O A2H2Ot A3H2Ot2 VN2 A1N2 A2N2t A3N2t2 V0c产 a bt ct2因此ct3 bt2 at Q低 0解方程即得t热 15 理论燃烧温度计算 理论燃烧温度表达式如下Q低 Q空 Q燃都容易计算需要计算Vn c产更关键的是计算Q分 16 高温热分解 温度越高 分解越强 压力越高 分解较弱工业炉中 只考虑温度 且只有大于1800度才考虑热分解并且只考虑CO2和H2O的热分解反应 则分解热Q分 17 计算Vn c产 忽略热分解引起Vn c产的变化将燃烧产物分为理论燃烧产物和剩余空气两部分Vn c产 V0 c产 Ln L0 c空 V0 c产 n 1 L0 c空V0 L0根据燃料的成分计算注意 右边c产是理论燃烧产物的比热 18 计算Q分 1 忽略 在温度 1800oC的情况下 热分解很少发生 或热分解对温度的影响很小时 可忽略Q分 0 2 按CO2分解度fCO2和H2O的分解度fH2O计算Q分 12600VCO 10800VH2 12600fCO2 VCO2 未 10800fH2O VH2O 未fCO2 fH2O与温度有关 可查附表8和附表9 VCO2 未 VH2O 未是没有分解时完全燃烧后的产物成分体积 可依据燃料成分直接计算 19 计算理论燃烧温度 1 确定Q低 Q空 Q燃 Q分 Vn c产的取值后直接计算 方法同发热温度的计算此方法需先假定一个温度来确定比热和分解度 因此需要重复计算 运算麻烦 20 计算理论燃烧温度 2 计算不考虑Q分的t理 然后查图5 3得到t理 3 计算不考虑Q分的i总 然后查图5 4得到t理 21 影响理论燃烧温度的因素 燃料种类和发热量主要取决于单位体积燃烧产物的热含量考虑Q低 V0 比考虑Q低的影响更符合规律空气消耗系数n在n 1的情况下 n值越大 理论燃烧温度越低 因此在保证完全燃烧的情况下 尽量减小n 22 影响理论燃烧温度的因素 空气 或煤气 的预热温度预热空气可显著提高理论燃烧温度 如对高炉煤气 发生炉煤气 预热空气升高200oC可提高理论燃烧温度100oC 对重油 天然气等可提高150oC对高发热量的煤气 预热空气比预热煤气效果更大 因为发热量越高 L0越大 空气的物理热更多预热是利用余热在低温下实现 非常利于节能空气的富氧程度氧含量越高 燃烧产物生成量越减少 因为氮气少在氧含量在小于约40 时 氧含量变化影响显著 大于40 后 变化影响减