燃料与燃烧01.ppt

同学们 新学期好 魏敦崧dsweib 济阳楼301室65980273 O 65155965 H 热能与动力工程专业 燃料与燃烧 燃料与燃烧 课程性质 目的与任务 燃料与燃烧 课程是热能工程专业的专业课 通过教学 学生应具有燃料的基本物理化学性质和燃烧基本原理的知识 应掌握燃料燃烧的基本计算 在教学过程中注重燃烧物理现象的描述和简化数学模型的建立 以便揭示燃烧现象的基本规律 同时本课程还包括基本的燃烧方法和装置 本课程同时为学生学习相关专业课提供了必要的基础知识 燃料与燃烧 绪论第一篇燃料概论第二篇燃烧反应计算第三篇燃烧基本原理第四篇燃烧方法与燃烧装置 绪论 热能与动力工程 专业获得热能 化石燃料 可再生能源 核能热能转换 电能 动力 机械能 化学能热能利用 高效节能 安全合理环境保护 洁净技术 减少污染 绪论 绪论 阿波罗飞船用的燃料电池 燃料电池汽车 绪论 一 能源与环境 绪论 绪论 绪论 绪论 绪论 二 可持续发展与科学发展观知识经济时代 信息科学技术生命科学技术新能源与可再生能源新材料空间科学技术海洋科学技术有利环境的科学技术管理科学技术循环经济 绪论 三 能源分类一次能源 自然界天然存在 没有经过加工转换的能源可再生能源 太阳能 水力 风能 海洋能 潮汐能 地热 生物质能等非再生能源 原煤 原油 天然气 核燃料二次能源 由一次能源加工 转换而成的能源制品电力 蒸汽 热水 煤气 焦炭 汽油 煤油 柴油 重油 液化气 沼气 氢能 太阳能采暖及热水系统 城市垃圾焚烧系统 核电站 绪论 四 世界和我国能源结构 绪论 绪论1997年 绪论 绪论 绪论 绪论 绪论 五 学习本课程的重要性六 学习内容和方法1 燃料 固体 液体 气体 2 燃烧计算3 燃烧基本原理4 燃烧方法 技术和装置 燃料与燃烧 第一篇燃料概论第一章固体燃料 第一篇燃料概论 第一篇学习重点学习第一篇要求重点掌握 1 煤 油 燃气三种主要燃料的形成和分类2 煤 油 的工业分析和元素分析3 各种基准的换算4 各种燃料的物理化学特性 第一章固体燃料 第一章固体燃料 1煤的种类及组成煤的形成植物残骸成千百万年在地下 通过生物化学作用 缺氧 厌氧细菌分解 和地质作用 温度 高压 地壳运动 逐渐形成有机生物岩 第一章固体燃料 煤的种类 泥煤 褐煤 烟煤 无烟煤 第一章固体燃料 1煤的种类及组成煤的组成煤的工业分析组成水分 挥发份 灰份 固定碳M V A FC 100MoistureVolatilematterAshFixedcarbon 第一章固体燃料 煤的工业分析组成1 水分M外在水分 空气中风干内在水分 加热到110 失去的水分结晶水 CaCO3 4H2O Al2O3 2SiO2 2H2O2 挥发份V隔绝空气加热到850 释放挥发性产物 CO2 CO H2 CH4 CmHn N2 结晶水 热解水 余下焦炭 3 固定碳FC在空气中加热到850 燃烧 烧掉FC 剩下灰份 4 灰份A煤中的矿物质 包括硅酸盐 碳酸盐 金属硫化物 铁的氧化物 其它金属氧化物等 第一章固体燃料 煤的化学组成无机物 矿物质 水分有机物 C H O N S 有机硫 煤中有机物中存在 可燃硫 无机硫 黄铁矿硫FeS2 可燃硫 硫酸盐硫FeSO4 CaSO4 第一章固体燃料 成分表示基准及其换算 收到基 ar 空气干燥基 ad 干燥基 d 干燥无灰基 daf A C H O N S M A FC V M ar asreceived收到基 应用基y ad airdry空气干燥基 分析基f d dry干燥基 干燥基g daf dryashfree干燥无灰基 可燃基r 第一章固体燃料 2煤的使用性能工业分析组成发热量 高位发热量 kg MJ 低位发热量实验测定发热量 氧弹热量计 经验公式计算发热量 第一章固体燃料 煤的主要特性密度 比重 真密度 假密度 堆积密度比热 1 0 1 4kJ kg C 导热系数 0 232 0 348W m C 粘结性 结焦性热稳定性可燃性与反应性 活性 结渣性 煤的利用燃料炼焦化工原料气化燃料制造煤气 第一章固体燃料 燃料与燃烧 第一篇燃料概论第二章液体燃料 原油加工加工方法 分馏法 常压 减压 裂解法产品 液化石油气 汽油 轻油 煤油 重油 残渣油重油的化学组成C H O N S A MCHO NS85 8810 130 5 1 00 2 1 0 第二章液体燃料 重油的使用性能闪点 遇小火发生闪火 80 130 C 燃点 有小火能继续燃烧 闪点 10 C 着火点 发生自燃 500 600 C 粘度 运动粘度 m2 s 动力粘度 kg m s 恩氏粘度 EtEt t C的200ml油流出时间 20 C的200ml水流出时间 第二章液体燃料 第二章液体燃料 密度 20 0 92 0 98g cm3比热导热系数发热量 高位 低位 Qd 39 9 42 0MJ kg含硫量残炭掺混性 燃料与燃烧 第一篇燃料概论第三章气体燃料 城市燃气人工煤气R天然气T液化石油气Y LPG 工业煤气发生炉煤气水煤气转炉煤气高炉煤气 第三章气体燃料 第三章气体燃料 可燃组分气体 H2 CO CH4 CmHn 不可燃组分气体 N2 CO2 O2 H2O杂质 有机硫 H2S NH3 焦油蒸汽等 1物理化学性质燃气组成 理想气体 容积 即莫尔 燃气热值 高位 低位 M Cp Q等具有线性迭加性 粘度 导热系数 扩散系数等不能迭加 第三章气体燃料 第三章气体燃料 2各种燃气天然气T Naturalgas CH4 CmHn CO2 N2 微量H2O H2S 热值33 42MJ m3 8000 10000kCal m3 液化石油气YLPG LiquifiedPetroleumGas主要组分C3 C4 丙烷 丁烷 丙烯 丁烯热值88 109MJ m3 21000 26000kCal m3 人工煤气R Manufacturedgas 焦炉煤气热值17MJ m3 4000kCal m3 油制气重油裂解断链 CnH2n 2 CmH2m 2 CjH2j脱氢 CnH2n 2 CnH2n H2水蒸气重整 CnH2n 2 kH2O CmH2m 2 kCO 2kH2重油热裂解制气 热值25 8MJ m3 6000kCal m3 重油催化裂解制气 热值16 5MJ m3 4000kCal m3 第三章气体燃料 发生炉煤气 水煤气C O2 CO2 QC CO2 2CO QC H2O CO H2 Q主要组分 CO CO2 N2 H2O热值 发生炉煤气5 74MJ m3 1300kCal m3 水煤气10 37MJ m3 2400kCal m3 高炉煤气 转炉煤气高炉煤气 CO CO2 N2热值4 0MJ m3 800 900kCal m3 转炉煤气 CO CO2 N2热值6 2 7 5MJ m3 1500 1800kCal m3 第三章气体燃料 第三章气体燃料 第一篇习题 1 某种煤的工业分析为 重量百分比 Mar 3 84Ad 10 35Vdaf 41 02试计算它的收到基 干燥基 干燥无灰基的工业分析组成 2 大同烟煤的成分为 重量百分比 Cdaf 83 21Hdaf 5 87Odaf 5 22Ndaf 1 90Ad 8 68Mar 4 0试计算该烟煤的收到基 干燥基 干燥无灰基的化学组成 3 人工煤气收到基组成 如下 H2COCH4O2N2CO2H2O 48 019 313 00 812 04 52 4 试计算干煤气的组成 密度 高热值和低热值 燃料与燃烧 第二篇燃烧反应计算第四章空气需要量及燃烧产物生成量 第二篇燃烧反应计算 第二篇学习重点学习第二篇要求重点掌握 1 燃烧反应计算的基本原理和方法2 完全燃烧时的空气需要量 烟气量及其组成 密度3 理论燃烧温度 燃料理论发热温度的定义及其计算4 不完全燃烧计算中4个参量 RO2 max q化 K 的意义及其计算5 在干空气 n 1 O2 0的条件下不完全燃烧产物量及其组成的计算 第二篇燃烧反应计算 燃烧计算的重要性燃料 氧化剂 燃烧产物煤 油 燃气空气 氧气CO2 H2O SO2 N2 O2 灰不完全燃烧产物还有 CO H2 CH4 C基本原理 质量守衡 物料平衡能量守衡 热量平衡燃烧计算任务 1 空气需要量2 产物量 烟气 及其成分 密度3 燃烧完全程度4 燃烧温度 第四章空气需要量及燃烧产物生成量 1固 液体燃料完全燃烧计算 以1kg燃料计算 理论氧气需要量 理论空气需要量实际空气需要量 空气消耗系数n理论燃烧产物实际燃烧产物燃烧产物的密度 第四章空气需要量及燃烧产物生成量 2气体燃料完全燃烧计算 以1m3气体燃料计算 理论氧气需要量 理论空气需要量实际空气需要量理论燃烧产物实际燃烧产物燃烧产物的密度 3不完全燃烧的产物造成不完全燃烧原因 空气供给不足 燃料与空气混合不均匀 燃料油雾化不良完全燃烧产物 CO2 SO2 H2O N2 O2不完全燃烧还可能有CO H2 CH4 忽略H2S CmHn 解决方法 计算 对于部分问题 实验 无法计算的 第四章空气需要量及燃烧产物生成量 第四章空气需要量及燃烧产物生成量 与完全燃烧相比 不完全燃烧时产物量的变化干空气 忽略S 1 n 1 空气有过剩 2 n 1 均匀混合 产物中无氧气根据元素平衡可以计算出烟气中各组分及其浓度 3 n 1 混合不均匀 产物中还有未反应的氧气 第四章空气需要量及燃烧产物生成量 上述第2种情况 n 1 O2 0 忽略S 鼓入干空气 可求解烟气成分 CO2 H2O N2 CO H2 CH4 元素平衡方程 C H O NC H O N M Ln VCO2 VH2O VN2 VCO VH2 VCH4化学平衡常数方程 水煤气反应 CO H2O CO2 H2K1 PCO2 PH2 PCO PH2O VCO2 VH2 VCO VH2O 甲烷分解反应 CH4 C 2H2K2 PH2 2 PCH4 VH2 2 VCH4 Vn 不 第四章空气需要量及燃烧产物生成量 固体 液体燃料 1kg C平衡 0 01C 12 VCO2 VCO VCH4 22 4H平衡 0 01 H 2 M 18 VH2O VH2 2VCH4 22 4O平衡 0 01 O 32 M 36 0 21nL0 22 4 VCO2 0 5VH2O 0 5VCO 22 4N平衡 0 01N 28 0 79nL0 22 4 VN2 22 4 第四章空气需要量及燃烧产物生成量 第四章习题P259 5 6 7 8第5题注意 Sdaf 3 80第6题注意 焦炉煤气中含饱和水蒸气 20 C 燃料与燃烧 第二篇燃烧反应计算第五章燃烧温度 第五章燃烧温度 燃烧温度即燃烧产物所达到的温度 它取决于燃料种类及组成 燃烧条件 传热条件等 计算原理 热量平衡 以1kg 1m3燃料为单位 Qd Q燃 Q空 Q产 Q传 Q不 Q分Q产 VnC产t产以t产为燃烧温度注意 产物比热C产 燃烧产物量Vn是温度的函数 以上为隐式方程 第五章燃烧温度 实际燃烧温度 t产 Qd Q燃 Q空 Q传 Q不 Q分 VnC产理论燃烧温度 绝热 完全燃烧t理 Qd Q燃 Q空 Q分 VnC产量热计温度 绝热 完全燃烧 忽略热分解t量 Qd Q燃 Q空 VnC产燃料理论发热温度 n 1 完全燃烧 燃料与空气都不预热 绝热 忽略热分解t热 Qd V0C产燃料评价指标 由燃料性质所决定 第五章燃烧温度 1计算燃料理论发热温度t热t热 Qd V0C产 V0C产t热 Qd 0C产 0 01 yi CV0C产 ViCii比热Ci 0 t热温度下的平均定压比热 Ci是温度的函数 Ci A1i A2it A3it2 第五章燃烧温度 求解Ci 1 迭代法先设t热 0t热 1 Qd V0C产 t热 0 当 t热 m t热 m 1 时 解得t热2 直接解方程V0C产t热 Qd 0C产 0 01 yi CiCi A1i A2it A3it20 01V0 yi A1i A2it A3it2 t Qd 0求解t的3次方程 第五章燃烧温度 3 线性插值i C产t热 Qd V0i Ct i Ct i yj ijij查p269表7a t热 t Qd V0 i t t i i 第五章燃烧温度 4 燃烧产物的平均比热 p42 表5 2 各种燃料燃烧产物的平均比热C随温度升高而增大 但增幅不大 可用p42表5 2所列的燃烧产物平均比热C产 均 先假设某个温度范围 查表得到C产 均计算t热 如果不在原所设范围 再另设定 t热 Qd V0C产 均 第五章燃烧温度 温度燃烧产物比热空气比热 C天然气等发生炉煤气等 Kj m3 C 0 2001 381 421 30200 4001 421 471 30400 7001 471 511 34700 10001 511 551 381000 12001 551 591 421200 15001 591 631 471500 18001 631 671 471800 21001 671 721 51 第五章燃烧温度 各种求解方法比较 p59例31 迭代法2154 C允许误差小时 准确 计算工作量大2 解3次方程2195 C计算工作量大 准确度取决允许误差3 线性插值2153 C插值区间小 准确度高4 平均比热2190 C方便 准确度较差 第五章燃烧温度 2计算理论燃烧温度t理t理 Qd Q燃 Q空 Q分 VnC产Q分 C产 Vn都与t理有关 是隐式方程 1800 C以上时 考虑热分解 CO2 CO 1 2O2 12600kJ m3H2O H2 1 2O2 10800kJ m3热分解吸热量 Q分 12600VCO 10800VH2 第五章燃烧温度 1 计算Q分分解度fCO2 CO2分解量 不考虑分解时CO2量fCO2 VCO VCO2 完分解度fH2O VH2 VH2O 完Q分 12600VCO 10800VH2 126fCO2 CO2 108fH2O H2O Vn 完分解度fCO2 fH2O与温度和烟气中CO2 H2O的分压 用组分的容积 来代替 有关 见p270 271附表 第五章燃烧温度 2 计算VnC产VnC产 V0C产 理 Ln L0 C空 1 当用空气燃烧时 C产 理和C空用平均比热近似 p42 2 比热以温度的函数求解 第五章燃烧温度 3 计算理论燃烧温度t理 1 燃烧计算 L0 Ln V0 Vn和产物组成 Qd Q燃 Q空 2 计算不考虑热分解时的理论燃烧温度t理 t理 Qd Q燃 Q空 VnC产 3 p45图5 3 不考虑热分解t理 有热分解t理 4 按照t理 计算VnC产 Q分VnC产 V0C产 理 Ln L0 C空Q分 126fCO2 CO2 108fH2O H2O Vn 完 5 计算t理 如果t理与所设的t理 偏差较大 再回代一次 直至两者接近 第五章燃烧温度 3影响理论燃烧温度的因素t理 Qd Q燃 Q空 Q分 VnC产一 燃料Qd V0提高 t理也提高二 空气 或煤气 预热提高了Q空 Q燃 t理也提高 P47图5 7三 空气消耗系数nn增加 t理降低 P46图5 5四 空气富氧程度提高t理提高 40 以下 尤其明显 p48图5 9 第五章燃烧温度 阅读第五章例题 p59例3 p61例4第五章习题 p2594 5 6第4题至少用两种方法计算第6题注意富氧空气 氧含量45 书本勘误1 P37CO应为 CO 2 P41表5 1A3 108应为 A3 1083 P61倒13行公式应为 30031 0 燃料与燃烧 第二篇燃烧反应计算 第六章空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算 第六章空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算 为了分析计算不完全燃烧程度 需要计算不完全燃烧热损失空气消耗系数n可根据燃料性质和烟气成分来计算 烟气成分由实验测定 化学吸收法 色谱分析法 红外分析法 首先要确认烟气成分结果的正确性 第六章空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算 1燃烧产物成分的验证 完全燃烧产物 RO2 CO2 SO2 H2O N2 O2不完全燃烧还可能有CO H2 CH4建立起方程 f 燃料特性 RO2 O2 CO H2 CH4 0设 RO2 100 VRO2 Vn 第六章空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算 定义 RO2 max 100 VRO2 完 Vo干RO2 max 21 1 仅与燃料成分有关 为燃料特性系数 也由燃料成分确定 P51表6 1 烟气成分验证方程式 1 RO2 O2 0 605 CO 0 185H2 0 58 CH4 21 第六章空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算 2空气消耗系数n的检测计算根据燃料特性和烟气成分 用氧平衡 氮平衡原理可以计算空气消耗系数n 第六章空气消耗系数及不完全