5 燃料燃烧ppt课件

2020年4月13日星期一 5燃料及其燃烧 热工基础 2020年4月13日星期一 5燃料及其燃烧 燃料的种类和组成燃烧计算 重点 燃烧过程基本理论燃烧设备 自学 2020年4月13日星期一 5 1燃料的种类和组成 燃料及其燃烧 5 1 1种类按状态 气体燃料 液体燃料 固体燃料 制品干燥 烧成 热量 燃料燃烧 电能 A气体燃料 天然气 液化石油气 高炉煤气 焦炉煤气 发生炉煤气等 组成 可燃气体CO H2 CH4及其它碳氢化合物不可燃气体CO2 N2 H2Og等 2020年4月13日星期一 焦炉煤气是炼焦副产品 含有较多的氢和碳氢化合物 热值较高 燃烧速度快 发生炉煤气是以固体燃料为原料 在煤气发生炉中经气化而得到的人造气体燃料 天然气主要成分为可燃烃类 其中以甲烷为主 不可燃物质很少 液化石油气是石油开采及炼制过程的副产物 主要成分为丙烷 C3H8 和丁烷 C4H10 热值高 不含氢 燃烧速度慢 高炉煤气是炼铁副产物 一氧化碳为主 氢含量次之 还有大量的氮 热值低 只适用于作低温窑炉的燃料 5 1燃料的种类和组成 燃料及其燃烧 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 从原油中蒸馏出轻质油后剩下的较重部分 也称之为重油 在工业窑炉中使用的液体燃料主要是重油 指石油及其加工产品 各种烷烃类碳氢化合物组成 原油经分馏后可以获得不同的石油产品 如汽油 煤油 柴油 润滑油 燃料油和炼油残渣 5 1燃料的种类和组成 B液体燃料 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 重油的组成 有机化合物的混合物 主要由不同族的液体碳氢化合物和溶解在其中的固体碳氢化合物 重油中S一般要求不大于1 0 3 0 水分不宜太高 灰分一般不大于0 3 重油的热值高Qnet 38000 42000kJ kg Cdaf 85 88 Hdaf 10 13 Ndaf Odaf 0 5 1 Sdaf 0 2 1 5 1燃料的种类和组成 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 重油的粘度与组成 温度 压力有关 我国重油的牌号 是以50 时油的恩氏黏度来分类的 一般分为20号 60号 100号 200号等 5 1燃料的种类和组成 粘度 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 闪点 油类加热到一定温度 表面挥发逸出油蒸汽至空气中 当火焰接近时 会闪现蓝色的亮光 这时油的温度叫 闪点 原油的闪点 40 60 重油的闪点 80 300 闪点 燃点 着火点 燃点 重油闪火后 继续提高油温 能继续燃烧的最低温度叫燃点 着火点 达到燃点后 继续提高油温 油表面的蒸汽即使没有火源接近也会自发燃烧起来 这种现象称自燃 此时的油温称为油的 着火点 5 1燃料的种类和组成 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 凝固点 重油开始凝固的温度 重油的凝固点 30 45 油输送过程中 必须保持油温高于凝固点 密度 重油的密度与温度有关 20 20时重油的密度 0 9 1 0t m3 重油的体积膨胀系数 5 1燃料的种类和组成 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 煤按照其形成的年代不同 可分为如下类 无烟煤 烟煤 无烟煤 水分 挥发分 便于长期储存 泥煤 由植物刚刚转化而来的煤 水分多 热值低 灰分低 挥发分高 为长焰燃料 褐煤 泥煤 褐煤 水分 挥发分 可直接燃烧 产生发生炉煤气 烟煤 褐煤 烟煤 水分 挥发分 化工 冶金 动力等工业的主要燃料 C固体燃料 天然固体燃料 煤 人造固体燃料 焦炭 煤粉等 5 1燃料的种类和组成 2020年4月13日星期一 有机物C H O N S以不同化合物形式 水分和矿物质 5 1 2燃料的化学组成及表示方法 燃料及其燃烧 1 固 液体燃料的组成 碳 主要可燃成分 热能的主要来源 煤中 50 90 液体燃料 85 氢 重要的可燃成分 与氧化合生成水并放出大量的热 固体燃料 6 液体燃料 10 12 氢燃烧放出的热量大于碳及其化合物燃烧放出的热量 氧 氧是有害成分 其他可燃成分形成一系列氧化物 不能进行燃烧放热少 2020年4月13日星期一 5 1 2燃料的化学组成及表示方法 燃料及其燃烧 氮 1 2 惰性物质 不参加反应 高温下 氮氧化物NOx 水分 有害成分 可燃成分的百分含量 燃料的发热量 灰分 不能燃烧 有害成分 组成 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3等 灰分含量的多少是衡量燃料经济价值的一个重要指标 2020年4月13日星期一 元素分析法 确定燃料中C H O N S的质量分数 燃料燃烧计算用 燃料及其燃烧 2 表示方法 与燃料的种类有关 工业分析法 水分W 灰分A 挥发分V 固定炭FC 5 1 2燃料的化学组成及表示方法 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 分析试验室里所用的风干煤样的组成 经20 相对湿度70 的空气风干的煤样 应用基 收到基 实际使用的组成 表示煤组成的常用基准 元素的质量百分组成 w Car w Har w Oar w Nar w Sar Aar Mar 100 w Cad w Had w Oad w Nad w Sad Aad Mad 100 5 1 2燃料的化学组成及表示方法 分析基 空气干燥基 2020年4月13日星期一 可燃基 干燥无灰基 无水 无灰的煤的组成 燃料及其燃烧 实际使用应用基组成 各种基准之间可以相互转换 P239表5 2 干燥基 绝对干燥的煤的组成 w Cd w Hd w Od w Nd w Sd Ad 100 w Cdaf w Hdaf w Odaf w Ndaf w Sdaf 100 5 1 2燃料的化学组成及表示方法 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 组成 可燃气体CO H2 CH4及其它碳氢化合物不可燃气体CO2 N2 H2Og等以体积百分数表示 湿组成 包括的H2Og组成 干组成 不包括的H2Og组成 COw H2w CmHnw N2w H2Ow 100 COd H2d CmHnd N2d 100 5 1 2燃料的化学组成及表示方法 2 气体燃料的组成 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 实际组成是湿组成 燃烧计算时以湿组成为依据 两种组成之间的换算 H2Ow 1m3湿气体燃料中水蒸气的体积分数 5 1 2燃料的化学组成及表示方法 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 概念 单位质量或体积的燃料完全燃烧 当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称为热值 单位 kJ kg kJ Nm3 根据燃烧产物中水的状态不同 可分为高位热值和低位热值 高位热值Qgr 燃烧产物中的水已冷凝为0 的液态水 低位热值Qnet 燃烧产物中的水为20 的水蒸气 实际使用时用Qnet 5 1 3燃料的热值 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 高位热值Qgr与低位热值Qnet之间换算 其它基准时 Qnet ar Qgr ar 225w Har 25Mar Qnet ad Qgr ad 225w Had 25Mad Qnet d Qgr d 225w Hd Qnet daf Qgr daf 225w Hdaf 5 1 3燃料的热值 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 热值的测定与计算 用量热计直接测定 当燃料的元素分析已知时 可计算其热值 Qnet ar 339w Car 1030w Har 109w Oar Sar 25Mar 气体燃料 当固液体燃料的元素分析未知 仅有工业分析资料时 可按经验公式进行计算 P241 固液体燃料 Qi 各可燃组分 标态 的发热量 kJ m3 i 各可燃组分的体积分数 5 1 3燃料的热值 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 2 标准燃料 标准煤 Qnet ar 29270kJ kg 7000kcal kg 标准油或气 Qnet ar 41820kJ Nm3 10000kcal Nm3 引入标准燃料 可以比较使用不同燃料的热工设备的燃料消耗量 统计比较热效率 为采用节能措施提供依据 在进行统计时 首先把各种燃料的消耗量转化成标准燃料的消耗量 再进行比较 5 1 3燃料的热值 2020年4月13日星期一 1 目的 设计窑炉 操作窑炉的需要 燃料及其燃烧 2 内容 燃料燃烧所需要的空气量 生成的烟气量 烟气的组成 燃烧温度 分析计算法 根据燃料成分 燃烧化学反应方程式进行计算 近似计算方法 燃料组成未知时 根据经验公式计算 5 2燃料的燃烧计算 2020年4月13日星期一 燃烧温度的概念 理论燃烧温度 量热计温度 实际燃烧温度 燃料及其燃烧 5 2燃料的燃烧计算 燃烧所需空气量 1 理论空气量 2 实际空气量 3 空气过剩系数 燃烧产物及其计算 1 理论烟气量和实际烟气量2 烟气分析及空气过剩系数的确定 燃烧温度的计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 5 2 1燃烧所需空气量 燃烧产物量 燃烧产物组成的计算 计算的基准 1m3 标态 气体燃料或1kg固体 液体燃料 温度 0 燃烧计算即燃烧反应计算 是建立在燃料燃烧化学反应的基础上的 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 5 2 1燃烧所需空气量 燃烧产物量 燃烧产物组成的计算 5 2 1 1气体燃料燃烧计算 气体中的可燃成分CO H2 CH4 CnHm H2S与空气中的氧气发生化学反应 并放出热量 根据化学反应式进行计算 CO 0 5O2 CO2 1kmol的CO与0 5kmol的O2化合生成1kmol的二氧化碳 或 1m3的一氧化碳与0 5m3的氧气化合生成1m3的二氧化碳 2020年4月13日星期一 碳氢化合物的燃烧反应通式 已知碳氢化合物的分子式 就可由上式求得该碳氢化合物完全燃烧所需要的氧气量 燃料及其燃烧 A燃烧所需空气量 1 每Nm3碳氢化合物完全燃烧所需要的氧气量 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 A燃烧所需空气量 3 每Nm3CO完全燃烧所需要的氧气量 2 每Nm3氢气完全燃烧所需要的氧气量 4 每Nm3硫化氢气完全燃烧所需要的氧气量 5 每Nm3燃料中本身所包含的氧量为 2020年4月13日星期一 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 A燃烧所需空气量 所需空气的体积为所需O2体积的 100 21 4 762倍 2020年4月13日星期一 影响燃料完全燃烧程度的因素很多 其中空气的供给量是否充分 燃料与空气的混合是否良好是很重要的条件 实际送入的空气量称为实际空气量 其值一般都大于理论空气量 燃料及其燃烧 A燃烧所需空气量 实际空气量L 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 A燃烧所需空气量 当空气过剩系数 已知时 1m3气体燃料 标态 完全燃烧所需要的实际空气量为 L L0 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 B燃烧产物量 燃料燃烧后的产物就是烟气 燃料中的可燃物质被全部燃烧干净 即燃烧所生成的烟气中不再含有可燃物质时的燃烧称为完全燃烧 当只供给理论空气量时 燃料完全燃烧后产生的烟气量称为理论烟气量 理论烟气的组成为CO2 SO2 N2和H2O 前三种组成合在一起称为干烟气 包括H2O在内的烟气称为湿烟气 2020年4月13日星期一 燃气中各可燃组分单独燃烧后产生的理论烟气量可通过燃烧反应式来确定 燃料及其燃烧 B燃烧产物量 根据燃烧化学反应方程式 实际烟气量 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 5 2 1 2固体及液体燃料燃烧计算 1 每kg碳完全燃烧所需要的氧气量 2020年4月13日星期一 2 每kg氢完全燃烧所需要的氧气量 3 每kg硫完全燃烧时所需要的氧气量为 燃料及其燃烧 A燃烧所需空气量 Nm3 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 A燃烧所需空气量 4 每kg燃料中本身所包含的氧量为 每kg燃料完全燃烧时 所需要的空气量为 或 实际空气需要量为 L L0 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 B燃烧产物量 1kg固 液 体燃料完全燃烧所生成的理论烟气量 标态 为 m3 kg 实际烟气量为 m3 kg V V0 1 L0 2020年4月13日星期一 燃烧产物组成就是燃烧产物中各种组分所占的体积分数 燃料及其燃烧 5 2 1 3燃烧产物组成的计算 对固 液体来说 当空气过剩系数 1 燃烧产物中各成分的体积 标态 为 烟气各组成的体积分数 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 这时 烟气的组成为 由于空气量不足 烟气中尚有CO存在 不足的O2为 由 烟气中的CO 5 2 1 3燃烧产物组成的计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 5 2 1 3燃烧产物组成的计算 对气体燃料 可根据化学反应方程式计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 例题p248例5 2已知煤的组成如下CarHarOarNarSarAarMar质量 485161 4 11 618设 燃烧时有机械不完全燃烧存在 灰渣中含C量10 要求还原焰烧成 干烟气分析中CO含量为5 计算 干烟气及湿烟气组成 不考虑空气带入的水气 1 煤燃烧所需要的空气量 1 煤燃烧生成的湿烟气量 解 由于不完全燃烧 烟气中含有CO 可采用物料平衡进行计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 物料平衡 C平衡 燃料中C 烟气中C 灰渣中C N平衡 燃料中N2 空气中N2 烟气中N2 选100 煤作为计算基准 则 灰渣中的C 11 6 100 10 100 10 1 29 因为 灰渣 C 10 A 90 Aar 11 6kg 烟气中的C 48 100 1 29 46 7 转化成摩尔数 46 7 12 3 89kmol 设其中xkmol生成CO 则 3 89 x kmol生成CO2 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 烟气的组成为 CO xkmol CO2 3 89 x kmol H2O 5 2 18 18 3 5kmol N2 1 4 28 空气中的N2 燃烧所需的O2量 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 则N2 1 4 28 空气中的N2 1 4 28 4 64 0 5x 79 21 17 5 1 88x 2020年4月13日星期一 则总干烟气量 V VCO VCO2 VN2 x 3 89 x 17 5 1 88x 21 39 1 88x 燃料及其燃烧 烟气的组成为 又干烟气中CO含量为5 即 2020年4月13日星期一 2 所需空气量 3 湿烟气量 干烟气量 VH2O 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 5 2 2空气过剩系数 是控制燃烧过程的一个重要参数 在进行热工计算时 值是根据经验选取的 P249表5 8 1 空气过剩系数 对炉子热工的影响 1 空气消耗量的影响 2 对燃烧温度的影响 3 对燃烧产物成分的影响 燃烧产物中N2 O2 CO2和H2O 汽 削弱了烟气在高温炉膛中的辐射能力 4 对燃烧产物热损失的影响 当 V 热损失 5 对燃料利用程度的影响 在保证最大程度完全燃烧的前提下 应越小越好 2020年4月13日星期一 2 空气过剩系数的计算 燃料及其燃烧 计算方法 根据实际测量的烟气的组成 按照氧平衡法和N平衡法进行计算 完全燃烧时 干烟气的组成为 CO2 SO2 N2 过剩的O2 RO2 N2 O2 100 不完全燃烧时的烟气成分可表示为RO2 O2 CO十N2 100 5 2 2空气过剩系数 2020年4月13日星期一 烟气量一般是借助于烟气分析仪来确定的 即通过烟气分析测定各种成分的容积份额 并据此计算出干烟气量 同时用计算的方法求出烟气中的实际水蒸气容积 然后计算出烟气的总容积 燃料及其燃烧 5 2 2空气过剩系数 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 5 2 3燃烧温度的计算 概念 燃料燃烧时 气态燃烧产物所能达到的温度叫燃烧温度 计算方法 根据燃烧过程中的热平衡 热平衡收入部分 燃料的化学热量 发热值 燃料带入的物理显热 燃料和空气的热焓 空气带入的物理显热 燃烧产物的热收入 燃烧产物的热支出 各项均按每kg或每 标态m3燃料计算 2020年4月13日星期一 Qc燃烧产物所具有的热量 燃料及其燃烧 热平衡支出部分 2 Qi 不完全燃烧热损失 3 Qt c 燃烧产物向周围空间散失的热量 4 Qt d 高温时燃烧产物分解所消耗的热量 CP 标态下燃烧产物在实际温度下的定压比热 TP 实际燃烧温度 V 实际烟气的体积 5 2 3燃烧温度的计算 2020年4月13日星期一 标准状态下 燃料燃烧前后的热平衡方程式为 燃料及其燃烧 tP 为实际燃烧温度 5 2 3燃烧温度的计算 2020年4月13日星期一 如果在热平衡方程式中扣除不完全燃烧而损失的热量 Qi 0 及不考虑燃料传递给周围物体的热量 Qt c 0 全部热量用来加热烟气后所获得的烟气温度称为理论燃烧温度或绝热火焰温度 燃料及其燃烧 tth是高温燃烧过程中所能达到的极限温度 理论燃烧温度 即 5 2 3燃烧温度的计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 量热计温度 不考虑燃烧产物热分解所达到的温度 即 一般窑炉设计中 都是先计算量热计温度 再根据不同窑炉的高温系数求实际燃烧温度tp tp tc 的值见P253表5 9 5 2 3燃烧温度的计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 燃烧温度的计算 根据 令 则 令 则 又 CP a bt ct2 用试差法求解 5 2 3燃烧温度的计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 试差法求解 先假定t 查出cp 求出i 若i i 则再将温度设为t 同样求i 直至二者相等时的温度t即为tc 具体计算时 先确定t 和t 两者相差100 而且使燃烧产物的热含量介于i 和i 之间 5 2 3燃烧温度的计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 提高实际燃烧温度的途径 选用高热值的燃料 控制适当的空气过剩系数 预热空气或燃料 减少热损失 5 2 3燃烧温度的计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 例题 某窑炉采用发生炉煤气为燃料 煤气温度与空气温度均为20 煤气热值为 Qnet 5758kJ Nm3 燃烧时需要的空气量为1 315Nm3 Nm3煤气 生成的烟气量为2 07Nm3 Nm3煤气 20 时煤气与空气比热分别为 cf 1 32kJ Nm3 ca 1 296kJ Nm3 实际燃烧温度需要1450 问能否满足要求 如果不能 空气需要预热到多少度才能达到要求 高温窑炉系数 取0 8 解 首先计算量热计温度 即 2 07cptc 5818 5 5 2 3燃烧温度的计算 2020年4月13日星期一 燃料及其燃烧 设 tc 1700 查表5 10得c 1 67 则 2 07 1 67 1700 5876 7 5818 5 2 07cptc 5818 5 设 tc 1600 查表5 10得c 1 65 则 2 07 1 65 1600 5464 8 5818 5 实际燃烧温度 tp tc 0 8 1686