燃料燃烧(热工基础版)

1、第三章第三章 燃料及其燃烧过程与设备燃料及其燃烧过程与设备 硅酸盐制品需要消耗大量的热量。硅酸盐制品需要消耗大量的热量。 热量的来源：热量的来源： 1、燃烧燃烧产生，即化学能转化为热能、燃烧燃烧产生，即化学能转化为热能-资源丰富，但价格资源丰富，但价格 低廉。低廉。 2、以电为热源，即电能转化为热能、以电为热源，即电能转化为热能-效率高，但相对短缺。效率高，但相对短缺。 目前硅酸盐行业热源以燃烧为主。目前硅酸盐行业热源以燃烧为主。 1 燃料的种类及组成燃料的种类及组成 2燃料的热工性质及选用原则燃料的热工性质及选用原则 3燃烧计算燃烧计算 4燃烧过程的基本原理燃烧过程的基本原理 5燃料的燃烧方

2、法与设备燃料的燃烧方法与设备 本章的主要研究内容：本章的主要研究内容： 第一节第一节 燃料的种类及组成燃料的种类及组成 固体燃料：木碳，煤等。固体燃料：木碳，煤等。 其中煤又分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。其中煤又分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。 液体燃料：石油及其制品。液体燃料：石油及其制品。 气体燃料：天然气、人造煤气。气体燃料：天然气、人造煤气。 燃料的种类燃料的种类 燃料：在燃烧过程中能发出热量并能利用的可然物质燃料：在燃烧过程中能发出热量并能利用的可然物质. 按状态分：按状态分： 按来源分：按来源分： 天然原料：天然原料： 人工原料：人工原料： 一、一、固体燃料固体燃料： （一）煤的种类

3、及特点：（一）煤的种类及特点： 按国家标准，分为三类按国家标准，分为三类:褐煤、烟煤、无烟煤褐煤、烟煤、无烟煤 1). 褐煤：外观褐色，光泽黯淡。水分含量高，热值低，密度较褐煤：外观褐色，光泽黯淡。水分含量高，热值低，密度较 小，含氧量高，化学反应强，极易氧化和自然。常作为加压小，含氧量高，化学反应强，极易氧化和自然。常作为加压 气化燃料，锅炉燃料气化燃料，锅炉燃料 2). 烟煤：挥发份含量高、灰分及水分较少，发热量高。烟煤：挥发份含量高、灰分及水分较少，发热量高。 可划分贫煤、焦煤、气煤可划分贫煤、焦煤、气煤 3). 无烟煤：挥发份含量低，燃点较高，燃烧时没有粘结性。无烟煤：挥发份含量低，燃

4、点较高，燃烧时没有粘结性。 （二）、固体燃料的组成及换算（二）、固体燃料的组成及换算 ： 常用两种表示方法：常用两种表示方法： （1）元素分析法：）元素分析法：C、H、O、N、S、A （灰分）灰分） 、M （2）工业分析法工业分析法：挥发分（挥发分（V）、）、固定碳（固定碳（FC）、）、A、M 1、元素分析法：元素分析法： C、H、O、N、S、A、M C：煤中含量最多的可燃元素，一般含量为煤中含量最多的可燃元素，一般含量为15-90% 以两种形式存在：以两种形式存在： 碳氢化合物：碳与氢、氮、硫等元素结合成有机化合物碳氢化合物：碳与氢、氮、硫等元素结合成有机化合物 碳呈游离状态碳呈游离状态:

5、H、可燃元素，一般含量为可燃元素，一般含量为 3-6% 以两种形式存在：以两种形式存在： 化合氢（化合氢（H2O)：与氧化合成结晶水形式与氧化合成结晶水形式(不可燃不可燃 ） 自由氢：与化合物组成的有机物，如自由氢：与化合物组成的有机物，如CnHm(可燃）可燃） O：不可不可燃燃元素，一般含量不等。元素，一般含量不等。 它可与其它可燃物形成氧化物它可与其它可燃物形成氧化物 N、煤中惰性气体含量为煤中惰性气体含量为0.5-2% 在高温下与氧形成有害物质在高温下与氧形成有害物质NOx,污染大气污染大气 S：含量小于含量小于5% 以三种形式存在：以三种形式存在： 有机硫：与碳氢化合物结合在一起有机硫

6、：与碳氢化合物结合在一起 硫化物中硫：主要存在于硫化物中硫：主要存在于FeS2 硫酸盐中硫：存在于各种硫酸盐中（硫酸盐中硫：存在于各种硫酸盐中（CaSO4 , FeSO4) 硫为有害物质硫为有害物质: S+O2=SO2 、 、 SO2+O2=SO3 SO2+H2O=H2SO3 、 SO3+H2O=H2SO4 A：煤燃烧后的产物，为有害物质，降低煤的发热量，造煤燃烧后的产物，为有害物质，降低煤的发热量，造 成不完全燃烧损失。成不完全燃烧损失。 主要产物为：主要产物为：SiO2 、AlO3 、FeO3 、CaO、 MgO M：不可燃物质。水分含量增加即降低可燃物质的含量，不可燃物质。水分含量增加即

7、降低可燃物质的含量， 也降低煤的发热量也降低煤的发热量 煤中水分以两种形式存在：煤中水分以两种形式存在： 外在水分（表面水分）：机械的附在煤表面的水分。外在水分（表面水分）：机械的附在煤表面的水分。 经风干及外界条件变化可出去的水分。经风干及外界条件变化可出去的水分。 内在水分内在水分（固有水分）：达到风干后煤中残留的水分。固有水分）：达到风干后煤中残留的水分。 （包括化学吸附水和结晶水）（包括化学吸附水和结晶水） %100% yyyyyyy WASNOHC 同种煤的组成成分是波动的，在表明煤的组成时，必须同种煤的组成成分是波动的，在表明煤的组成时，必须 说明选用的基准说明选用的基准。 常用煤

8、的基准：常用煤的基准： （1）收到基收到基(应用基应用基)（2）空气干燥基（空气干燥基（分析基分析基) （3）干燥基干燥基 (干燥基干燥基)（4）干燥无灰基干燥无灰基（可燃基）（可燃基） （1）收到基收到基（应用基）应用基） ： 以实际使用的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。以实际使用的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。 收到基收到基 （应用基）（应用基） %100% ararararararar MASNOHC 收到基水分收到基水分Mar有两种：外在水有两种：外在水Mar.f和内在水和内在水Mar.in %100% fffffff WASNOHC （2）空气干燥基）空气干燥基（分

9、析基分析基 ）： 以实验室使用的风干煤样（用温度为以实验室使用的风干煤样（用温度为20，相对湿度为，相对湿度为70% 的空气）为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。的空气）为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。 %100% adadadadadadad MASNOHC ad adar far far adfar arinfarar M MM M M MM MMM 100 100 100 100 . . . . 分析基分析基 空气干燥基空气干燥基 )100(100 arfadarin MMM （4）干燥无灰基干燥无灰基（可燃基（可燃基 ）： 以无水、无灰的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。

10、以无水、无灰的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。 %100% rrrrr SNOHC %100% dafdafdafdafdaf SNOHC 干燥无灰基干燥无灰基 （可燃基（可燃基 ） （3）干燥基干燥基（干燥基）（干燥基）： 以无水的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。以无水的煤为基准而测出的煤各元素的质量百分组成。 %100% dddddd ASNOHC %100% gggggg ASNOHC 干燥基干燥基 (干燥基干燥基) HONSA CM 干燥无灰基干燥无灰基 干燥基干燥基 空气干燥基空气干燥基 收到基收到基 Mar.fMar.in 各种基之间的转化各种基之间的转化 例如：收

11、到基与空气干燥基之间的转换。例如：收到基与空气干燥基之间的转换。 设：已知设：已知C Cad ad、 、M Mar ar、 、M Mad ad ， ，求求 C Car ar 。 。 解：取解：取100100kgkg收到基煤为基准，相当于空气干燥基煤为：收到基煤为基准，相当于空气干燥基煤为： (100(100M Mar.f ar.f)(kg )(kg) ) 100 )100( )100(100 . . adfar aradfarar CM CCMC 代入代入 将将 100 100 . . far adfarar M MMM ad ad ar ad ad adar adfar ar C M M C

12、 M MM CM C 100 100 100 ) 100 100100( 100 )100( . 书上表书上表4-1, 例题例题4-1 二者含碳质量相等：二者含碳质量相等：收到基含碳质量收到基含碳质量=空气干燥空气干燥基含碳质量基含碳质量 即：即： 各种基之间的转化各种基之间的转化 例如：应用基与分析基之间的转换。例如：应用基与分析基之间的转换。 设：已知设：已知C C y y、W W y y、W W f f ， ，求求 C Cg , g ,C C f f 。 。 解：取解：取100100kgkg应用基煤为基准，相当于干燥基煤为：应用基煤为基准，相当于干燥基煤为： (100(100W Wy y

13、)(kg)(kg) ) 二者含碳质量相等：二者含碳质量相等：干燥基含碳质量干燥基含碳质量= =应用基含碳质量应用基含碳质量 即：即： y y g ygy C W C CCW 100 100 100)100( (1) f f y y C W C W 100 100 100 100 y y f f C W W C 100 100 n再取再取100100kgkg分析基煤为基准，相当于干燥基煤为：分析基煤为基准，相当于干燥基煤为： 100 100 W Wf f (kg) (kg) n二者含碳质量相等：干燥基含碳质量二者含碳质量相等：干燥基含碳质量= =分析基含碳质量。分析基含碳质量。 即：即： f f

14、 g fgf C W C CCW 100 100 100)100( (2) 将（将（1）与（）与（2）比较，则：）比较，则： 2、工业分析法、工业分析法：挥发分（挥发分（V）+固定碳（固定碳（FC）+A+M=100% 工业分析规程：工业分析规程： 煤在隔绝空气的条件下加热，随温度升高发生的变化：煤在隔绝空气的条件下加热，随温度升高发生的变化： 100150：外部水分蒸发：外部水分蒸发 200450 ：碳氢化合物分解释放出可燃气体：碳氢化合物分解释放出可燃气体 （ CH4、 、H2、CmHn）。 ）。矿物结晶水逸出矿物结晶水逸出 -850 ：气体挥发停止：气体挥发停止 10001100 ：完全停

15、止一切气体逸出，残留下固体焦炭：完全停止一切气体逸出，残留下固体焦炭. HONS A C M 干燥无灰基干燥无灰基 干燥基干燥基 空气干燥基空气干燥基 收到基收到基 灰分灰分固定碳固定碳挥发份挥发份水分水分 焦炭焦炭挥发性物质挥发性物质 二、液体燃料二、液体燃料 分类：天然原料：石油分类：天然原料：石油 人工原料：重油人工原料：重油 常用表示方法：常用表示方法： 与固体的与固体的元素分析法元素分析法(C、H、O、N、S、A 、M)相同相同. 三、气体燃料：三、气体燃料： 工业上常用的气体燃料：工业上常用的气体燃料： 高炉煤气、发生炉煤气和天然气高炉煤气、发生炉煤气和天然气 组成：用体积百分数来

16、表示。组成：用体积百分数来表示。 两种表示方法：干基：不含水蒸气；两种表示方法：干基：不含水蒸气； 湿基：含有水蒸气。湿基：含有水蒸气。 气体燃料组分：气体燃料组分：CO 、H2 、CH4 CmHn、CO2、 O2等等 干基：干基： (新国标）新国标） COd +H2 d+CH4d+ CmHnd、+ CO2 d+ O2d =100% （旧国标）（旧国标）COg +H2 g+CH4g+ CmHng、+ CO2 g+ O2g =100% 湿基：湿基： (新国标）新国标）COv+H2 v+CH4v+ CmHnv、+ CO2 v+ O2v +H2Ov=100% （旧国标）（旧国标）COs +H2 s+

17、CH4s+ CmHns、 、+ CO2 s+ O2s + H2Os=100% 干基与干基与湿基湿基二者的换算关系：二者的换算关系： 100 100 % 2 v dv OH xx 第二节第二节 燃料的热工性质及选用原则燃料的热工性质及选用原则 一、一、发热量发热量： 1、固体、液体的发热量、固体、液体的发热量 （1）定义：）定义：单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量。单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量。 单位：单位：kJ/kg煤煤 高位热值高位热值Qgr.ar(QGW)：燃烧产物中的燃烧产物中的H2O已经冷凝为已经冷凝为0的液态水。的液态水。 低位热值低位热值Qnet.ar(QDW)：燃烧产物

18、中的燃烧产物中的H2O为为20的水蒸汽。的水蒸汽。 注：注：热值的组成与煤的组成相对应，分为应用基、分析基、干燥热值的组成与煤的组成相对应，分为应用基、分析基、干燥 基、可燃基热值基、可燃基热值 n而而1kg0的液态水变为的液态水变为20的水蒸汽所需要吸收的水蒸汽所需要吸收 的热量为的热量为2500 kJ/kg +忽略项忽略项:Cp(20-0) kJ/kg OHOH 222 2 1 218 Har/100 (Har/100)(18/2) 的水蒸气所吸收的热量变成 的液态水单位燃料所生成的水由 C20 C0 . arnetargr QQ 1kg固燃料生成的水量为：固燃料生成的水量为： kg HM

19、 arar ) 2 18 100100 ( （2）高位热值）高位热值Qgr.ar与低位热值与低位热值Qnet.ar的关系的关系 例：例： Qgr.ar 与与Qnet.ar 的转换的转换 设设:1kg应用基煤中，含水分应用基煤中，含水分Mar/100 kg, Har/100 kg kgkJHM HM QQ arar arar arnetargr /)9(25 ) 2 18 100100 (2500 . ararargrarnet HMQQ22525 . 同理同理 adadadgradnet HMQQ22525 . ddgrdnet HQQ225 . dafdafgrdafnet HQQ225 .

20、, n不同基准时，高位热值之间的转换参见表不同基准时，高位热值之间的转换参见表41。 n低位热值之间的转换参见表低位热值之间的转换参见表44。 （3）、热值的测定与计算、热值的测定与计算 测定：测定：固体燃料热值的测定通常采用氧弹量热仪固体燃料热值的测定通常采用氧弹量热仪. 计算：计算：采用一些给定的经验公式。采用一些给定的经验公式。 n元素分析法的经验公式：元素分析法的经验公式： )/(25)( 8 .1081030339 . kgkJMSOHCQ ararararararnet n工业分析法公式，参见教材工业分析法公式，参见教材229页（页（4-9，4-10）。）。 标准燃料的概念标准燃料

21、的概念 n规定规定: 热值为热值为29300kJ/kg（约合约合7000kcal/kg） 的 煤 为的 煤 为 标 准 煤标 准 煤 。热 值 为热 值 为 4 1 8 2 0 k J / k g （ 约 合约 合 10000kcal/kg）的煤为的煤为标准油标准油。 n衡量工业用能源数量的多少通常看是消耗了多少标衡量工业用能源数量的多少通常看是消耗了多少标 准煤。准煤。 2、气体燃料的、气体燃料的发热量：发热量： )/(23214601187912 806637590358108126 3 212510483 63624242 BmkJSHHCHCHC HCHCHCCHHCOQnet 3 2

22、42 242 /) 2 2( 1 .20 100 1 4 .22 18 ) 2 2(2500 BmkJHC n SHCHH HC n SHCHHQQ nm nmnetgr （1）定义：）定义：单位体积的燃料完全燃烧时所放出的热量。单位体积的燃料完全燃烧时所放出的热量。 单位：单位：kJ/Nm3 气体燃料也有气体燃料也有高位热值高位热值Qgr、低位热值、低位热值Qnet之分之分： 标准燃料的概念标准燃料的概念 规定规定: 热值为热值为41820kJ/kg（约合约合10000kcal/kg）的气的气 体为体为标准气标准气。 （2）煤的粘结性）煤的粘结性 指粉碎过的煤粒在规定条件下干馏成焦，煤粒或与

23、外加物指粉碎过的煤粒在规定条件下干馏成焦，煤粒或与外加物 相粘结的强度。相粘结的强度。 粘结性强的煤：易结大块。粘结性强的煤：易结大块。 粘结性弱的煤：易堵塞炉栅。粘结性弱的煤：易堵塞炉栅。 二、其它热工性质二、其它热工性质 1、固体燃料、固体燃料 （1）挥发分：）挥发分： 在隔绝空气的条件下，将一定量的煤在温度在隔绝空气的条件下，将一定量的煤在温度900下加热下加热 7min7min，所得到的气态物质（不包括其中的水分），所得到的气态物质（不包括其中的水分）. . 组分组分：含矿物结晶水、挥发性成分和热分解产物：含矿物结晶水、挥发性成分和热分解产物 煤中挥发物含量影响燃烧的火焰长度及着火温度

24、。煤中挥发物含量影响燃烧的火焰长度及着火温度。 一般的：挥发物含量高时火焰长，着火温度低，易着火一般的：挥发物含量高时火焰长，着火温度低，易着火 例题例题5-1： 分析：分析：取取100100kgkg应用基煤为基准，相当于可燃基煤为：应用基煤为基准，相当于可燃基煤为： (100 (100 W W y y A A y y ) ) 二者含碳质量相等：可燃基含碳质量二者含碳质量相等：可燃基含碳质量= =应用基含碳质量。应用基含碳质量。 即：即： ryyy CAWC)100(100 同理：其他元素同理：其他元素 再取再取100100kgkg应用基煤为基准，相当于干燥基煤为：应用基煤为基准，相当于干燥基

25、煤为： 100 100 W W y y (kg) (kg) 二者含灰质量相等：干燥基含灰质量二者含灰质量相等：干燥基含灰质量= =应用基含应用基含灰灰质量。质量。 即：即： 100(100) yyg AWA 二、液体燃料（硅酸盐行业主要用重油性质）二、液体燃料（硅酸盐行业主要用重油性质） 重油性质重油性质 （1）粘度：）粘度： （2）闪点、燃点、着火点、凝固点）闪点、燃点、着火点、凝固点 闪点：闪点：当油被加热到一定温度时，表面挥发逸出蒸汽。当油被加热到一定温度时，表面挥发逸出蒸汽。 当火焰接近当火焰接近 时，油类会出现短暂的兰色亮光，此时油温为时，油类会出现短暂的兰色亮光，此时油温为“闪点闪

26、点”。 燃点：燃点：油温继续提高至点燃后连续不熄，此时油温为油温继续提高至点燃后连续不熄，此时油温为“燃点燃点”。 着火点：着火点：油温升高至表面油蒸汽自燃起来油温升高至表面油蒸汽自燃起来,此时油温为此时油温为“着火点着火点” 凝固点：凝固点：油类完全失去流动时的最高温度为凝固点。油类完全失去流动时的最高温度为凝固点。 （3）水分）水分 含水分高，容易降低燃料的发热量，但燃烧时需要掺加少量的含水分高，容易降低燃料的发热量，但燃烧时需要掺加少量的 水，以利于重油雾化。水，以利于重油雾化。 （4）机械杂质：重油中的杂质，易堵塞油泵及喷嘴。）机械杂质：重油中的杂质，易堵塞油泵及喷嘴。 （5）密度、比

27、热容、导热系数）密度、比热容、导热系数(P233)。 煤气的分子量和密度、平均比热煤气的分子量和密度、平均比热 分子量：分子量： 某一气体的分子量气体体积百分数， ii ii MX MXM01. 0 标准密度：标准密度： 0 22.4 M 平均比热平均比热: 某一气体的比热气体体积百分数， ii ii CX CXC01. 0 三、气体燃料：三、气体燃料： 工业上常用的气体燃料：高炉煤气、发生炉煤气和天然气工业上常用的气体燃料：高炉煤气、发生炉煤气和天然气 三、燃料的选用原则三、燃料的选用原则 基本原则：书上基本原则：书上236 在能够满足工艺、确保产品质量的前提下，尽可能在能够满足工艺、确保产

28、品质量的前提下，尽可能 用低品位的劣质燃料。用低品位的劣质燃料。 第二节第二节 燃烧计算燃烧计算 一、基本知识一、基本知识 1、计算目的与内容：、计算目的与内容： 1）为设计窑炉需要为设计窑炉需要： 已知：燃料的组成及燃烧的条件已知：燃料的组成及燃烧的条件 计算：燃料燃烧所需要的空气量、烟气生成量、烟计算：燃料燃烧所需要的空气量、烟气生成量、烟 气组成及烟气温度。从而设计燃烧室、管道空气烟道气组成及烟气温度。从而设计燃烧室、管道空气烟道 2）为操作窑炉需要）为操作窑炉需要 已知：燃料的组成及烟气成分已知：燃料的组成及烟气成分 计算：燃料燃烧所需要的实际烟气量、空气量、空计算：燃料燃烧所需要的实

29、际烟气量、空气量、空 气过剩系数、漏气量等，从而评价燃烧的操作水平。气过剩系数、漏气量等，从而评价燃烧的操作水平。 3、几个基本概念：、几个基本概念： 1）理论空气量（）理论空气量（Va0 ）：）： 理论上燃料中的可燃成分完全燃烧所需的空气量。理论上燃料中的可燃成分完全燃烧所需的空气量。 2）理论烟气量（）理论烟气量（V0 ）：）： 燃料与理论空气量进行完全燃烧时所得的烟气量。燃料与理论空气量进行完全燃烧时所得的烟气量。 3）实际空气量（）实际空气量（Va ）：）： 实际燃烧过程中所加入的空气量。实际燃烧过程中所加入的空气量。 2、计算方法、计算方法： 1）分析计算法（设计计算）：根据燃料的成

30、分分析进行计算）分析计算法（设计计算）：根据燃料的成分分析进行计算; 2）近似计算法：在燃料组分未知时，根据燃料的种类及发热量）近似计算法：在燃料组分未知时，根据燃料的种类及发热量 进行近似计算进行近似计算; 3）估算法：在燃料组分及发热量未知时，根据经验估算。）估算法：在燃料组分及发热量未知时，根据经验估算。 4）操作计算（检测计算）操作计算（检测计算） 0 a a V V 6）空气过剩系数（）空气过剩系数（） ： 实际空气量与理论空气量的比值。实际空气量与理论空气量的比值。 =1:空气供给恰好空气供给恰好,烟气中无多余氧气烟气中无多余氧气 1:空气供给过剩空气供给过剩,烟气中有多余氧气烟气

31、中有多余氧气 1；还原还原气氛气氛，1时时)、烟气组成、烟气组成 过剩的空气理论烟气 00 ) 1( a VVV )/( 100 4 .22 12 30 22 kgfuelBm C VV ar COCO )/( 100 4 .22 32 30 22 kgfuelBm S VV ar SOSO )/( 100 4 .22 ) 182 ( 30 22 kgfuelBm MH VV arar OHOH )/( 21 79 100 4 .22 28 30 22 kgfuelBmV N V O ar N )/() 1( 3000 2222 kgfuelBmVVVV OOOO 烟气组成量：烟气组成量： 实

32、际烟气量实际烟气量: 2222 NSOOHCO， ，空气， vvvvvv nm vv NSHOHHCHHCCOCO 222242 )/( 21 79 23) 2 ( 100 1 21 79 )2 2 ( )( 100 1 330 222242 0 222224 42 00000 2 2 2222 fuelBmBmV NSHOHHCHHC n mCOCO VNSHSHOHHCHHC n CHHmCCOCO VVVVV O vvvvvv nm vv O vvvvvvv nm vv nm vv NOHSOCO 2）气体燃料）气体燃料 （1）、理论烟气量、烟气组成）、理论烟气量、烟气组成 烟气成分烟气

33、成分: 理理 论论 烟烟 气气 量：量： （2）、实际烟气量）、实际烟气量(1时时) 、烟气组成、烟气组成 )/() 1( 3300 fuelBmBmVVV a 过剩的空气理论烟气 )/( 330 22 fuelBmBmVV COCO )/( 330 22 fuelBmBmVV SOSO )/( 330 22 fuelBmBmVV OHOH )/( 21 79 100 330 2 22 fuelBmBmV N V ON )/() 1( 330 22 fuelBmBmVV OO n烟气组成量：烟气组成量： 实际烟气量实际烟气量: 例题：例题：P242：4-2 n例题：已知煤的应用基组成为： n组

34、 分： C H O N S W A n质量（%）： 48 5 16 1.4 - 18 11.6 n设：燃烧生成的灰渣中含C量10%； n要求还原气氛，干烟气分析中CO含量为5%； n求：（1）干烟气及湿烟气组成； n （2）1kg煤燃烧所需的空气量； n （3）1kg煤燃烧所生成的湿烟气量。 n （二）、近似计算法（二）、近似计算法 近似计算法：在燃料组分未知时，根据燃料的种类及发热近似计算法：在燃料组分未知时，根据燃料的种类及发热 量进行近似计算。量进行近似计算。 书上：书上： P245：4-15 (三）、估算法：在燃料化学成分及发热量未知时，根据燃三）、估算法：在燃料化学成分及发热量未知时

35、，根据燃 料种类进行经验估算。料种类进行经验估算。 书上：书上： P245：4-16 1、实际烟气量及空气量的计算实际烟气量及空气量的计算 方法：方法：根据质量守恒定律，根据质量守恒定律， 即燃烧前后某种元素的总质量保持不变。即燃烧前后某种元素的总质量保持不变。 用碳平衡计算烟气量：用碳平衡计算烟气量： 燃料中的燃料中的C=烟气中的烟气中的C+灰渣中的灰渣中的C 用氮平衡计算空气量：用氮平衡计算空气量： 燃料中的燃料中的N+空气中的空气中的N=烟气中的烟气中的N 氧平衡：氧平衡： 燃料中的氧（包括水）燃料中的氧（包括水）+空气中的氧空气中的氧=烟气中的氧（烟气中的氧（包括水）包括水） （四）（

36、四） 操作计算操作计算 已知：燃料的组成及烟气成分已知：燃料的组成及烟气成分 计算：燃料燃烧所需要的实际烟气量、空气量、空气过剩计算：燃料燃烧所需要的实际烟气量、空气量、空气过剩 系系 数、漏气量等，从而评价燃烧的操作水平数、漏气量等，从而评价燃烧的操作水平 例题：例题： 4-5： 取取100kg收到基煤为基准，所产生干烟气量为收到基煤为基准，所产生干烟气量为vg，所需实际，所需实际 空气量为空气量为Va 用氮平衡计算空气量：用氮平衡计算空气量： 燃料中的燃料中的N+空气中的空气中的N=烟气中的烟气中的N 列碳平衡计算烟气量：列碳平衡计算烟气量： 燃料中的燃料中的C=烟气中的烟气中的C+灰渣中

37、的灰渣中的C gg3 ff 1217 72=v 13.6%11.9v954 m /100kgfuel 22.483 N g3 afa v79%v80.7%v8.8Bm /kgfuel 生成水蒸气量生成水蒸气量)100/(7 .71) 182 ( 3 kgfuelNm MH arar 湿烟气量湿烟气量=954+71.7=1026（Nm3/100kgfuel) 0 a a V V 0 0 00 2 22 2 2 O OO O O a a V VV V V V V 过剩 2、空气过剩系数、空气过剩系数的计算的计算 1、定义式法、定义式法 方法：方法： 2、氧平衡法、氧平衡法 若令若令RO2为烟气中为

38、烟气中CO2和和SO2的百分含量之和，的百分含量之和，VO20 ， ， VO20” 分别为生成每立方米分别为生成每立方米RO2和和H2O的需氧量，过剩氧量为的需氧量，过剩氧量为O2则理则理 论需氧量为：论需氧量为： OHVROV OO2 0 22 0 2 2 22 2 0 22 0 2 22 0 22 0 2 )( kRO OkRO OHVROV OOHVROV OO OO 式中：式中： 则：则： 2 2 0 22 0 2 RO OHVROV k OO 量过剩空气中量燃料中量烟气中 量燃料中量烟气中 222 22 NNN NN 利用利用N平衡，则：平衡，则： 同除以干烟气量同除以干烟气量V V

39、 V V V VVV VV V V O 21 79 /NN /NN /N/N/N /N/N / )NNN( / )NN( 2 22 22 222 22 222 22 量燃料中 量燃料中 量过剩空气中量燃料中量烟气中 量燃料中量烟气中 量过剩空气中量燃料中量烟气中 量燃料中量烟气中 量过剩空气中量实际空气中 量实际空气中 量理论空气中 量实际空气中 22 2 2 2 0 NN N N N %79 %79 a a V V 3、氮平衡法：、氮平衡法： 21 79 /NN /NN 222 22 OV V f f 量燃料中 量燃料中 21 79 N N 22 2 O n固、液体燃料中的含氮量很少，可以忽

40、略。此时烟气中的固、液体燃料中的含氮量很少，可以忽略。此时烟气中的 N2可以看成全部来自空气则：可以看成全部来自空气则： 若烟气中又有若烟气中又有CO， 则：则： 21 79 ) 2 1 (N N 22 2 COO n若灰渣中有若灰渣中有C，此时真正过剩的此时真正过剩的O2应该再减去灰渣中的应该再减去灰渣中的C 燃烧所需要的燃烧所需要的O2。 若气体燃料中的含氮量很高，且干烟气中又有可燃成分时，若气体燃料中的含氮量很高，且干烟气中又有可燃成分时， 21 79 ) 4 (5 . 05 . 0/ / 2222 22 nmH C n mHCOOVNN VNN 量燃料中 量燃料中 )/)(/)( 33

41、3 12 0 12 fuelBmBmkgfuelBmVVVQ aaa 或 漏 )/)( 3 12 0 hBmQVQ fa 漏 3、漏入空气量的计算、漏入空气量的计算 n若考虑燃料的消耗量若考虑燃料的消耗量Qf（ kg/h或或Bm3/h），），则则 12 例题例题4-6 4、燃烧完全程度的评估、燃烧完全程度的评估 目的：目的：检查是否完全燃烧检查是否完全燃烧 方法：方法：通过烟气分析，计算求出干烟气中通过烟气分析，计算求出干烟气中CO2与与SO2理论含量理论含量 的最大值的最大值RO2gmax，再与干烟气中再与干烟气中CO2与与SO2检测得出的实际检测得出的实际 含量含量RO2g进行比较进行比较

42、. %100 0 00 max2 22 f SOCO g V VV RO 其中：其中： )/( 100 4 .22 12 30 22 kgfuelBm C VV y COCO )/( 100 4 .22 32 30 22 kgfuelBm S VV y SOSO （1）固、液体燃料）固、液体燃料（取（取100燃料为基准）燃料为基准） )/( 21 79 100 4 .22 28 30 22 kgfuelBmV N V O y N )/( 100 4 .22 ) 3232412 ( 21 79 100 4 .22 28100 4 .22 ) 3212 ( 3 0000 222 kgfuelBm

43、OSHC NSC VVVV yyyy yyy NSOCOf % 375. 0 )038. 0125. 0(37. 2 1 21 3212 %100 21 79 ) 3243212 ( 283212 3212 max2 max2 yy yyy g yy yyyyyyy yy g SC NOH RO SC OHSCNSC SC RO ，整理得：将上式整理，并同除以 % 1 21 max2 g RO SC NOH 375.0 )038.0125.0(37.2 令：令： 则：则： 为为燃料特性系数燃料特性系数。其值只和燃料组成有关。其值只和燃料组成有关。 n从上面的分析可以看出，对于一定组成的燃料，从

44、上面的分析可以看出，对于一定组成的燃料，RO2gmax和和 均为固定值。见表均为固定值。见表5-13 n测得到的测得到的RO2g 与与RO2gmax越接近越接近 ，则表明燃烧越完全则表明燃烧越完全 （2）气体燃料）气体燃料, 22222 NOHCOSHHCCO nm ， n气体分析方程气体分析方程： (1+)RO2+(0.605+)CO+O2-0.185H2-(0.58-)CH4=21 若烟气中的若烟气中的H2与与CH4含量可以忽略不计，则上式可以写成：含量可以忽略不计，则上式可以写成： (1+)RO2+(0.605+)CO+O2=21 三、三、 燃烧温度的计算燃烧温度的计算 燃烧产物的温度燃

45、烧产物的温度 燃烧室燃烧室 损失 Q 烟气烟气 燃料燃料 空气空气 , fff Qc t net Q aaaa tcVQ p tcVQ . netfap lmlchdia s QQQVctQ QQQQQQ 失 失 基准为基准为1kg或或1Bm3燃料，温度为燃料，温度为0或室温（或室温（20） 列热量平衡：列热量平衡： cV QQQQ t afnet p 损失 )( 2、理论燃烧温度理论燃烧温度tth 条件：绝热，条件：绝热， Ql=0；完全燃烧，完全燃烧，Qml=Qch=0 ，Qas=0； （一）人为定义的几种燃烧温度值（一）人为定义的几种燃烧温度值 1、量热计式燃烧温度、量热计式燃烧温度tm

46、 条件：绝热，条件：绝热，Ql=0；完全燃烧，完全燃烧，Qml=Qch=Qas=0； 无热分解，无热分解，Qdi=0。 net c a m QQQ t V netfi c ad th QQQQ t V n对于硅酸盐窑炉，通常其温度低于对于硅酸盐窑炉，通常其温度低于1600，CO2、H2O很很 少分解，少分解，Qd=0，此时此时 netfa thm QQQ tt Vc n通常认为通常认为，tp=tth， n为窑炉的高温系数。即在计算中先求为窑炉的高温系数。即在计算中先求tm, 再求再求tp。 netfa p QQQQ t V c 失 3、实际燃烧温度实际燃烧温度tp 考虑各种散热考虑各种散热 （

47、二）计算燃烧温度时应该注意的问题（二）计算燃烧温度时应该注意的问题 因为：因为：c=f(tp) 所以：计算时采用试算法所以：计算时采用试算法先求先求tth再求再求tp。 步骤：步骤： 求出收入热量：求出收入热量：Q=Qnet+Qf+Qa 设定一个设定一个tth，从而可以查出对应的从而可以查出对应的c， 得到得到Q1= Vc tth ，并使并使Q1Q 再设一个小一点的再设一个小一点的tth”（一般取一般取tth与与tth”应该是两个相邻应该是两个相邻 的温度间隔），从而可以查出对应的的温度间隔），从而可以查出对应的c”， 得到得到Q2= Vc”tth”，并使并使Q2Q 可以认为，可以认为，tth

48、必定位于必定位于tth与与tth”之间，且之间，且 从而可以求出从而可以求出tth。 tp=tth，即可求出实际燃烧温度即可求出实际燃烧温度tp。P252: 4-7, 1 12 thth thth ttQQ ttQQ netfa th QQQ t V c 00 (1) 0,5480/ DWflaDWfla m ffffaa flflfl flaaa aaa a QQQQQQ t V CC VV C Qm C tQVC tVC tkJ kgfuel I35722/ DWfla QQQkJ kgfuel 00 1ff1 m11 IVC t(1)35061kJI ffaa C VV C 11 pm

49、1212 2035Ctt1628C mm m mm ttII t ttII 用内插法用内插法 选用热值高的燃料，即提高选用热值高的燃料，即提高Qnet。 选用合适当的空气过剩系数选用合适当的空气过剩系数。 n 若若1时，由于时，由于Va过多，导致过多，导致V过多，从而过多，从而tp下降。下降。 因此，在保证完全燃烧的前提下，应该使因此，在保证完全燃烧的前提下，应该使较小。较小。 预热空气和燃料，使预热空气和燃料，使ta和和tf增大。但由于预热燃料受到增大。但由于预热燃料受到 一些限制，因此主要是预热空气。一些限制，因此主要是预热空气。 减少各种散热损失减少各种散热损失。 cV QQQQ t a

50、fnet p 损失 )( （三）提高实际燃烧温度的途径（三）提高实际燃烧温度的途径 （四）空气预热温度的计算（四）空气预热温度的计算 书上例题书上例题4-8 第四节第四节 燃烧过程的基本原理燃烧过程的基本原理 n燃烧的定义燃烧的定义：燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应， 产生大量的热量，并伴有强烈的发光现象产生大量的热量，并伴有强烈的发光现象。 n普通燃烧普通燃烧：正常燃烧，靠燃烧层的热气体传质、传热给邻正常燃烧，靠燃烧层的热气体传质、传热给邻 近的冷可燃气体混合物层而进行的燃烧传播。火焰的传播速近的冷可燃气体混合物层而进行的燃烧传播。火焰的传播速

51、度较小，几度较小，几m/s，属于等压过程。属于等压过程。 n爆炸燃烧爆炸燃烧：靠压力波将冷可燃物加热至着火温度以：靠压力波将冷可燃物加热至着火温度以 上而燃烧。火焰的传播速度大，上而燃烧。火焰的传播速度大，10004000m/s，高高 温高压下进行。温高压下进行。 n燃烧的条件燃烧的条件：除了要有燃料、空气外，尚需达到燃烧所需除了要有燃料、空气外，尚需达到燃烧所需 的最低温度的最低温度着火温度。着火温度。 由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应（燃烧）的瞬间叫由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应（燃烧）的瞬间叫“着火着火”， 转变时的最低温度叫作着火温度。着火温度范围表转变时的最低温度叫作着火温度。着火

52、温度范围表4-20 n其中，其中，E是活化能，是活化能， nT是混合气体温度，是混合气体温度， nT0是器壁温度。是器壁温度。 n从图中可以看出：从图中可以看出：A是稳定点，是稳定点， nB是不稳定点，是不稳定点，C是着火温度。是着火温度。 n着火温度不是定值，着火温度不是定值， nQ放 放增大或 增大或Q散 散减少均能够使 减少均能够使Tc 变变 少少。 Q Qs3 Qs2 Qs1 Q放 T A Tc C B T0 T01 T02 )( 0 TTkQ keQ RT E 散 放 一、着火温度一、着火温度 概念：由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应（燃烧）的瞬间概念：由缓慢氧化反应转变为剧烈氧化反应

53、（燃烧）的瞬间 叫叫“着火着火”，转变时的最低温度叫作着火温度。，转变时的最低温度叫作着火温度。 例子：例子： 二、着火浓度范围二、着火浓度范围 指燃料和空气的比例必须在一定的范围内才燃烧指燃料和空气的比例必须在一定的范围内才燃烧 三、固定碳的燃烧三、固定碳的燃烧 C的燃烧是氧化反应过程与扩散过程的结合。的燃烧是氧化反应过程与扩散过程的结合。 要使要使C迅速燃烧，迅速燃烧，O2必须扩散至必须扩散至C表表 面，在高温下与面，在高温下与C氧化生成碳氧化物，氧化生成碳氧化物， 然后这些碳氧化物必须迅速从然后这些碳氧化物必须迅速从C表面扩表面扩 散出去，以使新的散出去，以使新的O2再扩散至再扩散至C表

54、面。表面。 碳碳 氧气氧气 碳氧化物碳氧化物 n碳碳燃烧反应速度应该与化学反应速度与扩散速度有关。燃烧反应速度应该与化学反应速度与扩散速度有关。 d O c k C mV 11 2 扩散速度系数 反应速度系数 k n低温（低温（1000）时，）时， k 大，燃烧反应速度主要取决大，燃烧反应速度主要取决 于扩散速度，不随燃料性质而变，与温度关系不大，而于扩散速度，不随燃料性质而变，与温度关系不大，而 和气流速度关系很大，此时称为扩散燃烧区。和气流速度关系很大，此时称为扩散燃烧区。 n二者之间为过渡区。二者之间为过渡区。 d O c k C mV 11 2 三、可燃气体的燃烧三、可燃气体的燃烧 连

55、锁反应连锁反应, 以燃烧反应为例：以燃烧反应为例： H2 H2O H+O2 H+O2. OH+H2 H O+H2 H OH+H2 H2O H 第四节燃料的燃烧方法与设备第四节燃料的燃烧方法与设备 一、气体燃料燃烧：一、气体燃料燃烧： n气体燃料的燃烧过程主要包括混合气体燃料的燃烧过程主要包括混合(燃料与空气的混合燃料与空气的混合)、着、着 火和燃烧三个阶段。火和燃烧三个阶段。 n其中混合过程远比着火、燃烧过程缓慢，因此混合过程是气其中混合过程远比着火、燃烧过程缓慢，因此混合过程是气 体燃料燃烧过程的主要矛盾所在。混合速度和混合完全程度体燃料燃烧过程的主要矛盾所在。混合速度和混合完全程度 对燃烧

56、速度和燃烧完全程度起决定作用。对燃烧速度和燃烧完全程度起决定作用。 n稳定的着火源的存在是保证稳定燃烧的必要条件。稳定的着火源的存在是保证稳定燃烧的必要条件。 气体燃料按燃烧方法和特点分为：气体燃料按燃烧方法和特点分为： 1.长焰（扩散式）燃烧法长焰（扩散式）燃烧法 煤气与空气边混合边燃烧，燃烧速度取决于混合速度。煤气与空气边混合边燃烧，燃烧速度取决于混合速度。 一般燃烧比较慢，火焰比较长，不会产生回火现象，火焰一般燃烧比较慢，火焰比较长，不会产生回火现象，火焰 稳定性好，煤气和空气可分别预热到较高温度。稳定性好，煤气和空气可分别预热到较高温度。 2.层流扩散燃烧层流扩散燃烧 煤气与空气呈层流

57、流动，所产生的火焰有清晰完整的形状。煤气与空气呈层流流动，所产生的火焰有清晰完整的形状。 3.3.湍流扩散燃烧湍流扩散燃烧 煤气与空气流速均比较大，呈湍流流动，火焰主要呈散乱煤气与空气流速均比较大，呈湍流流动，火焰主要呈散乱 脉动状态，形状不完整，燃烧速度较快。脉动状态，形状不完整，燃烧速度较快。 4.无焰（动力式）燃烧法无焰（动力式）燃烧法 在燃烧前煤气与空气已充分混合且在燃烧前煤气与空气已充分混合且a1，燃烧速度快，空，燃烧速度快，空 间热强度比长焰法大间热强度比长焰法大1001000倍，燃烧温度高，火焰短，倍，燃烧温度高，火焰短， 且无明显轮廓，容易回火脱火，稳定性差。且无明显轮廓，容易

58、回火脱火，稳定性差。 5.短焰燃烧法短焰燃烧法 部分预混，燃烧速度和火焰特征介于上二者之间，火焰有部分预混，燃烧速度和火焰特征介于上二者之间，火焰有 内焰、外焰之分，有回火与脱火的可能。内焰、外焰之分，有回火与脱火的可能。 二、液体燃料燃烧二、液体燃料燃烧 1、重油燃烧、重油燃烧 雾化燃烧法雾化燃烧法 n燃料油通过介质（空气或蒸汽）或机械方法雾化成细小油滴，燃料油通过介质（空气或蒸汽）或机械方法雾化成细小油滴， 经蒸发成气态后与空气进行扩散燃烧。经蒸发成气态后与空气进行扩散燃烧。 n其燃烧速度受蒸发速度和反应速度所制约，基本上与雾其燃烧速度受蒸发速度和反应速度所制约，基本上与雾 化油滴的直径平

59、方成反比。化油滴的直径平方成反比。 雾化雾化 蒸发（成气）蒸发（成气） 混合（与空气）混合（与空气） 着火燃烧着火燃烧 四个阶段：四个阶段： 雾雾 化化 方方 法法 1）机械雾化法：将重油加以高压（一般为）机械雾化法：将重油加以高压（一般为1.01 3.04MPa)以较大的速度并以旋转运动方向的方式从以较大的速度并以旋转运动方向的方式从 小孔喷入气体空间使油雾化。小孔喷入气体空间使油雾化。 2 2）介质雾化法：）介质雾化法： 利用以一定角度高速喷出的雾化介质（雾化剂），利用以一定角度高速喷出的雾化介质（雾化剂）， 使油流股分散成细雾。使油流股分散成细雾。 n低压雾化：雾化介质压力为：低压雾化：雾化介质压力为：2.032.0312.16kpa,12.16kpa,用鼓用鼓 风机鼓入空气为雾化介质风机鼓入空气为雾化介质 n中压雾化：雾化介质压力为：中压雾化：雾化介质压力为：10.1310.13101.33kpa,101.33kpa,用用 压缩空气或蒸汽为雾化介质压缩空气或蒸汽为雾化介质 n高压雾化：雾化介质压力为：高压雾化：雾化介质压力为：101.33101.33709.28kpa709.28kpa， 用压缩空气或过热蒸汽为雾化介质。用压缩空气或过热蒸汽为雾化介质。 三、固体燃料燃烧方法三、固体燃料燃烧方法 燃烧过程：准备阶段燃烧过程：准备阶段干