第二章 燃料燃烧计算

1、第二章第二章 燃料的燃烧计算燃料的燃烧计算解决的问题解决的问题n确定燃料燃烧所需要的空气量n燃料燃烧生成的烟气量n烟气的成分和焓值n烟气分析方方程、空气系数监控及不完全燃烧的热损失2.1基本概念基本概念n化学当量比n标准空气n燃料的理论空气量n实际空气及过剩空气系数a化学当量比（恰当比）化学当量比（恰当比）n化学当量比(化学恰当比)：1公斤燃料燃烧反应理论所需要的氧气公斤数，用S表示。CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 16 64 S=4标准空气标准空气n空气的质量组成： mO2：mN2=23.2：76.8=1：3.31n空气的体积组成： O2：N2=21：79=1：3.76CH4

2、+ 2O2 = CO2 + 2H2O 16 64 需要空气量是多少？每消耗1kg氧气时需要的空气质量？每消耗1m3氧气时需要的空气体积？燃料的理论空气量燃料的理论空气量n理论空气量：单位燃料完全燃烧所需要的空气量。n符号：n固液燃料理论空气量的单位:Nm3/kg 1Kg燃料为基准n气体燃料的理论空气量的单位:Nm3/Nm3 1Nm3燃料为基准0KV过剩空气系数过剩空气系数a定义：实际供应空气量与理论空气量之比。 补偿混合的不均匀1 保证燃烧产物的还原 保证燃烧产物的温度1实际空气量:VK=Vk0=VK/Vk02.2 理论空气量计算几个假定几个假定:n空气和烟气所有成分都假设为理想气体n烟气温度

3、不超过2000oC时不考虑烟气的热分解n忽略空气中的各种微量成分固、液燃料的理论空气量1kmol C1kmol CO21kmol O2N23.76kmolN2 3.76kmol1 kmol4.76kmol 空气C1kmolCO21kmolO21kmol0.0832kmol1kg0.0833kmol0.3132kmol0.3132kmol0.3965kmol 空气22.4Nm3/kmol8.89Nm3可燃成分：C、H、S1kmol H21kmol H2O0.5kmol O2N21.88 kmolN2 1.88kmol1 kmol2.38 kmol 空气H21kmolH2O1kmolO20.5km

4、ol26.67Nm30.5kmol1kg0.25kmol0.94kmol0.94kmol1.19 kmol 空气22.4Nm3/kmol1kmol S1kmol SO21 kmol O2N23.76 kmolN2 3.76kmol1 kmol4.76 kmol 空气S1kmolSO21kmolO21kmol3.33Nm30.03125kmol1kg0.03125kmol0.1175kmol0.7775kmol0.1487 kmol 空气22.4Nm3/kmol1 kmol O23.33Nm31kg0.03125kmol0.1175kmol0.1487 kmol 空气22.4Nm3/kmolN2

5、 3.76kmol1 kmol4.76 kmol 空气O21kmol1 kmol O2燃料每含1kg氧可少消耗多少空气？1kg燃料完全燃烧所需理论空气量arararar0k0.0333O0.0333S0.2667H0.0889CV)0.0333O0.0333S0.2667H0.0889C(293. 1Larararar0k或Nm3空气/kg燃料Kg空气/kg燃料用空气质量表示：用空气体积表示：)0.0431O0.0431SH3448. 0C1149. 0Larararar0k空气实际供应量0kkVV0kkshkV)00161. 01 ()00161. 01 (VVddNm3/kgNm3/ kg

6、0kgkgshkV)W00124. 01 (V)W00124. 01 (V干空气：湿空气：每m3干空气吸收Wg克饱和水蒸气 :每kg干空气含d克饱和水蒸气 :例题：某煤种成分如下：Car=75%、Har=5%、Oar=3%、Nar=1%、Sar=1%、A=10%Mar=5%。试计算其理论空气量。气体燃料的理论空气量CnHm(n+m/4)O2nCO2(m/2)H2O1Nm3CnHm4.76(n+m/4)Nm3空气n Nm3CO2m/2Nm3H2O3.76(n+m/4 Nm3 N2+=+=CH42O2CO22H2O+=+1kmolCH424.76kmol空气1kmolCO22kmolH2O7.52

7、kmolN2+1Nm324.76Nm31Nm32Nm37.52Nm3=H20.5O2H2O1Nm3H20.54.76Nm3空气1Nm3H2O1.88Nm3N2+= H2S1.5 O2 H2O1Nm3 H2S1.54.76Nm3O21Nm3H2O5.64Nm3N2+= SO2+1Nm3SO2 + CO0.5O2CO21Nm3 CO0.54.76 Nm3空气1Nm3 CO21.88Nm3 N2+=1Nm3气体燃料完全燃烧所需理论空气量:H0.25m)C(n0.5HCO0.0476(0.5Vmn20k)OS1.5H220kkVV实际消耗空气量:2.3 完全燃烧时燃料烟气量计算n固体、液体燃料完全燃烧

8、烟气量计算:1 烟气量烟气量成分：22222O,NO,HSO,CO2222NO,H,SO,CO:1 完全燃烧时燃料烟气量222NSOCO0gyVVVV1)( CO2SO2H2ON2干烟气VgyVRO2理论烟气量：理论干烟气量：OHNSOCO0y2222VVVVVOH0gy2VV 完全燃烧时燃料烟气量2222ONSOCOgyVVVVV1)( CO2SO2O2N2干烟气VgyVRO2n烟气量：n干烟气量：OHONSOCOy22222VVVVVVH2OOHgy2VV 固、液燃料的理论烟气由四部分组成：arararCO0.01866C/100C1.866/100C22.4/12V2/kgNm3arar

9、arSO0.007S/100S0.7/100S22.4/32V2/kgNm30Kar0KarN0.79V/100N0.80.79V/100N22.4/28V2/kgNm3O2hV理论烟气中水蒸汽量计算ararH111. 0100/H016. 2/4 .22VOh2燃料氢生成水：ararOhW0.0124/100W22.4/18V2燃料水：0KshOHV0.00161dV2湿空气中的水：雾化用蒸汽带入水：whwhwhOHW24. 1W18/4 . 22V2WH0Karar0Oh1.24W0.00161V0.0124W0.111HV2固、液燃料燃烧的理论烟气量为：理论干烟气量为：0Narar0N0

10、RO0gy222V0.007S0.01866CVVV0OH0gy0y2VVV0OH0N0RO0y222VVVV0SO0CO0RO222VVV/kgNm30OH0N0SO0CO0y2222VVVVV0OH0Narar22VV0.007S0.01866C1完全燃烧实际烟气量为：/kgNm30.00161d1)V(1)V(VV0K0K0yy0K0y0.00161d)V11)(Vn气体燃料完全燃烧烟气成分气体燃料成分可能有：CO、CO2、CnHm、H2、H2O、H2S、N2 、O2燃烧完全产物：CO2、SO2、 H2O、 N2:1 CO2、SO2、 H2O、 N2、O2:1 理论烟气量：00OH0SO

11、0CO0y2222VVVVVNCO2体积：HnCCOCO1001Vmn2CO2SO2体积：100SHV2SO2N2体积：0K2N0.79V100NV2H2O体积：0Kg2mn22OHV0.00124WSHHC2mOHH1001V2三原子气体：SHHnCCCO1001VVV2mn2SOCORO222O理论干烟气量理论烟气量：0OH0N0RO0OH0gy0y2222VVVVVVg0K0K0yy0.00124W1)V(1)V(VV0Kg0y)V0.00124W11)(V实际烟气量：22NR0gyVVVO0K22mn20.79VNSHHnCCOCO1001n完全燃烧烟气成分湿烟气体积成分：干烟气体积成

12、分：湿烟气质量成分：Xyi=Vyi/VyXgyi=Vyi/VgyXyi=Myi/My= Myi/Myi2.4 不完全燃烧时烟气量的计算不完全燃烧的烟气组分CO2SO2H2ON2VRO2COCH4H2可燃气体确定不完全燃烧的烟气量须已知的条件：燃料成分：Car、Sar或 CO、CH4、CnHm、H2S实际干烟气成分：RO2、CO、CH4固、液燃料不完全燃烧干烟气量gybRO2/V100VRO2gybCO/V100VCO gybCH4/V100VCH4)CHCO)/(ROVV100(VV42CHCOROgyb42烟气成分：碳平衡：硫平衡：物质平衡：/1001.866C22.4/120.01CVVV

13、ararCHCOCO42/100S7 . 022.4/320.01SVararSO222.4/100)32/S/12(CVVVararCHCORO42100S7 . 0100C1.866arar)CHCO)/(ROVV100(VV42CHCOROgyb42)CHCO)/(RO0.375S1.866(CV42arargyb得到固、液体燃料不完全燃烧干烟气量：代入下式：气体燃料不完全燃烧干烟气量gybRO2/V100VRO2gybCO/V100VCO gybCH4/V100VCH4)CHCO)/(ROVV100(VV42CHCOROgyb42烟气成分：碳平衡：硫平衡：物质平衡：)HnCCO0.01

14、(COVVVmn2CHCOCO42S0.01HV2SO2/100)SHHnCCO(COVVV2mn2CHCORO42气体燃料不完全燃烧干烟气量 ：)CHCO)/(ROVV100(VV42CHCOROgyb42)CHCOS)/(ROHHnCCO(COV422mn2gyb代入下式 ：41.2,21.0,47.01.0,41.0,4.96222424NCOHCOHCCH35.84,0,55.00.7,0.824222NCHHO0.1COCO例题 ：试计算不完全燃烧时的烟气量。气体成分：烟气成分：不完全与完全燃烧烟气量比较n根据化学反应方程式n1的情况n1Vgy0=Vgyb(100+1.88CO+0.

15、88H2+7.52CH4-4.76O2)/10021/）（gyb420V2CH0.5H0.5COO)V(V2kkgyb4VCHCOO(01. 0V22）完全RRO）1/(21ROmax224242maxO76. 4CH52. 70.88HCO88. 1100)CHCOO(100RO2RVgy0=Vgyb(100+1.88CO+0.88H2+7.52CH4-4.76O2)/1000max2V/V100RO2gyRO 完全代入：由于：烟气分析方程（或烟气分析检验方程）适用的条件： 1完全或不完全燃烧 在空气中燃烧4222CH)579. 0(H185. 0CO)605. 0(ORO1 (21）揭示了

16、烟气各组分与燃料特性系数之间的关系 可原来检验实测烟气成分的准确性都适用于完全燃烧（=1）（ 1）)1/()O21(RO22完全)CO(0.605O)RO(12122)1/(21RO2max通常，H CH4可忽略,烟气分析方程：完全燃烧时：完全燃烧时，烟气分析方程是燃料特性、运行参数和烟气成分之间的函数关系：0),f(RO,2空气系数监控空气系数监控计算烟气成分燃料性质空气系数完全燃烧条件下空气系数监控计算不完全燃烧条件下空气系数监控计算消耗的理论氧气量全部用于生产与RO2和H2O完全燃烧条件下监控计算2222200O00OOHROOHROOV)VV(VV/V2O2O22O2O2babaOO0

17、222VHRObVaV测定烟气成分，推算空气系数，对燃烧过程监控222KROObHaRO222/KRO)KRO(O 令：得到：燃料性质系数完全燃烧生成1Nm3RO2所需理论氧气适用于 1K与燃料中C、H比例以及有关的无因次数2RO2O/VV)/ROObH(aROK0222在 1时， K是燃料的性质。不完全燃烧条件下监控计算根据质量守恒得出，考虑了CO、CH4与 H2完全燃烧所需的氧体积及对烟气中三原子体积的影响4242422CHCOROKCHCOROK)2CH0.5H0.5CO(O燃料不完全燃烧损失计算 不完全燃烧损失系数定义：DWCHCHHHCOCOb化QQVQVQVq4422VCO=Vgy

18、b(CO/100)VH2=Vgyb(H2/100)VCH4=Vgyb(CH4/100)DW42gybb化Q)358.18CH107.98H(126.36COVq0gyyCH4yCOyROmax22ROVVVV0gy42gybmax2)CHCORO(ROVV42max20gygybCHCOROROVV)CHCO(RO)358.18CH107.98H(126.36COQVRO4242DW0gy2maxbq化RQVDWconst/RO0gymax2)CHCO(RO)358.18CH107.98H(126.36CO4242 Rqb化R常数与燃料的性质有关。测试烟气成分，推算燃料化学不完全燃烧损失R表示

19、燃料单位热量产生RO2量R 温室气体DWDWQVQVR/RO2RO0gymax22.6 烟气焓和燃烧温度n燃烧室的热平衡n燃烧效率n烟气温度 燃料发热温度 理论燃烧温度n理论烟气焓 实际烟气汉n燃烧室的热平衡燃料的物理焓hr燃料的发热量空气的物理焓V0ha高温分解耗热未完全燃烧热损失烟气的物理热焓燃烧室的热损失QLQWIyQDWQSQDWIyhrV0haQSQLQW燃烧效率燃烧效率燃烧效率=燃料燃烧的实际发热量燃料的低位发热量DWqKrsycQhVhQI/ )(0DWLscQQQ/ )(1或燃烧温度燃烧温度烟气温度ty)(yyyyytftCVI 影响烟气温度的因素：燃烧发热量运行空气过剩系数空气、燃料的预热程度燃烧空气富氧程度yy0yyyy/ )(/VCQQQhVhrQVCItLwsaKDW不完全燃烧热损失高温热离解热损失燃烧装置保温性能燃料发热温度燃料发热温度tr0=1,忽略燃料焓、空气焓、热损失、不完全燃烧损失、高温离解热损失时的燃料发热温度燃料组分