第五章燃烧温度

第五章燃烧温度1第一页，共四十五页，2022年，8月28日上一章回顾固体或液体用C、H、O、N、S、A、W表示时，1kg燃料燃烧的理论氧气需要量如何表示？G0,O2=(8C/3+8H–O+S)/100 （kg）C＋O2＝CO2C：O＝12：324H＋O2＝2H2OH：O＝4：32S＋O2＝SO2S：O＝32：32第二页，共四十五页，2022年，8月28日上一章回顾已知理论氧气质量需要量G0,O2，如何计算理论氧气体积需要量L0,O2？先计算氧气的密度，按标准状态计算密度=32/22.4=1.429(kg/m3)，因此L0,O2=G0,O2/1.429(m3)第三页，共四十五页，2022年，8月28日上一章回顾已知可燃气体成分为CO%＋H2%

＋CH4%

＋CO2%

＋O2%

＝100%，1m3可燃气体的理论氧气需要量L0,O2？1m3气体燃料的理论氧气需要量（体积）为第四页，共四十五页，2022年，8月28日上一章回顾实际湿空气消耗量与理论干空气需要量间的关系？实际湿空气消耗量Lnn为空气消耗系数，lH2O为每m3干空气吸收的水蒸气体积数第五页，共四十五页，2022年，8月28日上一章回顾1kg固体燃料燃烧，当n>1时产物中氧气、氮气、水蒸汽的生成量VO2、VN2、VH2O是多少？O要考虑过量空气，N要考虑燃料中N和空气中N，H2O要考虑燃料中H、W和空气中水蒸气第六页，共四十五页，2022年，8月28日上一章回顾n>1时气体燃料燃烧产物生成量如下式，如何理解？等式右边中括号组成的第一项表示燃料中各成分燃烧后所形成的烟气量，燃料中O2已经和可燃成分反应不用再考虑右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有氮气和剩余的氧气），仍在烟气中右边第三项是所有空气所带的水蒸气第七页，共四十五页，2022年，8月28日上一章回顾为什么说用体积Vn来表示燃烧产物生成量不够科学？因为体积是随温度变化的，在烟气中温度越高体积越大。由于Vn表达式中用燃料的成分体积来表示，这就意味着Vn代表的烟气必须是跟初始燃料处在相同温度压力下但一般而言烟气和初始燃料的温度压力状态是不同的，另外如果在冷态条件下，烟气中的饱和水蒸气量将很少，不能将水都计为气体，只有在100oC以上才全部是气态更科学的方法应该用mol数或质量第八页，共四十五页，2022年，8月28日上一章回顾n<1不完全燃烧且没有氧气剩余，产物中有VCO’、VCH4’、VH2’那么相对于完全燃烧，产物生成量的变化是多少？CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2H2+0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2第九页，共四十五页，2022年，8月28日燃烧温度燃烧温度＝炉内燃烧后的温度＝未排放的烟气温度燃烧温度与燃料种类、燃料成分、燃烧条件、传热条件有关从能量平衡方程出发，求燃烧温度能量收入燃料发热量Qlow，因为炉内温度>100oC，水分处于蒸汽状态空气带入的物理热Qair=Ln.cair.(tair-0)燃料带入的物理热Qfuel=cfuel.(tfuel-0)，因是单位燃料第十页，共四十五页，2022年，8月28日能量平衡能量支出有燃烧产物物理热Qprod=Vn.cprod.(tprod-0)燃烧产物和炉向周围的传热Qtrans不完全燃烧热损失Quncomp产物在高温下热分解的吸热Qpyr能量平衡方程Qlow+Qair+Qfuel＝Qprod+Qtrans+Quncomp+Qpyr第十一页，共四十五页，2022年，8月28日燃烧产物温度实际温度计算式理论燃烧温度假定绝热Qtrans＝0，完全燃烧Quncomp＝0第十二页，共四十五页，2022年，8月28日燃料理论发热温度燃料理论发热温度(发热温度)只和燃料性质有关在绝热Qtrans＝0，完全燃烧Quncomp＝0的基础上，进一步忽略热分解Qpyr＝0，规定空气和燃料不预热Qair＝0，Qfuel＝0，空气消耗系数n＝1，则确定V0、cprod的值后就可以求得发热温度teng第十三页，共四十五页，2022年，8月28日燃料理论发热温度的计算确定烟气体积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＋VN2而VCO2、VH2O、VN2由燃料成分计算(如何计算？)说明：此处忽略掉了S、A灰分确定烟气比热cprod，它是强烈相关于温度tprod的(1比热近似法)查表5－2得到各温度下的cprod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，查表5－1得各系数c＝A1＋A2t＋A3t2第十四页，共四十五页，2022年，8月28日比热近似法求解燃料理论发热温度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＋…)cprod内近似法求温度（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cprod，得V0cprod值，计算得t若t在该范围内，则t就是发热温度teng若t>该范围，则应往温度值小的范围内重新查比热，重复若t<该范围，则应往温度值大的范围内重新查比热，重复第十五页，共四十五页，2022年，8月28日内插值求解燃料理论发热温度产物各成分比热内插值近似法(附表7)如认为只有三种成分CO2、H2O、N2，则V0cprod＝VCO2cCO2＋VH2OcH2O＋VN2cN2内插值近似法求温度（比热随温度增大而增大）假定一个发热温度t0，查比热，得V0cprod值，计算若t0>t，则假定温度大了，减小假定值，重复若t0<t，则假定温度小了，增加假定值，重复最后得tn<t1，tm>t2，n、m是附表中相邻的两个温度值teng=t1,teng=t2,teng=(t1+t2)/2都可以或插值第十六页，共四十五页，2022年，8月28日插值法依据tn计算得t1，那么发热温度teng应介于两者之间。认为teng处在tn和t1间的位置，与t1处在tn和tm间的位置是相同的，则依据tm计算得t2，同样插值，则tmtnt1tengtmtntengt2第十七页，共四十五页，2022年，8月28日讨论－内插值近似法公式书上式(5-7)其t’’相当tm，t’相当于tn，i’’依据t’’计算而得，i’依据t’计算而得而i＝Qlow/V0但i’=c’.t’，i’’=c’’.t’’必须注意比热c’、c’’是烟气各成分的加权和c=(CO2’.cCO2+H2O’.cH2O+N2’.cN2)/100第十八页，共四十五页，2022年，8月28日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V0cprod＝VCO2(A1CO2+A2CO2t+A3CO2t2)＋VH2O(A1H2O+A2H2Ot+A3H2Ot2)

＋VN2(A1N2+A2N2t+A3N2t2)V0cprod＝a＋bt＋ct2因此ct3＋bt2＋at－Qlow＝0解方程即得teng第十九页，共四十五页，2022年，8月28日理论燃烧温度计算理论燃烧温度表达式如下Qlow、Qair、Qfuel都容易计算需要计算Vn.cprod更关键的是计算Qpyr第二十页，共四十五页，2022年，8月28日计算Vn.cprod将燃烧产物分为理论燃烧产物和剩余空气两部分Vn.cprod＝V0.cprod+(Ln-L0).cair

＝V0.cprod+(n-1)L0.cairV0、L0根据燃料的成分计算cprod、cair依赖于温度，其数值的选取和计算与前面计算发热温度时的方法是一样的第二十一页，共四十五页，2022年，8月28日计算Qpyr（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Qpyr＝0（2）按CO2分解度fCO2和H2O的分解度fH2O计算Qpyr=12600VCO+10800VH2=12600fCO2.(VCO2)comp+10800fH2O.(VH2O)compfCO2、fH2O与温度有关，可查附表8和附表9，数值的选取过程与前面计算类似(VCO2)comp、(VH2O)comp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第二十二页，共四十五页，2022年，8月28日计算理论燃烧温度（1）确定Qlow、Qair、Qfuel、Qpyr、Vn.cprod的取值后直接计算，方法同发热温度的计算（2）计算不考虑Qpyr的ttheo’，然后查图5－3得到ttheo第二十三页，共四十五页，2022年，8月28日计算理论燃烧温度（3）计算不考虑Qpyr的itotal，然后查图5－4得到ttheo第二十四页，共四十五页，2022年，8月28日影响理论燃烧温度的因素燃料种类和发热量考虑Qlow/V0，比考虑Qlow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第二十五页，共四十五页，2022年，8月28日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，变化影响减缓。氧含量对高热值燃料影响大，对低热值燃料影响小第二十六页，共四十五页，2022年，8月28日第六章空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算空气消耗系数和燃烧完全程度的实用检测方法，是对燃烧产物（烟气）的成分进行气体分析然后按燃料性质和烟气成分反算各项指标需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧热损失的检测计算原理和方法气体成分的测量仪器有：奥氏气体分析器、气体色层分析仪、气相色谱仪、光谱分析仪等第二十七页，共四十五页，2022年，8月28日气体分析方程在使用仪器及相应方法测量得到烟气成分数据后，需要验证所得数据的准确性满足气体分析方程的数据就是有效的(误差范围内)β是一个燃料特征系数，决定于燃料成分。对于各种燃料其数值列于表6－1中RO2＝CO2＋SO2，即两种成分之和各成分的上标’——表示是燃烧产物（烟气）成分第二十八页，共四十五页，2022年，8月28日气体分析方程的导出首先定义VRO2、RO’2,max、βVRO2是完全燃烧时燃烧产物中RO2（CO2＋SO2）的数量（注意不要求n＝1）RO’2,max定义为理论燃烧产物中的最大理论含量（干成分没有水分，注意n＝1）（6－1）β由右式定义（6－2）第二十九页，共四十五页，2022年，8月28日气体分析方程的导出要计算RO’2,max，就要计算VRO2和V0,d根据VRO2的定义，可直接写出依据烟气中成分同样可以得到V0,d和Vn,d间的关系计算过程依据可回顾第四章上两式子代入定义式(6-1)得到RO’2,max，再将RO’2,max的表达式代入β的定义式(6-2)即得气体分析方程第三十页，共四十五页，2022年，8月28日定义RO’2,max及β的意义对于确定的燃料，其成分中含C、S元素的量是确定的，因此在烟气中CO2＋SO2有理论上的最大值，这就是RO’2,max根据物质守恒，烟气中所有含C、S元素成分之和不能超过RO’2,max。如果测量的数据超过了，那就是错误的。如果相差太大那么就是测量误差大或燃烧状况很不理想定义β就是要依据燃料本身的特征值（与燃烧过程无关）来判断所测量烟气成分是否具有准确性实际上从式(6-2)看出做为检测的特征值β和RO’2,max是一样的，两者有确定的简单关系，用β是为了简便第三十一页，共四十五页，2022年，8月28日气体分析方程的简化应用如果H2’及CH4’很小，则可忽略不计，方程简化为利用上式，仅测得CO2’和O2’的情况下，可计算CO’（假定没有SO2’）如果完全燃烧，则没有可燃成分第三十二页，共四十五页，2022年，8月28日空气消耗系数的计算空气消耗系数n值是一个很重要的指标，对燃烧过程有很大影响正在工作的炉子，由于存在吸气和漏风现象，很难测定实际空气消耗量Ln，也就难以用下式求n因此需要用烟气成分计算空气消耗系数比较成熟的两种方法：按氧平衡原理计算n值按氮平衡原理计算n值第三十三页，共四十五页，2022年，8月28日氧平衡原理计算n值首先将n值用氧气量来表示L0,O2为理论需氧量，完全燃烧后全部转化为RO2和H2O，那么必然可以用下式表示L0,O2=aVRO2+bVH2O=(aRO2’+bH2O’).Vn/100完全燃烧情况下(Ln,O2－L0,O2)为烟气中剩余氧量Ln,O2-L0,O2=O2’.Vn/100第三十四页，共四十五页，2022年，8月28日氧平衡原理计算n值因此得到n值引入K，表示理论需氧量与燃烧产物中RO2’量的比值K值可根据燃料成分求得，各燃料K值查表6－3第三十五页，共四十五页，2022年，8月28日引入K的意义在引入K前，n值用燃烧产物表示时，有H2O成分，H2O成分有多少以气态形式存在是很不确定的，取决于温度在用仪器测量烟气成分时，都是检测干烟气，一般不测量H2O成分数据（测量了也不准确）引入一个参数K就是为了避免用产物中的H2O’成分数据，并且这个常数可依据燃料成分求得，跟燃烧过程无关。查表6－3获取第三十六页，共四十五页，2022年，8月28日不完全燃烧n值修正不完全燃烧，则燃烧产物中还存在CO、H2、CH4等可燃成分n值公式中氧量应减去这些可燃气体完全燃烧时将消耗的氧RO2’量应加上这些可燃气体如果燃烧将生成的RO2’第三十七页，共四十五页，2022年，8月28日氮平衡原理求n值变换n值的表达式，变换后不出现单独的L0项，因为该值与燃料成分有关而与烟气成分无关根据氮平衡有根据氧平衡有第三十八页，共四十五页，2022年，8月28日氮平衡原理求n值再利用VRO2与Vn,d的关系最后得注意：Nfuel、VRO2