燃料燃烧的理论空气量例题

1、第二章 燃烧与大气污染(1),学习要求： 了解常见民用及工业燃料的组成和性质； 掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素； 学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度； 掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径。,主要内容：,1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5.燃烧过程中颗粒污染物的形成 6.燃烧过程中其他污染物的形成,第一节 燃料的性质,1. 燃料的分类 定义：燃料是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。,按物理状态分气体、液体和固体燃料三大类。气体

2、燃料的优点是燃烧迅速，其燃烧状态可基本上由空气与燃料的扩散或混合所控制。液体燃料也是以气态形式燃烧，因此它的燃烧速度受其蒸发过程控制。固体燃料的燃烧则受这两种现象的控制：燃料中挥发性组分被蒸馏后以气态燃烧，而遗留下来的固定碳则以固态燃烧，后者的速率由氧向固体表面的扩散控制。,2. 燃料的化学组成,碳、氢、氧、氮、硫、水份、灰份 液体和气体燃料的组成：,固体燃料的组成：,2. 燃料的化学组成,液态燃料的挥发（以汽油为例）,3. 燃料组成对燃烧的影响,碳：可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出32，860 kJ的热量。当不完全燃烧生成CO时，放出9，268kJ的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火

3、焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约90%98%，一般煤的含碳量约50%95%。 氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为2%10%，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出120，500 kJ的热量。,3. 燃料组成对燃烧的影响,氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量 氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%1.5% 硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以

4、上。,3. 燃料组成对燃烧的影响,水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102105C，保持2h后才能除掉。 灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。,4.煤的分类和组成,煤的基本分类 褐煤（Ligite, Brown coal) 最低品味的煤，形成年代最短，热值较低 烟煤(Bituminous) 形成年代较褐煤长，碳含量75%90。成焦性较强，适宜工业一般应用 无烟煤(Anthracite) 煤化时间最长，含碳量最高（高于93），成焦性差,发热量大,4.煤的分类和

5、组成,煤的详细分类,4.煤的分类和组成,煤的成分分析 工业分析（ proximate analysis ） 测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。 元素分析（ ultimate analysis ） 用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。,4.煤的分类和组成,煤的工业分析 水分： 一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内318323K温度下干燥8h，取出冷却，称重 外部水分 将失去外部水分的煤样保持在375380K下，约2h后，称重 内部水分 挥发分： 失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中加热7min

6、，放入干燥箱中冷却至常温再称重,4.煤的分类和组成,煤的工业分析（续） 固定碳 失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳 灰分： 从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳,4.煤的分类和组成,煤中灰分的组成： 我国煤炭的平均灰分含量为25 灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量,4.煤的分类和组成,煤的元素分析 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定 硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，S SO42-，滴定,4.煤的分类和组成,

7、煤中硫的形态,4.煤的分类和组成,煤的成分的表示方法 要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种： 收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分的燃料作为100%的成分 空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分,4.煤的分类和组成,干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分,4.煤的分类和组成,煤的成分的表示方法及其组成的相互关系,4.煤的分类和组成,我国部分煤种的分析结果,4.煤的分类和组成,我国部分煤种的分析结果(续）,5.其他燃料

8、,石油 液体燃料的主要来源 链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物 主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧 氢含量增加时，比重减少，发热量增加 天然气 典型的气体燃料 一般组成为甲烷85、乙烷10、丙烷3,5.其他燃料,非常规燃料 城市固体废弃物 商业和工业固体废弃物 农产物和农村废物 水生植物和水生废物 污泥处理厂废物 可燃性工业和采矿废物 天然存在的含碳和含碳氢的资源 合成燃料 非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式 城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题,6.燃料组成的表示方法: CxHySzOwNv,Sample: C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%,

9、S: 2.6%, O: 5.9% and ash: 7.9% by weight. Determine the normalized molar composition. Element Wt % mol/100g mol/mol(碳) C 77.2 12 = 6.43 6.43 = 1.00 H 5.20 1 = 5.20 6.43 = 0.808 N 1.20 14 = 0.0857 6.43 = 0.013 S 2.60 32 = 0.0812 6.43 = 0.013 O 5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057 ash 7.9 6.43 = 1.23 g/molC T

10、he normalized molar composition: CH0.808N0.013S0.013O0.057,燃料的最重要的两个属性,热值 决定燃料的消耗量 杂质 污染物产生的来源,第二节 燃料燃烧过程,燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量（光和热）的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。 1.影响燃烧过程的主要因素 燃烧过程及燃烧产物 完全燃烧：CO2、H2O 不完全燃烧： CO2、H2O H:9.5%;S:1.6%;H2O:0.05%;灰分:0.1%.试确定燃烧1kg重油所需要的理论空气量. 解:以1kg重油燃烧为基础,则 所以理论需氧量为73.5+23.75+0.

11、5=97.83mol/kg重油 干空气中氧和氮的摩尔比(体积比)为3.78,则1kg重油完全燃烧所需要的理论空气量为:,2.污染物排放量计算,97.83（3.78+1)=467.63mol/kg重油 即467.63 (22.4/1000) =10.47mN3/kg重油,2.污染物排放量计算,习题：某锅炉燃用煤气成分体积比为：H2S0.2%、CO25%、O20.2%、CO28.5%、H213.0%、CH40.7%、N252.4%。空气含湿量为12g/m3(标态)，=1.2时，试求实际所需空气量和燃烧时产生的实际烟气量。 解：以1kmol煤气计，则 摩尔数/mol 需氧量/mol 烟气量/kmol H2S 2 3 4(H2O+SO2) CO2 50 0 50 O2 2.0 -2 0 CO 285 142.5 285(CO2) H2 130 65 130(H2O) CH4 7 14 21(CO2+H2O) N2 524 0 524(N2),1）由上表可知理论需氧量为： 3-2+142.5+65+14=222.5mol/kmol煤气 =0.2225mN3/（mN3煤气） 实际需要的干空气量： 222.5(1+3.78) 1.2mol