《消防燃烧学》第6章-空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算.ppt

1、1,第六章 空气消耗系数及 不完全燃烧热损失的检测计算,工程燃烧学,2,对烟气的检测和计算,目标：通过对燃烧产物（烟气）的成分进行气体分析，实现对空气消耗系数和燃烧完全程度的计算 途径：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 方法：然后按燃料性质和烟气成分反算各项指标 关键问题：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,3,第一节 燃烧产物气体成分的测定和验证,4,气体分析方程判断测量烟气数据准确性,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) 是一个燃料特征系数，

2、决定于燃料成分。对于各种燃料其数值列于表61中 RO2CO2SO2，即两种成分之和 各成分的上标 表示是燃烧产物（烟气）成分,5,气体分析方程的导出,1、定义VRO2、RO2,max、(存在C、S成分上限) （1）VRO2是完全燃烧时燃烧产物中RO2（CO2SO2）的数量（注意：不要求n1） （2）RO2,max定义为干理论燃烧产物中的RO2最大理论含量（干成分%，注意n1） （61） （3）由右式定义 （62）,6,气体分析方程的导出,2、用烟气成分计算RO2,max，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

3、据可回顾第四章 3、得气体分析方程，上两式子代入定义式(6-1)得到RO2,max，再将RO2,max的表达式代入的定义式(6-2),7,V0,d与Vn,d的关系,对于完全燃烧：Vn,d=V0,d+(Ln-L0) （此时n=1） 如果不完全燃烧： 如何用产物成分表示Ln-L0（过剩空气量）。一部分是n1过剩的，一部分是由于不完全燃烧未参加反应而剩余的，故,8,V0,d与Vn,d的关系,因此，n=1时， 在n1时，上式同样成立 把上式和VRO2代入RO2,max的计算式，即可得气体分析方程,9,定义RO2,max及的意义,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CO2SO2

4、有理论上的最大值，这就是RO2,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RO2,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和RO2,max是一样的，两者有确定的简单关系，用是为了简便,10,气体分析方程的简化应用,1、如果H2及CH4很小，则可忽略不计，方程简化为 2、利用上式，仅测得CO2和O2的情况下，可计算CO（假定没有SO2） 3、如果完全燃烧，则没有可燃成分,第二节 空气消耗系数的计算,12

5、,空气消耗系数的计算,1、提出问题：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，需要确定 2、分析问题：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 3、解决问题：需要用烟气成分计算空气消耗系数 按氧平衡原理计算n值 按氮平衡原理计算n值,13,方法1 氧平衡原理计算n值,思路：1、首先将n值用氧气量来表示 2、用烟气成分表示，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,O2L0,O2)为烟气中剩余氧量

6、 Ln,O2 - L0,O2=O2. Vn/100,14,方法1氧平衡原理计算n值,因此得到n值 3、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63,为什么要引入参数K,15,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） （1）引入一个参数K就是为了避免用产物中的H2O成分数据 （2）并且常数K可依据燃料成分求得，跟燃烧过程无关。,16,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

7、、CH4等可燃成分 1、修正O2 。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 2、修正RO2 。RO2量应加上这些可燃气体如果燃烧将生成的RO2,17,方法2 氮平衡原理求n值,1、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 2、根据氮平衡有 3、（表达式中的量用烟气表示）根据氧平衡有,18,方法2氮平衡原理求n值,4、（引入燃料决定量代替难测量）再利用VRO2与Vn,d的关系 最后得 注意：Nfuel、VRO2由燃料成分确定,19,n值公式讨论,特定情况的简化 1、含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、焦炉煤气等），Nfuel可忽略不计

8、 0，则 2、进一步，若完全燃烧，则,20,n值公式讨论,3.如果进一步已知燃料中H2含量很少，比如对于无烟煤、焦炭等，则N2=79，故：,如何证明,21,第三节 不完全燃烧热损失的检测计算,22,不完全燃烧热损失计算,(概念上)定义：当不完全燃烧时，由于烟气中存在可燃成分，因而损失一部分化学热量，称为不完全燃烧热损失 (数值上)q化定义：不完全燃烧热损失q化，表示单位（质量或体积）燃料燃烧时，燃烧产物中可燃成分含有的化学热占燃料发热量的百分数,23,不完全燃烧热损失计算,(1)用烟气表达。产物发热量Q产等于烟气中各可燃成分发热量之和，假定有CO、H2、CH4，则 Q产126CO+108H2+

9、358CH4 (2)消去烟气量。引入两个参数h、P，h称为烟气冲淡系数，h越大，n越大，完全燃烧n1时h1 不完全燃烧热损失改写为,24,不完全燃烧热损失计算,(3)用燃料特性参数和烟气表达。依据碳平衡有 V0,d.RO2,maxVn,d.(RO2+CO+CH4) 则 则不完全燃烧热损失为 RO2,max和P只取决于燃料成分，数据查表6-1,25,思考题,2、如何推导出气体分析方程？,3、在用氧平衡原理计算n值时引入K的意义是什么 ？,4、在导出气体分析方程、空气消耗系数表达式、不完全燃烧热损失表达式过程中，指导思想是什么？,1、气体分析方程能起到检验测量数据准确性的依据是什么 ？,26,课堂

10、练习1,已知某固体燃料的成分，试推导b的计算公式 推导思想：利用RO2,max的定义式及其与b的关系 首先计算VRO2 再计算VN2 V0,d=VRO2+VN2 利用RO2,max=21/(1+b)可得b计算公式,27,课堂练习2,已知烟煤成分(%)为:Cdaf=85.32，Hdaf=4.56，Odaf=4.07，Ndaf=1.80，Sdaf=4.25，Ad=7.78，War=3.0%，燃烧产物的成分分析结果为(%)：RO2=14.0，CO=2.0，H2=1.0，O2=4.0，N2=79.0，试计算： 1）该燃料的RO2,max，b，K，P 2）验算产物气体分析的误差 3）求空气消耗系数n和不

11、完全燃烧热损失q化 4)试用比热近似法和内插值近似法求理论发热温度,28,计算方法,首先，将成分换算为应用成分 然后计算理论氧气需要量L0,O2和理论空气需要量L0，VRO2，VN2，V0,d，Q低，则可完成(1)的计算 利用气体分析方程来验算误差分析 空气消耗系数 不完全燃烧热损失,29,计算方法,理论发热温度的求解： 1）比热近似法： 假设发热温度2100度，则根据表5-2，查得烟煤燃烧产物的比热为1.67，则t=Q低/V0c，根据门捷列夫公式得到Q低=30031 kJ/kg 2）内插值近似法： 根据Q低/V0=i= 3658 kJ/m3 假设温度2100度，查附表7得到各成分平均比热，求

12、得产物的平均比热，即得i=3558 kJ/m3 假设温度2200度，再重复第二步计算得到i=3746 kJ/m3 根据内插值计算法，得到t热,30,课堂练习3,某高炉煤气，干成分（%）为：CO2-10.66; CO-29.96; CH4-0.27; H2-1.65; N2-57.46。煤气温度20度。燃烧产物的成分经分析为(%)：RO2=14.0, O2=9.0, CO=1.2,N2=75.8。试用各种计算公式计算n值，并比较之。,31,计算方法,1.氧平衡法计算n值： L0,O2=(0.5CO+0.5H2+2CH4)/100= VRO2=(CO2+CO+CH4)/100= K=,注意：首先进行干湿成分的换算,32,如何进行干湿成分换算？,33,计算方法,2.氮平衡法计算： 对于气体燃料 N燃=N2 如果是固体燃料呢？,34,计算方法,计算的前提：判断成分测量是否准确，即利用气体分析方程来检测,35,课堂练习4,某天然气在纯氧中燃烧，烟气成分(%)为：CO2=25.0,CO=24.0,O2=0.5,H2=49.0,CH4=1.5。试计算氧