燃料燃烧、空气量、烟气量计算

第二章燃烧与大气污染1.燃料及其燃烧的过程2.烟气体积及污染物排放量计算燃料及其燃烧的过程燃料在燃烧过程中，能够放出热量或动力，且在经济上可行的物质分类按物态分燃烧过程固体燃料燃料中挥发性组分被蒸馏后气态燃烧；固定c固态燃烧，o分子向固体表面的扩散控制。液体燃料气态形式燃烧，燃烧速率受蒸发过程控制。气体燃料燃烧迅速，其燃烧状态基本上受空气和燃料的扩散或混合控制。影响燃料燃烧的主要因素燃烧过程及燃烧产物完全燃烧：CO2、H2O不完全燃烧：CO2、H2O&CO、黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NOx影响燃料燃烧的主要因素燃料完全燃烧的条件（3T）空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分混合燃烧过程中产生的污染物燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响影响燃料燃烧的主要因素典型燃料的着火温度燃料燃烧的理论空气量理论空气量（1）定义：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量（2）表示：Va0，m3/kg（3）求解：可根据燃烧方程式计算求得。燃料燃烧的理论空气量建立燃烧化学方化式时，通常假定：a）空气仅是由氮和氧组成的，其体积比为VN2/VO2=79.1／20.9=3.78（摩尔比，体积比）；b)燃料中的固定态氧可用于燃烧；c)燃料中的硫主要被氧化为S02；d)燃料中含氮量较低，热型NOX的生成量较小，在计算理论空气量时可以忽略；e)燃料中氮主要被转化成氮气N2；f）燃料的化学式设为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。燃料燃烧的理论空气量燃烧方程式：燃料重量=12x+1.008y+32z+16w理论空气量：煤4~7m3/kg，液体燃料10~11m3/kgOzSOHyxCONwzyxOwzyxOSHCwzyx222222)24(76.3)24(QNwzyx2)24(76.3kgmwzyxwzyxVa/1632008.112)2/4/(78.44.2230例题例1已知重油的元素分析如下：C85.5％；H11.3%；O2.0％；N0.2%；S1.0％；；试计算燃油1kg所需要的理论空气量。解：燃烧1kg重油所需要的氧气量为：71.25+28.25+0.31－0.625=99.185（mol/kg）则理论空气量Va0=（3.78+1）×99.185×22.4/1000=10.62（m3/kg）元素重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C85571.2571.25H11356.528.25S100.310.31O200.625—N22——燃料燃烧的理论空气量空气过剩系数实际空气量与理论空气量之比。以表示，通常1部分炉型的空气过剩系数0aaVV燃料燃烧的理论空气量空燃比AF（1）定义：单位质量燃料燃烧所需要的理论空气质量（2）求解：由燃烧方程式直接求得例如，甲烷在理论空气量下的完全燃烧CH4+2O2+7.52N2-----CO2+2H2O+7.52N2空燃比为：2.171612856.7322AF烟气体积及污染物排放量计算烟气体积计算理论烟气体积Vfg0CO2V干烟气SO2N2VH2O燃料中H燃烧生成H2O燃料中H2OVa0带入的H2O烟气体积及污染物排放量计算烟气体积和密度的校正转化为标态下（273K、1atm）的体积和密度标准状态下的烟气体积标准状态下烟气的密度SNNSSNTT*PP*VVNSSNSNTT*PP*PP烟气体积及污染物排放量计算过剩空气校正以碳在空气中的完全燃烧为例C十O2+3.76N2——C02+3.76N2若空气过量，则燃烧方程式变为C+(1+a)O2+(1+a)3.76N2——C02+a02+(1+a)3.76N2a1N76.3O)N76.3O)(a1(a2222理论空气量实际空气量)1(00afgfgVVV考虑过剩空气校正后，实际烟气体积：污染物排放量的计算例2：某重油成分分析结果如下（按质量）：C88.3%，H9.5%，S1.6%，H2O0.5%，灰分0.10%。（1）试计算燃烧1Kg重油所需要的理论空气量（2）计算空气过剩系数为1.2时的烟气体积解：元素重量(g)摩尔数(mol)需氧数(mol)C88373.5873.58H9547.523.75S160.50.5H2O50.2780污染物排放量的计算（1）理论需氧量=73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg理论空气量V0a=97.83×4.78×22.4/1000=10.47m3N/kg（2）理论烟气体积V0fgCO2:73.58molSOX:0.5molH2O:47.5+0.278=47.778molN2:97.83×3.78=369.80molV0fg=73.58+47.778+0.5+369.80=491.658mol/kg=491.658×22.4/1000=11.01m3N/kg所以实际烟气体积Vfg=V0fg+V0a(α-1)=11.01+10.47×（1.2-1）=13.10m3N/kg污染物排放量的计算例3普通煤的元素分析如下：C65.7％；灰分18.1％；S1.7％；H3.2；水分9.0％；O2.3％。（含N量不计）试计算燃煤1kg所需要的理论空气量和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）。解：元素重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C65754.7554.75S170.530.53H32168H2O9050O230.72-0.72污染物排放量的计算①理论空气量②理论烟气量为：CO2：54.75molSO2：0.53molH2O：16+5＝21molN2：SO2的量为：CSO2＝)/(70.610004.2276.4)72.0853.075.54(30kgNmVa）（）（mol48.23672.0853.075.5478.3)/(00.710004.22)48.2362153.075.54(30kgNmVfg)/(0119.010004.2253.03kgNm)(17001000.70119.06ppm污染物排放量的计算例4煤的元素分析结果如下：S0.6％；H3.7％；C79.5％；N0.9％；O4.7％；灰分10.6％。在空气过剩20％条件下完全燃烧。计算烟气中SO2的浓度。解：元素重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C79566.2566.25S60.190.19H3718.59.25O471.47-1.47N90.32——污染物排放量的计算需氧气量：理论烟气量：)/(95.7)/22.7447.125.919.025.6630kgmkgmolVa（)/(19.8)/(81.36578.322.7432.05.1819.025.6630kgmkgmolVfg)/(78.9)12.1(95.719.8)1(300kgmVVVafgfg)(17.435100078.94.2219.01062ppmCso总结掌握内容基本概念：理论空气量、空气过剩系数、理论烟气体积理论空气量和实际空气量的计算理论烟气体积和实际烟气体积的计算燃料完全燃烧的条件