PPT-201208《燃气燃烧与应用》

注册公用设备工程师动力专业复习二、燃气专业11.燃气燃烧与应用目录燃气组成与分类一、燃气的燃烧反应及其计算（一）燃气的燃烧与热值（二）燃烧所需空气量（三）理论烟气量和实际烟气量（四）确定系数（五）燃烧温度二、燃气燃烧反应过程（一）链反应（二）燃气的着火与点火（三）燃气燃烧的火焰传播三、燃气燃烧的方法（一）三种燃烧方法（二）扩散式燃烧（三）部分预混式燃烧（四)完全预混式燃烧四、燃烧器的设计和计算（一）大气式燃烧器的构造（二）大气式燃烧器的计算（三）全预混燃烧器五、燃气互换性（一）燃气互换性和燃具的适应性（二）华白数与燃烧势燃气组成与分类1.燃气组成可燃组分：H2，CO，CmHn不可燃组分：N2，CO2，O2杂质：H2O，氨，H2S，萘，焦油，灰尘等2.城市燃气的分类(特性：P518)(1)人工煤气（R）：H2，CO，CH4煤制气：焦炉煤气低热值17MJ/m3油制气：催化裂解气低热值16.5MJ/m3热裂解气低热值35MJ/m3(2)天然气（T）：CH4，CmHn，（CO2，N2）低热值36-45MJ/m3(3)液化石油气（Y/LPG）：丙烷，丁烷，丙烯，丁烯低热值90-115MJ/m3一、燃气的燃烧反应及其计算（一）燃气的燃烧与热值1.燃气燃烧反应方程式CmHn+(m+0.25n)O2=mCO2+0.5nH2OCO+0.5O2=CO2H2+0.5O2=H2O2.燃气的热值Q（MJ/Nm3）低热值Qnet（Hl）和高热值Qgr（Hh）混合燃气的热值计算:Q=ΣQiri=Q1r1+Q2r2+……+Qnrn（二）燃烧所需空气量1.理论空气需要量V0=0.02381H2+0.02381CO+0.04762（m+n/4）CmHn+0.07143H2S0.04762O2（m3/Nm3干燃气）2.实际空气量V=V0（三）理论烟气量和实际烟气量（计算同前）V0f=VRO2+V0H2O+V0N2Vf=VRO2+VH2O+VN2+VO2烟气的密度（四）确定系数≈21÷（21O2′）其中O2′—干烟气中氧气容积百分数]5.1)4(5.05.0[2112220OSHHCnmCOHVnmfagdrgfVdVdV)(293.1000（五）燃烧温度1.计算原理：热量平衡（单位kJ/Nm3干燃气）,燃烧温度为tfHl+Ig+Ia=If+Qc+Q5Qc—化学不完全燃烧损失的热量If=VnCftfQ5—向周围散热损失（1）热量计温度tc绝热，完全燃烧Hl+Ig+Ia=If2222222222)20.1()20.1(OONNOHOHROROfnaaOHaaaggOHggfnaglcCVCVCVCVCVtdCCVItdCCICVIIHt（2）燃烧热量温度tther（只与燃料本身有关）Hl+Ig+Ia=If+Qc+Q5燃气、空气不预热，完全燃烧α=1，绝热Hl=IfIf=V0Cftther（3）理论燃烧温度tthHl+Ig+Ia=If+Qc+Q5绝热，Hl+Ig+Ia=If+QcIf=VnCftth2222220000NNOHOHROROffltherCVCVCVCVCVHt2222222222)20.1()20.1(OONNOHOHROROfnaaOHaaaggOHggfnagclthCVCVCVCVCVtdCCVItdCCICVIIQHt（4）实际燃烧温度tactHl+Ig+Ia=If+Qc+Q5If=VnCftact2222222222)20.1()20.1(5OONNOHOHROROfnaaOHaaaggOHggfncaglactCVCVCVCVCVtdCCVItdCCICVQQIIHt[例题1]单选题。下列哪种单一燃气的高热值与低热值相等？（A）CH4（B）CO（C）H2（D）H2S[例题2]单选题。1m3CH4与空气混合完全燃烧，在以下哪个过剩空气系数α下燃烧生成的实际烟气量（m3/m3干烟气）最多？（A）α=1.1（B）α=1.2（C）α=1.5（D）α=1.8[例题3]多选题（至少选2项）。燃料完全燃烧时，以下各项哪些与过剩空气系数有关？（A）实际燃烧温度（B）燃烧过程空气供给量（C）烟气量（D）烟气容积成分[例题4]单选题。任何一种形式的碳氢化合物的燃烧反应方程式都可用一通式表示，下列答案中哪一个是正确的？（A）CmHn+(m+0.25n)O2=mCO2+0.5nH2O+ΔH（B）CmHn+(m+0.25n)O2=mCO2+0.25nH2O+ΔH（C）CmHn+(m+0.5n)O2=mCO2+0.5nH2O+ΔH（D）CmHn+(m+n)O2=mCO2+nH2O+ΔH[案例题5]钢铁厂的一个加热炉采用焦炉、高炉、转炉三种煤气掺混成热值为9240kJ/m3的混合煤气加热。已知焦炉、高炉、转炉三种煤气的热值分别为18400、3400、8400kJ/m3，要求先由高炉煤气和转炉煤气混合成热值为4200kJ/m3后，再与焦炉煤气混合。计算他们的体积混合比是多少（%）？焦炉煤气高炉煤气转炉煤气（A)35.554.210.3（B）40.649.99.5（C）45.745.68.7（D）50.841.37.9解：假设转炉煤气为1m3，先与ym3的高炉煤气混合成9240kJ/m3热值的煤气，8400×1+3400y=4200（1+y）y=5.25m3再次掺混：设焦炉煤气为xm318400x+4200（1+5.25）=9240（1+5.25+x）x=3.44所以体积比焦炉煤气：高炉煤气：转炉煤气=x：y：1=3.44：5.25：1折合成百分比：焦炉煤气：高炉煤气：转炉煤气=35.5：54.2：10.3[案例题6]天然气组分：CH4=95.3%，N2=4.7%，过剩空气系数α=2.1，完全燃烧时的实际烟气量为多少m3/m3?（A）18.3（B）19.2（C）20.1（D）22.0解：3302044ONOHROf33403/1.2007.91.121.07.401.007.91.279.03.95201.03.9501.0)1(21.001.079.02401.001.0VVVVV/07.93.9520476.0)441211)/2.34%3.959.35(2222mmVNVCHCHVmmCHVmMJHfl实际烟气量：（理论空气量：低热值：[案例题7]续上题，天然气低热值Hl=34.21MJ/m3，过剩空气系数α=2.1，实际烟气量Vf=20.1m3/m3。假设是绝热完全燃烧，并且燃气与空气的热焓可忽略。计算热量计温度。已知烟气比热：700–1000℃时，Cf=1.51kJ/(m3·℃)＞1000–1200℃时，Cf=1.55kJ/(m3·℃)（A）930℃（B）1100℃（C）1150℃（D）1200℃解：假设热量计温度在1000-1200℃CCVHCVIIHtfflffaglc110055.11.2034210二、燃气燃烧反应过程（一）链反应氢的燃烧反应H2+0.5O2=H2O基元反应（形成活化中心）（H）H+O2O+OHO+H2H+OHOH+H2H+H2O（二）燃气的着火与点火着火：燃气与氧气接触发生反应，当化学反应发出的热量超过散失的热量时，就能着火。点火：用一点热源使之局部点火燃烧，并向周围传播，最后整个可燃混合物达到着火燃烧。成为强制点火。最小点火能：当可燃混合气的浓度、温度和压力一定时，要形成初始火焰中心，点火电极需要的最小放电能量。熄火距离：当电极间距d小到无论多大的火花能量都不能使可燃混合气点燃时，这个最小距离）即为熄火距离dq（三）燃气燃烧的火焰传播1.正常火焰传播正常火焰传播速度即法向火焰传播速度Sn法向火焰传播速度就是单位时间内，在单位火焰面积上所燃烧的可燃混合物体积。也称作燃烧速度。管径越小，管壁散热越大，气流紊动使火焰面皱曲，火焰传布速度就越小。当管径小到某个极限时，使管壁散热大到火焰无法传播，称为临界直径dC。（右下图）2.影响火焰传播速度Sn的因素（1）可燃混合气性质如导热系数（热扩散系数）越大，Sn也越大。（2）燃气含量（右图）Sn最大值时燃气与空气接近化学计量比，两侧最小值就是着火下限和着火上限。（3）可燃混合气初始温度初始温度高，燃烧温度提高，反应速率增加，使Sn也增大。3.火焰传播极限（爆炸极限，着火极限）燃气-空气混合物中，两者的容积比例只有在一定极限范围内，火焰才会传播，继续燃烧过程；在一定条件下遇到明火会发生爆炸。其燃气最低（最高）含量称为火焰传播下限（上限），或爆炸下限（上限）。(1)当混合燃气不含O2和惰性气体时混合燃气的爆炸极限是其中yi—燃气组分容积百分比Li—燃气组分的爆炸极限iiLyL100(2)当混合燃气含有惰性气体时按照图示，将某一惰性气体与某一可燃气体合在一起，看作为一种组分，来计算混合燃气的爆炸极限：其中yi’—某一惰性气体与某一可燃气体的组分百分比之和Li’—某一惰性气体与某一可燃气体合在一起的爆炸极限（按照图示）【例题】发生炉煤气的%组成：H2=12.4CO2=6.2CH4=0.7CO=27.3N2=53.4该煤气的爆炸下限和爆炸上限分别为：（A)10%/55%(B)19%/62%(C)19%/71%(D)25%/82%解：按图10-10，将CO2与H2组合，两者比为6.2/12.4=0.5，两者之和6.2+12.4=18.6爆炸下限6.0%，爆炸上限70%将N2与CO组合，53.4/27.3=1.9653.4+27.3=80.7爆炸下限40%，爆炸上限73.5%查表10.6，CH4的爆炸极限为5.0%和15%混合燃气的爆炸极限是iiiiLyLyL100%710.157.05.737.80706.18100%190.57.0407.800.66.18100hlLL表10-6常用气体的物理化学特性(3)当混合燃气含有O2时（必然含N2）先扣除O2含量以及与其组成空气的相应N2含量，重新调整混合燃气的容积分率；然后按照（2）的方法计算混合燃气的爆炸极限。【例题】某燃气容积%组成：CO2=5.7C3H6=5.3O2=1.7CO=8.4H2=20.93CH4=18.27N2=39.7。该燃气的爆炸下限和爆炸上限分别为：（A)7.74%/35.31%(B)9.65%/42.90%(C)15.62%/49.27%(D)21.33%/57.48%解：按照O2：N2=21：79，应扣除1.7%O2和6.4%的N2；两者共扣除8.1%。按照总量（100-8.1）%=91.9%，（N2=33.3%）；重新调整混气的容积百分比组分：CO2=6.2C3H6=5.77CO=9.14H2=22.78CH4=19.9N2=36.2将N2与H2看作一种组分：其爆炸极限为11%-75%将CO2与CO看作一种组分：其爆炸极限22%～68%CH4爆炸极限5.0%～15%，C3H6爆炸极限2.0%～11.7%该混合燃气爆炸极限：589.178.22/2.36/%98.5878.222.362222HNHN678.014.9/2.6/%34.1514.92.622COCOCOCO%31.357.1177.5159.196834.157598.58100%74.70.277.50.59.192234.151198.58100hlLL[例题8]单选题。下列4种燃气在空气中的着火温度，由低至高排序，哪项是正确的？（A）发生炉煤气，甲烷，乙烷，正丁烷（B）甲烷，乙烷，正丁烷，发生炉煤气（C）正丁烷，乙烷，甲烷，发生炉煤气（365，515，540，＞605℃）（D）乙烷，正丁烷，发生炉煤气，甲烷[例题9]单选题。研究火焰传播临界直径的主要作用是为了防止产生下列哪种燃烧现象？（A）回火（B）脱火（C）离焰（D）光焰（黄焰）[例题10]单