燃气燃烧与应用

燃气燃烧与应用绪论本课程的目的：燃烧器的设计计算内容燃气的燃烧计算燃气燃烧反应动力学燃气燃烧的气流混合过程燃气燃烧的火焰传播燃气燃烧方法燃烧器的设计计算燃气的互换性第一章燃气的燃烧计算绪论燃气：各种气体燃料的总称天然气：纯天然气、石油伴生气人造燃气液化石油气煤制气：炼焦煤气、水煤气等油制气：热裂解～、催化裂解～按制备方法分类按组分分类可燃气体：CmHn、H2、CO、H2S不可燃气体：N2、CO2、O2、H2O（g）•燃气热值的确定•燃烧所需的空气量•燃烧产生的烟气量•燃烧温度的确定•烟气焓的计算燃气燃烧计算的内容第一节燃气的热值一、燃烧的条件燃烧：燃气中的可燃成分在一定条件下与氧发生激烈的氧化反应，并产生大量的热和光的物理化学过程。燃烧必须具备的条件1、燃气和氧气按一定比例呈分子状态混合2、进行反应所需的能量3、具有完成反应所需的时间二、燃烧反应化学计量式CH4+2O2=CO2+2H2O+ΔH表示物质量之间的关系。由于各种气体的摩尔体积近似相等，故也可表示气体容积之间的关系。ΔH称为反应焓、燃烧焓或燃气热值，可由燃烧试验确定或者由反应前后物系的焓差确定。ΔHOHSOO23SHΔHOHO21HΔHCOO21COΔHOH2nmCO)O4n(mHC222222222222nm各种燃气的化学反应计量式：1、高热值、低热值高热值Hh：1Nm3或1kmol燃气完全燃烧后被冷却至原始温度且水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。单位：kJ/Nm3或kJ/kmol低热值Hl：～，水蒸气以蒸汽状态排出。所以高热值Hh－低热值Hl＝水蒸气的汽化潜热r三、燃气热值的确定r=1959kJ/Nm3水蒸气v=21.629m3/kmol水蒸气M=18.0154kg/kmol∴r=2352kJ/kg思考：热值的两个单位kJ/Nm3和kJ/kmol之间如何进行转换？/kgmmkg/3O(g)H3O(g)H22NvN20.1833.02、干燃气（混合气体）的热值H=∑HiriHi：燃气中某一可燃组分的热值，kJ/Nm3；ri：燃气中某一可燃组分的容积百分比。3、燃气的组分表示方法一：用某一组分所占燃气的容积百分比表示。∑riw=1方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。含湿量dg单位：kg/Nm3干燃气例：某一燃气的组分CH4W75%，若该燃气的含湿量12.5g/Nm3，求CH4在干燃气中的容积成分。125.76)20.10125.01(75)1(CHCHOHgw442vd3、燃气热值之间的关系①②drhHdrlHwhHwlH①②③④之间的关系与drdrhlHH)2(59.19SHHCH2nm2drdrhnHHl之间的关系与wwhlHH)2(59.19w2w2wnmw2wwhOHSHHCHnHHlgg2nm2wwh20.111]2352)SHHC2H(59.19[ddnHHl干燃气的单位：与3drdrhmkJ/NHHl湿燃气的单位：与3wwhmkJ/NHHl③④思考：gdrw20.111dHHll之间的关系与drhwhHHggdrhwh20.111)2352(ddHH之间的关系与drwllHH?之间的关系与之间、与drwhwdrhllHHHHdrhHdrlHwhHwlH①②③④第二节燃烧所需的空气量一、空气的组成干空气的容积成分：O221%、N279％二、理论空气需要量理论空气需要量V0：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧所需的干空气量。单位：Nm3干空气/Nm3干燃气76.32179ON221、理论公式V0的计算：求出每Nm3干燃气完全燃烧所需要的氧气量，进而可求出对应的干空气量。2、近似公式燃气的热值越高，所需的理论空气量越大。]OCO21SH23HC)4(H21[21122nm20nmVlHV0当燃气的Hl10500kJ/Nm3时，当人造燃气的Hl10500kJ/Nm3时，烷烃类燃气（天然气、液化石油气）采用lHV1000209.0025.0100026.00lHVlHV1000268.00三、实际空气需要量实际空气需要量V理论空气需要量V0过剩空气系数：工业设备中，＝1.05～1.20；民用燃具中＝1.3～1.8。在保证完全燃烧的情况下，使→1.0。0VV第三节完全燃烧产物的计算一、烟气量烟气:燃气燃烧后的产物。烟气量：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧后产生的烟气量。单位：Nm3/Nm3干燃气=1理论烟气量RO2(包括CO2、SO2)、N2、H2O1实际烟气量RO2、N2、H2O、O2思考：完全燃烧时，烟气中的RO2的体积与供给的空气量有关吗？二、烟气量计算的理论公式1、=1时的理论烟气量式中da，空气含湿量，kg/Nm3干空气)SHHCCOCO(01.02nm2SOCOO222mVVVR)(20.1]HC2SHH[01.0a0gnm220OH2dVdnV200NN01.079.02VV0N0OHO0f222VVVVR2、α1时的实际烟气量)SHHCCOCO(01.02nm2SOCOO222mVVVR])(120HC2SHH[01.00nm22OH2agdVdnV20NN01.079.02VV0O)1(21.02VV2222ONOHROfVVVVV三、烟气量计算的近似公式１、理论烟气量)(0flHV0.11000173.0m/kJ126000f3llHVNH的燃气，。；液化石油气，；石油伴生气，式中：天然气，烷烃类燃气，5.42.221000239.00faaaaHVl炼焦煤气，25.01000272.00flHV2、实际烟气量（1）四、烟气的密度标准状态下的烟气密度：00ff)1(VVVfa0g0drg0f293.1VdVdV第四节运行时烟气中的CO含量虽然1，但仍有可能发生不完全燃烧。工程上常将CO含量视为烟气中的不完全燃烧产物量。燃气中干燃气的容积成分：H2+CO+ΣCmHn+H2S+O2+CO2+N2=100燃烧后得到的干烟气的容积成1002222ONOCOSOC烟气中的和可以通过烟气分析测得。要求出，必须先求出。2OR2OOC2N定的确一、2N100NdrfN22VV2179100)OC5.0O(100N79.02drf20N2VVVOCOSHCOHCCO100OCOOCO)(100222nmdrfCOO22COOdrf22RmVVVRRVVVRR)OC(NN22式中：0.5CO'，由于CO未燃尽而少耗的氧量。定二的确、OC式中：100OOCNOCO222)(R60501OO21OC22.)(R790SHCOHCCON210O790SH181H)C4(0.79CO)(H395022nm222nm2.....mnm与燃料的组成有关。，燃料特性系数。它只三、完全燃烧基本方程式121O1OOO1O21O0)1(OO210OC2max2222222＝时，。，则有关。与过剩氧烟气中的由此可知，完全燃烧时＝或写成，则当燃气完全燃烧时，RRRRR第五节完全燃烧时的确定一、ΔV的确定二、V的确定VVVVVVV110drf221OVV带入的氮的容积成分；，干烟气中由燃气带入的氮的容积成分；，干烟气中由空气2g2aNNdrfdrf22drfdrfN2drf2g2drf2a79100NN79N79NN79N2gVVVVVVVV22nm22OdrfOSHHCCOCOO2RmRVVR三、α的确定SHHCCOCOONNO7921212nm22222mR222OO100NR燃气完全燃烧时，存在0)1(OO2122R第六节燃气燃烧温度的确定一、热量计温度tc如果燃烧在绝热条件下进行，燃气完全燃烧后烟气所能达到的温度，称为热量计温度tc。含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧前后的热平衡方程式：式中：I，以标准状态为基准的焓，kJ/Nm3干燃气。fagIIIHlcOONNOHOHOOfaOHaa0agOHggg)()20.1()20.1(2222222222tcVcVcVcVItcdcVItcdcIRRc，平均定压容积比热，kJ/Nm3·K22222222OONNOHOHOOagccVcVcVcVIIHtRRl二、燃烧热量温度tther绝热条件，tg=ta=0，且=1时的烟气温度，称为燃烧热量温度tther。22222222OONNOHOHOOthercVcVcVcVHtRRl三、理论燃烧温度tth式中：Qc，由于化学不完全燃烧（包括CO2和H2O的分解吸热）而损失的热量，kJ/Nm3干燃气理论燃烧温度的影响因素：22222222OONNOHOHOOagcthcVcVcVcVIIQHtRRl1、Hl、If2、α3、Ig、Ia四、实际燃烧温度tact22222222OONNOHOHOO5cagactcVcVcVcVQQIIHtRRl式中：Q5，向周围介质的散热量，kJ/Nm3干燃气经验公式：tact=μtth第七节烟气焓的计算0a0ff)1(IIIfOH0OHN0NOO0f)(222222tcVcVcVIRR式中：I，以标准状态为基准的焓，kJ/Nm3干燃气；V，完全燃烧１Nm3干燃气所产生的烟气或烟气中某一组份的体积，Nm3/Nm3干燃气aOHaa00a)20.1(2tcdcVI第八节例题已知炼焦煤气的容积成分如下：H256%，CO6%，CH422%，C2H62%，CO23%，N210%，O21%。煤气的含湿量dg=0.0125kg/Nm3干燃气，空气的含湿量da=0.01kg/Nm3干空气，煤气与空气的温度tg=ta=20℃。试求：（一）高热值及低热值（二）燃烧所需的理论空气量（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时)（四）燃料特性系数解:(一)高热值及低热值干燃气34321mkJ18073020703512203984206012644560127534321NrHrHrHrHHhhhhh/....干燃气3mkJ15990NrHHilli/湿燃气3gdrwmkJ157530.01251.2011159901.2011NdHHll/湿燃气3ggdrhwhmkJ17836012502011101250235218073201112352NddHH/..).(.)(：的关系计算与当然也可以利用whwwhHHHl478101250201101250201OH971HC67521CH1725520111HHw2w62w4g2w2.........，，类似，由于或者d湿燃气3gg2nm2wwhmkJ1782801250201110125023522322256591915753201112352SHHC2H5919NddnHHl/..].)(.[.])(.[湿燃气3w2w2wnmw2wwhmkJ1782847819701367521217255591915753OHSHHC2H5919NnHHl/)....(.)(.（二）燃烧所需的理论空气量（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时)a)理论烟气量(=1)干燃气干空气330mm932501000159902602501000260NNHV