燃气的燃烧计算课件.ppt

1、 绪论 本课程的目的：燃烧器的设计计算本课程的目的：燃烧器的设计计算内容内容燃气的燃烧计算燃气的燃烧计算燃气燃烧反应动力学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气流混合过程燃气燃烧的火焰传播燃气燃烧的火焰传播燃气燃烧方法燃气燃烧方法燃烧器的设计计算燃烧器的设计计算燃气的互换性燃气的互换性第一章 燃气的燃烧计算 绪论绪论燃气：各种气体燃料的总称燃气：各种气体燃料的总称天然气：纯天然气、石油伴生气天然气：纯天然气、石油伴生气人造燃气人造燃气液化石油气液化石油气煤制气：炼焦煤气、水煤气等煤制气：炼焦煤气、水煤气等油制气：热裂解、催化裂油制气：热裂解、催化裂解解按制备方法分类按制备方法分类

2、按组分分类按组分分类可燃气体：可燃气体：CmHn、H2、CO、H2S不可燃气体：不可燃气体：N2、CO2、O2、H2O（g）燃气热值的确定燃气热值的确定 燃烧所需的空气量燃烧所需的空气量 燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量 燃烧温度的确定燃烧温度的确定 烟气焓的计算烟气焓的计算燃气燃烧计燃气燃烧计算的内容算的内容第一节第一节 燃气的热值燃气的热值一、燃烧的条件一、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激烈的氧化反应，并产生大量的热和光的 物理化学过程。物理化学过程。燃烧必须具燃烧必须具备的条件备的条件1

3、、燃气和氧气按一定比例呈分子状态混合、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、进行反应所需的能量3、具有完成反应所需的时间、具有完成反应所需的时间二、燃烧反应化学计量式二、燃烧反应化学计量式 CH4+2O2=CO2+2H2O+Hn表示物质量之间的关系。表示物质量之间的关系。n由于各种气体的摩尔体积近似相等，故也可表示气体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。容积之间的关系。nH称为反应焓、燃烧焓或燃气热值，可由燃烧试验确称为反应焓、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。定或者由反应前后物系的焓差确定。HOHSOO23SHHOH

4、O21HHCOO21COHOH2nmCO)O4n(mHC222222222222nm各种燃气的化学反应计量式：各种燃气的化学反应计量式：1、高热值、低热值、高热值、低热值 高热值高热值Hh：1Nm3或或1kmol燃气完全燃烧后被冷却至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原始温度且水蒸气以凝结水状态排出时所 放出的热量。放出的热量。单位：单位：kJ/Nm3或或kJ/kmol 低热值低热值Hl：，水蒸气以蒸汽状态排出。：，水蒸气以蒸汽状态排出。所以所以 高热值高热值Hh 低热值低热值Hl 水蒸气的汽化潜热水蒸气的汽化潜热r 三、燃气热值的确定三、燃气热值的确定 r=1959

5、kJ/Nm3 水蒸气水蒸气v=21.629m3/kmol水蒸气水蒸气M=18.0154kg/kmol r=2352kJ/kg思考：思考：热值的两个单位热值的两个单位kJ/Nm3和和kJ/kmol之间如何进行转换？之间如何进行转换？/kgmmkg/3O(g)H3O(g)H22NvN20.1833.02、干燃气（混合气体）的热值、干燃气（混合气体）的热值 H=Hiri Hi：燃气中某一可燃组分的热值，：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。：燃气中某一可燃组分的容积百分比。3、燃气的组分表示、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。方法一：

6、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。方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。含湿量含湿量dg单位：单位：kg/Nm3干燃气干燃气例：例：某一燃气的组分某一燃气的组分CH4W75%，若该燃气的含湿量，若该燃气的含湿量12.5g/Nm3，求求CH4在干燃气中的容积成分。在干燃气中的容积成分。125.76)20.10125.01(75)1(CHCHOHgw442 vd 3、燃气热值之间的关系、燃气热值之间的关系 drhHdrlHwhHwlH 之间的关系与drdrhlHH)2(59.19SHHCH2nm2drdrhnHHl之间的关系

7、与wwhlHH)2(59.19w2w2wnmw2wwhOHSHHCHnHHlgg2nm2wwh20.1112352)SHHC2H(59.19ddnHHl 干燃气的单位：与3drdrhmkJ/NHHl湿燃气的单位：与3wwhmkJ/NHHl思考：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drwhwdrhllHHHHdrhHdrlHwhHwlH 第二节第二节 燃烧所需的空气量燃烧所需的空气量一、空气的组成一、空气的组成 干空气的容积成分：干空气的容积成分：O221%、N279二、理

8、论空气需要量二、理论空气需要量理论空气需要量理论空气需要量V0：含有：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧干燃气的湿燃气完全燃烧所需的干空气量。所需的干空气量。单位：单位：Nm3干空气干空气/Nm3干燃气干燃气76.32179ON22 1、理论公式、理论公式V0的计算：求出每的计算：求出每Nm3干燃气完全燃烧所需要的氧气量，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。进而可求出对应的干空气量。2、近似公式、近似公式 燃气的热值越高，所需的理论空气量越大。燃气的热值越高，所需的理论空气量越大。OCO21SH23HC)4(H2121122nm20 nmVlHV 0当燃气的当燃气的Hl10

9、500kJ/Nm3时，时，烷烃类燃气（天然气、液化石油气）采用烷烃类燃气（天然气、液化石油气）采用lHV1000209.00 25.0100026.00 lHVlHV1000268.00 三、实际空气需要量三、实际空气需要量 实际空气需要量实际空气需要量V理论空气需要量理论空气需要量V0 过剩空气系数：过剩空气系数：工业设备中，工业设备中，1.051.20；民用燃具中；民用燃具中 1.31.8。在保证完全燃烧的情况下，使在保证完全燃烧的情况下，使 1.0。0VV 第三节第三节 完全燃烧产物的计算完全燃烧产物的计算一、烟气量一、烟气量 烟气烟气:燃气燃烧后的产物。燃气燃烧后的产物。烟气量：含有烟

10、气量：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧后产生干燃气的湿燃气完全燃烧后产生的烟气量。的烟气量。单位：单位：Nm3/Nm3干燃气干燃气 =1 理论烟气量理论烟气量 RO2(包括包括CO2、SO2)、N2、H2O 1 实际烟气量实际烟气量 RO2、N2、H2O、O2 思考：完全燃烧时，烟气中的思考：完全燃烧时，烟气中的RO2 的体积与供给的的体积与供给的空气量有关吗？空气量有关吗？二、烟气量计算的理论公式二、烟气量计算的理论公式 1、=1 时的理论烟气量时的理论烟气量 式中式中 da a，空气含湿量，空气含湿量，kg/Nm3干空气干空气 )SHHCCOCO(01.02nm2SOCOO222 mVV

11、VR )(20.1HC2SHH01.0a0gnm220OH2dVdnV200NN01.079.02 VV0N0OHO0f222VVVVR 2、1时的实际烟气量时的实际烟气量)SHHCCOCO(01.02nm2SOCOO222 mVVVR)(120HC2SHH01.00nm22OH2 agdVdnV 20NN01.079.02 VV 0O)1(21.02VV 2222ONOHROfVVVVV 三、烟气量计算的近似公式三、烟气量计算的近似公式、理论烟气量、理论烟气量)(0flHV 0.11000173.0m/kJ126000f3 llHVNH的的燃燃气气，。；液液化化石石油油气气，；石石油油伴伴生

12、生气气，式式中中：天天然然气气，烷烷烃烃类类燃燃气气，5.42.221000239.00f aaaaHVl炼焦煤气，炼焦煤气，25.01000272.00f lHV2、实际烟气量（、实际烟气量（1）四、烟气的密度四、烟气的密度标准状态下的烟气密度：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第四节运行时烟气中的CO含量含量 虽然虽然 1，但仍有可能发生不完全燃烧。工程上，但仍有可能发生不完全燃烧。工程上常将常将CO含量视为烟气中的不完全燃烧产物量。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：燃气中干燃气的容积成分：H2

13、+CO+CmHn+H2S+O2+CO2+N2=100 燃烧后得到的干烟气的容积成燃烧后得到的干烟气的容积成1002222ONOCOSOC 烟气中的烟气中的 和和 可以通过烟气分析测得。要求可以通过烟气分析测得。要求出出 ，必须先求出，必须先求出 。2O R2O OC 2N 定定的确 一、2N 100NdrfN22 VV2179100)OC5.0O(100N79.02drf20N2 VVVOCOSHCOHCCO100OCOOCO)(100222nmdrfCOO22COOdrf22 RmVVVRRVVVRR)OC(NN22式中：式中：0.5CO，由于，由于CO未燃尽而少耗的氧量。未燃尽而少耗的氧量

14、。定定二二的确、OC 式中：式中：100OOCNOCO222)(R60501OO21OC22.)(R790SHCOHCCON210O790SH181H)C4(0.79CO)(H395022nm222nm2.mnm与与燃燃料料的的组组成成有有关关。，燃燃料料特特性性系系数数。它它只只三、完全燃烧基本方程式三、完全燃烧基本方程式 121O1O OO1O21O 0)1(OO210OC2max2222222时，时，。，则，则有关。有关。与过剩氧与过剩氧烟气中的烟气中的由此可知，完全燃烧时由此可知，完全燃烧时或写成或写成，则，则当燃气完全燃烧时，当燃气完全燃烧时，RRRRR第五节完全燃烧时第五节完全燃烧

15、时 的确定的确定 一、一、V 的确定的确定二、二、V 的确定的确定 VVVVVVV110drf221OVV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2g2aNNdrfdrf22drfdrfN2drf2g2drf2a79100NN79N79NN79N2gVVVVVVVV22nm22OdrfOSHHCCOCOO2RmRVVR三、的确定的确定 SHHCCOCOONNO7921212nm22222mR222OO100NR燃气完全燃烧时，存在0)1(OO2122R第六节第六节 燃气燃烧温度的确定燃气燃烧温度的确定 一、热量计温度一、热量计温度tc 如果燃烧在绝热条件下进行，

16、燃气完全燃烧后烟气所能达到的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，称为热量计温度温度，称为热量计温度tc。含有含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧前后的热平衡方程式：干燃气的湿燃气完全燃烧前后的热平衡方程式：式中：式中：I，以标准状态为基准的焓，以标准状态为基准的焓，kJ/Nm3干燃气。干燃气。fagIIIHlcOONNOHOHOOfaOHaa0agOHggg)()20.1()20.1(2222222222tcVcVcVcVItcdcVItcdcIRRc，平均定压容积比，平均定压容积比热，热，kJ/Nm3K22222222OONNOHOHOOagccVcVcVcVIIHtR

17、Rl二、燃烧热量温度二、燃烧热量温度tther 绝热条件，绝热条件，tg=ta=0，且，且=1=1 时的烟气温度，称时的烟气温度，称为为燃烧热量温度燃烧热量温度tther。22222222OONNOHOHOOthercVcVcVcVHtRRl三、理论燃烧温度三、理论燃烧温度tth式中：式中：Qc，由于化学不完全燃烧（包括，由于化学不完全燃烧（包括CO2和和H2O的的分解吸热）而损失的热量，分解吸热）而损失的热量，kJ/Nm3干燃气干燃气理论燃烧温度的影响因素：理论燃烧温度的影响因素：22222222OONNOHOHOOagcthcVcVcVcVIIQHtRRl1、Hl、If2、3、Ig、Ia

18、四、实际燃烧温度四、实际燃烧温度tact22222222OONNOHOHOO5cagactcVcVcVcVQQIIHtRRl式中：式中：Q5，向周围介质的散热量，向周围介质的散热量，kJ/Nm3干燃气干燃气经验公式：经验公式：tact=tth 第七节第七节 烟气焓的计算烟气焓的计算0a0ff)1(IIIfOH0OHN0NOO0f)(222222tcVcVcVIRR式中：式中：I，以标准状态为基准的焓，以标准状态为基准的焓，kJ/Nm3干燃气；干燃气；V，完全燃烧，完全燃烧 Nm3干燃气所产生的烟气或干燃气所产生的烟气或烟气中某一组份的体积，烟气中某一组份的体积，Nm3/Nm3干燃气干燃气aOH

19、aa00a)20.1(2tcdcVI第八节例题第八节例题已知炼焦煤气的容积成分如下：已知炼焦煤气的容积成分如下：H256%，CO6%，CH422%，C2H62%，CO23%，N210%，O21%。煤气的含湿量煤气的含湿量dg=0.0125kg/Nm3干燃气，空气的含湿量干燃气，空气的含湿量da=0.01kg/Nm3干空气，煤气与空气的温度干空气，煤气与空气的温度tg=ta=20。试求：（试求：（一）高热值及低热值一）高热值及低热值 （二）燃烧所需的理论空气量（二）燃烧所需的理论空气量 （三）完全燃烧时的烟气量（三）完全燃烧时的烟气量(当当=1和和=1.2时时)（四）燃料特性系数（四）燃料特性系

20、数解:(一)高热值及低热值高热值及低热值干燃气干燃气34321mkJ18073020703512203984206012644560127534321NrHrHrHrHHhhhhh/.干干燃燃气气3mkJ15990NrHHilli/湿湿燃燃气气3gdrwmkJ157530.01251.2011159901.2011NdHHll/湿湿燃燃气气3ggdrhwhmkJ17836012502011101250235218073201112352NddHH/.).(.)(：的的关关系系计计算算与与当当然然也也可可以以利利用用whwwhHHHl478101250201101250201OH971HC675

21、21CH1725520111HHw2w62w4g2w2.，类类似似，由由于于或或者者d湿湿燃燃气气3gg2nm2wwhmkJ1782801250201110125023522322256591915753201112352SHHC2H5919NddnHHl/.)(.)(.湿湿燃燃气气3w2w2wnmw2wwhmkJ1782847819701367521217255591915753OHSHHC2H5919NnHHl/).(.)(.（二）燃烧所需的理论空气量（二）燃烧所需的理论空气量（三）完全燃烧时的烟气量（三）完全燃烧时的烟气量(当当=1和和=1.2时时)a)a)理论烟气量理论烟气量(=1)干

22、干燃燃气气干干空空气气330mm932501000159902602501000260NNHVl/.干干燃燃气气332nm2Omm350SHHCCOCO0102NNmVR/.)(.干干燃燃气气33a0gnm220OHmm121120HC2SHH0102NNdVdnV/.)(.干干燃燃气气33200Nmm153N0107902NNVV/.干干燃燃气气330N0OHO0fmm624222NNVVVVR/.干干燃燃气气干干空空气气3322nm20mm863OSH51HC4CO50H50211NNnmV/.)(.b)b)实际烟气量实际烟气量(=1.2)干干燃燃气气330fmm6425010002720

23、NNHVl/.干燃气干燃气332nm2Omm350SHHCCOCO0102NNmVR/.)(.干干燃燃气气33a0gnm22OHmm131120HC2SHH0102NNdVdnV/.)(.干干燃燃气气3320Nmm763N0107902NNVV/.干燃气干燃气330Omm16012102NNVV/.)(.干燃气干燃气33ONOHOfmm452222NNVVVVVR/.干干燃燃气气3300ffmm3951NNVVV/.)(（四）燃料特性系数（四）燃料特性系数09817903222261021017902532227906563950790SHCOHCCON210O790SH181H)C4(0.79CO)(H395022nm222nm2.).(.)(.mnm11121O10O,12max2max.可可得得：。由由时时RR111O21O753O28O,212222max.可可得得：。由由，时时RR42 结束语结束语