1、5燃料及其燃烧燃料及其燃烧热工基础热工基础5 燃料及其燃烧 燃料的种类和组成 燃烧计算（重点）燃烧过程基本理论 燃烧设备（自学）5.1 燃料的种类和组成燃料及其燃烧5.1.1种类按状态：气体燃料、液体燃料、固体燃料制品干燥、烧成热量燃料燃烧电能A 气体燃料天然气、液化石油气、高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气等。组成：可燃气体CO、H2、CH4及其它碳氢化合物 不可燃气体CO2、N2、H2Og等焦炉煤气是炼焦副产品，含有较多的氢和碳氢化合物，热值较高。燃烧速度快 发生炉煤气是以固体燃料为原料，在煤气发生炉中经气化而得到的人造气体燃料。天然气主要成分为可燃烃类，其中以甲烷为主，不可燃物质很少。液化石
2、油气是石油开采及炼制过程的副产物，主要成分为丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）。热值高，不含氢，燃烧速度慢。高炉煤气是炼铁副产物，一氧化碳为主，氢含量次之，还有大量的氮。热值低，只适用于作低温窑炉的燃料。5.1 燃料的种类和组成燃料及其燃烧燃料及其燃烧从原油中蒸馏出轻质油后剩下的较重部分，也称之为重油。在工业窑炉中使用的液体燃料主要是重油。指石油及其加工产品：各种烷烃类碳氢化合物组成。原油经分馏后可以获得不同的石油产品如汽油、煤油、柴油、润滑油、燃料油和炼油残渣。5.1 燃料的种类和组成B 液体燃料燃料及其燃烧重油的组成：有机化合物的混合物，主要由不同族的液体碳氢化合物和溶解在其中的固体碳氢
3、化合物。重油中S一般要求不大于1.03.0%，水分不宜太高，灰分一般不大于0.3%。重油的热值高Qnet：3800042000kJ/kgCdaf%：8588；Hdaf%：1013；Ndaf%+Odaf%：0.51；Sdaf：0.215.1 燃料的种类和组成燃料及其燃烧重油的粘度与组成、温度、压力有关。我国重油的牌号，是以50时油的恩氏黏度来分类的。一般分为20号、60号、100号、200号等 5.1 燃料的种类和组成粘度燃料及其燃烧闪点油类加热到一定温度，表面挥发逸出油蒸汽至空气中，当火焰接近时，会闪现蓝色的亮光，这时油的温度叫“闪点”。原油的闪点：4060;重油的闪点：80300闪点、燃点、
4、着火点：燃点:重油闪火后,继续提高油温,能继续燃烧的最低温度叫燃点着火点：达到燃点后，继续提高油温，油表面的蒸汽即使没有火源接近也会自发燃烧起来，这种现象称自燃，此时的油温称为油的“着火点”5.1 燃料的种类和组成燃料及其燃烧凝固点：重油开始凝固的温度.重油的凝固点:30 45.油输送过程中,必须保持油温高于凝固点.密度:重油的密度与温度有关)20(120 tt 20:20时重油的密度.0.9 1.0t/m3;重油的体积膨胀系数20002.00025.0 5.1 燃料的种类和组成燃料及其燃烧煤按照其形成的年代不同，可分为如下类：无烟煤：烟煤无烟煤+水分+挥发分。便于长期储存。泥煤：由植物刚刚转
5、化而来的煤，水分多，热值低，灰分低，挥发分高，为长焰燃料。褐煤：泥煤褐煤+水分+挥发分。可直接燃烧。产生发生炉煤气。烟煤：褐煤烟煤+水分+挥发分。化工、冶金、动力等工业的主要燃料。C 固体燃料天然固体燃料:煤人造固体燃料:焦炭、煤粉等 5.1 燃料的种类和组成有机物C、H、O、N、S以不同化合物形式+水分和矿物质。5.1.2 燃料的化学组成及表示方法燃料及其燃烧1)固、液体燃料的组成碳：主要可燃成分，热能的主要来源，煤中：5090，液体燃料85。氢：重要的可燃成分，与氧化合生成水并放出大量的热。固体燃料1，燃烧产物中各成分的体积（标态）为 4.2212)C()(COar2wV4.22)18)(
6、2)H(O)(Harar2MwwV4.2232)S()(SOar2wV79V.04.2228)N()(Nar2wVLV121.0)(O2烟气各组成的体积分数%100)CO()CO(22VV燃料及其燃烧3001(1)79%Nm/kgVL当时，V 不足的空气量中的N2量这时，烟气的组成为：由于空气量不足，烟气中尚有CO存在，不足的O2为：0(1)21%L222O2COOC 由：烟气中的CO：3CO0V2(1)21%Nm/kgL 5.2.1.3 5.2.1.3 燃烧产物组成的计算燃烧产物组成的计算燃料及其燃烧 5.2.1.3 5.2.1.3 燃烧产物组成的计算燃烧产物组成的计算ar20(C)(CO)
7、22.42(1)21%12wVL4.2232)S()(SOar2wV79V.04.2228)N()(Nar2wV对气体燃料，可根据化学反应方程式计算。燃料及其燃烧例题 p248例5-2 已知煤的组成如下 Car Har Oar Nar Sar Aar Mar 质量（%）48 5 16 1.4 -11.6 18设燃烧时有机械不完全燃烧存在，灰渣中含C量10%；要求还原焰烧成，干烟气分析中CO含量为5%。计算干烟气及湿烟气组成（不考虑空气带入的水气）1煤燃烧所需要的空气量；1煤燃烧生成的湿烟气量解：由于不完全燃烧，烟气中含有CO，可采用物料平衡进行计算。燃料及其燃烧物料平衡C平衡：燃料中C=烟气中
8、C+灰渣中CN平衡：燃料中N2+空气中N2=烟气中N2选100煤作为计算基准，则灰渣中的C：11.6%10010/（100-10）=1.29因为：灰渣：C（10%）+A（90%），Aar=11.6kg烟气中的C：48%100-1.29=46.7转化成摩尔数：46.7/12=3.89kmol设其中xkmol生成CO，则（3.89-x）kmol生成CO2燃料及其燃烧烟气的组成为：CO：xkmolCO2：（3.89-x）kmolH2O：5/2+18/18=3.5 kmolN2：1.4/28+空气中的N2燃烧所需的O2量：22C+O2COx0.5x燃料及其燃烧22COOC 3.89-x3.89-xOH
9、OH22222 5/2=2.5 1.252OL0.53.89-1.25-16/324.64-0.5xxx则N2：1.4/28+空气中的N2=1.4/28+（4.64-0.5x）79/21=17.5-1.88x则则总干烟气量：总干烟气量：V=VCO+VCO2+VN2=x+（3.89-x）+（17.5-1.88x）=21.39-1.88x燃料及其燃烧燃料及其燃烧5%0.98kmol21.39 1.88xxxCOCO2N2H2O烟气量，烟气量，kmol 0.983.89-0.98=2.91 17.5-1.880.98=15.663.5干烟量，干烟量，%5.014.980.1湿烟量，湿烟量，%4.21
10、2.668.015.2烟气的组成为：烟气的组成为：又干烟气中又干烟气中CO含量为含量为5%，即：，即：2 2）所需空气量：）所需空气量：3）湿烟气量）湿烟气量=干烟气量干烟气量+VH2O23O10022.4LL4.43(Nm/kg)21100)89.02164.4(21.39 1.883.523.05kmolx89.0322.4V23.055.16(Nm/kg)100燃料及其燃烧 5.2.2 5.2.2 空气过剩系数空气过剩系数是控制燃烧过程的一个重要参数。在进行热工计算时，值是根据经验选取的。P249 表5-8 1）空气过剩系数）空气过剩系数对炉子热工的影响对炉子热工的影响(1)空气消耗量的
11、影响。(2)对燃烧温度的影响。(3)对燃烧产物成分的影响：，燃烧产物中N2、O2，CO2和H2O(汽)，削弱了烟气在高温炉膛中的辐射能力。(4)对燃烧产物热损失的影响：当 ，V，热损失。(5)对燃料利用程度的影响：。在保证最大程度完全燃烧的前提下，应越小越好2)2)空气过剩系数的计算空气过剩系数的计算 燃料及其燃烧计算方法：计算方法：根据实际测量的烟气的组成，按照氧平衡法和根据实际测量的烟气的组成，按照氧平衡法和N平衡法进行计算平衡法进行计算完全燃烧时，干烟气的组成为：CO2、SO2、N2、过剩的O2RO2RO2%+N2%+O2%=100%不完全燃烧时的烟气成分可表示为不完全燃烧时的烟气成分可
12、表示为 RO2+O2+CO十十N2=100 5.2.2 5.2.2 空气过剩系数空气过剩系数烟气量一般是借助于烟气量一般是借助于烟气分析仪烟气分析仪来确定的，来确定的，即通过烟气分析测定各种成分的容积份额，即通过烟气分析测定各种成分的容积份额，并据此计算出干烟气量，同时用计算的方并据此计算出干烟气量，同时用计算的方法求出烟气中的实际水蒸气容积，然后计法求出烟气中的实际水蒸气容积，然后计算出烟气的总容积。算出烟气的总容积。燃料及其燃烧 5.2.2 5.2.2 空气过剩系数空气过剩系数燃料及其燃烧5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算概念：燃料燃烧时，气态燃烧产物所能达到的温度叫概念
13、：燃料燃烧时，气态燃烧产物所能达到的温度叫燃烧温度。燃烧温度。计算方法：根据燃烧过程中的热平衡计算方法：根据燃烧过程中的热平衡热平衡收入部分：热平衡收入部分：燃料的化学热量燃料的化学热量(发热值发热值)；燃料带入的物理显热燃料带入的物理显热(燃料和空气的热焓燃料和空气的热焓)；空气带入的物理显热。空气带入的物理显热。netQfQaQ燃烧产物的热收入=燃烧产物的热支出（各项均按每kg或每（标态m3燃料计算）Q Qc c 燃烧产物所具有的热量燃烧产物所具有的热量燃料及其燃烧热平衡支出部分：热平衡支出部分：(2)(2)Q Qi i ：不完全燃烧热损失；不完全燃烧热损失；(3)(3)Q Qt,ct,c
14、 ：燃烧产物向周围空间散失的热量；燃烧产物向周围空间散失的热量；(4)(4)Q Qt,dt,d ：高温时燃烧产物分解所消耗的热量。高温时燃烧产物分解所消耗的热量。cPPQV C TC CP P ：标态下燃烧产物在实际温度下的定压比热；标态下燃烧产物在实际温度下的定压比热；T TP P：实际燃烧温度；实际燃烧温度；V V：实际烟气的体积。：实际烟气的体积。5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算标准状态下，燃料燃烧前后的热平衡方程式为标准状态下，燃料燃烧前后的热平衡方程式为 燃料及其燃烧,netfacit ct dQQQQQQQtP为实际燃烧温度pct,idt,fnetpcVQQQQ
15、QQta5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算如果在热平衡方程式中扣除不完全燃烧而损失的热量如果在热平衡方程式中扣除不完全燃烧而损失的热量（Qi=0）及不考虑燃料传递给周围物体的热量）及不考虑燃料传递给周围物体的热量（Qt,c=0），全部热量用来加热烟气后所获得的烟气，全部热量用来加热烟气后所获得的烟气温度称为温度称为理论燃烧温度理论燃烧温度或绝热火焰温度。或绝热火焰温度。燃料及其燃烧tth是高温燃烧过程中所能达到的极限温度。理论燃烧温度理论燃烧温度即：即：pdt,afnetthcVQQQQt5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算燃料及其燃烧量热计温度量热计温度不考
16、虑燃烧产物热分解所达到的温度，即：一般窑炉设计中，都是先计算量热计温度，再根据不同窑炉的高温系数求实际燃烧温度tp tp=tc的值见的值见P253表表5-9pafnetccVQQQt5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算燃料及其燃烧燃烧温度的计算燃烧温度的计算根据netfacpQQQtC VnetfaQQQQ令:则：VCQtpc 令：VQi 则：cppctCiCit 又：CP=a+bt+ct2+用试差法求解5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算燃料及其燃烧试差法求解先假定t，查出cp，求出i 。若ii，则再将温度设为t，同样求i，直至二者相等时的温度t即为t c。具
17、体计算时，先确定t和t，两者相差100，而且使燃烧产物的热含量介于i和i之间。ttttiiii )(tiiiittt 则则5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算燃料及其燃烧提高实际燃烧温度的途径(1)选用高热值的燃料;(2)控制适当的空气过剩系数;(3)预热空气或燃料;(4)减少热损失.5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算燃料及其燃烧例题:某窑炉采用发生炉煤气为燃料，煤气温度与空气温度均为20，煤气热值为：Qnet=5758kJ/Nm3，燃烧时需要的空气量为1.315Nm3/Nm3煤气，生成的烟气量为2.07Nm3/Nm3煤气。20时煤气与空气比热分别为：cf=1
18、.32kJ/（Nm3.），ca=1.296 kJ/（Nm3.）。实际燃烧温度需要1450，问能否满足要求，如果不能，空气需要预热到多少度才能达到要求。高温窑炉系数取0.8解：首先计算量热计温度：即：即：2.07cp tc=5818.5ppafnetc07.220296.1315.12032.15758cVcQQQt5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算燃料及其燃烧设：tc=1700，查表5-10得c=1.67,则：2.071.671700=5876.75818.52.07cp tc=5818.5设：tc=1600，查表5-10得c=1.65,则：2.071.651600=5464
19、.85818.5Cttcc16868.54647.58765.58187.5876160017001700实际燃烧温度：tp=tc=0.81686=1349不能满足工艺要求。5.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算燃料及其燃烧量热计温度：tc=tp/=1450/0.8=1813pcnetffa ac V tQc tL c t2.071.681813=5758+1.3220+1.315cata1.315cata=520.5设：ta=300，ca=1.318，则：1.3151.318300=520520.5设：ta=350，ca=1.324，则：1.3151.324350=609.45
20、20.5Cttaa3005204.6095.5204.609300350350即：空气需要预热到3005.2.3 5.2.3 燃烧温度燃烧温度的计算的计算 5.3.1 基本概念 着火温度：燃料与空气由缓慢氧化反应转变为剧烈的氧化反应（燃烧）的瞬间叫着火，转变时的最低温度叫着火温度。着火温度与燃料的组成有关，与散热条件有关。着火浓度范围：气体燃料与空气的比例必须在一定的范围内才能进行燃烧，这一范围叫着火浓度范围，或着火浓度极限。着火浓度范围与气体燃料的组成有关。表5-11工业常用煤气在空气中的着火浓度范围。火焰传播速度：指火焰前锋沿其法线方向相对于未燃可燃混合气的推进速度。火焰传播速度表征了进行
21、燃烧过程的火焰前锋在空间的移动速度，是研究火焰稳定性的重要数据之一。燃料及其燃烧5-35-3 燃烧过程的基本理论火焰传播速度火焰传播速度的高低取决于可燃混合气本身的性质、压力、温度、空气过剩系数、可燃混合气流动状况(层流或湍流)以及周围散热条件等。火焰传播速度实质上表示了单位时间内在火焰前锋单位面积上所烧掉的可燃混合气数量。为了提高燃烧设备的燃烧热强度(以减小燃烧设备的尺寸)，必须尽可能提高火焰传播速度。5.3.2 燃烧过程的基本理论 根据组成可分为：可燃气体的燃烧：CO、H2、CmHn等的燃烧 固定C的燃烧根据燃烧特点：正常燃烧靠燃烧层的热气体传质传热给临近的冷可燃气体混合物而进行火焰的传播。火焰传播速度小，压力变化小。爆炸性燃烧靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度以上而燃烧。火焰传播速度大，为10004000m/s。通常在高温高压下进行。燃料及其燃烧4-3-4 4-3-4 燃烧温度燃烧温度的计算的计算作业：278,279：5-9，5-13
