1、第第4 4节节 燃料的燃烧燃料的燃烧4.1 4.1 燃料的种类、组成和发热值燃料的种类、组成和发热值4.2 4.2 理论空气用量与过剩空气系数理论空气用量与过剩空气系数4.3 4.3 全炉热效率、燃料用量及火嘴全炉热效率、燃料用量及火嘴 个数的确定个数的确定4.4 4.4 提高加热炉热效率的方法提高加热炉热效率的方法4.1 4.1 燃料的种类、组成和发热值燃料的种类、组成和发热值4.1.1 4.1.1 燃料的种类燃料的种类 4.1.2 4.1.2 燃料的组成燃料的组成 4.1.3 4.1.3 燃料的发热值燃料的发热值 4.1.1 4.1.1 燃料的种类燃料的种类气体燃料：气体燃料：v气体燃料的
2、来源多是生产过程中产生的利用气体燃料的来源多是生产过程中产生的利用价值不高或不足利用的轻烃价值不高或不足利用的轻烃v催化干气、焦化干气、不凝气（烃类）等催化干气、焦化干气、不凝气（烃类）等v主要组成是甲烷、乙烷和少量的主要组成是甲烷、乙烷和少量的C C3 3、C C4 4v液体燃料大都是在生产过程中产生的重质油品液体燃料大都是在生产过程中产生的重质油品v常压重油、减压渣油以及原油常压重油、减压渣油以及原油v在使用液体燃料时，要注意的问题：在使用液体燃料时，要注意的问题：雾化效果要好雾化效果要好燃料粘度适中燃料粘度适中 4.1.1 4.1.1 燃料的种类燃料的种类液体燃料：液体燃料：4.1.2
3、4.1.2 燃料的组成燃料的组成v元素组成：碳（元素组成：碳（C C）、氢（）、氢（H H）、硫（）、硫（S S）、氧（）、氧（O O）、）、氮（氮（N N）、水份（）、水份（W W）、灰分（）、灰分（A A）v确定方法确定方法)(100SHC2041526dH说明：说明：d d4 42020 ：燃料油在：燃料油在2020时的相对密度比重；时的相对密度比重；C C、H H、S S：质量百分数，如：质量百分数，如C=86C=86表示表示86%86%。元素分析法元素分析法经验公式法经验公式法4.1.3 4.1.3 燃料的发热值燃料的发热值定义：指定义：指1kg1kg燃料燃料完全燃烧完全燃烧时所放出
4、的热量时所放出的热量发热值基准：气体燃料发热值基准：气体燃料：kJ/nmkJ/nm3 3Fuel Fuel (0 (0、1atm)1atm)液体燃料：液体燃料：kJ/kgFuelkJ/kgFuel分类：低发热值分类：低发热值Q Ql l ：生成的水呈气态：生成的水呈气态 高发热值高发热值Q Qh h ：生成的水呈液态：生成的水呈液态Q Qh h-Q-Ql l =r r水水 发热值的计算：发热值的计算：气体燃料气体燃料Q Qh h=q=qhihiy yi i，kJ/nmkJ/nm3 3FuelFuel Q Ql l=q=qliliy yi i，kJ/nmkJ/nm3 3FuelFuel 4.1.
5、3 4.1.3 燃料的发热值燃料的发热值发热值的计算：发热值的计算：液体燃料液体燃料-门捷列夫公式门捷列夫公式Q Qh h=81C+300H+26(S-O)=81C+300H+26(S-O)4.1874.187，kJ/kgFuelkJ/kgFuelQ Ql l=81C+246H+26(S-O)-6W=81C+246H+26(S-O)-6W4.1874.187，kJ/kgFuelkJ/kgFuel 说明：各元素放热：说明：各元素放热：C C：8100kcal/kg8100kcal/kg；H H：30000kcal/kg30000kcal/kg；S S：2600kcal/kg2600kcal/kg
6、；H H2 2O O：600kcal/kg600kcal/kg；故故C C、H H、S S、O O为质量百分数，如为质量百分数，如C=24C=24，H=70H=70，O=6O=6。4.1.3 4.1.3 燃料的发热值燃料的发热值4.2 4.2 理论空气用量与过剩空气系数理论空气用量与过剩空气系数 4.2.1 4.2.1 理论空气用量理论空气用量 4.2.2 4.2.2 燃料的燃烧机理燃料的燃烧机理4.2.3 4.2.3 过剩空气系数过剩空气系数 4.2.1 4.2.1 理论空气用量理论空气用量定义：定义：1kg1kg液体燃料或液体燃料或1nm1nm3 3气体燃料完全燃烧时气体燃料完全燃烧时 理
7、论上需要的空气量理论上需要的空气量液体燃料：液体燃料：32 1222COOC32 4 22222OHOH32 3222SOOS每每kgkg液体燃料燃烧所需的理论空气量为：液体燃料燃烧所需的理论空气量为：L L0 0=1/0.23(0.0267C+0.08H+0.01S-0.01O)=1/0.23(0.0267C+0.08H+0.01S-0.01O)=0.116C+0.348H+0.0435(S-O)=0.116C+0.348H+0.0435(S-O)kgkg空气空气/kg/kg燃料燃料4.2.1 4.2.1 理论空气用量理论空气用量气体燃料：气体燃料：5.1)4(5.05.021.012220
8、OSHHCcoHyyynmyyVnmnmnm3 3air/nmair/nm3 3FuelFuel V V0 0=V=V0i0i.y.yi i4.2.2 4.2.2 燃烧机理燃烧机理烃类：键式反应脱氢、断链烃类：键式反应脱氢、断链烃类一般在烃类一般在200-300200-300时开始氧化；时开始氧化；T T400400时供氧不足，可能发生析碳反应时供氧不足，可能发生析碳反应(结焦结焦)析碳能力：析碳能力：渣油重油重柴轻柴汽油液化气渣油重油重柴轻柴汽油液化气 天然气天然气燃烧过程：物理扩散预混式燃烧过程：物理扩散预混式化学反应外混式化学反应外混式实现完全燃烧，必须供给过剩的空气实现完全燃烧，必须供
9、给过剩的空气4.2.3 4.2.3 过剩空气系数过剩空气系数定义：定义：管式炉中实际入炉空气量与理论空气量之比管式炉中实际入炉空气量与理论空气量之比00VVLL对对的影响：的影响：太小太小OO2 2供应不足供应不足燃料燃烧不充分燃料燃烧不充分热效率热效率太大太大烟气量烟气量烟气带走的热量烟气带走的热量热损失热损失烟气中含氧量烟气中含氧量炉管表面氧化炉管表面氧化使用寿命使用寿命(每增加每增加0.10.1，降低降低1.5%1.5%左右左右)所以加热炉操作时应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量所以加热炉操作时应在确保燃料完全燃烧的前提下，尽量降低过剩空气系数。降低过剩空气系数。燃料性质：气体燃料：燃料
10、性质：气体燃料：1.11.11.21.2 液体燃料：液体燃料：1.21.21.31.3，提高雾化，提高雾化燃烧器的性能：自然引风式：燃烧器的性能：自然引风式：1.21.21.4(1.4(国内国内)大能量燃烧器大能量燃烧器1.11.11.15(1.15(国外国外)新型平行气流燃烧器新型平行气流燃烧器1.051.05炉体密封性炉体密封性加热炉的测控水平加热炉的测控水平4.2.3 4.2.3 过剩空气系数过剩空气系数影响过剩空气系数的主要因素影响过剩空气系数的主要因素奥氏分析仪：将烟气中的水蒸气冷凝；奥氏分析仪：将烟气中的水蒸气冷凝；用用KOHKOH、C C6 6H H3 3O O3 3(焦性食子酸
11、焦性食子酸)测定测定COCO2 2、O O2 2含量含量222276.4100100OCOOCOyyyy计算公式：计算公式：4.2.3 4.2.3 过剩空气系数过剩空气系数过剩空气系数的测定：过剩空气系数的测定：4.3 4.3 全炉热效率、燃料用量全炉热效率、燃料用量 及火嘴个数的确定及火嘴个数的确定 4.3.1 4.3.1 热平衡确定全炉热效率热平衡确定全炉热效率4.3.2 4.3.2 燃料用量燃料用量B B的确定的确定 4.3.3 4.3.3 火嘴数量的确定火嘴数量的确定4.3.4 4.3.4 燃烧产物烟道气的流量的确定燃烧产物烟道气的流量的确定 4.3.1 4.3.1 热平衡确定全炉热效
12、率热平衡确定全炉热效率1kg1kg燃料：燃料：lLlllQqQqQqBQQ211说明：各项热能的确定：说明：各项热能的确定：热负荷热负荷Q Q：a.a.若有过热蒸汽管：若有过热蒸汽管：Q Q包括过热蒸汽吸收的热量；包括过热蒸汽吸收的热量；b.b.反应炉：反应炉：Q=Q=油品吸热反应热；油品吸热反应热；c.c.纯加热炉：纯加热炉：)1(iLVIIeeIGQq q1 1/Q/Ql l：a.a.自然通风系统：忽略；自然通风系统：忽略；b.b.空气已被预热：空气已被预热：lFWalQHWHLHQq1q q2 2/Q/Ql l：q q2 2/Q/Ql l=f(=f(，T Tg g)，P364P364：F
13、ig7-38Fig7-38；q qL L/Q/Ql l：立式炉、圆筒炉：立式炉、圆筒炉：q qL L/Q/Ql l=0.02=0.020.050.05辐射室：辐射室：0.010.010.030.03对流室：对流室：0.010.010.020.024.3.2 4.3.2 燃料用量燃料用量B B的确定的确定4.3.3 4.3.3 火嘴数量的确定火嘴数量的确定说明：说明：总额定喷油能力总额定喷油能力/实际喷油能力实际喷油能力1.21.21.351.35；圆筒炉：不采用圆筒炉：不采用2 2个火嘴，火嘴间距个火嘴，火嘴间距1 1m m；必须由燃料的性质选用合适的火嘴必须由燃料的性质选用合适的火嘴B=Q/
14、QB=Q/Ql lN NF F=B/B=B/B额额说明：说明：0.5-0.5-雾化蒸汽量，雾化蒸汽量，kgSteam/kgFuelkgSteam/kgFuel；若为机械雾化或用气体燃料，则不计。若为机械雾化或用气体燃料，则不计。4.3.4 4.3.4 燃烧产物燃烧产物-烟道气流量的确定烟道气流量的确定m mg g=(L+1+0.5)B=B(1.5+L=(L+1+0.5)B=B(1.5+L0 0)4.4 4.4 提高加热炉热效率提高加热炉热效率的方法的方法 4.4.14.4.1 加热炉热效率降低的原因加热炉热效率降低的原因 4.4.2 4.4.2 露点腐蚀露点腐蚀 4.4.3 4.4.3 提高管
15、式加热炉热效率的提高管式加热炉热效率的 途径途径4.4.14.4.1 加热炉热效率降低的原因加热炉热效率降低的原因炉墙散热；炉墙散热；烟气带热；烟气带热；燃料燃烧不完全燃料燃烧不完全 4.4.2 4.4.2 露点腐蚀露点腐蚀 有的燃料中含有微量的硫元素，在燃烧的有的燃料中含有微量的硫元素，在燃烧的过程中，硫被氧化生成二氧化硫或三氧化硫。过程中，硫被氧化生成二氧化硫或三氧化硫。如果管壁温度低于水蒸汽的露点温度，水蒸汽如果管壁温度低于水蒸汽的露点温度，水蒸汽就会凝结在炉管上和三氧化硫就结合生成硫酸就会凝结在炉管上和三氧化硫就结合生成硫酸溶液，二氧化硫和水蒸汽生成亚硫酸溶液，二溶液，二氧化硫和水蒸汽
16、生成亚硫酸溶液，二者对铁具有很强的腐蚀能力，它们的存在加速者对铁具有很强的腐蚀能力，它们的存在加速了炉管的腐蚀过程，大大缩短了设备的运转周了炉管的腐蚀过程，大大缩短了设备的运转周期，这种现象叫作露点腐蚀。期，这种现象叫作露点腐蚀。4.4.3 4.4.3 提高管式加热炉的热效率的途径提高管式加热炉的热效率的途径lLlllQqQqQqBQQ211q q1 1/Q/Ql l燃料、空气、水蒸汽的显热，燃料、空气、水蒸汽的显热，q q1 1/Q/Ql l；q q2 2/Q/Ql l烟气带走的热量，烟气带走的热量，q q2 2/Q/Ql l；q qL L/Q/Ql l炉墙散热损失，炉墙散热损失，q qL
17、L/Q/Ql l。原油入炉温度越高，相应的烟气出口温度也原油入炉温度越高，相应的烟气出口温度也越高，炉子的热效率就要下降。因此，应该通过越高，炉子的热效率就要下降。因此，应该通过综合的技术经济比较，选择一个适合的原料入炉综合的技术经济比较，选择一个适合的原料入炉温度。通常，这个温度在温度。通常，这个温度在 200200250250之间，即之间，即烟气排出温度在烟气排出温度在400400以下较为合理。以下较为合理。尽量降低油品的入炉温度尽量降低油品的入炉温度 预热入炉空气，是目前提高加热炉热效率的预热入炉空气，是目前提高加热炉热效率的主要手段。主要手段。有些加热炉受到工艺条件的限制，排烟温度有些
18、加热炉受到工艺条件的限制，排烟温度超过了超过了400400，这时，可考虑在对流室和烟囱之，这时，可考虑在对流室和烟囱之间装设空气预热器来回收烟气余热。当加热炉排间装设空气预热器来回收烟气余热。当加热炉排烟温度烟温度500500时，可考虑装设废热锅炉，利用时，可考虑装设废热锅炉，利用烟气余热产生蒸汽以提高炉子热效率。烟气余热产生蒸汽以提高炉子热效率。提高空气的入炉温度提高空气的入炉温度 降低烟气出炉温度及减少烟气流量。降低烟气出炉温度及减少烟气流量。降低烟气温度，必须注意烟气与油、气的传降低烟气温度，必须注意烟气与油、气的传热温差和露点腐蚀问题；减少烟道气流量，通常热温差和露点腐蚀问题；减少烟道
19、气流量，通常只能通过降低只能通过降低才能达到（才能达到（WcWc=(L=(L0 0+1.5)B+1.5)B），），而降低而降低必须选用合适的火嘴，以保证燃料充分必须选用合适的火嘴，以保证燃料充分燃烧。燃烧。尽量降低烟气带走的热量尽量降低烟气带走的热量选择合适的火嘴，选择合适的火嘴，改进燃料燃烧状况，使燃料改进燃料燃烧状况，使燃料能够完全燃烧；能够完全燃烧；尽可能降低散热损失尽可能降低散热损失提高炉子的测控水平和操作水平提高炉子的测控水平和操作水平改善保温材料的保温性能，改善保温材料的保温性能，减少炉壁热损失；减少炉壁热损失；减少冷空气的非常进入；减少冷空气的非常进入；防止热烟气漏出炉体。防止热烟气漏出炉体。
