燃料及其燃烧Word文档下载推荐.docx

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固（液）体燃料的成分分析方法有元素分析法和工业分析法两种。

元素分析法是确定燃料中C、H、O、N、S的重量百分含量,它不能说明燃料由那些化合物组成及这些化合物的形式。

只能进行燃料的近似评价,但元素分析法的结果是燃料计算的重要原始数据。

工业分析法可测定水分,灰分,挥发分产率及固定碳的含量,并能估计燃料的结焦性能以作为评价燃料的指标.国标的具体测定过程：

将固体燃料加热到110度，使其水分蒸发，测得水分（M）,再在隔绝空气的条件下加热到850度，测出挥发分的含量（V），然后通以空气充分燃烧测得固定炭的含量（C），剩下的即为灰分（A）。

由于煤的开采、运输及储存的条件不同，煤的组成常常变化很大，表示煤的化学组成常常又四种表示方法：

（1）收到基（下表ar）：

使用单位收到的煤的组成

即 Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar%+Aar%+Mar%=100%

（2）空气干燥基：

将煤样在20度与相对湿度70%的空气下连续干燥1小时后，

质量变化不超过0.1%，即认为已经道道空气干燥状态，以下标ａｄ。

即：

Cad%+Had%+Oad%+Nad%+Sad%+Aad%+Mad%=100%

（3）干燥基：

绝对干燥组成，以下标ｄ

Cd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd%+Ad%+Md%=100%

（4）干燥无灰基：

不含水，不含灰分，以下标ｄａｆ表示

Cdaf%+Hdaf%+Odaf%+Ndaf%+Sdaf%+Adaf%+Mdaf%=100%

，

各种成分之间的换算关系见表4-1。

燃料的组成的换算系数 表4-1

已知的

基

所 要 换 算 的 基

收到基

空气干燥基

干燥基

干燥无灰基

收到

１

100-Mad

100-Mar

100

100-（Mar+Aar）

空气干燥

100-（Mad+Aad）

干

燥基

100-Ad

干燥无灰

100-（Mar+Aar）100

100-（Mad+Aad）100

注意：

此表应用时，左边×

交叉系数=列

例如：

干燥基×

=收到基

例【4-1】已知煤的干燥无灰组成为（%）为：

Cdaf

Hdaf

Odaf

Ndaf

Sdaf

80.2

6.1

11.6

1.4

0.7

又知：

收到基时水分组成Mar=3.5%;

干燥基时灰分组成Ad=8.2%;

计算收到基Car

解：

由表4-1，需要先由干燥无灰基

100-A

d

´

¾

100¾

®

´

100-Mar

干燥基¾

1¾

00¾

收到基

Car=80.2×

100-8.2

100-3.5



=71.04

（二）气体燃料

组成：

可燃成分：

CO H2 CH4H2S等不燃成分：

CO2 H2O N2O2 SO2

气体燃料的组成为体积百分比组成，分为干成分与湿成分，二者之间的换算为：

100-HOV

湿成分=干成分×

2

2

其中HOV为100m3湿气体燃料中所含水蒸汽的体积。

第二节燃料的热工性质及选用原则

一、发热量（热值）

（一）发热量：

单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时，为将燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称为发热来也叫热值。

高发热量：

燃绕后，并将其中的水蒸气全部冷却到凝结成水时的所放出的热量。

低发热量：

燃烧后水蒸气人干以气体存在。

（二）发热量的测定和计算

发热量的测定由专门的仪器来测量，氧弹量热计，具体过程试验时详细讲解。

计算：

一般选测公式计算，即：

Qnet,ar

=339Ccr+1030Har109（Oar-Sar）-25Mar

收到基的低发热量

二、其他热工性质

（一）固体燃料

1、挥发分：

在隔绝空气的条件下，将煤样加热到850度并保持7分钟所得到的气态物

质，主要组成为：

矿物结晶水，挥发性成分和热解产物构成。

挥发分含量影响到火焰的长度及着火温度，一般来说，挥发分越高，火焰越长，越容易着火。

2、渣性：

与煤灰的成分有关，含SiO2,Al2O3则不易结渣，若含FeO Na2O K2O等容

易结渣

3、水分：

会降低发热量，不易着火，降低炉温，增加烟气带走热量。

4、可燃硫：

污染源之一，生成二氧化硫，三氧化硫，与水结合形成酸，导致酸雨，剩余热工性质自己看书了解即可。

第 24 次课

1. 3燃烧计算

3.3.1设计计算：

空气量、烟气量、烟气组成的计算 *

3.3.1.1固、液体、气体燃料的计算理论空气量的计算

实际空气量的计算

会计算固、液体燃料的空气量的计算

P306【2-41】

P306【4-1】

第三节 燃烧计算

一、计算的目的与内容

计算的目的主要有两个：

设计窑炉，计算内容：

空气量计算，废气量计算

操作窑炉：

燃烧消耗系数的计算

计算着重掌握设计计算。

二、空气量、烟气量及烟气组成的计算

方法：

分析计算，根据燃料的成分来计算

近似计算，根据经验公式计算，我们主要掌握分析计算

（一）分析计算

1、空气量的计算

（1）理论空气量的计算

理论空气量指燃料重的可燃成分恰好完全燃烧所需的空气量。

①固、液体燃料

固体燃料和液体燃料的理论空气需要量，燃料成分为

Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar%+Aar%+War%=100%

C＋O2=CO2

1

1 1

（kmol）

8/311/3

（kg）

4H＋O2=2H2O

4

8

9

S＋O2=SO2

1kg燃料完全燃烧时所需要的氧气体积为

1 1 1 1

V0=（ Car＋ 8Har＋ Sar－

Oar）×

22.4/100 （Nm3/kg）

O2 12 4 32 32

1kg燃料完全燃烧时所需要的空气体积为

a

V0=1Car＋18Har＋1

Sar－1

100

Oar）×

22.4/100×

（Nm3/kg）

12 4 32 32 21

理论氧气需要量：

按照化学反应式的配平系数计算，不估计其它因素的影响，得到的1kg

燃料完全燃烧需要的氧气量。

理论空气需要量：

理论氧气需要量除以空气中氧气的含量，便得到的1kg燃料完全燃烧需要

的空气量，计作V0a

②气体燃料

CO+1O

2 2

=CO2

H+1O

2 2 2

=H2O

CH+æ

n+mö

O

=nCO

+mHO

n m ç

÷

2

è

ø

2 2 2

HS+3O=HO+SO

2 2 2 2 2

V0=é

1CO+1H+



æ

CH

+3H

S-O ù

1

O2 ê

ë

2 ç

n m 2

å

2 è

2

2ú

100

所需的理论空气量

V0=é

1CO+1H+ æ

+3H

S-O

û

（Nm3/Nm3）

ù

1´

a ê

2 2 ç

÷

ø

2ú

100 21

（2）实际空气量

上面的计算中是假设氧化剂分子和燃料分子按照化学当量配比，混合均匀，达到分子接触，并且没有考虑其它因素的影响。

实际燃烧过程中，为了保证完全燃烧，一般供给多

一些的空气，有时为了得到还原性气氛，便供给少一些的空气，实际空气消耗量为Va。

a=va/V0

a称为空气消耗系数。

２、烟气量及烟气组成计算

（１）理论烟气量及理论烟气组成的计算

1kg固液燃料完全燃烧产物量计算

CO2、SO2、H2O、N2

VCO2=C/12×

22.4×

VSO=S/32×

1

（Ｎm3·

kg-1）

（Ｎm3·

2 100

VH2O=（H/2＋W/18）×

VN2=N/28×

＋79%V0

组成计算为各自的体积除以总体积即可。

1Ｎm3气体燃料完全燃烧产物量计算

CO2、SO2、H2O、N2VCO2=（CO＋SnCnHm＋CO2）/100 （Nm3/Nm3）

VSO2=H2S/100 （Nm3/Nm3）

VH2O=（H2＋S（m/2×

CnHm）＋H2S＋H2O）/100（Nm3/Nm3）VN2=N2/100＋79%Ln （Nm3/Nm3）

V０=VCO2＋VSO2＋VH2O＋VN2＋VO2 （Nm3/Nm3）

第 25

次课

理论课□

实验课□

习题课□

实践课□

技能课□

其它□

3.3.1.2固、液、气体燃料的废气量积废气组成的计算 *

会计算各种燃料的烟气量、烟气组成的计算

（２）实际烟气量及烟气组成

①固液体燃料

当a>

1时，实际烟气量包括

CO2、SO2、H2O、N2、O2

…………………（Ｎm3·

＋79%V0 （Ｎm3·

VO=21%×

（V0-V

）… （Ｎm3·

2 a a

V=VCO2+VSO2+VH2O+VN2+VO2

也可以直接利用公式：

V=V0+（a-1）V0

a<

1时，燃烧不完全，V=V0-（1-a）V0´

79

不完全燃烧有以下几种情况：

1、在固体灰渣中含有可燃成分，称为机械不完全燃烧；

2、在燃烧产物中烟气中含有可燃成分，如CO,这种不完全燃烧称为化学不完全燃烧；

对于固液体燃料的不完全燃烧，我们作如下假设：

认为燃烧中氧的不足仅引起C没有完全转化成CO2, 而是部分转化成CO2,部分生成了CO。

这样的假设不仅简化了计算，而且在实际中也已经足够准确。

有关固体燃料的不无安全燃烧，我们结合一例题来讲解。

【例4-3】已知煤的收到基组成为：

组分 Car

Har

Oar

Nar

Sar

Mar

Aar

质量（%）48

5

16

－

18

11.8

10%=1.29g

90%

烟气中的炭：

48-1.29=46.7g=3.89（

46.7

12

）kmol

kmol炭中有xkmol生成CO,有（3.89－x）kmol生成CO2，即：

kmol）：

CO xkmol

CO2 （3.89－x）kmol

H2O

5+18=3.5

kmol

2 18

N 1.4+[x+（3.89-x）+

5 -16]´

79=17.5-1.88x

28 2

2´

2 32 21

总干烟气量：

17.5-1.88x+x+3.89-x=21.39-1.88x

又干烟气中CO为5%，则：

x

17.5-1.88x+x+3.89-x

kmol

=x

21.39-1.88x

=0.05

所以

（1）

烟气组成：

烟气量（kmol）

CO

0.98

CO2

2.91

N2

15.66

3.5

干烟气（%）

5.0

14.9

80.1

湿烟气（%）

4.2

12.6

68.0

15.2

（2）空气量：

[x

Nm3/kg

+（3.89-x）+

5

2´

-16]×

32

100´

21

22.4

=15.6Nm3/kg

有关炭的不完全燃烧掌握到此程度即可，后面我们将学习有关着一类题的另一种设法。

当a.>

1时，实际烟气量

当a<

1时，假定煤气按比例燃烧，则：

V=（1-a）+aV0

Nm3/Nm3

Nm3/Nm3

aV0－燃烧生成烟气量，Nm3/Nm3

第 26 次课

教学课

：

*重点

3.3.2操作计算 #

3.3.3燃烧温度的计算

#难点）：

掌握如何利用操作计算调整工业生产的氧气量和燃料量

P306【4-2】

（四）操作计算操作计算的目的：

（1）空气一般不计量，检验空气消耗系数；

（2）检测完全燃烧情况，燃烧组织的好坏；

所以再进行燃烧过程的检测计算之前，必须先获得准确的燃烧产物成分的实测数据，一般在烟囱底部取废气样进行废气分析，分析仪器采用奥氏气体分析仪，具体实验过程在做实验时再进行详细讲解。

本篇实验：

学习使用奥氏气体分析仪检测烟气成分（包括化学试剂的配制），并验证分析结果的正确性。

奥氏气体分析仪的一般分析

（1）、氢氧化钾溶液吸收烟气中的CO2+SO2CO2+2KOH=K2CO3+H2OSO2+2KOH=K2SO3+H2O

（2）焦性没食子酸（C6H3（OH）3）的碱溶液吸收烟气中的O2（也可吸收RO2）4C6H3（OH）3+O2=2[（OH）3C6H2-C6H2（OH）3]+H20

（3）氯化亚铜的氨溶液Cu（NH3）2Cl可以吸收烟气中的CO（也可吸收O2）Cu（NH3）2Cl+2CO=Cu（CO）2Cl+2NH3

1、实际烟气量与空气量的计算

有关固体燃料的不完全燃烧计算，掌握到下边例题的程度即可

【例题4-5】某倒焰窑所用煤的收到基组成为：

Car Har Oar Nar Sar Mar Aar

质量（%） 72 6 4.8 0.3 3.6 11.9

高温阶段在窑低处测得其干烟气组成为：

CO2 O2 N2

体积（%） 13.6 5.0 81.4kmol

100kg煤产生xNm3干烟气，由炭的平衡：

灰渣中的炭：

11.9´

17%

83%

=2.44kg=

2.44

72

所以：

=

解此方程得 x=954Nm3/100kg煤

生成的水蒸气量：

（6+3.6）´

22.4=71.7Nm3/100kg煤

湿烟气量=954+71.7=1026Nm3/100kg

所以烟气的小时生成量为1026×

400/100=4104Nm3/h

（2）空气量

设燃烧100kg煤需要空气yNm3，由氮的平衡

空气中的氮：

79/100×

yNm3

烟气中的氮：

81.4/100×

x=0.814×

954=776.6Nm3

根据氮的平衡：

1.12+0.79y=776.6解得：

y=983Nm3/100kg煤

所以高温阶段小时空气需要量：

983×

400/100=3928Nm3/h

有关操作计算掌握此种程度即可，至于空气消耗系数的公式计算，不需要记住计算公式，只要求会用即可。

三、燃烧温度的计算

t理=（Q低+Q燃+Q空－Q分）/Vnc产

t理=（Q低+Q燃+Q空－Q分）/Vnc产

（1）燃料的发热量

（1）Q低越大，t理越高，也不尽然。

（2）空气消耗系数

n≥1的情况下，n越大，t理越低

所以在保证完全燃烧的情况下，尽量减小空气消耗系数n。

（3）空气和煤气的预热温度

空气和煤气的预热温度越高，t理越高；

对发热量高的燃料比发热量低的燃料效果显著；

对发热量高的煤气，预热空气比预热煤气（相同温度）的效果更大。

由于预热空气或煤气的热量是烟气余热，故从经济的角度看，这种方法更为合理。

空气的富氧程度

空气的富氧程度越高，理论燃烧温度越高，因为燃烧产物生成量减少了。

实践表明富氧浓度在30%以下时，富氧空气对燃烧温度的提高效果明显，再提高富氧浓度，效果就越来越不明显了。

（4）热量损失

第 27 次课

2. 4燃烧过程的基本理论及设备

了解燃烧过程的几种理论，了解氮氧化物的生成机理及几种常用的低氮氧化物烧嘴

第四节 燃烧过程的基本理论及设备

一、燃烧过程是一种复杂的化学过程和物理过程，不仅需要温度和浓度条件，而且需要一定

的时间和空间。

我们将燃烧的整个过程人为地分为三个阶段，即：

τ=τ混+τ热+τ化

二、燃烧过程的分类：

1、动力燃烧、扩散燃烧、中间燃烧

2、层流燃烧、紊流燃烧、过渡燃烧

3、同相燃烧、异相燃烧

三、燃烧过程中氮氧化物的生成机理

氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）和氧

化二氮（N2O）。

还有氮氧化物的危害性表现在：

对人体健康的直接危害；

参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染；

氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧层