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1、第二篇 燃烧反应计算,又称作燃烧静力学计算，是按照燃料中的可燃物分子与氧化剂分子进行化学反应的反应式，根据物质平衡和热量平衡原理，确定燃烧反应的各参数。这些参数主要是：单位数量燃料燃烧所需要的氧化剂（空气或氧气）的量、燃烧产物的量、燃烧产物的成分、燃烧温度和燃烧完全程度。,计算中有以下条件（或假设）：非常重要！,燃料成分是应用成分或湿成分；空气仅为氧、氮和水蒸汽组成。干空气的成分按质量百分比为O223.2%，N276.8%；按照体积百分比为O221%，N279%；空气中的水蒸汽含量按某温度下（大气温度）饱和水蒸汽含量计算；气体体积均为标准状态下的体积（m3），1kmol气体体积标态下为22.4
2、m3，密度=分子量/22.4（kgm-3）；假定燃料和氧化剂均匀混合，达到分子接触，但允许燃料或氧化剂过剩；,燃料中的氧作为助燃氧；假设反应前后温度、压力相等，且为封闭系统，无能量损失；计算针对1kg或1m3燃料。计算内容：1、单位数量燃料燃烧所需氧化剂数量;2、燃烧产物的数量;3、燃烧产物的成分和密度;4 燃烧温度;5 燃烧完全程度,课堂提问：,下面说法是否正确？燃料可燃基理论空气需要量,第四章空气需要量和燃烧产物生成量,固体燃料和液体燃料的理论空气需要量燃料成分为Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy%+Ay%+Wy%=100%,第一节空气需要量的计算,CO2=CO2 1 1 1（kmol）
3、12 32 44（kg）1 8/3 11/3（kg）4HO2=2H2O 4 1 2（kmol）4 32 36（kg）1 8 9（kg）SO2=SO2 1 1 1（kmol）32 32 64（kg）1 1 2（kg）,1kg燃料完全燃烧时所需要的氧气质量为G0O2=（8/3Cy8HySyOy）/100(kgkg-1)氧气体积为L0O2=（Cy/12Hy/4Sy/32Oy/32）/10022.4(m3kg-1)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
4、空气量，计作G0或L0,G0=（8/3Cy8HySyOy）/100/0.232(kgkg-1)L0O2=（Cy/12Hy/4Sy/32Oy/32）/10022.4(m3kg-1)气体燃料的理论空气需要量,实际空气需要量 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Ln,单位m3m-3,n=Ln/L0 n称为空气消耗系数。空气中的水分一般不计入，当空气中含较多水分，或要求精确计算时，才把空气中的水分估计在内，并以饱和水
5、蒸汽含量计算。gH2O干：1m3干气体中水分含量（g/m3)折算为体积含量 gH2O干22.4/1810-3=0.00124 gH2O干 m3/m3包含水分的湿空气消耗量：Ln=(1+0.00124 gH2O干)nL0,经验公式煤：L0=1.01QDWy/4187+0.5(m3kg-1)液燃：L0=0.85QDWy/4187+2.0(m3kg-1)煤气：L0=0.875QDWy/4187(m3m-3)(QDWy12561kJkg-1)天然气：L0=1.105QDWy/41870.02(m3m-3),燃料每释放1kcal的热量，大概需要消耗1m3的空气,第二节燃烧产物的生成量、成分和密度（完全燃
6、烧）,燃烧产物的生成量及成分是根据燃烧反应的物质平衡进行计算的。当n=1时，单位质量（或体积）燃料完全燃烧后生成的燃烧产物量称理论燃烧产物生成量V0当n1时，实际燃烧产物中还含有O2，燃烧产物量称实际燃烧产物生成量VnVnV0=LnL0,1kg固液燃料完全燃烧产物量计算CO2、SO2、H2O、N2、O2VCO2=C%/1222.4(m3kg-1)VSO2=S%/3222.4(m3kg-1)VH2O=(H%/2W%/18)22.4 0.00124 gH2O干 Ln(m3kg-1)VN2=N%/2822.479%Ln(m3kg-1)VO2=21%(LnL0)(m3kg-1),Vn=VCO2VSO2
7、VH2OVN2VO2=(C/12+S/32+H/2+W/18+N/28)22.4/100(n21%)L00.00124 gH2O干 nL0(m3kg-1)n=1时Vn=V0gH2O干不计时，,1m3气体燃料完全燃烧产物量计算CO2、SO2、H2O、N2、O2VCO2=(COnCnHmCO2)/100(m3/m3)VSO2=H2S/100(m3/m3)VH2O=(H2(m/2CnHm)H2SH2O)/100 0.00124 gH2O干 Ln(m3/m3)VN2=N2/10079%Ln(m3/m3)VO2=21%(LnL0)(m3/m3),Vn=VCO2VSO2VH2OVN2VO2=(COH2(n
8、+m/2)CnHm2H2SCO2N2H2O)(n21%)L00.00124 gH2O干 nL0(m3m-3)n=1时Vn=V0gH2O干不计时，,V0 仅与燃料成分有关Vn与燃料成分和空气过剩系数n有关,燃烧产物成分CO2=VCO2/Vn100SO2=VSO2/Vn100H2O=VH2O/Vn100N2=VN2/Vn100O2=VO2/Vn100,燃烧产物密度的计算1、用参加反应的物质的总质量计算固液燃料气体燃料,2、用燃烧产物的质量计算,经验公式煤：V0=0.89QDWy/4187+1.65(m3kg-1)液燃：V0=1.11QDWy/4187(m3kg-1)煤气：V0=0.725QDWy/
9、41871.0(m3m-3)(QDWy12561kJkg-1)天然气：V0=0.75QDWy/41870.38(m3m-3),燃料每释放1kcal的热量，大概要产生1m3的烟气,1：1：1,课堂练习一,1、已知某烟煤成分为（%）：Cr83.21，Hr5.87，Or5.22，Nr1.90，Sr3.80，Ag8.68，Wy4.00，求：理论空气需要量L0；理论燃烧产物生成量V0；如果炉子热负荷为17103kW，空气消耗系数n=1.35，求每小时供风量，烟气生成量和烟气成分。,2、某焦炉煤气干成分为（%）：CO9.1，H257.3，CH426.0，C2H42.5，CO23.0，O20.5，N21.6
10、，煤气温度为20，用含氧量为30%的富氧空气燃烧，n=1.15，求：富氧空气消耗量Ln燃烧产物成分及密度,第三节不完全燃烧的燃烧产物,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；2、在燃烧产物中烟气中含有可燃成分；3、由于温度高，CO2和H2O等气体分解产生CO和H2等可燃气体。,不完全燃烧时燃烧产物的变化在空气中燃烧，燃烧产物中可燃成分一般为CO、H2、CH4等1、当n1，燃烧产物成分为：CO2，CO，H2，H2O，CH4，O2，N2；氧气足够，如果组织得好，将可燃物燃烧干净（完全燃烧）。CO+0.5O2=CO2 1 0.5 1H2+0.5O2=H2O 1 0.5 1CH4+2O
11、2=CO2+2H2O 1 2 1 2,完全燃烧产物体积为：(Vn)完=(Vn)不0.5VCO0.5VH2=(Vn)不(1000.5CO湿0.5H2湿)/100所以(Vn)不/(Vn)完=100/(1000.5CO湿0.5H2湿),或者：(Vn)完干=(Vn)不干0.5VCO1.5VH22VCH4=(Vn)不干(1000.5CO 1.5H2 2CH4)/100所以(Vn)不干/(Vn)完干=100/(1000.5CO 1.5H2 2CH4)结论：在有过剩空气的情况下，如果由于混合不均匀发生不完全燃烧，燃烧产物的体积将比完全燃烧时增加。,2、当n1时，O2=0（混合均匀）要将1体积CO燃烬要补充0
12、.5体积O2和1.88体积N2，产生1体积CO2和1.88体积N2，所以完全燃烧比不完全燃烧体积增加1.88体积。同理：CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2 1 0.5 1.88 1 1.88H2+0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2 1 0.5 1.88 1 1.88CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2 1 2 7.52 1 2 7.52,完全燃烧产物体积为：(Vn)完=(Vn)不+1.88VCO+1.88VH2+9.52VCH4所以(Vn)不/(Vn)完=100/(100+1.88CO湿+1.88H2湿+9.52CH4湿)或者(Vn)不干/
13、(Vn)完干=100/(100+1.88CO+0.88H2 7.52CH4)结论：当空气供入不足，又混合均匀的情况下，燃烧产物生成量比充分燃烧时减少。,3、当n1，O20（混合不均匀）这时要充分燃烧可少加入空气4.76VO2，故：(Vn)不/(Vn)完=100/(100+1.88CO湿+1.88H2湿+9.52CH4湿4.76O2)或者(Vn)不干/(Vn)完干=100/(100+1.88CO+0.88H2 7.52CH4 4.76O2)结论：燃烧产物量的变化视O2大小而定。,不完全燃烧产物成分计算涉及到化学反应动力学因素和流体、传热传质等因素的影响，一般无法计算。,处理不完全燃烧的思路：将不
14、完全燃烧变成完全燃烧，然后对二者进行比较，具体做法是：如果含有可燃成分，加入空气将可燃成分烧掉，如果含有氧气，将含氧的多余空气祛除。,第五章 燃烧温度,燃烧温度：燃料燃烧时所释放的热量传给气态燃烧产物，使其达到的温度称为燃料的燃烧温度。燃烧温度通过燃烧过程中的能量平衡求出。热量来源：燃料的热值，燃料的显热和空气的显热Q低+Q燃+Q空热量支出：热量不可能全部传给燃烧产物，有热量损失Vnc产t产+Q传+Q不+Q分+W,t产=(Q低+Q燃+Q空Q传Q不Q分W)/Vnc产t产称为燃料实际燃烧温度，与多因素有关，不能简单计算出来。假设在绝热系统中燃烧，并且完全燃烧（Q传=Q不=W=0），得到：t理=(Q
15、低+Q燃+Q空Q分)/Vnc产t理称为燃料理论燃烧温度，表明燃料在某条件下能达到的最高燃烧温度，是分析炉子热工作和热工计算的一个重要指标。,进一步，如果不计分解热，得到：t量=(Q低+Q燃+Q空)/Vnc产t量称为燃料量热计温度进一步，如果空气和燃料都不预热，空气消耗系数n=1.0，得到：t热=Q低/V0c产t热称为燃料理论发热温度，只与燃料性质有关，是评价燃料性质的一个指标。,第一节理论发热温度的计算,t热=Q低/V0c产V0c产=VCO2cCO2VH2OcH2OVN2cN2c产=(CO2cCO2H2OcH2ON2cN2)/100联立方程求解c=A1A2tA3t2,内插值近似法h=Q低/V0
16、=c产t热=CO2%cCO2t热H2O%cH2Ot热N2%cN2t热=CO2%hCO2H2O%hH2ON2%hN2计算步骤：1、计算h=Q低/V0，CO2%，H2O%，N2%2、假设理论发热温度为t，查附表7a计算h,如果ht，计算h”,直到h”h；4、内差求t热（p41公式5-7）,第二节理论燃烧温度的计算,t理=(Q低+Q燃+Q空Q分)/Vnc产CO2CO0.5O212600（kJm-3-1）H2OH20.5O210800（kJm-3-1）Q分=12600VCO+10800VH2温度越高，分解越强；压力越高，分解越弱；在工业炉领域只有温度高于1800才估计分解热,分解使燃烧产物量和成分发生
17、变化，使计算复杂，必须近似处理，以简化计算。,温度,比热,产物量和成分,分解程度,1、忽略热分解引起的Vnc产的变化；2、分解热按分解度的近似值计算；Q分=12600fCO2(VCO2)未10800fH2O(VH2O)未3、燃烧产物的比热按近似比热计算；Vnc产=V0c产（LnL0）c空4、确定比热和分解度所依据的温度，可依经验估计。,例题一,烟煤成分为：,求燃料发热量，理论空气需要量，燃烧产物生成量，燃烧产物成分、密度和燃料发热温度（忽略空气中的水分）。,解：首先成分换算为应用成分：Ay=Ag(100Wy)/100=7.55Hy=Hr(100AyWy)/100=4.08Oy=3.64Ny=1
18、.61Sy=3.80Cy=76.32CyHyOyNySyAyWy=100正确！,1）燃料发热量Q高y=4.18781C+300H+26(SO)=31024(kJkg-1)Q低y=Q高y25.12(9H+W)=30031(kJkg-1)2）理论空气需要量L0=(8Cy/3+8Hy+SyOy)/100/22.432/0.21=7.88(m3kg-1),3）理论燃烧产物生成量VCO2=Cy/1222.4/100=1.43(m3kg-1)VSO2=Sy/3222.4/100=0.03(m3kg-1)VH2O=(Hy/2+Wy/18)22.4/100=0.50(m3kg-1)VN2=Ny/1222.4/
19、100+0.79L0=6.25(m3kg-1)V0=8.21(m3kg-1),4）理论燃烧产物的成分与密度CO2%=VCO2/V0100%=17.42%SO2%=VSO2/V0100%=0.37%H2O%=VH2O/V0100%=6.09%N2%=VN2/V0100%=76.12%=100%=(44CO2%64SO2%18H2O%28N2%)/22.4=1.35(kgm-3),5）燃烧发热温度（内插值近似法）h=Q低y/V0=3658(kJm-3)设t=2100，此时燃烧产物的热焓量h=CO2%hCO2SO2%hSO2H2O%hH2ON2%hN2=3557.4(kJm-3)ht热=(hh)(t
20、”t)/(h”h)t=2153(),第三节影响理论燃烧温度的因素,t理=(Q低+Q燃+Q空Q分)/Vnc产燃料的发热量Q低越大，t理越高，也不尽然。空气消耗系数n1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。,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
21、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。实际燃烧温度的计算 t产=t理 炉温系数，经验值,第六章空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算,烟气成分用烟气成分分析仪测定，按工作原理分为两类：1、化学式的，利用化学药品分别吸收烟气中各种组分，分别测定其含量，如奥氏（Orsat）气体分析仪。2、物理式的，利用各种气体物理特性的不同，从而测定烟气组分及其含量。如二氧化碳气体分析仪。,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+H2O2、焦性没食子酸（C6H3(OH)3）的碱溶液吸收烟气中的O2（也
22、可吸收RO2）4C6H3(OH)3+O2=2(OH)3C6H2-C6H2(OH)3+H203、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,第一节燃烧产物气体成分的测定和验证,为什么要对烟气成分进行分析？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；所以在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。那么，如何判断气体分析的结果是否准确？下面推导燃料和燃烧产物之间的关系式，以验证气体成分分析的正确性。,设VRO2表示完全燃烧产物中的RO2的数量，V0干表示干
23、理论燃烧产物生成量，则燃烧产物中RO2的最大理论含量（干成分%）为：RO2，大=100VRO2/V0干V0干=VRO2+VN2同时,式中为燃料特性系数，只取决于燃料成分，在空气中燃烧时计算式见P44公式（2-3-12）（2-3-13）的计算方法必须掌握。能否根据燃烧产物成分计算RO2，大？,整理得：(1+)RO2+(0.605+)CO+O2-0.185H2-(0.58-)CH4=21该式称为“气体分析方程”。根据气体分析方程，就可验证燃烧产物气体分析的正确性。,第二节空气消耗系数的检测计算,正常生产的炉子由于吸气和漏气的影响，要按照烟气成分计算实际空气消耗系数。按氧平衡原理计算n值n=Ln/L
24、0=LnO2/L0O2=(L0O2+LO2)/L0O2K=L0O2/VRO2,按氮平衡原理计算n值,L0O2,LO2,最后得到公式2-3-24对于气体燃料：N燃=N2湿对于固液燃料：N燃=22.4Ny/28,思路：气体分析方程展示的是燃烧产物成分与燃料特性系数 之间的关系，若能分别得到 与燃烧产物成分之间的关系，通过 就可以得到燃烧产物成分与 间的关系式，即气体分析方程,气体分析方程及其应用,验证方法：用已知的燃料成分计算出，将测得的燃烧产物成分和 值代入气体分析方程的左侧，计算出M值，若M值与气体分析方程右侧常数21之间的误差绝对值5%，则证明分析结果正确，否则表明分析有误，需重新取样分析、
25、检查仪器。,例题二,某一气体燃料的组成成分：H2+CO+CnHm+H2S+O2+CO2+N2=100,由实验测定其干烟气组成为：CO2+SO2+CO+CH4+N2+O2+H2=100试证明其干烟气量为Vn干=CO+nCnHm+H2S+CO2/RO2+CO+CH4,证明：燃料中C元素物质量为:(CO+nCnHm+CO2)/(22.4100)kmol 燃料中S元素物质量为:H2S/(22.4100)kmol烟气中C元素物质量为:Vn干(CO+CO2+CH4)/(22.4100)kmol 烟气中S元素物质量为:Vn干SO2/(22.4100)kmol+=+整理得：,例题三,已知天然气成分CH496.
26、35，C2H40.41，CO0.10，H20.47，CO20.21，N22.46(水分忽略不计)，在不同燃烧条件下测得两组烟气成分（%），求1）、RO2,大2）验证两组烟气分析值得精确性；,解：1),RO2,大=100VRO2/V0干=11.7=(21RO2,大)/RO2,大=0.792)将各烟气成分和值带入气体分析方程第一组：(1+)RO2+(0.605+)CO+O2-0.185H2-(0.58-)CH4=21.3分析误差为：(21.3-21)/21.3100%=1.4%第二组：(1+)RO2+(0.605+)CO+O2-0.185H2-(0.58-)CH4=20.7分析误差为：(21-20.7)/20.7100%=1.45%在工程允许误差范围之内。,本篇学习要点,基本概念L0O2、L0、n、Vn、V0、t 理、t热、RO2,大、基本思路：不完全燃烧问题的转化，理论燃烧温度的计算、气体分析方程、空气消耗系数的氧平衡和氮平衡算法；本章公式多，概念多要求熟练掌握，学习方法是多看例题，多练习，力求理解。,
