2-2,3燃料燃烧过程

常 见 燃 料 的 空 气 量
一般煤的空气量： 一般煤的空气量： Va0 = 4~7m2/kg
7.5~8.5 无烟煤 9~10 烟煤
液体燃料（燃料油）： 液体燃料（燃料油）： Va0 = 10~11m2/kg 煤气 煤炉： 煤炉： 4.5~5.5 高炉： 高炉： ~0.7
气体
液化气： 液化气：2.97 干： 8.84~9.01 湿： 11.4~12.1
§2-2 燃料燃烧过程
安徽师范大学 环境科学学院
1
一、影响燃料燃烧的主要因素 二、燃料燃烧的理论空气量 三、燃烧产生的污染量
2
1.1 燃烧过程及燃烧产物
燃烧：可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量 燃烧：可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量( 快速氧化过程 光和热)的释放， 光和热 的释放，同时使燃烧的组成元素转化成为相应 的释放 的氧化物。 的氧化物。 燃料燃烧的产物： 燃料燃烧的产物： 完全燃烧： 完全燃烧：CO2、H2O 不完全燃烧： 不完全燃烧： CO2、H2O 、CO、黑烟及其他部 、 分氧化产物 当燃料中含有S和 ，则会生成SO 当燃料中含有 和N，则会生成 2和NO 燃烧温度较高时，生成NOx（热力和燃料） 燃烧温度较高时，生成 热力和燃料）
22
一、影响燃料燃烧的主要因素 二、燃料燃烧的理论空气量 三、燃烧产生的污染量
23
3.1 燃烧可能释放的污染物
种类： 种类：CO2、CO、 、
SOx、NOx、CH、烟、飞 、 灰、金属及其氧化物、未 金属及其氧化物、 燃烧或部分燃烧的燃料、 燃烧或部分燃烧的燃料、 N2等
温度对燃烧产物的绝
对量和相对量的影响， 对量和相对量的影响，如 图2-4： ： 燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响 对燃烧产物也有影响P 燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响P43。
例如， 例如，煤 4~7 m3/kg，液体燃料 ，液体燃料10~11 m3/kg
9
2.1 理论空气量
【例1】计算丙醇（60）燃烧时的理论空气量及燃烧 计算丙醇（60） 后烟气的组成。 后烟气的组成。
8 1 8 1 C3 H 7OH + 5 + − O2 + 3.78 5 + − N 2 4 2 4 2 8 1 → 5CO2 + 4 H 2O + 3.78 5 + − N 2 4 2
3
1.2 燃料完全燃烧的条件
空气条件 [Air]： ：
空气（氧气）的存在； 空气（氧气）的存在； 适当的空气量：空气量少，燃烧不充分； 适当的空气量：空气量少，燃烧不充分；空气量 过大，会降低炉温，增加热损失 过大，会降低炉温，
系在氧存在的条件 下，可燃介质开始 燃烧所必须达到的 最低温度
温度条件[Temperature]： ： 温度条件
5
一、影响燃料燃烧的主要因素 二、燃料燃烧的理论空气量 三、燃烧产生的污染量
6
2.1 理论空气量
定义：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要 定义：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要 反应方程式 的空气量 表示： 表示：Va0，m3/kg 求解方法： 求解方法：可根据燃烧方程式计算求得或经验公式 求解过程： 求解过程： 建立燃烧化学方程式，通常假定： 建立燃烧化学方程式，通常假定： 1) 空气仅由氮和氧组成，其体积比为VN/VO= 79.1／ 空气仅由氮和氧组成，其体积比为 ／ 20.9=3.78（3.76）（摩尔比，体积比）； （ ）（摩尔比 ）（摩尔比，体积比）； 2) 燃料中的固定态氧可用于燃烧； 燃料中的固定态氧可用于燃烧； 固定态氧可用于燃烧
8
2.1 理论空气量
燃料（ 燃料（CxHySzOw）重量 : 12x+1.008y+32z+16w 理论空气量： 理论空气量：
y w + z − x + × (3.78 + 1) × 22.4 4 2 0 Va = (m3 / kg) (12x + 1.008y + 32z + 16w)
0 a
Q 液体燃料：V = 0.85 × +2 4187
0 a
气体燃料： Q Q1 ≤ 1256 KJ / m − − − V = 0.875 × 4187 Q 2 0 Q1 > 1256 KJ / m − − − Va = 1.07 × − 0.25 4187
2 0 a
18
2.1 理论空气量
3.6~6.0 褐煤
C3 H 7OH + 6.5O2 + 3.78 × 6.5 N 2 → 5CO2 + 4 H 2O + 3.78 × 6.5 N 2
10
2.1 理论空气量
C3 H 7OH + 6.5O2 + 3.78 × 6.5 N 2 → 5CO2 + 4 H 2O + 3.78 × 6.5 N 2
6.5(3.78 + 1) × 22.4 3 理论空气量： 理论空气量： = = 11.6m / kg 60
烟气组成： 烟气组成：
5 5 CO2 = = = 15% 5 + 4 + 3.78 × 6.5 33.57
4 4 H 2O = = = 12% 5 + 4 + 3.78 × 6.5 33.57
11
2.1 理论空气量
【例2】见课本p40例2-2 】见课本 例
12
2.1 理论空气量
作业2-1 ：已知重油的元素分析如下： 已知重油的元素分析如下： 作业 C 85.5％； 11.3%；O 2.0％； 0.2%；S 1.0％；； ％；H ％；N ％； ； ％； ； ％；； 试计算燃油1kg所需要的理论空气量。 所需要的理论空气量。 试计算燃油 所需要的理论空气量 C 855
24
一、影响燃料燃烧的主要因素 二、燃料燃烧的理论空气量 三、燃烧产生的污染量 四、燃烧中的热化学
13
2.1 理论空气量
作业2-4 ：某锅炉燃用煤气的成分(体积分数 如下： 作业 某锅炉燃用煤气的成分 体积分数)如下： 体积分数 如下 H2S -0.2％； 2 11.3%；O2 0.2％； ％；CO ％；CO-28.5%；H2％； ； ％； ； 13.0％； 4-0.7%；N2-52.4%；空气含湿量为 ％；CH ％； ； ；空气含湿量为12g/mN3 ，=1.2，试求理论空气量。 ，试求理论空气量。
21
2.3 空燃比（AF） 空燃比（ ）
定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量； 定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量； 求解：由燃烧方程直接求得。 求解：由燃烧方程直接求得。 例如，甲烷在理论空气量下的完全燃烧 CH4+2O2+7.56N2----->CO2+2H2O+7.56N2 100 2× × 28.966 空燃比: 空燃比 2 × 32 + 7.56 × 28 21 AF = ≈ ≈ 17.2 1×16 1×16 随着燃料中的氢的含量的减少，碳的含量的增加空燃 随着燃料中的氢的含量的减少， 比减小。 比减小。
14
2.1 理论空气量
气体燃料燃烧的理论空气量： 气体燃料燃烧的理论空气量： 由于采用体积比表示，而不常采用元素分 析。可在进行理论空气量的计算时宜采用 分别计算后相叠加。如以氢气为例：
H 2 + O2 → 2 H 2O 所需的氧气量0.5m N 3，空气量0.5 × 3.76 = 2.39 2 1
7
2.1 理论空气量
3) 燃料中的硫主要被氧化为 2； 燃料中的硫主要被氧化为SO 4) 燃料中含氮量较低，热力型NOX的生成量较小， 燃料中含氮量较低，热力型 的生成量较小， 氮量较低 在计算理论空气量时可以忽略； 燃料中氮主要被转化成氮气N 6) 燃料的化学式设为CxHySzOw 燃料的化学式设为C 由此可得燃料与空气中氧完全燃烧的化学反应方程式： 由此可得燃料与空气中氧完全燃烧的化学反应方程式：
H S O N2 113 10 20 2 元素 重量（ ） 重量（g） 摩尔数（ 摩尔数（mol） 需氧量（mol） ） 需氧量（ ） 71.25 56.5 0.31 0.625 71.25 28.25 0.31 — —
解： 燃烧1kg重油所需要的氧气量为： 71.25 + 28.25 + 0.31 － 0.625 =99.185 （mol/kg） 则理论空气量： Va0 =（3.78+1）×99.185×22.4/1000 = 10.62 （ m3/kg）
α通常依据经验选取或在运行中的燃烧装置上进行实 通常依据经验选取或在运行中的燃烧装置上进行实 依据经验选取或在运行中的燃烧装置上 测而得 α与燃料的种类、燃烧方法、燃烧装置的构造、燃料 与燃料的种类、燃烧方法、燃烧装置的构造、 和助燃空气的接触状态以及混合难易程度等因素有关。 和助燃空气的接触状态以及混合难易程度等因素有关。 依据助燃气体与燃料的混合状态不同， 固体> 依据助燃气体与燃料的混合状态不同，有α值：固体>液 体>气体。 气体。 在实际操作条件下，为了使燃烧最经济， 在实际操作条件下，为了使燃烧最经济，应尽量在低 过剩空气系数下实现完全燃烧。 过剩空气系数下实现完全燃烧。
O2 1 Va = = [0.5 H 2 + 0.5CO + 2CH 4 + 2C2 H 4 0.21 0.21 m + (n + )Cn H m + 1.5 H 2O − O2 ] 4
0
17
2.1 理论空气量
经验公式（通过热值计算）： 经验公式（通过热值计算）：
Q 固体燃料：V = 1.01× + 0.5 4187
Va α = 0 Va
通常α>1，α值的大小决定于燃料种类、燃烧装置型 式及燃烧条件等因素。部分炉型的空气过剩系数见课 本P41表2-5。