燃气燃烧与应用

燃气燃烧与应用
绪论
本课程的目的：燃烧器的设计计算
燃气的燃烧计算
燃气燃烧反应动力学
燃气燃烧的气流混合过程
内容
燃气燃烧的火焰传播 燃气燃烧方法 燃烧器的设计计算 燃气的互换性
第一章 燃气的燃烧计算
绪论
燃气：各种气体燃料的总称
按 制 备 方 法 分 类 天然气：纯天然气、石油伴生气 液化石油气
人造燃气 煤制气：炼焦煤气、水煤气等
激烈的氧化反应，并产生大量的热和光的
物理化学过程。
燃烧必须具 2、进行反应所需的能量 备的条件 3、具有完成反应所需的时间
1、燃气和氧气按一定比例呈分子状态混合
二、燃烧反应化学计量式
CH4+2O2=CO2+2H2O+ΔH

表示物质量之间的关系。 由于各种气体的摩尔体积近似相等，故也可表示气体 容积之间的关系。
， 则RO2 。 1时 ，RO2max＝
21 1
第五节
完全燃烧时 的确定
一、 ΔV 的确定
V
V V 1 V0 V V 1 V V
O2 dr Vf 21
二、 V 的确定
N2a，干烟气中由空气 带入的氮的容积成分； N2g，干烟气中由燃气 带入的氮的容积成分；
c，平均定压容积比 热，kJ/Nm3· K
I f (VRO 2 cRO 2 VH 2O cH 2O VN 2 cN 2 VO 2 cO 2 )tcFra bibliotektc
Hl Ig Ia VRO 2 cRO 2 VH 2 OcH 2 O VN 2 cN 2 VO 2 cO 2
二、燃烧热量温度tther
CO 2 SO2 CO N 2 O2 100
烟气中的 RO2和 O2 可以通过烟气分析测得。要求 出 CO ，必须先求出 N 。 2
一、 N 2的确定
N2
VN 2
VN 2 Vf
dr
100
N 2 N2 (CO )
N 2 Vfdr (O2 0.5CO) 79 0.79V0 100 100 21
=1 >1
理论烟气量 实际烟气量
思考：完全燃烧时，烟气中的RO2 的体积与供给的 空气量有关吗？
二、烟气量计算的理论公式
1、 =1 时的理论烟气量
VRO2 VCO 2 VSO 2 0.01(CO2 CO mCmHn H2S)
V
0 H 2O
n 0.01[H 2 H 2S Cm H n ] 1.20(d g V0d a ) 2
0.268 V0 Hl 1000
三、实际空气需要量
实际空气需要量V>理论空气需要量V0 过剩空气系数：
V V0
工业设备中，＝1.05～1.20 ；民用燃具中＝1.3～1.8。 在保证完全燃烧的情况下，使 →1.0。
第三节 完全燃烧产物的计算
一、烟气量
烟气:燃气燃烧后的产物。 烟气量：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧后产生 的烟气量。 单位：Nm3/ Nm3干燃气 RO2(包括CO2、SO2)、N2、H2O RO2 、N2、H2O、O2
三、燃气热值的确定
1、高热值、低热值
高热值Hh：1Nm3或1kmol燃气完全燃烧后被冷却至 原始温度且水蒸气以凝结水状态排出时所 放出的热量。 所以 高热值Hh －低热值Hl ＝水蒸气的汽化潜热r 单位：kJ/Nm3或kJ/kmol 低热值Hl：～，水蒸气以蒸汽状态排出。
r=1959kJ/Nm3 水蒸气v=21.629m3/kmol 水蒸气M=18.0154kg/kmol ∴ r=2352kJ/kg
三、
α的确定
21 79 O2 N 2 RO2 N2 CO 2 CO mC m H n H 2S 21

燃气完全燃烧时，存在
N 2 100 RO2 O2
21 O 2 RO2 (1 ) 0
第六节
一、热量计温度tc
燃气燃烧温度的确定
VN2 0.79V0 0.01N2
VO2 0.21( 1)V0

Vf VRO 2 VH2O VN2 VO2
三、烟气量计算的近似公式
１、理论烟气量
( Vf0 H l )
H l 12600 kJ / Nm 3的燃气， H Vf0 0.173 l 1.0 1000
炼焦煤气， 0.272H l 0 Vf 0.25 1000
烷烃类燃气， Hl Vf 0.239 a 1000
0
式中：天然气， a 2； 石 油 伴 生 气 ， a 2.2； 液 化 石 油 气 ， a 4.5。
2、实际烟气量（ >1 ）
Vf Vf ( 1)V0
式中：Qc，由于化学不完全燃烧（包括CO2和H2O的 分解吸热）而损失的热量，kJ/Nm3干燃气
1、Hl、If
理论燃烧温度的影响因素： 2、α 3、 Ig、 Ia
四、实际燃烧温度tact
tact H l I g I a Qc Q5 VRO2 cRO2 VH 2O cH 2O VN 2 cN 2 VO2 cO2
，燃料特性系数。它只 与燃料的组成有关。
三、完全燃烧基本方程式
当燃气完全燃烧时， CO 0， 则 21 O2 RO2 (1 ) 0 或写成 RO2＝ 21 O2 1
由 此 可 知 ， 完 全 燃 烧烟 时气 中 的 RO2与 过 剩 氧 O2有 关 。
N2a dr N2 N2g dr V Vf Vf 79 79 VN 2g N2 N 2 dr N2 dr Vf 100 V f Vfdr Vfdr 79 79
Vf
dr
VRO2 CO2 CO mCm Hn H 2S RO RO 2 2

ΔH称为反应焓、燃烧焓或燃气热值，可由燃烧试验确
定或者由反应前后物系的焓差确定。
各种燃气的化学反应计量式：
n n Cm H n (m )O2 m C O2 H 2O ΔH 4 2 1 C O O 2 C O2 ΔH 2 1 H 2 O 2 H 2O ΔH 2 3 H 2S O 2 S O2 H 2O ΔH 2
21 O2 RO 2 (1 ) CO 0.605
式中：
n 0.395(H2 C O ) 0.79 ( m )Cm H n 1.18H 2S 0.79O 2 0.21N 2 4 0.79 C O mCm H n C O2 H 2S
0
四、烟气的密度
标准状态下的烟气密度：
dr g 1.293 V0 d g V0d a
f0
Vf
第四节
运行时烟气中的CO含量
虽然 >1 ，但仍有可能发生不完全燃烧。工程上 常将CO含量视为烟气中的不完全燃烧产物量。 燃气中干燃气的容积成分： H2+CO+ΣCmHn+H2S+O2+CO2+N2=100 燃烧后得到的干烟气的容积成
vH 2O(g) 1.20Nm 3 /kg
H O(g) 0.833kg/Nm 3
2
思考： 热值的两个单位kJ/Nm3和kJ/kmol之间如何进行转换？
2、干燃气（混合气体）的热值
H=∑Hiri Hi：燃气中某一可燃组分的热值，kJ/Nm3； ri：燃气中某一可燃组分的容积百分比。
3、燃气的组分表示
式中：0.5CO'，由于CO未燃尽而少耗的氧量。
Vf
dr
100(VRO2 VCO ) RO2 CO

RO2 CO
VRO2 VCO Vf
dr
100
C O mCm H n C O2 H 2S RO2 CO
二、 CO的确定
RO 2 CO N 2 (CO ) O2 100
n w w w w Hh H lw 19.59(H w C H H S H O ) 2 m n 2 2 2 n 1 w w H h H l [19.59(H 2 Cm Hn H 2S) 2352 dg ] 2 1 1.20d g
w Hh 与Hlw的单位： kJ/ Nm3湿燃气
w dr H 与 H ③ h h 之间的关系
1 H ( H 2352 dg ) 1 1.20d g
w h dr h
H
③
dr h
①
H
dr l
④
w h
④ H 与H 之间的关系
1 H H 1 1.20d g
w l dr l
w l
dr l
H
②
H lw
思考：
dr w Hh 与Hlw之间、Hh 与Hldr 之间的关系 ?
油制气：热裂解～、催化裂 解～
按组分分类
可燃气体：CmHn、H2、CO、H2S
不可燃气体：N2、CO2、O2、H2O（g）
• 燃气热值的确定
燃气燃烧计 算的内容 • 燃烧所需的空气量 • 燃烧产生的烟气量 • 燃烧温度的确定 • 烟气焓的计算
第一节 燃气的热值
一、燃烧的条件 燃烧：燃气中的可燃成分在一定条件下与氧发生
如果燃烧在绝热条件下进行，燃气完全燃烧后烟气所能达到的 温度，称为热量计温度tc。 含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧前后的热平衡方程式：
Hl Ig Ia If
式中：I，以标准状态为基准的焓，kJ/ Nm3干燃气。
I g (cg 1.20d g cH 2O )tg I a V0 (ca 1.20d a cH 2O )ta
0 VN 0.79V0 0.01N2 2