燃烧原理与设备第一篇

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解:煤的质量变为:
G=100(1-12.4%)/(1-7%)=94.2 (t) 煤中的水分从12.4t减少到6.6t,减少了5.8t 煤全部燃烧后释放热量为100000×20000+ 2512×5800
十九世纪由于化学和热力学的发展,人 们开始把燃烧过程作为热力学平衡体系 来研究,得到燃烧过程的一些重要静态 特性参数:燃烧反应热、燃烧温度、燃 烧产物组成等。但形而上学地把某些特 性看成孤立不变的参数,把热力学的特 点看成是燃烧现象的唯一特点。
二十世纪初美国化学家刘易斯和苏联化 学家谢苗诺夫等人研究了燃烧的反应动 力学机理,认为燃烧的化学反应动力学 是影响燃烧速率的重要因素,并发现燃 烧反应具有链锁反应的特点,这才初步 奠定了燃烧理论的基础。人们逐渐认识 到控制燃烧过程不仅仅是化学反应动力 学因素,而且还有传热、传质和气体流 动等物理因素综合作用的结果。
C燃%+H燃%+O燃%+N燃%+S燃% =100% 或
Cr%+Hr%+Or%+Nr%+Sr%=100%
例题1
试将下列煤的成分换算成应用成分:
Cr
Hr
Or
Nr
Sr
Ag Wy
72.0 5.0 20.0 2.0 1.0 12.5 20.0
解:将干燥成分转换为应用成分 ①Cg%+Hg%+Og%+Ng%+Sg% +Ag%=100% ②Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy% +Ay%+Wy%=100% Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy% +Ay%=100% -Wy%
燃烧技术主要是把燃烧理论中所阐述的物理概 念和基本规律与世纪工程中的燃烧问题联系起 来,对现有的燃烧方法进行分析和改进,探讨 新的研究方法,提高燃料利用率和燃烧设备的 水平。
燃烧理论的发展
十八世纪中叶以前:中国有五行说 。西 方有燃素说。
1756年俄国科学家罗蒙诺索夫,1777年 法国化学家拉瓦锡,他们根据试验提出 了可燃物质氧化的学说,才真正揭开了 火之谜。
第一节石油的加工及其产品
原油 分馏法
– 常压分馏
石油气、汽油(航空汽油、汽车汽油)、 挥发油、煤油、柴油
– 减压分馏
粗柴油、轻质润滑油 裂解法
第二节重油
重油分类 20、60、100和200号重油四种牌号 重油的化学组成和使用性能 元素成分C、H、O、N、S、A、W 闪点、燃点、着火点 黏度(运动黏度、恩氏黏度) 密度0.92~0.98t·m-3 比热1.30~1.70kJ·kg-1·K-1 发热量39900~42000kJ·kg-1
= mQDWr-25.12 Wy
比热0.84~1.67 kJ·kg-1·K-1 导热系数0.232~0.348 W ·m-1·K-1 黏结性和结焦性 反应性和可燃性 耐热性 标准煤equivalent of coal
第二章 液体燃料
液体燃料包括天然液体燃料和人造液体 燃料,天然液体燃料指石油及其加工产 品,人造液体燃料指从煤中提炼出的各 种燃料油。
燃烧原理与设备
中南大学 能源科学与工程学院
绪论
燃烧学在热能工程学科中的位置——专业骨干 课
燃烧理论与技术在国民经济中的地位——小康 生活的保证
燃烧对人类发展起的作用
课堂提问:
谈谈对热能工程的认识?
燃烧的定义:是通过燃料和氧化剂在一 定条件下,所进行的具有发光和发热特 点的剧烈的氧化反应。
燃烧学的定义:是研究燃烧过程基本规 律及其应用技术的科学。它包括两方面 的内容:燃烧理论和燃烧技术。
燃烧理论着重研究燃烧过程所包含的各个基本 现象,主要运用化学、传热传质学和流体力学 的有关理论,对基本现象的物理化学本质进行 阐述。热能领域主要研究燃料的燃烧速度、燃 烧稳定性、火焰的流场和结构、燃烧污染物生 成机理和燃烧过程的数学模型的建立等等。
煤的工业分析成分与元素分析成分的关 系
可燃成分
灰分
水分
C 固定碳
H O N Sr Sly A Wn Ww
挥发分
灰分
水分
煤的发热量calorific value ——重要指 标
1kg煤完全燃烧后所放出的燃烧热叫做煤 的发热量,单位kJ·kg-1。有两种表示方 法:高发热量Q高和低发热量Q低。
gross/high calorific value
CO干+H2干+CH4干+……+CO2干+N2干+O2干=100
其中H2O湿的物理意义是100m3湿气体中水蒸汽 的体积数。可直接查表得出,也可查到1m3干 气体所吸收的水蒸汽的重量gH2O干(克/每立方 米干气体)再换算:
H2O湿
100
1
0.00124g
干 H2O
0.00124g
干 H2O
气体燃料的发热量 根据化学成分计算p20 主要气体燃料 ①高炉煤气 ②焦炉煤气 ③天然气 ④转炉煤气
课程特点和学习方法
特点:古老又年轻,发展不完善,理论 多,综合性强,难度大,公式多,概念 多,应用性强。
方法:注意总结归纳,笔记,注重概念 的理解。
推荐参考书
《工程燃烧学》张松寿 《燃烧理论》F.A.威廉斯 《实用燃烧技术》赵易成 《燃料与燃烧》常弘哲 《有色冶金炉设计手册》
第一篇 燃料
干燥成分:考虑到燃料中的水分波动而不 能反映燃料的固有本质,常以不含水分 的干燥基中的各组成的百分含量来表示 燃料的成分称为干燥成分。即
C干%+H干%+O干%+N干%+S干% +A干%=100%

Cg%+Hg%+Og%+Ng%+Sg% +Ag%=100%
可燃成分:对燃烧来说可燃成分更能说明 煤的组成特点。只用C、H、O、N、S五 种元素在可燃基中的百分含量来表示的 燃料成分称为可燃成分。即
QGWy =4.187[81Cy+300Hy+26(Sy-Oy)]
令m=
100 W y Ay 100
得:QGWy=mQGWr 故:QDWy= mQGWr-25.12×9Hy-25.12 Wy
= mQDWr+ m×25.12×9Hr - 25.12×9Hy-25.12 Wy
= mQDWr+ 25.12×9Hy - 25.12×9Hy-25.12 Wy
100
100 W y (Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy% +Ay%)=100% 和①式比较得:
100
Rg= 100 W y Ry 同理得:
或Ry
=
100 W y 100
Rg
100
Rr= 100 Wy Ay Ry
100 W y Ay
或Ry =
100
Rr
下面转换为应用成分 Ay= 100 W y Ag=12.5(100-20.0)/100=10.0
Q高用( QGWy)=20041.459k4J2·kkgJ-·1kg-1 Q低用( QDWy)=18747.71k1J2·kkgJ-1·kg-1
例题2
已知煤的QDWr,Ay,Wy 求QDWy 解: QDWr= QGWr-25.12×9Hr
QDWy= QGWy-25.12×9Hy-25.12 Wy
QGWr =4.187[81Cr+300Hr+26(Sr-Or)]
100
Hy= 100 Wy Ay Hg=5.0(100-20.0-10.0)/100=3.5
100
Oy=14.0 Ny=1.4 Sy=0.7 Cy=50.4 Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy% +Ay%+Wy%=100% 计算正确。
第二节煤的使用性能
煤的工业分析 煤在隔绝空气的条件下发生一系列的变化。 见p8 试验方法见GB/T 212 煤样的采取见GB/T 473 得到成分的煤的工业分析成分,即: F%+V%+A%+W%=100%
Q高=4.187[81C+300H+26(S-O)] kJ·kg-1 Q低=4.187[81C+246H+26(S-O) -6W] kJ·kg-1 Q低= Q高-25.12(9H+W) 1、如何记忆 2、何种成分
练习1
试计算下列成分煤的应用基高、低发热量:
Cr
Hr
Or
Nr
Sr
Ag Wy
72.0 5.0 20.0 2.0 1.0 12.5 20.0
第三章 气体燃料
天然的气体燃料有天然气和石油气,人造气体燃料有 发生炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气等。
气体燃料是一种非常理想的燃料,具有许多优点: ①燃烧简便,容易完全燃烧; ②调节控制方便,易于实现自动控制; ③燃烧后无固体灰渣,清洁方便; ④对设备磨损小,可以长距离管道输送; ⑤容易净化,以减少环境污染; ⑥可以高温预热,提高燃烧温度,节约燃料; ⑦只要避开爆炸范围,可任意调节热负荷,控制炉内气
燃料的定义:是在空气中容易燃烧,并 能够比较经济地利用其燃烧热的物质的 总称。燃料的供给应该比较容易,价格 低廉,储存、运输和使用等即便利又安 全。按其状态可分为:气体燃料、液体 燃料和固体燃料。
课堂提问:
列举家乡所用燃料?
第一章 固体燃料
天然的固体燃料有各种煤、油页岩、木 材和各种植物的茎叶等。
二十世纪五十年代后期美国力学家冯·卡 门和我国科学家钱学森首先倡议用连续 介质力学方法来研究燃烧基本现象,建 立了“化学流体力学”。许多学者根据 这一方法来研究燃烧问题,如层流燃烧、 湍流燃烧、火焰稳定等,取得了广泛的 研究成果。
二十世纪七十年代,以英国科学家斯波尔丁 (spalding)为首的学派比较系统地把计算流体 力学的方法用于有燃烧现象的边界层流动、回 流流动和旋转流动,建立了“计算燃烧学”。 能很好地定量预测燃烧过程和燃烧设备性能, 使燃烧理论及其应用达到了新的高度。同时燃 烧测试技术的发展改进了试验方法和测试精度, 使人们有可能更深入、更全面和更精确地研究 和掌握燃烧机理。
人造固体燃料主要是煤和木材经加工后 制得的焦碳和木炭。
工业应用中主要是煤和焦碳
第一节煤的种类及其化学组成
煤的种类 1、根据古代植物埋藏于地下的年代和碳化程 度划分为:泥煤,褐煤,烟煤和无烟煤四大类。 2、动力用煤根据煤的挥发分高低,并参考其 水分与灰分含量,把煤分为石煤,褐煤,烟煤 (包括贫煤和劣质烟煤)和无烟煤四大类,将 无烟煤、烟煤和石煤各再分为三类。 3、冶金工业根据煤的结焦性强弱和挥发分高 低进行分类,对烟煤进一步分类为:长焰煤、 气煤、弱还原煤、半炼焦煤、焦煤、肥煤、瘦 煤和贫煤等
酸度
SiO2 % Al2O3%
Fe2O3% CaO% MgO%
W 有害成分,包括外部水分和内部水分
成分表示方法及其换算
应用成分:C、H、O、N、S、A和W在包 括全部七种组分在内的煤的的应用基中 的质量百分数称为~。即
C用%+H用%+O用%+N用%+S用% +A用%+W用%=100%
或Hale Waihona Puke Baidu
Cy%+Hy%+Oy%+Ny%+Sy% +Ay%+Wy%=100%
练习2
1、已知山西阳泉煤成分:
Cr
Hr
Or
Nr
Sr
Ag Wy
91.7 3.8 2.2 1.3 1.0 26.0 5.0
下雨使煤含水量增大至Wy=15.0,计算此
时的应用成分。
Cy Hy Oy Ny
Sy Ay
Wy
57.7 2.4 1.4 0.8 0.6 22.1 15.0
2、工厂储存有Wy=12.4,QDWy=20000kJ/kg 煤100t,存放时间长,含水量降低为Wy=7.0, 试问煤的质量变为多少, QDWy变为多少?
net/lower calorific value
高发热量Q高:燃料完全燃烧后燃烧产物冷 却到使其中的水蒸气凝结成0℃的水时所 放出的热量。
低发热量Q低:燃料完全燃烧后燃烧产物中 的水蒸气冷却到20℃时放出的热量。
测定方法见GB/T 213,也可通过成分计算 得出见p9。其中门捷列夫公式重要。
门捷列夫公式
氛和压力。
第一节气体燃料成分的表示方 法与发热量计算
气体燃料成分
气体燃料都是单一气体混合而成,其组成化 学分析较方便,一般气体燃料的化学组成 是用所含各种单一气体的体积百分数表示。 包括水蒸汽在内,称为湿成分,即:
CO湿+H2湿+CH4湿+……+CO2湿+N2湿+O2湿+H2O湿=100
不包括水蒸汽在内,称为干成分,即:
化学组成
煤是极其复杂的化合物,主要有C、H、O、N、 S五种可燃元素构成煤的可燃基,此外煤中含 有不可燃成分——灰分(A)和水分(W)。
C 主要的可燃元素
H 主要的可燃元素,有益
O 有害元素
N 惰性元素,有害、污染
S 可燃元素,污染,三种形态有机硫、黄铁矿 硫和硫酸盐硫
A 有害成分,①直接关系到焦碳的灰分从 而影响冶炼的技术经济指标。②降低煤 的发热量。③灰分结渣,容易造成不完 全燃烧,给设备的维护和操作带来困难。
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