第二篇+燃烧反应计算课件.ppt
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- 第二 燃烧 反应 计算 课件
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1、第二篇第二篇 燃烧反应计算燃烧反应计算 燃烧反应计算的概念及其目的燃烧反应计算的概念及其目的 燃烧反应计算的前提基础燃烧反应计算的前提基础 燃烧产物的组成燃烧产物的组成 影响燃烧产物组成及数量的因素影响燃烧产物组成及数量的因素 燃烧反应计算的范畴燃烧反应计算的范畴燃烧反应计算燃烧反应计算反应式:反应式:可燃物分子可燃物分子与与氧化剂分子氧化剂分子之间进行的化学反应之间进行的化学反应计算依据:计算依据:物质平衡物质平衡和和热量平衡热量平衡计算目标:确定燃烧反应的计算目标:确定燃烧反应的各参数各参数主要参数主要参数单位数量燃料燃烧所需要单位数量燃料燃烧所需要氧化剂氧化剂的量的量燃烧产物燃烧产物的数
2、量的数量燃烧产物燃烧产物的成分的成分燃烧温度燃烧温度和和燃烧程度燃烧程度这些参数在热工研究、炉子设计和生产这些参数在热工研究、炉子设计和生产操作中都至关重要操作中都至关重要 燃烧反应的实际进程和反应结果,燃烧反应的实际进程和反应结果,与体系的与体系的实际热力学条件实际热力学条件及及动力动力学条件学条件有关。在燃烧反应计算中,有关。在燃烧反应计算中,要对这些条件加以要对这些条件加以规定规定或给予或给予假假设设。燃烧反应计算中燃烧反应计算中燃料成分燃料成分是已是已知的知的应用成分(对应用成分(对固固、液体液体燃料)燃料)湿成分(湿成分(气体气体燃料)燃料)如果原始数据不是这样的成分,则如果原始数据
3、不是这样的成分,则首先要进行必要的首先要进行必要的成分换算成分换算 燃烧反应的氧化剂,在工业炉中多数是用燃烧反应的氧化剂,在工业炉中多数是用空气空气,少数情况下也有用氧气或富氧空气。,少数情况下也有用氧气或富氧空气。进行燃烧计算时假定空气的组成仅为进行燃烧计算时假定空气的组成仅为氧气氧气、氮气氮气和和水蒸汽水蒸汽。干空气:氧占干空气:氧占23.223.2,氮占,氮占76.876.8(质质量量);氧占);氧占2121,氮占,氮占7979(体积体积)水蒸汽含量按某温度下水蒸汽含量按某温度下饱和水蒸汽含量饱和水蒸汽含量计算计算 燃烧反应生成物的成分和数量与燃烧反应生成物的成分和数量与反反应条件应条件
4、有关有关完全完全燃烧燃烧空气量不足情况下空气量不足情况下的燃烧,可燃物分子不能被的燃烧,可燃物分子不能被充分氧化充分氧化燃料与氧化剂混合不均燃料与氧化剂混合不均或或来不及充分混合来不及充分混合高温下高温下某些碳氢化合物某些碳氢化合物和和燃烧生成物燃烧生成物分解分解燃烧过程结束产物包含两部分燃烧过程结束产物包含两部分经经化学反应的产物(充分燃烧的、不充化学反应的产物(充分燃烧的、不充分燃烧的和热分解的)分燃烧的和热分解的)未经未经化学反应的物质(未来的及混合的化学反应的物质(未来的及混合的燃料和空气,过剩的空气和燃料)燃料和空气,过剩的空气和燃料)燃烧反应计算属于燃烧燃烧反应计算属于燃烧静力学静
5、力学计算计算不涉及不涉及气流混合或扩散速度等气流混合或扩散速度等动力学动力学问问题,题,仅就仅就化学反应的化学反应的平衡状态平衡状态进行计算进行计算假定假定燃料和氧化剂燃料和氧化剂均匀混合均匀混合,达到分子,达到分子接触接触允许允许燃料过剩或氧化剂过剩燃料过剩或氧化剂过剩根据燃烧产物的组成,燃烧反根据燃烧产物的组成,燃烧反应分为两大类应分为两大类完全燃烧完全燃烧不完全燃烧不完全燃烧 大多数工业炉都大多数工业炉都要求要求完全燃烧,以完全燃烧,以提提高燃料利用率高燃料利用率,但实际生产的炉子常,但实际生产的炉子常是是不完全燃烧不完全燃烧在燃烧计算中,在燃烧计算中,规定规定气体的体气体的体积均为积均
6、为标准状况下标准状况下的体积,的体积,并并且且一切气体每公升分子的体积一切气体每公升分子的体积在标准状况下都是在标准状况下都是22.4m3第四章第四章空气需要量和燃烧产物生成量空气需要量和燃烧产物生成量燃料燃烧所需要的燃料燃烧所需要的空气空气(或(或氧气氧气)数量、数量、燃烧产物燃烧产物生成量以及与此生成量以及与此有关的有关的燃烧产物燃烧产物成分和密度,都成分和密度,都是根据燃烧反应的是根据燃烧反应的物料平衡物料平衡计算计算的,这些参数有广泛的实际用途的,这些参数有广泛的实际用途 为为正确设计正确设计炉子的燃烧装置和鼓风装炉子的燃烧装置和鼓风装置,置,必须知道必须知道保证一定热负荷(燃料保证一
7、定热负荷(燃料消耗量)消耗量)所应供给的所应供给的空气量空气量 燃烧产物的燃烧产物的生成量生成量、成分成分和和密度密度,是,是设计设计排烟系统排烟系统所必需所必需已知的参数已知的参数 这些参数与炉内的这些参数与炉内的热交换过程热交换过程、压力压力水平水平也有关系也有关系所以,在进行炉子所以,在进行炉子热工计算热工计算、热工试验热工试验或或热工分析热工分析中,要求中,要求先进行先进行空气需要量和燃烧产物空气需要量和燃烧产物生成量、成分、密度的计算生成量、成分、密度的计算空气需要量的计算空气需要量的计算 固体、液体和气体燃料的成分习惯上有不固体、液体和气体燃料的成分习惯上有不同的表示方法,因此它们
8、的燃烧计算表达同的表示方法,因此它们的燃烧计算表达式有所不同式有所不同固体燃料和液体燃料的理论空气需要量固体燃料和液体燃料的理论空气需要量气体燃料的理论空气需要量气体燃料的理论空气需要量实际空气需要量实际空气需要量固体燃料和液体燃料的理论空气需要量固体燃料和液体燃料的理论空气需要量 固体和液体燃料成分(质量百分含量)为固体和液体燃料成分(质量百分含量)为 CHONSAW100 各成分完全燃烧方程式各成分完全燃烧方程式CO2CO2H212O2H2OSO2SO2 每公斤每公斤燃料燃料完全完全燃烧时所需要的燃烧时所需要的氧气量氧气量(质量)质量)为为 按标准状况下氧的密度为按标准状况下氧的密度为32
9、22.41.429(kg/m3),故换算成体积需要量,故换算成体积需要量10018382,0OSHCGO1001838429.112,0OSHCLO 上述氧气需要量是按着上述氧气需要量是按着化学反应计量关系化学反应计量关系计算的,计算的,忽略了其他因素忽略了其他因素的影响,故称为的影响,故称为“理论氧气需要理论氧气需要量量”如果是在空气中燃烧,则每公斤燃料完全燃烧所如果是在空气中燃烧,则每公斤燃料完全燃烧所需要的空气量,称为需要的空气量,称为“理论空气需要量理论空气需要量”1001838232.010OSHCG100183821.0429.110OSHCL气体燃料的理论空气需要量 气体燃料成分
10、(体积百分数)为气体燃料成分(体积百分数)为 可燃成分燃烧反应方程式为可燃成分燃烧反应方程式为%100%2222242OHNOCOSHHCCHHCOmn22222222222223242121SOOHOSHOHmnCOOmnHCOHOHCOOCOmn 每公斤气体体积均为每公斤气体体积均为22.4m3,所以所以1m3CO燃烧需燃烧需要氧气为要氧气为1/2m3,依此类推,依此类推 根据前面的推导,根据前面的推导,1m3气体气体燃料燃料完全燃烧完全燃烧所需的所需的理论氧气量理论氧气量为为 1m3气体气体燃料燃料完全燃烧完全燃烧所需的所需的理论空气量理论空气量为为2222,01023421212OSH
11、HCmnHCOLmnO2222010234212121.01OSHHCmnHCOLmn实际空气需要量实际空气需要量 在实际条件下,要保证炉内燃料在实际条件下,要保证炉内燃料完全燃完全燃烧烧,需供给,需供给比理论值多比理论值多的空气;而为了的空气;而为了获得炉内的获得炉内的还原性气氛还原性气氛,又需供给,又需供给少一少一些些的空气。因此,研究不同燃烧过程中的空气。因此,研究不同燃烧过程中实际空气的需要量具有重要的意义。实际空气的需要量具有重要的意义。实际空气消耗量用实际空气消耗量用Ln表示表示Ln=nL0 式中式中n为为“空气消耗系数空气消耗系数”当当n1时,被称为时,被称为“空气过剩系数空气过
12、剩系数”L0值值取决于取决于燃料的成分燃料的成分,燃料中可燃物含量,燃料中可燃物含量越高,则越高,则L0值也就越大。而值也就越大。而Ln值和值和n值有关,值有关,n值值则与则与燃烧条件燃烧条件有关,根据有关,根据燃烧设备燃烧设备和和操作操作选取的选取的n值越大,值越大,Ln值也就越大。值也就越大。0LLnn燃烧产物的生成量、成分和密度燃烧产物的生成量、成分和密度 燃烧产物的燃烧产物的生成量生成量及及成分成分是根据燃烧反应的是根据燃烧反应的物质平物质平衡衡进行计算的。进行计算的。完全燃烧完全燃烧时,单位质量(或体积)燃料燃烧后生成时,单位质量(或体积)燃料燃烧后生成的燃烧产物包括的燃烧产物包括C
13、O2、SO2、H2O、N2、O2等,其中等,其中O2是当空气消耗系数是当空气消耗系数n大于大于1时才会有的。时才会有的。燃烧产物的生成量燃烧产物的生成量当当n n1 1时称为时称为理论燃烧产物生成量理论燃烧产物生成量(V V0 0)当当n n11时称为时称为实际燃烧产物生成量实际燃烧产物生成量(VnVn)实际燃烧产物生成量实际燃烧产物生成量VnVn(m m3 3kgkg或或m m3 3m m3 3)V V0 0和和VnVn的差别在于的差别在于n n1 1时比时比n n11时的燃烧产物生成时的燃烧产物生成量少一部分过剩空气量,故可写出量少一部分过剩空气量,故可写出22222ONOHsoconVV
14、VVVV00LLVVnn 对于固体和液体燃料对于固体和液体燃料 对于气体燃料对于气体燃料nONOHSOCOngL00124.0)L10021(n1004.22)28N18W2H32S12C(VVVVVV022222nn2222mn2n0.00124gL)L10021-(n1001OHNCOSH2HC)2mnHCOV(燃烧产物的成分燃烧产物的成分表示为各组成所占的表示为各组成所占的体积百分数体积百分数,为与燃,为与燃料成分相区别,燃烧产物的成分分子式上加料成分相区别,燃烧产物的成分分子式上加“”即即 燃烧产物的密度燃烧产物的密度,有两种计算方法,有两种计算方法 用用参加反应的物质参加反应的物质的
15、总质量除以的总质量除以燃烧产物燃烧产物的体积。的体积。参加反应物为参加反应物为固固、液体液体时时参加参加反应物为反应物为气体气体燃料时燃料时 用用燃烧产物的质量燃烧产物的质量除以除以燃烧产物燃烧产物的体积的体积nnV1.293L100A1)(nn22222mn2V1.293L10022.4OH18N28O32CO44SH34Hm)Cn12H2CO28)(32222m/kg 4.22100O32N28O18HO64SO44C不完全燃烧的燃烧产物不完全燃烧的燃烧产物 不完全燃烧不完全燃烧时时燃烧产物生成量燃烧产物生成量的变化的变化 设燃烧产物中的可燃物设燃烧产物中的可燃物仅有仅有CO、H2和和CH
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