1 3 5燃燒檢測及燃燒效率 工程燃燒學 2 對煙氣的檢測和計算 目標 通過對燃燒產物 煙氣 的成分進行氣體分析 實現對空氣消耗系數和燃燒完全程度的計算方法 化學吸收法 電氣測量法 紅外吸收法和色譜分析法關鍵問題 需要掌握空氣消耗系數和不完全燃燒熱損失的檢測計算原理和方法 3 測定方法 化學吸收法 奧氏煙氣分析儀測定煙氣成分燃燒效率儀測定煙氣成分 4 煙氣成分檢測分析 在使用儀器及相應方法測量得到煙氣成分數據后 需要驗證所得數據的準確性滿足氣體分析方程的數據就是有效的 誤差范圍內 是燃料特征系數 決定于燃料成分 表6 1RO2 CO2 SO2 即兩種成分之和各成分的上標 表示是燃燒產物 煙氣 成分 5 氣體分析方程的導出 1 定義VRO2 RO 2 max 存在C S成分上限 1 VRO2是完全燃燒時燃燒產物中RO2 CO2 SO2 的數量 注意 不要求n 1 2 RO 2 max定義為干理論燃燒產物中的RO2最大理論含量 干成分 注意n 1 1 3 由右式定義 2 6 氣體分析方程的導出 2 用煙氣成分計算RO 2 max 要計算VRO2和V0 d根據VRO2的定義 可直接寫出依據煙氣中成分同樣可以得到V0 d和Vn d間的關系3 得氣體分析方程 上兩式子代入定義式 1 得到RO 2 max 再將RO 2 max的表達式代入 的定義式 2 7 V0 d與Vn d的關系 對于完全燃燒 Vn d V0 d Ln L0 此時n 1 如果不完全燃燒 用產物成分表示Ln L0 過剩空氣量 一部分是n 1過剩的 一部分是由于不完全燃燒未參加反應而剩余的 故 8 V0 d與Vn d的關系 因此 n 1時 在n 1時 上式同樣成立把上式和VRO2代入RO 2 max的計算式 即可得氣體分析方程 9 定義RO 2 max及 的意義 對于確定的燃料 其成分中含C S元素的量是確定的 因此在煙氣中CO2 SO2有理論上的最大值 這就是RO 2 max根據物質守恒 煙氣中所有含C S元素成分之和不能超過RO 2 max 如果測量的數據超過了 那就是錯誤的 如果相差太大那么就是測量誤差大或燃燒狀況很不理想定義 就是要依據燃料本身的特征值 與燃燒過程無關 來判斷所測量煙氣成分是否具有準確性實際上從式 2 看出做為檢測的特征值 和RO 2 max是一樣的 兩者有確定的簡單關系 用 是為了簡便 10 氣體分析方程的簡化應用 1 如果H2 及CH4 很小 則可忽略不計 方程簡化為2 如果完全燃燒 則沒有可燃成分 空氣過量系數的檢測計算 12 空氣消耗系數的計算 1 提出問題 空氣消耗系數n值是一個很重要的指標 對燃燒過程有很大影響 需要確定2 分析問題 正在工作的爐子 由于存在吸氣和漏風現象 很難測定實際空氣消耗量Ln 也就難以用下式求n3 解決問題 需要用煙氣成分計算空氣消耗系數按氧平衡原理計算n值按氮平衡原理計算n值 13 方法1氧平衡原理計算n值 首先考慮完全燃燒1 將n值用氧氣量來表示2 用煙氣成分表示 L0 O2為理論需氧量 完全燃燒后全部轉化為RO2和H2O 那么必然可以用下式表示L0 O2 aVRO2 bVH2O aRO2 bH2O Vn 100完全燃燒情況下 Ln O2 L0 O2 為煙氣中剩余氧量Ln O2 L0 O2 O2 Vn 100 14 方法1氧平衡原理計算n值 因此得到n值3 引入K表示理論需氧量與燃燒產物中RO2 量的比值K值可根據燃料成分求得 一般天然氣的K值為2 為什么要引入參數K 15 引入K的意義 在引入K前 n值用燃燒產物表示時 有H2O成分 H2O成分有多少以氣態形式存在是很不確定的 取決于溫度在用儀器測量煙氣成分時 都是檢測干煙氣 一般不測量H2O成分數據 測量了也不準確 1 引入一個參數K就是為了避免用產物中的H2O 成分數據 2 并且常數K可依據燃料成分求得 跟燃燒過程無關 16 不完全燃燒n值修正 不完全燃燒時 則燃燒產物中還存在CO H2 CH4等可燃成分1 修正O2 n值公式中氧量應減去這些可燃氣體完全燃燒時將消耗的氧2 修正RO2 RO2 量應加上這些可燃氣體如果燃燒將生成的RO2 17 方法2氮平衡原理求n值 1 變換n值的表達式 變換后不出現單獨的L0項 因為該值與燃料成分有關而與煙氣成分無關2 根據氮平衡有3 表達式中的量用煙氣表示 根據氧平衡有 18 方法2氮平衡原理求n值 4 引入燃料決定量代替難測量 再利用VRO2與Vn d的關系最后得注意 N燃 VRO2由燃料成分確定 19 n值公式討論 特定情況的簡化1 含氮量很少的燃料 固體 液體燃料 天然氣 焦爐煤氣等 Nfuel可忽略不計 0 則2 進一步 若完全燃燒 則 20 n值公式討論 3 如果進一步已知燃料中H2含量很少 比如對于無煙煤 焦炭等 則N 2 79 故 如何證明N 2 79 21 不完全燃燒熱損失的檢測計算 22 不完全燃燒熱損失計算 概念上 定義 當不完全燃燒時 由于煙氣中存在可燃成分 因而損失一部分化學熱量 稱為不完全燃燒熱損失 數值上 q化定義 不完全燃燒熱損失q化 表示單位 質量或體積 燃料燃燒時 燃燒產物中可燃成分含有的化學熱占燃料發熱量的百分數 23 不完全燃燒熱損失計算 1 用煙氣表達 產物發熱量Q產等于煙氣中各可燃成分發熱量之和 假定有CO H2 CH4 則Q產 126CO 108H2 358CH4 2 消去煙氣量 引入兩個參數h P h稱為煙氣沖淡系數 h越大 n越大 完全燃燒n 1時h 1不完全燃燒熱損失改寫為 24 不完全燃燒熱損失計算 3 用燃料特性參數和煙氣表達 依據碳平衡有V0 d RO 2 max Vn d RO2 CO CH4 則則不完全燃燒熱損失為RO 2 max和P只取決于燃料成分 25 課堂練習1 已知某固體燃料的成分 試推導用燃料成分表示b的計算公式推導思想 利用RO 2 max的定義式及其與b的關系首先計算VRO2再計算VN2V0 d VRO2 VN2利用RO 2 max 21 1 b 可得b計算公式 26 課堂練習2 已知煙煤成分 為 Cdaf 85 32 Hdaf 4 56 Odaf 4 07 Ndaf 1 80 Sdaf 4 25 Ad 7 78 Mar 3 0 其低位發熱量為30031kJ kg 燃燒產物的成分分析結果為 RO 2 14 0 CO 2 0 H 2 1 0 O 2 4 0 N 2 79 0 試計算 1 該燃料的RO 2 max b K P2 驗算產物氣體分析的誤差3 求空氣消耗系數n和不完全燃燒熱損失q化4 試用比熱近似法和內插值近似法求理論發熱溫度 27 計算方法 首先 將成分換算為應用成分然后計算理論氧氣需要量L0 O2和理論空氣需要量L0 VRO2 VN2 V0 d 則可完成 1 的計算利用氣體分析方程來驗算誤差分析空氣消耗系數不完全燃燒熱損失 28 計算方法 理論發熱溫度的求解 1 比熱近似法 假設發熱溫度2100度 則根據表3 3 查得煙煤燃燒產物的比熱為1 67 則t Q低 V0 c 根據門捷列夫公式得到Q低 30031kJ kg2 內插值近似法 根據Q低 V0 i 3658kJ m3假設溫度2100度 查表3 3得到各成分平均比熱 求得產物的平均比熱 即得i 3558kJ m3假設溫度2200度 再重復第二步計算得到i 3746kJ m3根據內插值計算法 得到t熱 29 課堂練習3 某高爐煤氣 成分 為 CO2 10 66 CO 29 96 CH4 0 27 H2 1 65 N2 57 46 燃燒產物的成分經分析為 RO 2 14 0 O 2 9 0 CO 1 2 N 2 75 8 試用各種計算公式計算n值 并比較之 30 計算方法 計算的前提 判斷成分測量是否準確 即利用氣體分析方程來檢測 當誤差滿足工程要求 5 時 可計算n值先計算RO 2 max先計算VRO2 再計算V0 干計算得到b 0 16根據氣體分析方程檢驗誤差 31 計算方法 1 氧平衡法計算n值 L0 O2 0 5CO 0 5H2 2CH4 100 VRO2 CO2 CO CH4 100 K 32 計算方法