1、 本章主要討論“燃料熄滅的計算方法, 其主要目的是:確定熄滅所需的空氣量和所到達的溫度,計算熄滅所產生的煙氣量。 這是熱力安裝和設備的根本計算，是進展熱平衡計算、熱力計算、空氣動力計算的前提。希望能引起大家的注重。在講解詳細內容之前，為了方便討論，我們先進展一些假定： 思索到空氣和煙氣的一切組成成分所處的形狀, 都可以相當準確地把它們當作理想氣體來處置, 這在工程上進展熄滅計算是足夠準確的。在討論熄滅計算時,僅思索單位燃料的情況,單位燃料就是指每kmol、每kg或每m3的燃料。在計算過程中, 涉及到的一切空氣和氣體容積的單位都是規范立方米用Nm3表示:即以規范形狀(0,1atm)下的立方米為單

2、位.因此,1kmol氣體在規范情況下的容積都是22.4Nm3。 That is 1.理想氣體 (air、smoke) 2.單位燃料 (kg、kmol、m3) 3.規范情況 (0,1atm) 一.熄滅反響方程式: 熄滅是燃料中的可燃元素成分C、H、S與空氣中的氧在適當條件下(溫度和時間)所產生的一種 劇烈的化學反響 ,因此,各元素與氧反響的方程式即熄滅反響方程式,即 C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2 對燃料中的碳氫化合物CnHm來說, 熄滅反響方程式可由待定系數法寫出: 設 CnHm + xO2 yCO2 + zH2O 列出平衡方程: 2x =2y + z

3、y=n 2z = m 可得通式為: CnHm + (n+m/4)O2 nCO2 + (m/2)H2O 在1Kg燃料中,包含的可燃物質: 碳為Car/100 Kg, 氫為Har/100 Kg, 硫為Sar/100 Kg. 碳熄滅反響方程式為: C + O2 CO2 12Kg 22.4Nm3 22.4Nm3 Car/100 Kg 碳熄滅所需的實際氧量為 Vo2C=22.4/12Car/100=1.866Car/100 m3/kg燃料 同理,氫熄滅方程式為: 2H2 + O2 2H2O 41.008Kg 22.4Nm3 222.4Nm3 Har/100Kg的氫完全熄滅所需氧量為:Vo2H=22.4/

4、41.008Har/100=5.55Har/100 Nm3/Kg燃料硫熄滅反響式是: S + O2 SO2 32Kg 22.4m3 22.4Nm3Sar/100 Kg硫完全熄滅所需氧量為Vo2S= 22.4/32Sar/100=0.7Sar/100 Nm3/Kg燃料 另外,每Kg燃料中本身還含有Oar/100 Kg的氧, 這些氧的體積為: Vo2inh=22.4/32Oar/100=0.7Oar/100 Nm3/Kg燃料 所以可見: 1Kg燃料完全熄滅所需的氧,就等于上述各可燃物質完全熄滅所需氧量之和再扣除燃料本身的含氧量,即: Vo20= Vo2C + Vo2H + Vo2S - Vo2in

5、h 代入各式得: Vo20=1.866Car/100+5.55Har/100+0.7Sar/100 0.7Oar/100 Nm3/Kg燃料 空氣中氧的容積百分比是21,所以1Kg燃料熄滅所需的實際空氣量為 Vo=1/0.21Vo20 =0.0889Car+0.265Har+0.0333Sar0.0333Oar =0.0889Kar+0.265Har 0.0333Oar Nm3/Kg燃料 式中:Kar=Car+0.375Sar, 引入這一系數Kar的理由是由于煙氣分析時CO2和SO2通常是一同測定的,統稱為RO2 (三原子氣體),因此,這里也把Car和Sar合并一同。 因空氣的密度為=1.293

6、 Kg/Nm3(標況下：0、1atm) 也可得到按質量計的實際空氣量為: Lo=1.293Vo=0.115Kar+0.342Har0.043Oar Kg空氣/Kg燃料 從實際空氣量公式可看出,每1Kg氫所需的實際空氣量是26.5Nm3 (22.4/41.0080.21),1Kg 碳所需的實際空氣量為8.89Nm3,氫需的實際空氣量等于碳的三倍左右。另一方面 : 氫的熱值是 120370KJ/Kg, 碳的熱值是32866KJ/Kg氫熱值也等于碳熱值的三倍左右。所以對這兩種可燃元素來說,實際空氣量大致和發熱量成正比。 因固體燃料和液體燃料中含有大量的碳和氫, 粗略地說, 這兩類燃料的熱值大致等于所

7、含元素成分的發熱量之和(由于化合物的構造不同,這種說法是不非常準確的)。而燃料熄滅時所需的實際空氣量那么無疑地等于各元素成分的實際空氣量之和,這樣,雖然各種燃料所含碳和氫的百分比相差甚大, 但由于碳和氫的實際空氣量與發熱量(Vo/Qnet)的比值幾乎一樣,所以各種燃料的實際空氣量與發熱量之比也大致是一個常數。從這個觀念出發, 就出現了一些計算實際空氣量的閱歷公式,這個大家請參看表2-4,表2-5兩個表中所列公式。這兩個表都是錄自外國文獻,在運用上有一定的局限性, 我國近年來也出現了一些閱歷公式,例如中國煤炭科學研討總院提出的: 對貧煤及無煙煤(Vdaf15的煙煤 Vo= 25010-6 Qne

8、t,ar +0.278 Nm3/Kg對劣質煤(Qnet,ar12500 KJ/Kg) Vo= 24010-6 Qnet,ar +0.108 Nm3/Kg 實踐空氣量與實際空氣量之差稱為過量空氣量 (L或V) V = V - Vo= (-1) Vo 這部分空氣并不參與反響, 但它吸收爐內熱量后隨煙氣將熱量排放到大氣中,呵斥排煙熱損失,所以說,過大,過剩空氣量V過大,就會添加排煙熱損失, 對熱能利用不利。但值過小時,又會添加不完全熄滅的程度,也對熄滅不利,使燃料的化學熱不能充分發揚。由此可見,過大或過小都將使熄滅設備的熱效率下降, 這就要求我們要正確選擇和控制熄滅過程中的值, 盡能夠使值處于一個較

9、為合理的范圍內。當然,對于不同的燃料,不同的熄滅室 ,值的最正確范圍值是不一樣。但是, 先進的熄滅設備總是應該在保證熄滅完全的前提下，盡量使過量空氣系數趨近于1。 如何選取呢?主要取決于下面幾個要素: (1)燃料的種類:對氣體燃料:因它易與空氣混合,可小些, 工業設備普通控制在 = 1.051.20 民用燃具普通控制在 = 1.31.8對液體燃料:值比氣體燃料的較大些, 工業設備普通控制在 = 1.101.30對固體燃料:因它與空氣的接觸最差,最大 鏈條鍋爐 普通控制在 = 1.31.4 農用柴爐柴灶 普通控制在 = 1.42.0 (2)燃料的粒度 燃料的粒度越小,愈易和空氣混合值就可愈小。

10、(3)熄滅設備的構造和操作方法 這個要素也對值選取有很大影響,例如: 同樣運用煙煤時:人工操作熄滅室 = 1.501.70 (手燒爐窯)機械熄滅室 = 1.201.40懸燃爐 = 1.151.20鏈條爐 = 1.31.40 此外,對正在運轉的設備進展熱平衡測算中,經常根據煙氣分析來計算出值, 進而控制熄滅過程總處于最正確的范圍內,以實現節能。這在煙氣計算中詳細講述。 對固體或液體燃料完全熄滅時,燃料中的各元素成分C.H.O.N.S便構成了各種煙氣. 燃料中: C CO2 S SO2 H H2O N2 N2 O2耗費于各反響中；過量空氣中: O2, N2, H2O 即熄滅所用的實踐空氣中還有過量

11、的氧(O2) 以及惰性氣體N2和少量H2O也都混入煙氣之中。 下面我們來分析各項的數值 1.二氧化碳和二氧化硫體積VRO2 C + O2 CO2 S + O2 SO2 VRO2=VCO2+VSO2=1.866Car/100+0.7Sar/100 = 1.866Kar/100 Nm3/Kg燃料 其中 Kar = Car + 0.375Sar 2.實際氮氣體積 VN20 VN20有兩個來源 (1)燃料中的氮氣成分 (2)實際空氣量V0中的氮 VN20 =22.4/28Nar/100+ 0.79V0 = 0.8Nar/100+ 0.79V0 Nm3/Kg燃料 式中0.79是干空氣中氮氣的容積組成。

12、實際空氣量Vo帶入的水蒸汽體積為0.00161dVo Nm3/Kg燃料, 普通取d=10g/Kg,因此,實際空氣量Vo帶入的水汽體積為0.00161Vo Nm3/Kg燃料 (4)在采用蒸汽霧化的工業爐窯中,伴隨燃料一同噴入的水蒸汽體積為 22.4/181*Wwh = 1.24 Wwh Nm3/Kg燃料 Wwh霧化用的蒸汽耗費率 Kg/Kg燃料 這樣就得到實際水汽體積為: VH2Oo=0.0124Mar+0.112Har+0.0161Vo+1.24Wwh Nm3/Kg燃料 如今,關于完全熄滅情況下,煙氣量的計算曾經根本講完,而不完全熄滅情況下的煙氣量計算非常復雜,完全依托實際計算在目前是無法進展

13、的, 目前進展的都是在一些近似處置后的計算,準確確定主要靠實驗,所以我們在這里就不講了,請大家看一下。 同時，煙氣地量也可按另一種方式整理為: Vy = Vgy + VH2O Vgy 干煙氣體積 Vgy=VRO2+VN2+VO2=VRO2+VN2o+(-1)Vo Nm3/Kg 這是對固體和液體燃料情況。 而對氣體燃料熄滅，其煙氣量計算原理類同， 我們不再詳細推導，記住公式會用就行了。一.煙氣分析 煙氣分析的義務就是：確定熄滅設備實踐運轉中的 (1)煙氣成分 (2)過量空氣系數, 其分析論據是: 當改動時,煙氣各成分也將產生不同的變化,例如: 當添加時： (1)空氣的氧VO2及VN2(大幅度添加

14、),而VRO2不變; (2)干煙氣量Vgy=VRO2+VN20+(-1)V0也添加。 因此,RO2占干煙氣 (VO2/Vgy100)的百分比就減少,而O2及N2占干煙氣的百分比就添加。所以說, 我們只需丈量出煙氣中的RO2及O2等百分比,就可以間接地推算出值。以便于較好地控制和改善熄滅過程。 煙氣分析實踐上就是氣體分析，最常用的奧氏分析儀，氣相色譜儀和紅外線氣體分析儀等，這與沼氣實驗中所用儀器一樣，分析原理也一樣。 煙氣分析方法:化學式:測定準確,不能延續自動監測.物理式:可自動延續任務. 焦性沒食子酸的堿溶液吸收O2:(同時會吸收RO2) 4C6H3 (OH) 3+O24(OH) 3C6H2

15、+2H2O氯化亞銅的氨溶液吸收CO:(同時會吸收O2) Cu(NH3) 2Cl+2COCu(CO) 2Cl+2NH3使煙氣按上述順序分別經過這三種順序, 即可確定出各煙氣成分RO2,O2,CO, N2 = 100 - RO2-O2-CO 2. 紅外線氣體分析技術 實際根底：在傳熱學中討論固體間的輻射換熱時, 都假定固體間的介質對熱輻射是透明體, 沒有涉及氣體和固體的輻射換熱。這時介質的存在并不影響固體間的輻射換熱。 對分子構造對稱的雙原子氣體和單原子氣體來說, 在工業上常見的高溫范圍內實踐上發射和吸收輻射能的才干非常低,可以以為是熱輻射的透明體,例如:H2,O2,N2,空氣,及單原子氣體He、

16、Ne等,對125m 的紅外線均無吸收才干。 但是,對三原子CO2、H2O、SO2、多原子CH4及分子構造不對稱的雙原子氣體CO等, 普通都具有相當大的輻射與吸收才干。當有這類氣體出現時, 就要思索這類氣體的輻射與吸收計算。由于在煙氣中常包含有一定濃度的CO2、SO2、H2O、CO等主要輻射成分,因此, 研討這類氣體的輻射才干就特別重要。這類氣體輻射的兩個特點: 對波長的選擇性氣體吸收是在整個容積中進展的 對波長的選擇性 根據基爾霍夫定律可知:物體的輻射力越大,其吸收率就越大,也就是說,擅長發射的物體必擅長吸收,或者說,輻射才干大,那么吸收才干也大,這類三原子氣體、多原子氣體和構造不對稱的雙原子

17、氣體,對紅外線(0.7640m之間)都有一定的吸收才干,對不同的氣體,那么有不同的吸收波長和吸收才干。 例如: CO2的三個吸收波段為: 2.652.80、 4.154.45、 13.017.0m H2O的三個吸收波段為: 2.552.84、5.67.6、 1230m 在這些波段范圍之外,對熱輻射呈透明體,無吸收才干。 任務原理: 大多數的多原子氣體(CO、CO2、CH4、H2O汽等)對紅外線(指0.7640m之間)都有一定的吸收才干,而且不同的氣體有不同的吸收波長和吸收強度。例如CO2的兩個吸收波段為2.652.80m、4.154.45m,在其外CO2的吸收才干就低。而一些雙原子氣體(H2、

18、N2、O2等) 以及單原子氣體(He、Ne等), 對125m波長的紅外線均不吸收。 實驗闡明:被吸收的程度(輻射能數量) 與吸收介質的濃度成比例,普通可用朗伯貝爾定律確定: I = Ioexp(kc) 其中 I吸收前射線強度 Io吸收后射線強度 k常數 c介質濃度 因此,當紅外線經過這些氣體(介質)時,它的能量就會被氣體吸收一部分, 其被吸收的程度與該氣體的容積濃度有函數關系,因此可以測定出該氣體的濃度。 氣體吸收是在整個容積中進展的 固體、液體的輻射與吸收都具有在外表上進展的特征，氣體的輻射與吸收是在整個容積中進展的。當有輻射能投射到這種氣體界面時, 這個能量將在輻射行程中被氣體吸收減弱,即

19、吸收與氣體的外形和容積有關。 當輻射能經過吸收性氣體層時, 因沿途被氣體吸收而減弱。這種減弱的程度取決于輻射強度和沿途中碰到的氣體分子數目, 而分子數目又和射線行程長度及氣體密度有關 =f(p,T)。 穩流電源供應約1.35A的恒定電流 , 使輻射器溫度達600800時,便可輻射出約27m的紅外波. 濾光片:可將煙氣中其它成分能吸收的紅外光統統濾去。 從兩個完全一樣的紅外光源中發出的具有一定波長的紅外光分別穿過比較室和試樣室射入檢測器的左右兩室中,在檢測器中封入可以吸收紅外光源發出的一定波長的紅外線的氣體,通常為待測氣體成分。在檢測器的左、 右室之間，裝一個膨脹式薄膜將兩室完全隔開，當左右室之

20、間產生壓差時，薄膜便會向左或向右凸出來, 當比較室中封入不吸收紅外線的惰性氣體(如N2)時,而在試樣中,試樣氣體以規定的速度延續流過(穩定性)由于比較室中的N2不吸收紅外光,因此該紅外光在穿過比較室時,其能量沒有被衰減。 而穿過試樣室的紅外光被流過該室的氣體吸收了一部分能量, 其被吸收的能量的大小與試樣氣體中含的待測氣體成分的分子個數成比例。因此, 使得送入檢測器右室的紅外光能量小于送入左室的紅外光能量。使左、右室之間產生壓力差，于是薄膜便被推向右方。該膜片與一鋁合金園柱體組成一個電容器，由于動板(薄膜片鋁箔)變形而使電器的極間間隔發生變化, 即電容量發生變化。 這個電容器接入RC電路,由電工

21、學知識知道:電容器極板上電量Q與其電壓U成正比,其比例常數為C電容. 即 C = QU Q電量 U電壓(U = 67 V) 為堅持電容器電壓U=67V不變,當電容由大變小,膜片膨脹時即d由小增大,電容器所包容的電荷也由大變小, 電容向電源放電; 反之,當C由小增大時,電源向電容充電, 這個充電電流在前置放大器線路中的高阻R上產生壓降V出 V出= IR (這里R值很大) 放大作用 這個訊號V出經主放大器放大后,即可由記錄器指示和記錄。 為了將直流信號(V出)變換為交流電信號,在兩個紅外光源與比較室、試樣室之間安裝了葉片式遮光器, 稱為斬波器。當丈量時，由于遮光器以一定轉速均勻穩定的旋轉，使射向比

22、較室和試樣室的紅外光變成了斷續的光束。當遮光器將紅外光完全遮住時，紅外光便不能被送入檢測器這時，檢測器的左、右兩室壓力相等，薄膜便前往中央位置。于是薄膜產生了與遮光器轉速同步的振動。例如其振動頻率為12.5Hz,這樣就把電容量的變化變成交流信號,這個交流信號的振幅與試樣中被測氣體的濃度成比例。 用途：測CO、CO2、CnHm、NOx等成分,其中分析CO和CO2的儀器占3/4。 三. 完全熄滅方程式 在完全熄滅情況下 CO=0,由上式: RO2= (21-O2)(1+) 當O2=0時: RO2max= 21( 1 +) 四.過量空氣系數確實定方法 (1)完全熄滅時,確實定 由定義: =V/Vo=

23、1(1-VV) V可由過剩氧量決議: 由于O2=(VO2/Vgy)100 V=VO2/0.21=O2Vgy/21 V可由煙氣中氮量決議(忽略燃料中含氮量,以為煙氣中氮量全部來自空氣) V=VN2/0.79=N2Vgy/79 得 =11(79O2)(21N2) 由于N2=100-(RO2+O2)那么 =2121(79 O2)(100-(RO2+O2) (2).不完全熄滅時,確實定公式 固體、液體燃料 21 = O2-0.5CO 21 - 79 100-(RO2+O2+CO) 熄滅溫度就是指煙氣的溫度,即書中寫的,氣態熄滅產物的溫度。人們在研討和計算熄滅溫度時，為了方便起見，就建立了三種熄滅溫度的

24、概念。量熱計溫度 實際熄滅溫度 實踐熄滅溫度 在熄滅過程中，使煙氣獲得溫度的能源主要是兩個進入熱量: 燃料的發熱量Qnet 燃料和空氣帶入的顯熱hrk支出熱量共有: 傳熱損失量Qcr 產物離解吸熱量Qlj 對外作功量W 不完全熄滅損失Qwr煙氣能量的添加: 煙氣顯熱hy 由熱力學第一定律:進入系統能量分開系統能量=系統中儲存能量的添加 (Qnet+hrk) - (Qcr+Qlj+W+Qwr)= hy 關于這些熄滅溫度的概念和計算, 我們可以經過熄滅過程的能量平衡方程式來討論,給予闡明。下面分析一下。 以煙氣為系統，作一簡圖： 大家回想一下工程熱力學的內容,焓的表達式是 h= u + pv 式中

25、: u內能,即1Kg工質內部儲存的能量。 pv推進功,即1Kg工質挪動時所傳輸的能量。 h表示1Kg工質進入系統后系統所獲得的總能 量, 即二者之和。1.能量有內能與外能之分：外能物體宏觀運動具有的能量: 機械能(動能、機械能)內能體系內微觀粒子的總能量: 分子動能(平動、轉動、振動) 分子位能分子間作用力 焓是一個形狀參數，與所到達該形狀的路經無關。由于在熄滅計算中，有關燃料、空氣以及煙氣等的顯熱都是相對于某一基準形狀而計算的，所以說在此運用焓的概念對計算是非常方便的。在計算焓的相對變化時，通常人為地規定以0為基準溫度，0時的焓值為零,即h0=0, 假設以0時的焓值為起始點, 那么恣意溫度t

26、時的焓值h本質上就是從0計起的相對值。 先回想比熱的定義： 單位質量的物體溫度升高1度所需的熱量,即C=dq/dt 開口系統的熱力學第一定律對可逆過程有dq=dh- vdp 當定壓時, dp = 0 Cp=(dq/dt)p=(dh-vdp)dtp=(ht)p 對理想氣體,由于 h = f(t)只與溫度有關,那么可寫出 Cp=(ht)p=dhdt dh = Cpdt 積分12dh =12Cpdt h2-h1 = Cpm12 (t2-t1) 令t1=0 那么h1=0 t2= t(恣意) 那么h2=h1 (t溫度時的焓值) ht = Cpm0t.t ht每Kg工質的焓(KJ/Kg) C p m 0

27、t 工 質 從 0 到 t 間 的 定 壓 平 均 比 熱(KJ/Kg.)。 我們利用這個公式就可以導出熄滅溫度表達式。 由于hy表示每Kg燃料熄滅后煙氣的熱焓,(KJ/Kg燃料); ht表示每Kg工質所具有的熱焓, (KJ/Kg煙氣). 而1Kg燃料熄滅后生成的煙氣并不是1Kg。它生成的是my kg的煙氣,所以就有關系 hy =myht= myCyty my每kg燃料生成的煙氣量,可求為:1kg 燃料熄滅時,供應的空氣量為Lo,熄滅前后質量守恒,那么知, my=(1+Lo) Kg/Kg燃料 即: 1Kg燃料+LoKg空氣 (1+Lo)Kg煙氣 hy=(1+Lo)Cyty 代入到能量平衡方程中

28、得到: ty=(Qnet+hrk)-(Qcr+Qlj+W+Qwr)(1+Lo)Cy 這就是計算實踐熄滅溫度的實際公式, 但由于公式中Qcr項是散熱損失量,在實踐中要準確測出Qcr值是極其困難的, 所以要直接運用此式準確計算熄滅溫度還是不能夠的。因此,為了實踐計算,就得進展一些近似, 這在工程上是可行且有效的措施。 首先,假設Qcr=0, 即以為熄滅過程是在完全絕熱條件進展的,同時,不思索對外作功量和不完全熄滅損失,即W=0,Qwr=0,在這種條件下,就得到所謂的實際熄滅溫度的計算公式： tyo=(Qnet+hrk-Qlj)(1+Lo)Cy 可以看出:實際熄滅溫度比實踐熄滅溫度要高。 但在實踐運

29、用中, 人們普通所說的實際熄滅溫度都不包括Qlj項,即不思索熄滅產物的離解影響,Qlj將項略去后,即得: tyo=(Qnet+hrk)(1+Lo)Cy 這個溫度在許多資料上都稱為量熱計溫度(Tcr) ( 或測熱計溫度),就是指燃料完全熄滅后所放出的熱量以及燃料和空氣所帶入的顯熱,全部都給了煙氣,這種情況下的煙氣溫度就稱為量熱計溫度, 它比前面公式中的實際熄滅溫度還高,其區別在于能否思索產物離解吸收熱量。 由于量熱計溫度的定義從建立到如今不斷都不一致 ,有些文獻在量熱計溫度的定義中還規定有=1的條件。所以說,鑒于這種情況,如今有許多人都把量熱計溫度也歸于實際熄滅溫度, 將此式稱為實際熄滅溫度的運

30、用計算式。 假設實際熄滅溫度的計算在=1的完全熄滅情況下進展,同時變為供應燃料和空氣的溫度都是0,即此時hrk=0,那么由此而得的溫度顯然只取決于燃料的化學組成而與其它要素無關。 (tyo)max=Qnet(1+Lo)Cy其中:Qnet取決于燃料組成 Lo取決于燃料組成 Cy在(tyo)max時僅取決于煙氣組成 所以,這個溫度是燃料的一個非常重要的熱特征參數,用來表示在各種條件下燃料熄滅所能夠到達的溫度上限。 二. 熄滅溫度計算 1.實際熄滅溫度計算 tyo=(Qnet+hrk)(1+Lo)Cy Cy=f(煙氣成分,tyo) 其中: Qnet,Lo普通為知, hrk在知道了燃料度供應空氣的溫度后,也很容易知道。而 Cy是與煙氣組成和煙氣溫度tyo有關的雙元函數 Cy=f(煙氣成分,tyo), 只需在tyo一定時,才干根據煙氣組成求出。但如今 ty未知,故Cy無法直接求出, 但對于這樣一類一個方程中兩個未知數的方程可用試算法解出。即:Cy=CiXi 假 設 t y o 查 出 各 煙 氣 成 分 平 均