關于工程燃燒學燃燒計算2022/12/28河北工業大學能源與環境學院1第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院2完全燃燒與不完全燃燒1、完全燃燒：燃料中的碳、氫（或碳氫化合物）、硫等均與氧充分反應而生產二氧化碳、水與二氧化硫。產物中還有一些氮氣與氧氣。2、不完全燃燒：上述反應后仍有燃料過剩，或者燃燒反應之外還有其它反應。產物除二氧化碳、水、二氧化硫之外，還有一氧化碳、氫、甲烷等。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院3第一節空氣需要量的計算固、液體燃料，質量百分數為：對于C的反應存在關系：對于H的反應存在關系：對于S的反應存在關系：則千克燃料需氧量：折算成空氣的體積量則是單位燃料燃燒所需理論空氣量第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院4氣體燃料理論空氣量氣體燃料體積百分數為：可燃成分反應方程式為：單位體積氣體燃料的理論需氧量與理論空氣量分別為：Nm3/Nm3第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院5空氣消耗系數過量空氣系數：實際燃燒過程中，為了保證完全燃燒，往往供給比理論空氣量更多的空氣；有時候工藝要求需要少供給空氣。實際供給的空氣與理論空氣量的比值，稱為空氣消耗系數（余氣系數）。當它大于1時就是過量空氣系數（過剩空氣系數，或n）?？諝膺^量時，為貧油（或貧燃）；空氣不足時，為富油（或富燃）對于濕空氣，計算空氣需要量的時候要將水分估計在內。假如單位體積空氣中所含水分為g克，折算成體積含量為：Nm3/Nm3那么，實際空氣需要量為：第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院6油氣比f：指燃料與空氣混合物中燃料和空氣的質量（或質量流量）之比。當兩者的混合比例恰好等于化學恰當比時，稱為化學恰當油氣比fs。當f<fs時，貧油；f>fs時，富油。當量比：實際油氣比與化學恰當油氣比之比，即f/fs。是空氣消耗系數的倒數。Leanpre-mixedmethane/airflamePartiallypre-mixedfuelrichmethane/airflame（左）火焰直攝照片（右）火焰紋影照片第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院7第二節完全燃燒產物生成量對于固體液體燃料，完全燃燒的產物生成量稱為理論產物生成量V0。產物量為：若考慮空氣過量Ln，則產物中水分、氮氣、氧氣含量發生變化燃料原有水分未參與反應氧第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院8產物成分一般表示為各組成的體積百分數。理論產物與實際產物分別為

討論：1、V0只與燃料成分有關，可燃成分越高、發熱量越大，理論產物越多；2、Vn不僅與燃料成分有關，還與空氣過剩系數n有關；3、空氣過剩系數越大，VO2越大，實際煙氣量也愈大；煙氣的氧化性氣氛越強。第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院9第三節不完全燃燒煙氣生成量產生不完全燃燒的原因：1、空氣供給量不足，n<1，煙氣呈還愿性；2、n>1，但是燃料空氣混合不均勻，或者液體燃料霧化不良。不完全燃燒的產物：除二氧化碳、水、二氧化硫之外，還有一氧化碳、氫、甲烷等。現象就是黃色火焰、有殘炭、冒黑煙。第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院10不完全燃燒的產物CO、H2、CH4都是可燃成分，如果其繼續在空氣中燃燒，則可以得到以下平衡方程式：當n>1時，煙氣中肯定含有氧氣，如果條件合適則上述反應必然能夠進行，從而不完全燃燒的產物全部轉化為完全燃燒產物，則其體積減少：反應前后體積減少0.5Nm3Nm3/Nm3反應前后體積減少0.5Nm3反應前后體積不變蒸汽完全燃燒與不完全燃燒產物量關系對于扣除水分干煙氣，則有不完全燃燒程度越嚴重，產物體積增加越多第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院11當n<1時，如煙氣中不再有氧氣，對于第一個反應，由于缺少0.5Nm3氧氣和1.88Nm3的氮氣，而不能生成完全燃燒產物1Nm3二氧化碳和1.88Nm3的氮氣，亦即不完全燃燒產物比完全燃燒產物少1.88Nm3。同理煙氣中每含有1Nm3氫氣、1Nm3甲烷就會使產物比完全燃燒產物少1.88Nm3和9.52Nm3。因此對于煙氣與干煙氣存在關系：當n<1時，但是由于混合不均導致仍有殘留氧氣的話，那么若想完成上述反應則可以少加入空氣量為：則對于煙氣與干煙氣存在關系：第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院12第四節燃燒產物成分測定和驗證為了對燃燒過程進行控制，必須對燃燒產物進行檢測與分析。測定煙氣成分的取樣點要合理選擇，否則可能造成測定結果沒有代表性。煙氣分析儀一般分為兩類：化學式：利用特定的化學藥品對煙氣中各成分進行吸收，測定其含量。如奧氏（Orsat）分析儀。物理式：利用煙氣各成分的物理性質如對紅外線波長的選擇性吸收進行測定。如紅外氣體分析儀、光譜分析儀等紅外氣體分析儀奧氏氣體分析儀Testo氣體分析儀第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院13檢測方程對于固、液燃料干煙氣假設固、液燃料氣體燃料以上關系說明RO2’最大值僅與燃料特性有關第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院14對于完全燃燒對于不完全燃燒，n>1產物中含有的氧包括兩部分：一部分是未參與燃燒的，另一部分是不完全燃燒節省下來的，因此有：整理上述兩式得到（對于n<1也成立）不完全燃燒時，由于CO、CH4可產生同體積的CO2第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院15整理上述紅色三式n<1時，O2’=0n<1時，完全燃燒上述三式建立了RO2’最大值與產物成分之間的關系。例如煙氣中CO2的含量越是接近于最大值，越說明燃燒完全。整理燃料與產物成分關系，可得到氣體分析方程：完全燃燒對應著：利用以上公式可以煙正煙氣分析的準確性，燃料確定后，實際分析得到的氣體成分以該滿足上述公式。第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院16第五節氮平衡原理計算空氣消耗系數空氣消耗系數nLn-L0已經得到：反應前后氮平衡整理上述公式對于含氫少的燃料，完全燃燒時第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院17第六節燃燒溫度分析燃燒過程的熱量平衡關系燃料低位發熱量Qdw空氣顯熱Q空燃料顯熱Q燃產物顯熱Q產=Vnc產

t產向周圍的傳熱Q傳不完全燃燒熱損失Q不熱分解耗熱Q分產物溫度即實際燃燒溫度可以求得：絕熱系統中完全燃燒后產物溫度就是理論燃燒溫度：絕熱系統中，燃料、空氣不預熱，沒有熱分解條件下產物的溫度稱為燃料的理論發熱溫度：第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院18理論發熱溫度的計算聯立解方程組第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院19影響理論燃燒溫度的因素1、燃料的種類與發熱量：一般情況下發熱量越高，理論燃燒溫度越高；總體來說理論燃燒溫度與Qdw/Vn有關。2、空氣消耗系數：過量空氣系數越大，煙氣生成量越大，理論燃燒溫度越低。3、空氣燃料預熱溫度：提高預熱溫度，理論燃燒溫度提高。特別是對于發熱量較高的燃料，預熱空氣比預熱燃料效果好，因為發熱量越高，燃燒需要空氣量越多，那么空氣帶入物理熱也就越多。4、空氣富氧程度：在純氧或者富氧狀態下燃燒，理論燃燒溫度相對提高；因為煙氣生成量減少。aflamewithhightemperature

第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院20來源十七世紀法國寓言詩人拉·封丹的寓言《猴子與貓》一只猴子和一只貓看見爐火中烤著栗子，香氣撲鼻、但是有火不好拿。于是猴子靈機一動對貓說：“都說貓是膽小鬼，這回看你敢不敢把栗子拿出來。”小貓為了證實自己的勇敢，使把爪子伸到火里去取栗子。爪子碰到火，上面的毛立刻被燒焦了，痛得它大叫，急忙甩掉栗子。猴子趁機把栗子吃掉了?；鹬腥±醣扔鳛閯e人冒風險，徒然吃苦而得不到好處。以甲烷為例，當量比等于1.0情況下，在空氣中的絕熱火焰溫度為1957攝氏度；在氧氣中的絕熱火焰溫度為3120K。第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日2022/12/28河北工業大學能源與環境學院21富氧程度對煙氣量的影