冶金热工基础——第4章 燃料燃烧及计算.ppt

第一讲燃料的特性,第四章燃料及燃料计算,一、本课的基本要求,1．掌握燃料及其基本特性。2．掌握固（液）体燃料的组成物、成分分析方法、表示方法及换算。3．掌握气体燃料的组成物、成分分析方法、表示方法及换算。4．掌握高发热量、低发热量的概念及计算。,第四章燃料及燃料计算,二、本课的重点、难点重点燃料成分的换算。难点高发热量、低发热量的关系。,5．掌握标准燃料的定义及意义。6．了解冶金企业常用燃料的种类及特性。,第四章燃料及燃料计算,冶金炉热能主要来源于燃料的燃烧。,1．燃料的定义凡是在燃烧时能够放出大量的热，并且此热量能有效地被利用在工业或其他方面的物质。有效地被利用在技术上是可能的，在经济上是合理的。,2．对燃料的要求（1）在当前技术条件下，燃料燃烧时所放出的热量能有效地加以利用。（2）燃烧生成物呈气体状态，燃烧后的热量绝大部分含于其气体生成物之中。,第四章燃料及燃料计算,（3）燃烧产物（烟气）对熔炼（加热）设备不起破坏作用，无毒、无腐蚀作用。（4）燃烧过程易于控制。（5）资源丰富，便于开采。,有机物为主要组成的物质1）C、H热效应高，产物呈气态（CO2、H2O、）；2）CO2、H2O浓度不太大，一般无害；3）资源丰富。,3．燃料的种类按物态分固体燃料煤、焦炭、粉煤液体燃料汽油、煤油、重油、焦油气体燃料天然气、高炉煤气、焦炉煤气,第四章燃料及燃料计算,按来源分天然燃料煤、石油人造燃料焦炭、重油、高炉煤气为了保证产品产量、质量、降低燃耗、提高炉子寿命、防止环境污染，必须合理选择燃料燃料特性组织好燃烧过程燃烧机理炉子设计时，必须进行燃烧计算。,第四章燃料及燃料计算,4.1燃料的特性,4.1.1燃料的化学组成１固（液）体燃料的化学组成（1）固液）体燃料的基本组成组成物呈各种化合物形式存在的有机物质，组成元素有C、H、O、N、S，由SiO2、Al2O3、Fe2Ο3、CaO、MgO、Na2O等矿物杂质组成的灰分A，一部分水分W。,,,,,燃料质量好,第四章燃料及燃料计算,成分分析方法工业分析法测定燃料中的水分W、灰分A、挥发分产率V及固定碳F的含量及性质，作为评价燃料的指标。测定使用组成元素分析法测定燃料中C、H、O、N、S的质量百分含量，不能说明燃料由那些化合物组成以及这些化合物的形式，只能进行燃料的近似评价。燃料燃烧计算的重要原始数据成分表示方法及成分换算,,质量分数,表示,第四章燃料及燃料计算,根据需要共有四种表示方法，即供用成分、干燥成分、可燃成分、有机成分。,供用成分wCywHywOy＋wNy＋wSy＋wAywWy100实际应用，不稳定。,干燥成分,wCgwHgwOg＋wNg＋wSg＋wAg100,比较稳定,第四章燃料及燃料计算,可燃成分,wCrwHrwOr＋wNr＋wSr100,稳定,有机成分wCowHowOo＋wNo100,换算原理燃料中各成分在任何一种表示方法中，其质量相等。例如对碳而言,,,第四章燃料及燃料计算,,换算系数表4-2P202,热工计算时采用供用成分元素分析法wCrwHrwOrwNrwSr,工业分析法wWywAg,供用成分y,,可燃成分r,,供用成分y,干燥成分g,第四章燃料及燃料计算,,,,[例4-1]P202,（2）气体燃料的基本组成组成物简称煤气，它是由各种简单气体组成的混合物。,,,第四章燃料及燃料计算,,,CO引起中毒、CH4导致窒息、H2易爆，注意安全,分析前先将水分吸收掉，故分析结果表示燃料的干成分。实用煤气中总含有一定量水分，称为湿成分。水分单独测定，用一标准立方米干煤气中所含水分的质量来表示，符号为,。查附表16,成分表示方法及成分换算,体积分数,,表示有干成分和湿成分之分,煤气质量好,成分分析方法吸收法,第四章燃料及燃料计算,湿成分即供用成分,,干成分,,换算在标准状态下，lkg水蒸气的体积为,1.24m3/kg,lm3干煤气中水的含量为,g，则100m3干煤气所,含水蒸气的体积为,,m3,第四章燃料及燃料计算,湿煤气总体积为,100＋0.124,m3,换算原理燃料中各成分在任何一种表示方法中，其质量相等。例如对CO而言,,,,,第四章燃料及燃料计算,,换算系数,热工计算时采用湿成分。,[例4-2]P203,4.1.2燃料的发热量,1．发热量的定义,单位质量或单位体积燃料完全燃烧时所放出的热量。用Q表示，单位为kJ/kg或kJ/m3。燃料的发热量与燃烧产物的状态和温度有关。,第四章燃料及燃料计算,（1）高发热量QGw,燃烧产物温度,冷却到燃烧反应物的初始温度20℃）,冷凝为0℃的水,燃烧产物中的水蒸气,实验室内鉴定燃料的指标,（2）低发热量QDw,燃烧产物温度,,冷却到20℃的蒸气状态,工程上，燃料的发热量是指QDw,第四章燃料及燃料计算,20℃的水蒸气,,20℃的水,,0℃的水,,kJ/kg水,,kJ/kg,2．发热量的计算,（1）气体燃料各简单可燃气体的发热量之和，即,,kJ/m3,第四章燃料及燃料计算,（2）固（液）体燃料经验公式4-10P204,（3）混合煤气,,kJ/m3,3．标准燃料为了评价燃料的发热能力，国家规定发热量29.27103kJ/kg的燃料。,,第四章燃料及燃料计算,4.1.3各类燃料,1．气体燃料天然气高炉煤气焦炉煤气发生炉煤气CH4炼铁副产品炼焦副产品煤气化（4000Nm3/t铁）（300-330Nm3/t焦）热值高COH2热值低H2CnHm热值较高COH2热值低1.143-1.2860.122-0.1360.572-0.6430.171-0.214,2．液体燃料重油CnHm热值高1.358-1.429,,第四章燃料及燃料计算,泥煤褐煤烟煤（0.929-1.072）无烟煤1.115-1.143焦炭0.908-0.936高炉炼铁煤粉高炉喷吹,3．固体燃料煤,第四章燃料及燃料计算,P2264-2,返回,作业,第二讲燃烧计算,第四章燃料及燃烧计算,一、本课的基本要求,1．掌握气体燃料燃烧过程的三个阶段及关键性阶段，有焰燃烧、无焰燃烧的特点。,2．掌握气体燃料燃烧（,,）,的计算。,3．掌握固、液体燃料燃烧（,,）,的计算。,第四章燃料及燃烧计算,4．掌握n对热工过程的影响及一般选择原则。,二、本课的重点、难点,重点燃料燃烧（,,）,的计算。,难点n对热工过程的影响分析。,4.2燃料的燃烧,4.2.1气体燃料的燃烧,第四章燃料及燃烧计算,燃烧过程煤气与空气的混合、混合物的加热及着火、完成燃烧反应三个阶段。关键性阶段，影响燃烧速度。燃烧方法有焰燃烧及无焰燃烧有焰燃烧煤气与空气在燃烧器（简称烧嘴）中不先预混合，或只有部分混合，从燃烧器喷射进热设备后，边混合边燃烧的燃烧方法，即混合与燃烧同时进行，形成一个明显的火焰。特点火焰长，炉内温度分布均匀；燃烧空间的热强度低。,第四章燃料及燃烧计算,无焰燃烧煤气与空气在进入热设备前预先进行了充分混合，因此燃烧速度快，火焰很短甚至看不到火焰。特点燃烧空间的热强度高；火焰短，炉内温度分布不均匀。,4.2.2液体燃料的燃烧,燃烧过程油的雾化、油雾与空气的混合、混合物的预热分解、着火燃烧、完成燃烧反应。关键性阶段，影响燃烧速度。雾化方式雾化剂雾化和机械雾化,第四章燃料及燃烧计算,雾化剂雾化用空气或高压蒸汽作雾化剂。机械雾化高压重油自小孔喷入气体空间（旋转）。,4.2.3固体燃料的燃烧,燃烧过程准备（干燥、预热、挥发分逸出、C形成）、燃烧（挥发分燃烧、固定碳燃烧）、燃尽（灰分烧成灰渣）关键性阶段，影响燃烧速度。块煤层状燃烧粉煤悬浮燃烧,第四章燃料及燃烧计算,4.3燃烧计算,假设（1）气体的体积以标准状态（0℃，latm计算，22.4m3/kmol；（2）元素的分子量均以近似值计算，如氢的分子量取2；,（3）不考虑热分解产物，只计算燃烧反应产物；,第四章燃料及燃烧计算,（4）不考虑空气中的稀有气体及水蒸气；,干空气,,,,,湿空气水分含量按空气温度下的饱和水蒸汽含量计算。（5）完全燃烧条件依据燃烧的化学反应方程式。已知（1）燃料的种类和组成（湿成分、供用成分）,第四章燃料及燃烧计算,（2）空气消耗系数n（3）空气、煤气的预热温度,燃料成分表示方法不同，计算方法也不同。,4.3.1气体燃料的燃烧计算,可燃组成及其燃烧反应方程式列表4-4P211反应物与生成物之间的体积比,CO,O2CO2,1,1,第四章燃料及燃烧计算,1．空气消耗量理论空气消耗量,,m3/m3,为了保证完全燃烧,,实际空气消耗量,,m3/m3,式中n空气消耗系数，取决于燃料种类、燃烧设备、炉内气氛要求，经验选定。,2．燃烧产物量理论燃烧产物量,第四章燃料及燃烧计算,,m3/m3,实际燃烧产物量,m3/m3,3．燃烧产物成分燃烧产物中各种组成物所占的体积百分数。实际空气消耗量下,,第四章燃料及燃烧计算,,4．燃烧产物密度单位体积燃烧产物的质量，kg/m3已知燃烧产物成分时，密度即为各成分质量之和除以总体积Vn。各成分质量，如CO2之质量为,,kg,第四章燃料及燃烧计算,则,,kg/m3,湿空气,,m3/m3,,式中,,1m3干空气的饱和水蒸汽量，,g/m3,查附表16,4.3.2固、液体燃料的燃烧计算,可燃组成及其燃烧反应方程式列表4-5P214,第四章燃料及燃烧计算,反应物与生成物之间的摩尔比,CO2CO2,111,,,,,,1．空气消耗量理论空气消耗量,,m3/kg,实际空气消耗量,,m3/kg,第四章燃料及燃烧计算,2．燃烧产物量理论燃烧产物量,,m3/kg,实际燃烧产物量,,m3/kg,3．燃烧产物成分式（4-26）P2154．燃烧产物密度,,kg/m3,第四章燃料及燃烧计算,4.3.3空气消耗系数,,n是控制燃烧过程的一个重要参数。1．影响n的因素（1）燃料的种类气体燃料炉子温度,3．燃烧温度的计算（1）理论燃烧温度的计算,,,令,icpCcptth,,简化计算当温度要求炉温，满足生产需要。否则，选择,P224,QDw,燃料、n,、,,（2）绝热燃烧温度tK的计算试算法1）计算icp,第四章燃料及燃烧计算,2）假设t1及t2，据燃烧产物成分计算i1及i2,i1icpi2t1tkt2,3）内差法4影响燃烧温度的因素,,综合影响,（1）燃料的发热量,,,高温炉，选择发热量高的优质燃料。,第四章燃料及燃烧计算,（2）空气、煤气的预热,,,,低热值煤气，利用烟气余热。,（3）空气消耗系数,,,,,不完全燃烧,,,一般选择原则是在保证最大程度完全燃烧的前提下，n越小越好。（4）燃烧过程的热损失,第四章燃料及燃烧计算,,,隔热保温,（5）富氧鼓风,,（产物中,）,,28-30,[例4-7]P223[例4-8]P224,在助燃空气中加入氧气，,第四章燃料及燃烧计算,作业,P2264-134-14,返回,