燃烧理论第一讲燃烧计算.ppt

燃气燃烧理论与基础 参考教材：燃气燃烧与应用 燃烧理论与污染控制 华中科技大学 导论 燃烧科学的发展简史 燃烧是物质剧烈氧化而发光发热的现象 火的历史就是人类社会进步的历史 早期提出燃素论，不久被证明是错误的 由燃烧导致质量增加的现象发现空气中氧气参与反应 热力学热化学的发展，阐明了燃烧现象中燃烧反应热效应、燃烧产物组分、燃烧温度、着火温度等热力学特性 计算燃烧学使其达到了一个新的高度 燃气燃烧是燃烧学中的基础 燃烧科学的应用 现代社会的动力来源，主要来自于矿物燃料的燃烧 矿物燃料占到世界能源消费总量的80%以上，在可以预计的未来，人类依然严重依赖于矿物燃料。 高效经济地控制燃烧过程是燃烧学的主要研究方向 将化学能高效地转化为热能、电能、机械能，高温高压高速燃烧成为方向 预防和减少火灾造成的损失是燃烧学研究的另一重要方向 正常可控燃烧造福于人类，不可控非正常的燃烧常常会带来灾难。 燃烧造成的污染 燃料燃烧是大气污染的主要来源 粉尘、煤烟、液滴等气溶胶状态（Pm10、pm2.5、雾霾） 氧化硫、氧化碳、氧化氮、碳氢、卤素等气体状态 直接燃煤是我国大气污染的最根本原因；燃烧方式落后加重了大气污染；交通污染对城市影响巨大。 燃煤导致的烟尘、SO2、NOx、CO、CO2均为主要污染源 交通工具动力系统也是雾霾的主要来源，CO、NOx排放量很大 燃烧科学的研究方法 燃烧科学正从传统的经验科学成为一门系统的，以数学为基础的综合学科理论，涉及热力学、流体力学、化学动力学、传热传质学、物理学等 一是燃烧理论方面的研究，以燃烧涉及的基本过程为研究对象。如燃烧反应动力学机理、着火、火焰传播、火焰稳定、预混及扩散火焰、层流与湍流燃烧、燃烧产物的形成机理等。 二是燃烧技术的研究，是应用理论研究的结果来解决工程技术中的实际问题。如燃烧方法的改进、燃烧过程的组织、节能减排等。 第一章 燃气的燃烧计算 一 燃气的热值 1. 燃烧及燃烧反应计量方程式 2. 燃气热值的确定 1 m3燃气完全燃烧后，其烟气被冷却至初始温度所放出的热量称为该燃气的热值，单位为kJ/m3。当燃烧烟气中H2O以气体状态排出时，燃烧所放出的热量称之为低热值；当H2O以凝结水状态排出时，蒸汽中所含的潜热得以释放，此种状态下所放出的热量称之为高热值。显然，燃气的高热值大于低热值，差值为水蒸气的气化潜热。 单一可燃气体的热值是已知的，混合气体的热值可以由各单一气体的热值根据混合法则进行计算 二、 燃烧所需空气量 1. 理论空气需要量：指按燃烧反应计量方程式，1m3（或kg）燃气完全燃烧所需的空气量，是燃气完全燃烧所需的最小空气量，单位为m3/m3或m3/kg。 一般情况下空气需要量与燃气热值成正比，可以用燃气热值进行近似计算。对于烷烃类燃气 二、 燃烧所需空气量 2. 实际空气需要量 实际供给的空气量一般应大于理论空气需要量，即要供应一部分过剩空气。 实际供给的空气量与理论空气需要量之比称为过剩空气系数 在燃烧过程中，正确选择和控制过剩空气系数值的大小是十分重要的，过小或过大都会导致不良后果：过小会导致不完全燃烧，造成能源的浪费和对环境的污染；过大则使烟气量增大，炉膛温度与烟气温度降低，导致换热设备换热效率的降低与排烟热损失的增大，同样造成能源的浪费。因此，先进的燃烧设备一般在保证完全燃烧的前提下，尽量使α值趋近于1。而随时掌握燃烧设备的α值又是我们监测燃烧器具运行工况的重要手段。 三、 燃烧产物的计算 当只供给理论空气量时，燃气完全燃烧后产生的烟气量称为理论烟气量。当有过剩空气时，称为实际烟气量。 1. 理论烟气量（α=1时） 2. 实际烟气量（α1时），VRO2同上 三、 燃烧产物的计算 式中 da—空气的含湿量（kg/m3干空气）。 —实际烟气中三原子气体、水蒸气、氮气、过剩氧的体积（m3/m3干燃气）； 3. 烟气的密度 式中 ρf0—标准状态下烟气的密度（kg/m3）； ρgdr—燃气的密度（kg/m3干燃气）。 三、 燃烧产物的计算 将其中的N2用燃气容积成分表示并代入整理得： 4、烟气中CO的计算 β——燃料系数 当 时 又 =1时 三、 燃烧产物的计算 5、过剩空气系数的确定 a.完全燃烧时 过剩氧量由干烟气中自由氧的体积分数确定 则过剰空气量为 同时，实际空气量可用干烟气中空气带入的氮气来确定 三、 燃烧产物的计算 对于大多数燃气，N含量可以不计 b.不完全燃烧时 考虑不完全燃烧产物少消耗的氧量 所以 四、 燃烧温度 1. 燃气燃烧温度 燃气燃烧时所放出的热量加热燃烧产物（烟气