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河北工业大学能源与环境学院 第四章燃烧反应计算 完全燃烧与不完全燃烧 第一节 空气需要量的计算 气体燃料理论空气量 空气消耗系数 第二节完全燃烧产物生成量 第三节不完全燃烧烟气生成量 第四节燃烧产物成分测定和验证 检测方程 第五节氮平衡原理计算空气消耗系数 第六节燃烧温度 理论发热温度的计算 影响理论燃烧温度的因素 参考文献 * 1、完全燃烧：燃料中的碳、氢（或碳氢化合物）、硫等均与氧充分反应而生产二氧化碳、水与二氧化硫。产物中还有一些氮气与氧气。 2、不完全燃烧：上述反应后仍有燃料过剩，或者燃烧反应之外还有其它反应。产物除二氧化碳、水、二氧化硫之外，还有一氧化碳、氢、甲烷等。 固、液体燃料，质量百分数为： 对于C的反应存在关系： 对于H的反应存在关系： 对于S的反应存在关系： 则千克燃料需氧量： 折算成空气的体积量则是单位燃料燃烧所需理论空气量 气体燃料体积百分数为： 可燃成分反应方程式为： 单位体积气体燃料的理论需氧量与理论空气量分别为： Nm3/Nm3 过量空气系数：实际燃烧过程中，为了保证完全燃烧，往往供给比理论空气量更多的空气；有时候工艺要求需要少供给空气。实际供给的空气与理论空气量的比值，称为空气消耗系数（余气系数）。当它大于1时就是过量空气系数?（过剩空气系数，或n）。空气过量时，为贫油（或贫燃）；空气不足时，为富油（或富燃） 对于湿空气，计算空气需要量的时候要将水分估计在内。假如单位体积空气中所含水分为g克，折算成体积含量为： Nm3/Nm3 那么，实际空气需要量为： 油气比f：指燃料与空气混合物中燃料和空气的质量（或质量流量）之比。当两者的混合比例恰好等于化学恰当比时，称为化学恰当油气比fs。当ffs时，贫油；ffs时，富油。 当量比 ：实际油气比与化学恰当油气比之比，即f/fs。是空气消耗系数的倒数。 Lean pre-mixed methane/air flame Partially pre-mixed fuel rich methane/air flame （左）火焰直摄照片 （右）火焰纹影照片 对于固体液体燃料，完全燃烧的产物生成量称为理论产物生成量V0。 产物量为： 若考虑空气过量Ln，则产物中水分、氮气、氧气含量发生变化 燃料原有水分 未参与反应氧 产物成分一般表示为各组成的体积百分数。 理论产物与实际产物分别为 讨论： 1、V0只与燃料成分有关，可燃成分越高、发热量越大，理论产物越多； 2、Vn不仅与燃料成分有关，还与空气过剩系数n有关； 3、空气过剩系数越大，VO2越大，实际烟气量也愈大；烟气的氧化性气氛越强。 产生不完全燃烧的原因：1、空气供给量不足，n1，烟气呈还愿性；2、n1，但是燃料空气混合不均匀，或者液体燃料雾化不良。 不完全燃烧的产物：除二氧化碳、水、二氧化硫之外，还有一氧化碳、氢、甲烷等。现象就是黄色火焰、有残炭、冒黑烟。 不完全燃烧的产物CO、H2、CH4都是可燃成分，如果其继续在空气中燃烧，则可以得到以下平衡方程式： 当n1时，烟气中肯定含有氧气，如果条件合适则上述反应必然能够进行，从而不完全燃烧的产物全部转化为完全燃烧产物，则其体积减少： 反应前后体积减少0.5Nm3 Nm3/Nm3 反应前后体积减少0.5Nm3 反应前后体积不变 蒸汽 完全燃烧与不完全燃烧产物量关系 对于扣除水分干烟气，则有 不完全燃烧程度越严重，产物体积增加越多 当n1时，如烟气中不再有氧气，对于第一个反应，由于缺少0.5Nm3氧气和1.88Nm3的氮气，而不能生成完全燃烧产物1Nm3二氧化碳和1.88Nm3的氮气，亦即不完全燃烧产物比完全燃烧产物少1.88Nm3。同理烟气中每含有1Nm3氢气、 1Nm3甲烷就会使产物比完全燃烧产物少1.88Nm3和9.52Nm3 。 因此对于烟气与干烟气存在关系： 当n1时，但是由于混合不均导致仍有残留氧气的话，那么若想完成上述反应则可以少加入空气量为： 则对于烟气与干烟气存在关系： 为了对燃烧过程进行控制，必须对燃烧产物进行检测与分析。测定烟气成分的取样点要合理选择，否则可能造成测定结果没有代表性。烟气分析仪一般分为两类： 化学式：利用特定的化学药品对烟气中各成分进行吸收，测定其含量。如奥氏（Orsat）分析仪。 物理式：利用烟气各成分的物理性质如对红外线波长的选择性吸收进行测定。如红外气体分析仪、光谱分析仪等 红外气体分析仪 奥氏气体分析仪 Testo气体分析仪 对于固、液燃料干烟气 假设 固、液燃料 气体燃料 以上关系说明RO2’最大值仅与燃料特性有关 对于完全燃烧 对于不完全燃烧，n1