第四 章 物质平衡及热平衡.ppt

§4—3 燃烧温度和烟气焓 燃料和空气送入炉内进行燃烧，它们带入的热量包括两部分： 其一是由燃料和空气带入的物理显热(燃料和空气的热焓)； 其二是燃料的化学热量(发热值)。 如果燃烧过程在绝热条件下进行，上述两种热量全部用于加热烟气本身，则烟气所能达到的温度称为热量计温度。 标准状态下，燃料燃烧前后的热平衡方程式为 如果在热平衡方程式中扣除化学不完全燃烧(包括CO2和H2O的分解吸热)而损失的热量和机械不完全燃烧而损失的热量后（即燃烧为实际状态），全部热量用来加热烟气后所获得的烟气温度称为 理论燃烧温度 或绝热火焰温度。 理论燃烧温度的高低与燃料的热值、燃烧产物的热容量、燃烧产物的数量、燃料与空气的温度和过量空气系数等因素有关。 一般说来，理论燃烧温度随燃料的热值的增大而增大。 当燃料中含有较多的重烃时，由于热值增高，理论燃烧温度也增高。 但是，有时热值较低的燃料的理论燃烧温度可能高于热值较高的燃料的理论燃烧温度。这主要是燃烧产物的数量和比热等因素起了主要作用。 若过量空气系数太小，由于燃烧不完全，不完全燃烧热损失增大，使得理论燃烧温度降低。 若过量空气系数太大，则增加了燃烧产物的数量，使燃烧温度也降低。 因此，为了提高燃烧温度，应在保证完全燃烧的前提下尽量降低过量空气系数的数值。 预热空气和燃料均可提高理论燃烧温度。由于燃烧时空气量比燃料量大，预热空气对提高理论燃烧温度的影响更为明显。 由于吸热和散热，炉膛内的实际燃烧温度比理论燃烧温度要低得多。 二、烟气焓值的确定 在锅炉的热力计算或热工试验时，常常需要根据烟气的温度求得烟气的焓或者由烟气的焓求得烟气的温度。 烟气焓的计算是以1kg固体及液体燃料或标准状态下1m3气体燃料为基础进行计算的，并且以0℃作为起算点。 烟气焓值等于理论烟气焓、过量空气焓和飞灰焓之和。 各种成分的平均定压比热见表4-8. 3)随理论空气量带入的水蒸气的体积。 设1kg干空气中含有的水蒸气为d(g／kg)，则标准状态下，lm3干空气中含有的水蒸气的质量为1.293d (kg)。 实际燃烧是在过量空气(α1)条件下进行的，故实际烟气体积中除理论烟气量外，还有过量空气及随过量空气带入的水蒸气。 气体燃料 燃气中各可燃组分单独燃烧后产生的理论烟气量可通过燃烧反应式来确定。 具体可见有关教材。 由于三原子气体、水蒸气对炉内辐射换热具有明显的影响，在进行燃烧产物计算时，还需计算三原子气体、水蒸气的容积份额、分压力。 二、完全燃烧方程和不完全燃烧方程 锅炉实际运行中，往往有不完全燃烧产物(一氧化碳、氢、碳氢化合物等)存在于烟气中。 氢及碳氢化合物通常含量极少，可不考虑，而一氧化碳含量则不能忽略。 烟气量一般是借助于烟气分析仪来确定的，即通过烟气分析测定各种成分的容积份额，并据此计算出干烟气量，同时用计算的方法求出烟气中的实际水蒸气容积，然后计算出烟气的总容积。 用烟气分析仪测定的是干烟气中各种成分的容积份额： 由碳的燃烧化学反应式可知，无论是生成二氧化碳还是一氧化碳、二氧化碳兼有，其总容积是相同的，即 代人上式，得 由上式计算出的干烟气容积与水蒸气容积之和即为不完全燃烧时的烟气总容积。 当不考虑烟气中含量极微的氢及碳氢化合物时，不完全燃烧时的烟气成分可表示为 RO2+O2+CO十N2=100 ％ 其中，三原子气体与氧所占干烟气的份额可由烟气分析仪测定。 三原子气体、一氧化碳和水蒸气生成时所消耗的氧，可根据它们的燃烧化学反应式予以确定，即 此式称为不完全燃烧方程式。 表示有不完全燃烧产物且只考虑一氧化碳时，烟气中各种成分的容积份额与燃料中元素组成成分之间应满足的关系。 因此，当烟气中剩余氧为零(即α=1)时，烟气中RO2值达到最大，即 锅炉运行时的过量空气系数α可根据烟气分析的结果予以确定。 由于燃料中的氮含量很少，燃烧后燃料释放出来的氮的容积远小于烟气中氮的容积，即 完全燃烧时，干烟气的组分为R02+O2十N2=100，即N2=100—(R02+O)，于是，上式成为 当通过烟气分析测出RO2和O2之后，便可由上式求得过量空气系数。 不完全燃烧时，烟气中的氧既来自过量空气，也来自理论空气中由于碳不完全燃烧而未消耗的氧。若不完全燃烧产生中仅考虑CO时，未消耗的氧的体积份额为0.5CO，即过量空气中的氧应为烟气分析测定的氧减去0.5CO。因此 此时，干烟气中氮的容积份额为 * * 第四章 物质平衡及热平衡 §4—1燃烧所需空气量 一、理论空气量 二、实际空气量 三、过量空气系数 §4—2燃烧产物及其计算 一、理论烟气量和实际烟气量 二、完全燃烧方程和不完全燃烧方程 三、烟气分析及运行过量空气系数的确定 §4—3燃烧温度和烟气焓 一、? 燃