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文檔簡介

1、第一篇 燃料概論 燃料的概念: 各種有機(jī)和無機(jī)復(fù)雜化合物的混合物,經(jīng)過熄滅可以將其化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿奈镔|(zhì),同時(shí)在技術(shù)上是可行的,經(jīng)濟(jì)上是合理的。 規(guī)范煤的概念: 規(guī)范煤是指每千克運(yùn)用基低位熱值為29.27兆焦MJ相當(dāng)于7000卡的煤。第一章 固體燃料 一、煤的種類:泥煤,褐煤,煙煤,無煙煤 1、泥煤 地質(zhì)年代最近的煤,含水量40以上,風(fēng)干堆積密度300-450kg/m3,在化學(xué)成分上氧含量高達(dá)30%左右,含炭量相對較低。揮發(fā)分高,可燃性較好。含硫量較低,機(jī)械強(qiáng)度低。主要用于鍋爐和汽化原料。 褐煤 由泥煤進(jìn)一步變化而成,完成了植物遺體的炭化過程,密度較大,含炭量較高,含氫和氧量較少,揮發(fā)分產(chǎn)率低

2、,吸水性小,機(jī)械強(qiáng)度較大。 第一章 固體燃料 .煙煤 由褐煤進(jìn)一步變化而成,密度大,含炭量較高,含氫和氧量較少,揮發(fā)分產(chǎn)率低,吸水性強(qiáng),堆積密度750-800kg/m3,機(jī)戒強(qiáng)度較大,最大特點(diǎn)是粘接性好。煙煤運(yùn)用范圍廣,是冶金和動(dòng)力工業(yè)不可短少的燃料,也是煉焦的主要原料。 無煙煤 炭化程度最高,地質(zhì)年代最長遠(yuǎn)的煤,含炭量最高,密度大,機(jī)戒強(qiáng)度大,揮發(fā)分極少,吸水性小,熱值高,灰分少,含硫量低。第一章 固體燃料CHON泥煤57.05.236.81.0褐煤65.04.030.01.0煙煤88.05.35.01.7無煙煤94.02.91.91.2二、煤的化學(xué)組成煤都是由七種成分組成無機(jī)物礦物質(zhì) A,

3、水分 M 有機(jī)物 C,H,O,N,S元素方式第一章 固體燃料三、煤的成分表示基準(zhǔn)及其換算 應(yīng) 用 基ar 空氣枯燥基ad 干 燥 基 d 可 燃 基daf A C H O N S M A FC V M 灰分 固定炭 揮發(fā)分 水分 運(yùn)用基成分: Cy %+ Hy %+Oy %+ Ny %+ Sy %+Ay+My=100% 枯燥基成分: Cg %+ Hg %+Og%+ Ng %+ Sg %+Ag=100% 可燃基成分: Cr %+ Hr %+Or %+ Nr %+ Sr %=100% 第一章 固體燃料四、煤的主要特性 (一) 煤的發(fā)熱量熱值 1煤的發(fā)熱量的根本概念 煤的發(fā)熱量是評價(jià)燃料質(zhì)量的重要目

4、的,也是計(jì)算熄滅溫度和燃料耗費(fèi)量的重要根據(jù)。 高發(fā)熱量QhMJ/kg:燃料完全熄滅后熄滅產(chǎn)物冷卻到使其中的水蒸氣凝結(jié)成0的水時(shí)放出的熱量。 低發(fā)熱量QlMJ/kg:燃料完全熄滅后熄滅產(chǎn)物冷卻到20時(shí)放出的熱量。第一章 固體燃料 五、煤的主要特性 (一) 煤的發(fā)熱量熱值 二煤的比熱和導(dǎo)熱系數(shù) (三) 粘結(jié)性和結(jié)焦性 四 熱穩(wěn)定性 五反響性和可燃性煤的活性 石油產(chǎn)品 液化石油氣、汽油、煤油、輕柴油、重柴油、重油、殘?jiān)偷取?汽油、煤油、輕柴油主要用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料;重柴油、重油普通用于各種工業(yè)窯爐和鍋爐的燃料;液化石油氣主要用于民用燃料。 一、 油的化學(xué)組成 成分: C,H,O,N,S;A,M

5、C H O + N S 85-88% 10-13% 0.5-1.0% 0.2-1.0% 第二章 液體燃料二、油的運(yùn)用性能 燃油的閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和著火點(diǎn)是液體燃料的非常重要的性能目的,關(guān)系到用油的平安技術(shù)和熄滅條件。 1閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和著火點(diǎn)閃點(diǎn):遇小火能發(fā)生閃火的溫度80-130 C。燃點(diǎn):遇小火閃火后能繼續(xù)熄滅的溫度閃點(diǎn)+10 C。著火點(diǎn):溫度繼續(xù)升高并發(fā)生自燃的溫度500-600C。 第二章 液體燃料2. 重油的粘度3重油的密度 20 = 0.92-0.98 t/m34比熱和導(dǎo)熱系數(shù) Cp=1.31.7 kj/kg. 5重油的發(fā)熱量 QL = 39.942.0 MJ/kg5重油的含硫量 重油含硫量

6、不能大于1%。第二章 液體燃料 一、城市燃?xì)?符合國家城市燃?xì)庖?guī)范的氣體燃料叫城市燃?xì)?城市燃?xì)夥诸怗B/T11-92)。 1人工煤氣 RManufactured gas 焦?fàn)t煤氣:煉焦過程的副產(chǎn)品 油制氣:利用重油進(jìn)展熱裂解和催化裂解獲得的氣 體燃料。 主要成分:H2 CO CH4 CmHn N2 CO2 O2 第三章 氣體燃料第三章 氣體燃料2天然氣 T氣田氣和油田氣Natural gas 一種從氣田或者油田直接開采的天然氣體燃料主要成分 CH4=9098%。 主要成分: CH4 CmHn N2 CO2 微量H2O, H2S QL=3500037000 kJ/Nm3 8000-10000

7、kCal /Nm3 密度:0.70.8 kJ/Nm3 3液化石油氣YLPG Liquified Petroleum Gas 石油煉制過程的副產(chǎn)品,主要成分為C3 和C4的烴類主要是丙烷、丁烷和丁烷、丁烯,在常溫下加壓大約1.6MP就可以液化,可以用高壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)存,減壓就可以汽化。 主要成分: C3H8 C4H8 C3H10 C4H10 CmHn 氣態(tài)熱值: QL=87900108900 kJ/Nm3 21000-26000 kCal /Nm3 液態(tài)熱值: QL=4520046100 kJ/Nm3 氣態(tài)密度: 1.952.36 kJ/Nm3 第三章 氣體燃料 二、氣體燃料的組分 1可燃組分氣體:H

8、2,CO,CH4,CmHn, 2不可燃組分氣體:N2,CO2,O2, H2O 3雜質(zhì):有機(jī)硫, H2S,NH3, 焦油蒸汽等 第三章 氣體燃料三、氣體燃料成分的表示方法 氣體燃料都是由各單一氣體組成的混合物。燃?xì)獾膩碓春头N類不同他們的組成和發(fā)熱量也不同。 1.成分表示方法 氣體燃料的組成是用所含各單一氣體的體積百分?jǐn)?shù)來表示的,有所謂“濕成分和“干成分兩種表示方法。濕成分:COS %+ HS2% +CHS4% +COS2%+NS2% +OS2% +H2OS =100 %干成分:COg %+ Hg2% +CHg4% +COg2%+Ng2% + Og2 % =100 % 第三章 氣體燃料 第二篇 燃

9、料熄滅計(jì)算熄滅計(jì)算的根本原理: 燃料 + 氧化劑 = 熄滅產(chǎn)物 煤、油、燃?xì)?空氣/氧氣 CO2、H2O、SO2、N2 、O2 ,灰 不完全熄滅產(chǎn)物還有: CO、H2、 CH4,C 計(jì)算的主要根據(jù): 質(zhì)量守衡 物料平衡 計(jì)算空氣量和煙氣量 能量守衡 熱量平衡計(jì)算熄滅溫度 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量一、固體和液體燃料的實(shí)際空氣需求量計(jì)算實(shí)際空氣量:按化學(xué)計(jì)量比計(jì)算的單位燃料完全熄滅所需求的空氣量叫實(shí)際空氣量Nm3/kg;Nm3/ Nm3。燃料成分為: C % + H % + O % + N % + S % + A % + W % = 100 % 可燃組分為: C ,H, S 其中碳的熄滅

10、: C + O2 = CO2 數(shù)量關(guān)系: 12 + 32 = 44 kg每公斤碳熄滅的需氧量為: 1 + 8/3 = 11/3 kg / kg 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量對于氫的熄滅: H2 + 0.5 O2 = H2O 數(shù)量關(guān)系: 2 + 16 = 18 kg每公斤氫熄滅的需氧量為: 1 + 8 = 9 kg / kg 硫熄滅時(shí): S + O2 = SO2 數(shù)量關(guān)系: 32 + 32 = 64 kg每公斤氫熄滅的需氧量為: 1 + 1 = 2 kg / kg 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量因此,每公斤燃料完全熄滅所需求的實(shí)際氧氣質(zhì)量為: kg / kg (4-2)在規(guī)范形狀下1k

11、g mol的氣體體積量為22.4 Nm3,所以標(biāo)準(zhǔn)形狀下氧的密度為32/22.4=1.429 Nm3/kg 。 故每公斤燃料完全熄滅所需求的實(shí)際氧氣體積量為: Nm3 / kg (4-3)1001)838(2. 0OSHCGO1001)838(429. 112. 0OSHCLO 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量普通的工業(yè)熄滅都是在空氣中熄滅,熄滅所需求的實(shí)際空氣量為: Nm3 / kg (4-5)或者可以寫為: Nm3/kg (4-5a)1001)838(21. 0429. 11. 0OSHCL)33. 333. 367.2689. 8(01. 0. 0OSHCL 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)

12、物生成量二、氣體燃料的實(shí)際空氣需求量 氣體燃料的體積百分?jǐn)?shù)成分組成為:CO % + H2% + CH4 % + CnHm% + H2S % +CO2 % +O2% +N2 % +H2O % =100 % 各可燃組分的化學(xué)反響方程式為: 其中CO的熄滅: CO +0.5O2 = CO2 氫的熄滅: H2+0.5O2 = H2O 碳?xì)浠衔锏南纾?硫化氫的熄滅: H2S + 1.5O2 = H2O + SO2222mnCO2m OnH )O4m (n HC 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量1 Nm3燃?xì)馔耆绲膶?shí)際空氣量為: Nm3/Nm3(4-8) 小結(jié):1、實(shí)際空氣量的大小與燃料的元素成

13、分或氣體的成分有關(guān),不同的燃料其實(shí)際空氣量不同。2、對于液體燃料其元素成分主要是碳和氫,而且含量大致一樣,因此液體燃料的實(shí)際空氣量根本相等。如:汽油 L0=11.43Nm3 / kg,煤油 L0=11.34Nm3 / kg,重餾分油 L0=11.25Nm3 / kg。 2222105 . 1)4(5 . 05 . 0 76. 4OSHHCmnHCOmn22220105 . 1)4(5 . 05 . 0 21. 01OSHHCmnHCOLmn 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量 三、實(shí)踐空氣需求量與過??諝庀禂?shù) 過??諝庀禂?shù):n=Ln/L0 實(shí)踐空氣量: Ln=nL0 過??諝饬浚?Ln-L0=

14、 nL0-L0=(n-1) L0 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量 過??諝庀禂?shù)對實(shí)踐熄滅過程的影響: 1、當(dāng)n大于1時(shí),實(shí)踐空氣量Ln大于實(shí)際空氣需求量L0,空氣量有富有,可以滿足完全熄滅的需求。但是假設(shè)n過大,熄滅剩余的空氣量過多,會(huì)呵斥熄滅溫度降低,煙氣量添加和排煙熱損失增大。 2、當(dāng)n小于1時(shí),實(shí)踐空氣量Ln小于實(shí)際空氣需求量L0,空氣量過小會(huì)呵斥燃料的不完全熄滅,熄滅溫度也會(huì)降低。 3、當(dāng)n=1時(shí),Ln=L0 ,實(shí)踐空氣量Ln等于實(shí)際空氣需求量L0,實(shí)際上燃料可以完全熄滅,無多余燃料也無多余的空氣,此時(shí)熄滅的溫度最高。這時(shí)的燃料與空氣之比叫化學(xué)當(dāng)量比。 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物

15、生成量 完全熄滅的煙氣量計(jì)算 熄滅產(chǎn)物的量可以根據(jù)熄滅反響前后的物質(zhì)平衡關(guān)系進(jìn)展計(jì)算。完全燃時(shí)單位燃料熄滅后的產(chǎn)物包括:CO2 ,SO2 ,H2O,O2 ,N2 Nm3 / kg或者Nm3 / Nm3 (4-11) 22222ONOHSOCOnVVVVVV 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量一、固體和液體燃料的煙氣量對于固體和液體燃料,根據(jù)4-1可以得到以下各生成物的數(shù)量關(guān)系: Nm3 / kg4-13000) 1(10021100791001.284 .22.00124. 01001.184 .22).9(1004 .22.321001.644 .2221004 .2212444 .2210

16、0131122222LnVnLNVgnLMHVSSVCCVONOHSOCO 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量將以上代入式4-11整理后可以得到燃料完全熄滅的實(shí)踐煙氣量為: Nm3 / kg4-14-a 當(dāng) n=1時(shí),得到燃料完全熄滅的實(shí)際煙氣量為: Nm3/kg4-14-b0000124. 0)10021(1004 .22)281823212(gnLLnNMHSCVn00000124. 0100791004 .22)281823212(gnLLNMHSCV 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量當(dāng)不計(jì)空氣中的水分時(shí),燃料完全熄滅的實(shí)際煙氣量為: Nm3 / kg4-15完全熄滅的實(shí)踐煙氣量與實(shí)際

17、煙氣量的數(shù)量關(guān)系為: Nm3 / kg 4-12-a00) 1(LnVVn00100791004 .22)281823212(LNMHSCV 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量 二、氣體燃料的煙氣量對于氣體燃料,由4-6根據(jù)物質(zhì)平衡關(guān)系可以得到: Nm3/ Nm3 4-1600022222) 1(10021100791001.00124. 01001).2(1001.1001).(22222LnVnLNVgnLOHSHHCmHVSHVCOHnCCOVONmnOHSOmnCOnL 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量完全熄滅時(shí)氣體燃料的實(shí)踐煙氣量為: 實(shí)際煙氣量n=1時(shí),不思索空氣的水分為: 氣體

18、燃料的實(shí)踐煙氣量也同樣可以寫為: 002222200124. 0)10021(100102)2(gnLLnHNCOSHHCmnHCOVmnn022222010079100102)2(LHNCOSHHCmnHCOVmn00) 1(LnVVn第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量關(guān)于V0、Vn的影響要素以及與n之間的關(guān)系分析: 1、實(shí)際煙氣量V0的大小與燃料的元素成分或氣體的成分有關(guān),不同的燃料其實(shí)際實(shí)際煙氣量不同;燃料中可燃成分越高,發(fā)熱量越大,實(shí)際煙氣量V0也就越大。 2、實(shí)踐煙氣量Vn的大小除與燃料的元素成分或氣體的成分有關(guān)外,還與過剩空氣系數(shù)n的大小有直接關(guān)系,n值越大Vn也就越大。 3、熄滅

19、煙氣的成分比例與燃料的元素成分有關(guān),也與過??諝庀禂?shù)n有關(guān),n值越大,過??諝饬刻砑樱瑹煔庵羞^剩的O2 ,N2的比例增大。 3 不完全熄滅的煙氣量計(jì)算 呵斥不完全熄滅的根本緣由主要是: 空氣供應(yīng)缺乏;燃料與空氣混合不均勻; 燃料油霧化不良 ;熄滅設(shè)備的其它問題。 完全熄滅產(chǎn)物:CO2 、SO2 、H2O、N2、O2 不完全熄滅還能夠有:CO、H2、CH4忽略H2S、CmHn 處理問題的方法:計(jì)算對于部分問題; 實(shí)驗(yàn)測定無法計(jì)算的 第四章 空氣需求量及熄滅產(chǎn)物生成量第五章 熄滅溫度 熄滅溫度即熄滅產(chǎn)物所到達(dá)的溫度,熄滅溫度與燃料種類及組成、熄滅條件、傳熱條件等要素有關(guān)。熄滅溫度的高低取決于熄滅過

20、程中的熱量收支的平衡關(guān)系。 熄滅溫度計(jì)算原理: 熱量平衡方程式以1kg或1m3燃料為單位: Qd+ Q空+ Q燃 = Q產(chǎn) + Q傳 + Q不 + Q分 Q產(chǎn) = VnC產(chǎn)t產(chǎn) t產(chǎn) 為熄滅溫度 Q空 =Lnc空t空 Q燃= c燃t燃 第五章 熄滅溫度 由熱平衡方程可以得到熄滅煙氣的溫度為: 1實(shí)踐熄滅溫度 : t產(chǎn) = Qd +Q燃 +Q空 Q傳 Q不 Q分/ VnC產(chǎn) 實(shí)踐熄滅溫度影響要素很多,隨爐子的工藝過程、熱工過程和爐子的構(gòu)造不同而變化。由于情況復(fù)雜,實(shí)踐熄滅溫度是不能簡單計(jì)算出來的。第五章 熄滅溫度 2實(shí)際熄滅溫度假設(shè):絕熱 ,完全熄滅 t理 = Qd +Q燃 +Q空 Q分/ Vn

21、C產(chǎn) 實(shí)際熄滅溫度是燃料熄滅過程的重要目的,它闡明燃料在絕熱條件下完全熄滅可以到達(dá)的最高溫度。 第五章 熄滅溫度 3量熱計(jì)溫度 假設(shè):絕熱,完全熄滅,忽略熱分解 t 量 = Qd +Q燃 +Q空 / VnC產(chǎn) 量熱計(jì)溫度溫度是不思索任何熱損失的實(shí)際熄滅溫度。 第五章 熄滅溫度 4燃料實(shí)際發(fā)熱溫度假設(shè) n = 1,完全熄滅,燃料 與空氣都不預(yù)熱,絕熱,忽略熱分解: t 熱 = Qd / V0C產(chǎn) 是燃料性質(zhì)評價(jià)目的,由燃料性質(zhì)所決議。 燃料實(shí)際發(fā)熱溫度和實(shí)際熄滅溫度可以根據(jù)燃料性質(zhì)和熄滅條件計(jì)算出來。 第五章 熄滅溫度 影響實(shí)際熄滅溫度的要素: 一、燃料的性質(zhì) Qd / V0提高, t 理 也提

22、高 二、空氣耗費(fèi)系數(shù)n n添加, t 理降低。 三、空氣或煤氣預(yù)熱 提高了Q空Q燃, t 理 也提高。 四、空氣富氧程度的影響 富氧程度提高 t 理 提高 第六章 空氣耗費(fèi)系數(shù)及不完全熄滅 熱損失的檢測計(jì)算 1 熄滅產(chǎn)物成分的測定和驗(yàn)證 一、熄滅產(chǎn)物成分的測定: 采用煙氣成分測定方法測定煙氣成分: 完全熄滅產(chǎn)物: RO2CO2、SO2、H2O、N2、O2 不完全熄滅產(chǎn)物:RO2CO2 、SO2 、H2O、N2、O2 、 CO、H2、CH4 第六章 空氣耗費(fèi)系數(shù)及不完全熄滅 熱損失的檢測計(jì)算 二、煙氣的RO2 max氣體含量 RO2 max = 21 /1+ 當(dāng)煙氣中的SO2含量很低時(shí): CO2

23、 max = 21 /1+ 為燃料特性系數(shù),只于燃料成分特性有關(guān)。而煙氣中的RO2max僅與有關(guān),實(shí)踐上也與燃料成分直接相關(guān). 對于一定的燃料,其值和熄滅煙氣的RO2 max都是常數(shù). 第六章 空氣耗費(fèi)系數(shù)及不完全熄滅 熱損失的檢測計(jì)算 三、煙氣的不完全熄滅產(chǎn)物CO氣體含量 6-16 當(dāng)完全熄滅時(shí)CO=0: 當(dāng)n=1完全熄滅時(shí)CO=0: (煙氣中的最大CO2含量) 605. 0)1 (2122COOCO12122OCO121max2CO 第六章 空氣耗費(fèi)系數(shù)及不完全熄滅 熱損失的檢測計(jì)算 2 空氣耗費(fèi)系數(shù) n 的檢測計(jì)算 過剩空氣系數(shù)n對熄滅過程有很大影響,是熄滅過程的一個(gè)重要目的。設(shè)計(jì)爐子和

24、熄滅器時(shí),n值的大小按閱歷選取,爐子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)踐n值的大小只能根據(jù)燃料特性和煙氣成分計(jì)算。 根據(jù)燃料特性和煙氣成分,用氧平衡/氮平衡原理可以計(jì)算空氣耗費(fèi)系數(shù) n 第六章 空氣耗費(fèi)系數(shù)及不完全熄滅 熱損失的檢測計(jì)算 當(dāng)完全熄滅時(shí): 6-28 對于含氮和含氫量很小的燃料如焦碳、無煙煤等,N2=79那么: 過??諝庀禂?shù)只與煙氣中的過剩氧有關(guān)。22.217911NOn22121On 第七章 氣體射流的混合過程 5 5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流 一、旋轉(zhuǎn)射流的特點(diǎn):一、旋轉(zhuǎn)射流的特點(diǎn):1 1、具有軸向、徑向和切向、具有軸向、徑向和切向速度分量速度分量2 2、在流場的徑向和軸向都、在流場的徑向和軸向都有壓力梯度,

25、當(dāng)軸向壓有壓力梯度,當(dāng)軸向壓力梯度大并且為負(fù)值時(shí)力梯度大并且為負(fù)值時(shí)流體將會(huì)產(chǎn)生回流構(gòu)成流體將會(huì)產(chǎn)生回流構(gòu)成回流區(qū)。回流區(qū)。3 3、回流區(qū)使煙氣倒流構(gòu)成、回流區(qū)使煙氣倒流構(gòu)成中心高溫。中心高溫。二、旋轉(zhuǎn)射流的作用:二、旋轉(zhuǎn)射流的作用: 在熄滅技術(shù)中利用旋在熄滅技術(shù)中利用旋流的特流的特點(diǎn)來控制火焰長度、強(qiáng)化點(diǎn)來控制火焰長度、強(qiáng)化熄滅過熄滅過程和改善火焰的穩(wěn)定性。程和改善火焰的穩(wěn)定性。 第七章 氣體射流的混合過程 5 5 旋轉(zhuǎn)射流旋轉(zhuǎn)射流 三、旋流強(qiáng)度和旋流數(shù):三、旋流強(qiáng)度和旋流數(shù): 旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度叫旋流強(qiáng)度,而旋流強(qiáng)叫旋流強(qiáng)度,而旋流強(qiáng)度的強(qiáng)弱用旋流數(shù)度的強(qiáng)弱用旋流數(shù)S S

26、的大的大小來斷定。小來斷定。 旋流數(shù):旋流數(shù):G- G- 旋轉(zhuǎn)自在射流的角動(dòng)旋轉(zhuǎn)自在射流的角動(dòng)量量Gx - Gx - 旋轉(zhuǎn)自在射流的軸向旋轉(zhuǎn)自在射流的軸向動(dòng)量動(dòng)量R - R - 旋流器出口半徑旋流器出口半徑 RGGxS0o/vu 第八章 熄滅反響速度和反響機(jī)理 1 化學(xué)反響速度 一、化學(xué)反響速度 單位時(shí)間內(nèi)反響物濃度的變化叫化學(xué)反響速度: W = dC/d kMol/ m3s 例如: CO + H2O = CO2 + H2(復(fù)原反響) W = dCCO2/d = dCH2/d = - dCCO/d = - dCH2O/d 生成物的生成速度等于反響物的反響速度。 第八章 熄滅反響速度和反響機(jī)理

27、二、影響化學(xué)反響速度的要素 W = K0 exp E/RTCn 1. 溫度 T 溫度升高,反響速度加快;到一定溫度10000 K 后,添加緩慢; 2. 活化能 E (分子活化所必需的分子能量) 反響本身固有性質(zhì);E 高,難于反響; 3. 反響物濃度 C 濃度高,反響速度加快與反響級數(shù) n 有關(guān); 4. 反響物分壓 分壓大即 濃度也高,反響速度也加快 5. 反響級數(shù) n 由化學(xué)反響本身決議 。 第八章 熄滅反響速度和反響機(jī)理 2 可燃?xì)怏w的熄滅反響機(jī)理 一、鏈鎖反響機(jī)理 1、鏈的構(gòu)成過程-即反響物由于熱力活化或其他作用而構(gòu)成初始活化分子的過程。2、鏈的傳送過程-活化分子與反響物相互化合而產(chǎn)生反響

28、產(chǎn)物的同時(shí),又再生新的活化分子,在分支鏈鎖反響過程中,再生的新的消化分子數(shù)目要大于耗費(fèi)的活化分子數(shù)目。3、鏈的斷裂過程-亦即為活化分子與器壁,或與惰性分子相碰后而失去能量,活化分子銷毀的過程。 第八章 熄滅反響速度和反響機(jī)理 4 熄滅過程中NOX的生成機(jī)理 一、 NOX 的生成機(jī)理 煙氣中NOX來源于空氣以及燃料中N在熄滅的高溫下生成,是呵斥大氣環(huán)境污染的主要有害氣體之一。 包括 NO、 NO2 、 NO3 、 N2O 、 N2O3 、 N2O4 、 N2O5等各種氮的氧化物,主要是NO和NO2。 1. NO 生成機(jī)理直鏈反響 N2 + O = NO + N N + O2 = NO + O N

29、2 + O 2 = 2 NO Q 第八章 熄滅反響速度和反響機(jī)理 NO生成速度與O2 、N2濃度和反響區(qū)溫度有親密關(guān)系。 當(dāng)有水蒸氣時(shí),N + OH H + NO 2. NO2 生成機(jī)理 NO 的氧化 O2 + M = 2O + M M 為活化分子,M 為惰性分子 NO + O + M = NO2 + M NO + HOO = NO2 + OH HOO 羥基 第八章 熄滅反響速度和反響機(jī)理 二、NOX 生成的影響要素 1主要在火焰最高溫度區(qū)熄滅帶或之后生成 2煙氣在熄滅室停留時(shí)間 3火焰中N2 、 O2 的濃度,控制 n 4燃料中N NOX的生成主要與火焰中的最高溫度、氧和氮的濃度、以及氣體在

30、高溫下停留的時(shí)間有關(guān)。 第八章 熄滅反響速度和反響機(jī)理 四、降低煙氣中NOX的方法 1降低熄滅溫度程度,防止部分高溫 2控制過剩空氣系數(shù) n 3縮短煙氣在高溫區(qū)停留時(shí)間 4采用低 N 燃料 5低NOX熄滅方法: 二段熄滅法 煙氣循環(huán)法 沸騰熄滅法 第三篇 熄滅根本原理 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 自燃著火有兩個(gè)條件: (1) 可燃混合物應(yīng)有一定的能量儲(chǔ)存過程。 (2) 在可燃混合物的溫度不斷提高,以及活化分子的數(shù)量不斷積累后,其反響從不顯著的反響速度自動(dòng)地轉(zhuǎn)變到猛烈的反響速度。 熱力著火實(shí)際:以熱量平衡為分析根底?;瘜W(xué)反響發(fā)出的熱量超越散失的熱量,反響系統(tǒng)中當(dāng)熱量的集聚

31、到達(dá)著火溫度就能著火。著火溫度與燃料成分、濃度壓力、容器壁溫等要素有關(guān),著火溫度不是一個(gè)物性參數(shù)。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 1 著火過程與著火溫度 假設(shè)簡化模型:閉口體系,容積V,壁面溫度 T0 ,可燃混 合物溫度 T,濃度 C,并且均勻不變。 反響發(fā)熱量: Q1 = q W = q k0 Cn exp E / RT= A exp E /RT kj/m3 . s 系統(tǒng)散熱量: Q2 = FT T0/V = BT T0 kj/m3 . s 式中: A= q k0 Cn B= F/V 為常數(shù)。其中:q 反響的熱效應(yīng);V 混合物的容積 ;E 活化能;Cn 反響物濃 度;R 氣體常數(shù);k0 前指數(shù)因

32、子;T 化學(xué)反響溫度; 對流 放熱系數(shù) F 放熱面積 T0 可燃混合物的初溫;W 化學(xué)反響 速度。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 1 著火過程與著火溫度 一、熱力著火的過程分析 可燃混合物的化學(xué)反響在有限空間進(jìn)展時(shí),其化學(xué)反響不斷放熱的同時(shí)也會(huì)向系統(tǒng)以外散熱。在有散熱的情況下,系統(tǒng)內(nèi)部熱量的增量應(yīng)該等于系統(tǒng)放熱量與散熱量之差。因此,反響系統(tǒng)的能量平衡方程可以寫為: 21QQddTCv 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 1 著火過程與著火溫度 一、熱力著火的過程分析 只需當(dāng)系統(tǒng)的放熱量大于散熱量時(shí)才會(huì)有熱量的聚集,并且溫度不斷升高到達(dá)著火熄滅。因此熱力著火的首要條件是反響系統(tǒng)熱量的增量必需大于0,即: 經(jīng)過

33、分析反響系統(tǒng)的放熱和散熱情況以及熱量的平衡關(guān)系,可以確定熱力著火點(diǎn)的條件和位置。 詳細(xì)分析如下:021QQddTCv 第九章 預(yù)混氣的熱力著火一、熱力著火的過程分析 1平衡點(diǎn)1 在平衡點(diǎn)1以下,反響的放熱量Q1總是大于散熱量Q2,混合氣的溫度會(huì)不斷升高,同時(shí)散熱也逐漸增大,在1點(diǎn)到達(dá)平衡形狀Q1- Q2=0。假設(shè)溫度繼續(xù)升高,散熱將會(huì)強(qiáng)于反響放熱,過程將會(huì)重新向1點(diǎn)挪動(dòng)。1點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn),在此點(diǎn)化學(xué)反響不能夠自動(dòng)加速,也就不能夠自燃著火其反響是等溫反響。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火一、熱力著火的過程分析 2平衡點(diǎn)2 當(dāng)溫度稍低于T2時(shí),由于Q2 Q1溫度就會(huì)不斷下降直到1點(diǎn)才會(huì)重新平衡;假設(shè)溫度

34、稍高于T2,這時(shí)Q1Q2溫度將不斷提高,反響不斷加速,最后產(chǎn)生熱力著火。但這不是屬于自燃著火。由于可燃混合物從T0開場升溫,不能夠自行超越1點(diǎn),也就無法自動(dòng)到達(dá)2點(diǎn)而著火熄滅。 因此2點(diǎn)是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 一、熱力著火的過程分析 3改動(dòng)系統(tǒng)環(huán)境溫度T0 Q1 = A exp E /RT Q2 = BT T0 假設(shè)提高容器壁溫度T0,散熱線將向右邊平行挪動(dòng),假設(shè)兩條線相交,那么不論什么溫度下一直Q1Q2,系統(tǒng)內(nèi)將不斷有熱量聚集,混合物的溫度將不斷提高,反響速度不斷加快直到著火。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 一、熱力著火的過程分析 4平衡點(diǎn)B 放熱線與散熱線相切與B點(diǎn),在 B

35、點(diǎn)Q1- Q2=0,也是不穩(wěn)定點(diǎn),當(dāng)溫度 稍高于Tc時(shí),反響將急劇加速而引起爆 燃。 Q1 = A exp E /RT Q2 = BT T0 B點(diǎn)是發(fā)生熱自燃的臨界形狀點(diǎn)又 叫著火點(diǎn),B點(diǎn)所處的溫度TB稱為著火 溫度,而對應(yīng)于該反響的初始環(huán)境溫 度T0就是可以引起著火的最低環(huán)境溫度。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火一、熱力著火的過程分析 5改動(dòng)系統(tǒng)散熱條件 Q1 = A exp E /RT Q2 = BT T0 B= F/V減小 實(shí)現(xiàn)熱力著火 第九章 預(yù)混氣的熱力著火一、熱力著火的過程分析 6提高混合物壓力 Q1 = A exp E /RT Q2 = BT T0 A=q k0 Cn提高 實(shí)現(xiàn)熱力著火

36、 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 一、熱力著火的過程分析 在上述各種能夠的熱力著火條件下,引起著火的溫度點(diǎn)是不同的。在不同的外界條件下,可以經(jīng)過不同的途徑實(shí)現(xiàn)著火。燃料的熱力著火溫度不是物性常數(shù)而是受許多要素影響的變數(shù)。 實(shí)現(xiàn)熱力著火的能夠途徑: 1.提高混合氣的初始溫度T0 2.改動(dòng)散熱條件 F/V 3.添加可燃預(yù)混氣的壓力( P ) 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 一、熱力著火的過程分析 在上述各種能夠的熱力著火條件下,引起著火的最低溫度是不同的。因此燃料的熱力著火溫度不是物性常數(shù)而是受許多要素影響的變數(shù)。 熱力著火溫度的高低與以下各種要素有關(guān): 燃料和氧化劑的性質(zhì)物性 q E K0 環(huán)境溫度T0和壓

37、力Cn 容器的外形和大小F V 散熱條件 F/V 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 1 著火過程與著火溫度 二、熱力著火溫度 1、 熱力著火的必要條件 根據(jù)以上分析,可燃混合氣要產(chǎn)生熱自燃著火必需滿足: a. 在著火點(diǎn)系統(tǒng)的放熱量等于散熱量: b. 在著火點(diǎn)的放熱量與散熱量隨系統(tǒng)溫度變化的速率相等在著火點(diǎn)兩曲線的斜率一樣。 即: BBBBdTdQdTdQQQ)()()()(2121 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 2 強(qiáng)迫點(diǎn)火過程 一、 可燃混合氣的點(diǎn)燃 自燃著火:需求均勻加熱混合氣到一定的溫度;自燃過程在整個(gè)容器中同時(shí)進(jìn)展;自燃過程能否勝利與環(huán)境 溫度、散熱條件親密相關(guān)。 強(qiáng)迫點(diǎn)燃:采用外加熱源作為點(diǎn)火源

38、;點(diǎn)火只是在混合氣的部分進(jìn)展;部分火焰的傳播點(diǎn)燃全部;點(diǎn)燃能否勝利取決于點(diǎn)火源的性質(zhì)、火焰?zhèn)鞑サ那闆r;氣流的流動(dòng)情況等;點(diǎn)燃溫度比自燃溫度高。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 2 強(qiáng)迫點(diǎn)火過程 三、熾熱物體點(diǎn)燃的熱力實(shí)際 熾熱小物體置于低速或者靜止 可燃混合物氣流中,分析其部分點(diǎn) 燃和火焰?zhèn)鞑サ倪^程如下: 1、當(dāng)熾熱顆粒的溫度為T1較低時(shí),顆粒 附面層內(nèi)可燃混氣的反響生成熱較 少,放熱大于散熱,溫度會(huì)沿附面 層厚度向外逐漸降低。 溫度梯度dT/dx|w0 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 2 強(qiáng)迫點(diǎn)火過程 三、熾熱物體點(diǎn)燃的熱力實(shí)際 熾熱小物體置于低速或者靜止 可燃混合物氣流中,分析其部分點(diǎn) 燃和火焰?zhèn)鞑サ?/p>

39、過程如下: 2、當(dāng)熾熱顆粒的溫度升高為T2時(shí),顆粒 附面層內(nèi)可燃混氣的反響生成熱添加, 放熱等于散熱,附面層內(nèi)外溫度趨于 一致并接近T2,溫度梯度dT/dx|w=0。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 2 強(qiáng)迫點(diǎn)火過程 三、熾熱物體點(diǎn)燃的熱力實(shí)際 熾熱小物體置于低速或者靜止可燃混合 物氣流中,分析其部分點(diǎn)燃和火焰?zhèn)鞑? 3、略微再提高熾熱顆粒的溫度為T3時(shí),顆 粒附面層內(nèi)可燃混氣的反響生成熱繼 續(xù)增大,放熱將大于散熱,附面層內(nèi) 溫度也將大于T3,并快速升高到達(dá)著 火溫度,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫著火。 溫度梯度dT/dx|w0。 4、強(qiáng)迫點(diǎn)火的臨界條件:dT/dx|w=0 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 四、強(qiáng)迫點(diǎn)火溫度及

40、其影響要素 由于魯謝爾數(shù) Nu=(d)/ 故上式可以寫為: 可以歸納為:Tw=f(,Qd,E,K0, T0,C0, d)wTTwudTTCwqTTdN),(2)(00 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 四、強(qiáng)迫點(diǎn)火溫度及其影響要素 強(qiáng)迫點(diǎn)火溫度Tw的影響要素: 1、可燃混氣的物理化學(xué)性質(zhì),Qd,E,K0 2、可燃混氣初溫度 T0 3、可燃物的濃度 C0 4、可燃混氣的流動(dòng)形狀 5、熾熱體的大小和外形 d 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 實(shí)際研討和實(shí)驗(yàn)闡明,無論是自燃著火還使強(qiáng)迫點(diǎn)火,其著火條件都與可燃物的濃度有關(guān),而濃度又直接決議于系統(tǒng)的壓力和可燃混合物的成分比例。因此。除了溫度條件外,著

41、火也只能在一定的壓力和成分條件下才干實(shí)現(xiàn)。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 3、著火的濃度界限 令 Pi=常數(shù) 得 T0i=f(xA) 令 T0i =常數(shù) 得 Pi =f(xA) 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 3、著火的濃度界限 對著火濃度界限的分析: 1著火濃度界限圖形呈道U形,U 形里面是著火區(qū),外面是非著火區(qū)。 2在一定的溫度和壓力下,并非 一切的濃度范圍都能引起著火,而是 存在一著火濃度的上限和下限,當(dāng)燃 料濃度高于上限或者低于下限時(shí),混 合氣都不能著火。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 3、著火的濃度界限 3著火濃度界限隨散熱程度 F/ V的加大

42、而減少,為了使可燃 混合氣快速著火,無論是提高溫度或 者提高壓力都是有效的。 第九章 預(yù)混氣的熱力著火 3 著火濃度界限 3、著火的濃度界限 4隨著溫度或壓力的降低,著 火濃度界限范圍變窄。當(dāng)溫度或壓力 降到一定程度時(shí),著火濃度界限就會(huì) 消逝,這時(shí)對混合氣的任何濃度組成 都不能著火。因此,對于給定的可燃 混氣,在一定的散熱條件下存在一個(gè) 極限的著火溫度或壓力,低于此 極限的溫度或壓力混合氣的任何 組成濃度都不能著火。 第十章 熄滅傳播過程 二、 熄滅火焰?zhèn)鞑C(jī)理 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋涸趯恿鳉饬髦醒婷嫜仄浞ň€方向挪動(dòng)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋涸趯恿鳉饬髦醒婷嫜仄浞ň€方向挪動(dòng)的速度稱為層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?。的?/p>

43、度稱為層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?第十章 熄滅傳播過程 火焰的傳播、焰面的挪動(dòng)與穩(wěn)定: 1、火焰?zhèn)鞑サ姆较蚩偸悄鏆饬鞣较颍?2、火焰面的前方是未燃?xì)怏w,后方為熄滅產(chǎn)物,火焰 面是分界面; 3、當(dāng)|u|w|時(shí)火焰面將向氣流上游方向挪動(dòng); 當(dāng)|u|w|時(shí)火焰面將向氣流下游方向挪動(dòng); 4、當(dāng)|u|=|w|時(shí),火焰面將靜止不動(dòng)穩(wěn)定熄滅。 第十章 熄滅傳播過程 2 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?一、建立根本方程導(dǎo)熱方程 火焰面厚度 p預(yù)熱區(qū) c反響區(qū)第十章 熄滅傳播過程 2 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?一、建立根本方程熱平衡方程 dx微元的熱平衡方程:兩側(cè)面導(dǎo)入熱量 + 反響熱 = 微元體熱焓增量 dTGCWqdxdxdTdxdTP

44、dxxx)|(|第十章 熄滅傳播過程 2 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?一、建立根本方程熱平衡方程 dTGCWqdxdxdTdxdTPdxxx)|(|dxdxdTdxddxdTdxdTdxx)(|其中:0)(WqdxdTGCdxdTdxdP代入平衡方程得:dxdxdTGCdTGCPP)(第十章 熄滅傳播過程 二、兩區(qū)物理模型 預(yù)熱區(qū):忽略化學(xué)反響,W = 0 反響區(qū):溫度接近熄滅溫度, dT/dx = 0第十章 熄滅傳播過程 三、方程求解 1. 在預(yù)熱區(qū) 忽略反響熱wqdx=0 邊境條件 x=x0:T = T0 x=x1:T = TB 設(shè) Y= dT/dx x=x0:Y0=0 那么方程可寫為: 0)(dx

45、dTGCdxdTdxdP有:dxdTGCdxdYP)(0010TTGCdTGCdYBPTTPxxB)()(|00011TTCuTTGCdxdTYBPLBPx得:第十章 熄滅傳播過程 2. 在反響區(qū) dT/dx=0 溫度梯度為0 邊境條件: x=x1:T = TB, x=x2:T = TK dT/dx = 0 Y2=0 由于 Y= dT/dx 得: dx = /YdT微分方程改寫為: dY/dx + Wq = 0 dY= - Wq dx -YdY=Wq dT積分: 0)(WqdxdTdxd有:21xxTTdTWqYdYKBdTWqYKBTTxx21)|21(2dTWqYKBTT21221, 0Y

46、積分上式得:因?yàn)?11)2(|1dTWqdxdTYKBTTx所以:第十章 熄滅傳播過程 3、計(jì)算層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?根據(jù)以上計(jì)算,在預(yù)熱區(qū)與反響區(qū)交界面的溫度梯度為: 預(yù)熱區(qū): 反響區(qū): 故 或者 )(|001TTCudxdTBPLx211)2(|dTWqdxdTKBTTxKBTTBPLqWdTTTCu2)(00KBTTBPLqWdTTTCu2)(100第十章 熄滅傳播過程 在全部反響區(qū)域應(yīng)該滿足: 而在預(yù)熱區(qū): 因此: 由于著火溫度與熄滅溫度非常接近 : 因此: 得層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葦?shù)模分析解如下: KBTT 00BKKBTTTTTTwqdTwqdTwqdT00BTTwqdTKKBTTTTwqd

47、TwqdT000TTTTKBKTTKPLqWdTTTCu02)(100第十章 熄滅傳播過程 3、計(jì)算層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊亩ㄐ员磉_(dá)式: 可以改寫為: 10-10 上式具有重要的實(shí)際價(jià)值,它提示了層流火焰的傳播機(jī)理,詳細(xì)反映了火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c各種影響要素的關(guān)系。實(shí)踐上可燃混合氣的正?;鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊脑敿?xì)數(shù)值是由實(shí)驗(yàn)測定的。KTTKPLqWdTTTCu02)(10000)(21TTqWCuKPL平均 第十章 熄滅傳播過程 4、對層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆治?(1)火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c其平均導(dǎo)熱系數(shù)的平方根成正比例,而與其定壓比熱Cp的平方根成反比例,因此層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c氣體混合物的物理常數(shù)有關(guān);

48、(2)層流火焰?zhèn)鞑ニ俣入S著差值TK-T0的減小而添加,因此假設(shè)將氣體預(yù)先加熱然后再送入熄滅室,那么其火焰?zhèn)鞑ニ俣饶艿靡蕴岣?。第十?熄滅傳播過程 4、對層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊姆治?(3)可燃?xì)怏w混合物的熱效應(yīng)及化學(xué)反響速度也顯著地影響熄滅速度,當(dāng)可燃?xì)怏w混合物的熱效應(yīng)及化學(xué)反響速度低的情況下,那么層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葦?shù)值也?。?(4)可燃?xì)怏w混合物的過??諝庀禂?shù)也將影響其熄滅速度,當(dāng)可燃混合物中的空氣含量缺乏n1都會(huì)使熄滅溫度Tr降低,因此也降低層流火焰?zhèn)鞑ニ俣取?第十章 熄滅傳播過程 四、對 uL 的影響要素 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?: 實(shí)際分析證明,層流火焰?zhèn)鞑ニ俣仁强扇細(xì)怏w的一個(gè)物理化學(xué)特性參數(shù),它主

49、要遭到可燃混合氣本身的特性、壓力、溫度、添加劑、惰性氣體含量、組成構(gòu)造等各種要素的影響。 00)(21TTqWCuKPL平均第十章 熄滅傳播過程 四、對 uL 的影響要素 1. 可燃混合氣性質(zhì)的影響 組分不同,0、CP 、q、W 都不同。 分析:a.化學(xué)反響速度W大的燃料, 層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?uL也大, 凡 是可以使W增大的要素, 也能使uL增大; b.凡是活化能E小的燃料,W就 大,這時(shí)uL也大; c.提高溫度可以使反響加速, 也能使uL添加。 第十章 熄滅傳播過程 四、對 uL 的影響要素 2. 可燃?xì)怏w濃度n值的影響 a.可燃混合氣的uL將隨著過??諝庀禂?shù)n 而改動(dòng)。 b.各種可燃混合氣的最大的uL值處于可 燃物濃度 比化學(xué)當(dāng)量的比例稍大的 混合物中即n1。 c.碳?xì)浠衔锏淖畲髐L值發(fā)生在n 0.96處,且該值不隨壓力與溫度改動(dòng)。 第十章 熄滅傳播過程 四、對uL 的影響要素 2. 可燃?xì)怏w濃度 n值 的影響 第十章 熄滅傳播過程 四、層流火焰?zhèn)鞑ニ俣?uL 的影響要素 3. 氧化劑中O2含量的影響 氧氣濃度,W,因此 uL 提高氧化劑中氧的含量,相當(dāng)于 減少了可燃混合氣中的惰性氣體,能 夠明顯添加火焰?zhèn)鞑サ倪M(jìn)程,因此采 用富氧或純氧熄滅,可以顯著提高燃 燒強(qiáng)度。第十章 熄滅傳播過程 四、對四、對 uL uL

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