燃燒學(xué)市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

燃燒學(xué)主講教師：陳希磊燃燒學(xué)第1頁(yè)第二篇燃燒反應(yīng)計(jì)算燃燒學(xué)第2頁(yè)計(jì)算作用要設(shè)計(jì)爐子燃燒裝置和鼓風(fēng)系統(tǒng)，就必須知道為確保一定熱負(fù)荷（燃料消耗量）所應(yīng)供給空氣量而設(shè)計(jì)排煙系統(tǒng)，就必須知道燃燒產(chǎn)物（或煙氣）生成量、成份和密度在進(jìn)行爐內(nèi)熱交換、壓力、溫度等熱工 計(jì)算、熱工測(cè)試或熱工分析時(shí)也需要進(jìn)行供給空氣量和燃燒產(chǎn)物生成量、成份和密度計(jì)算燃燒學(xué)第3頁(yè)燃燒反應(yīng)計(jì)算是依據(jù)燃料中可燃物分子與氧化劑分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)式，依據(jù)物質(zhì)平衡和熱量平衡原理，確定燃燒反應(yīng)各參數(shù)。確定單位數(shù)量燃料燃燒所需要氧化劑(空氣或氧氣)數(shù)量

確定燃燒產(chǎn)物成份確定燃燒完全程度確定燃燒產(chǎn)物數(shù)量確定燃燒溫度燃燒學(xué)第4頁(yè)幾個(gè)名詞（1）完全燃燒--燃料中可燃成份均與氧化劑進(jìn)行充分接觸，燃燒完成后，燃燒產(chǎn)物中不再含可燃成份。（2）不完全燃燒--因?yàn)檠趸瘎┕┙o不足火不能與燃料充分接觸混合，燃燒完成后燃燒產(chǎn)物中還含有可燃成份。燃燒學(xué)第5頁(yè)幾個(gè)名詞（3）機(jī)械不完全燃燒--因?yàn)闄C(jī)械原因使部分燃料未能燃燒釋放能量燃燒過程。如油霧化不好造成積存在燃燒室器壁上火燃燒中進(jìn)行燃燒反應(yīng)就被燃?xì)鈳ё叩?。?）化學(xué)不完全燃燒--燃燒產(chǎn)物中存在還未燃燒反應(yīng)中間物，如CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w燃燒過程。這些中間產(chǎn)物帶走了一部分未能釋放出來化學(xué)能。燃燒學(xué)第6頁(yè)燃燒設(shè)計(jì)計(jì)算基本要求（1）氣體體積均按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0℃，101325Pa）體積進(jìn)行計(jì)算，一切氣體每千克分子體積在標(biāo)況下 都是22.4m3，各種氣體密度都等于千克分子量 /22.4m3（一切氣體假設(shè)為理想氣體）。（2）當(dāng)考慮空氣中水蒸汽含量時(shí)，按使用溫度下其飽和水蒸氣量進(jìn)行計(jì)算；（3）燃燒反應(yīng)計(jì)算中，固體燃料和液體燃料成份按收到基成份計(jì)算，氣體燃料成份按濕成份計(jì)算；燃燒學(xué)第7頁(yè)燃燒設(shè)計(jì)計(jì)算基本要求（4）燃燒計(jì)算中，可先不考慮燃燒產(chǎn)物中CO2和H2O熱分解；（5）燃燒設(shè)計(jì)計(jì)算屬于熱力學(xué)計(jì)算范圍，不考慮燃燒過程中動(dòng)力學(xué)原因影響。（6）燃燒反應(yīng)按化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行；燃燒學(xué)第8頁(yè)燃燒設(shè)計(jì)計(jì)算基本要求（7）可燃物百分組成：固、液體通慣用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示；（8）空氣組成：僅由氧氣和氮?dú)饨M成按重量計(jì)O223.3%，N276.7%；按體積計(jì)O221%，N279%，其余成份忽略不計(jì)；氧氣、氮?dú)饽栿w積相同（在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為22.4L/mol）氣體通慣用體積百分?jǐn)?shù)表示；燃燒學(xué)第9頁(yè)

由體積百分比確定質(zhì)量百分比已知干空氣中體積百分比氧氣21％，氮?dú)?9％，怎樣確定質(zhì)量百分比燃燒學(xué)第10頁(yè)第4章空氣需要量和燃燒產(chǎn)物生成量燃燒學(xué)第11頁(yè)第4章空氣需要量和燃燒產(chǎn)物生成量1、固體和液體燃料理論空氣量計(jì)算固體和液體燃料成份表示法，質(zhì)量百分比含量C％＋H％＋O％＋N％＋S％＋A％＋W％＝100％可燃成份：C、H、S不燃成份：N、A、W助燃成份：O燃燒學(xué)第12頁(yè)12C％＋H％＋O％＋N％＋S％＋A％＋W％＝100％C+O2=CO2S+O2=SO2121

328/3

4411/3（kg）（kg/kg）32132164（kg）

2

（kg/kg）H2+O2=H2O2116 818 9（kg）（kg/kg）每千克燃料需要氧氣量—燃燒學(xué)第13頁(yè)1、1kg固體、液體可燃物完全燃燒需要氧氣質(zhì)量2、1kg固體、液體可燃物完全燃燒需要氧氣體積

?先計(jì)算氧氣密度，按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)計(jì)算

?密度=32/22.4=1.429(kg/m3)，所以上式是不考慮其它原因影響下數(shù)值，稱為“理論氧氣需要量”燃燒學(xué)第14頁(yè)3、1kg固體、液體可燃物完全燃燒需要空氣質(zhì)量G0＝G0,O2

/23.3%（kg/kg）4、1kg固體、液體可燃物完全燃燒需要空氣體積L0＝L0,O2

/21%（m3/kg）理論空氣需要量燃燒學(xué)第15頁(yè)3例題1：試求4kg木材燃燒所需要理論空氣量。已知木材組成為：C~43%，H~7%，O~41%，N~2%，W~6%，A~1%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。G0=

G0,O223.3%L0=17.30m燃燒學(xué)第16頁(yè)2、氣體燃料空氣需要量計(jì)算氣體燃料成份表示法，體積百分?jǐn)?shù)各成份燃燒需要氧氣量之和就是氣體燃燒所需總氧氣量因?yàn)榉磻?yīng)方程式中各物質(zhì)系數(shù)就表示所需摩爾數(shù)，而認(rèn)為氣體摩爾體積相同，所以系數(shù)比就等于各氣體物質(zhì)體積比燃燒學(xué)第17頁(yè)各成份氧氣需要量m 4燃燒學(xué)第18頁(yè)1m3氣體燃料理論氧氣需要量（體積）為1m3氣體燃料理論空氣需要量（體積）為理論氧氣和空氣需要量燃燒學(xué)第19頁(yè)例題2：試求5m3焦?fàn)t煤氣燃燒所需要理論空氣量。已知組成為：CO~6.8%，H2~57%，CH4~22.5%,N2~4.7%,C2H4~3.7%,CO2~2.3%,H2O~3%（均為體積百分?jǐn)?shù)）燃燒學(xué)第20頁(yè)在實(shí)際設(shè)計(jì)和操作中，爐內(nèi)實(shí)際消耗空氣量與計(jì)算理論空氣量會(huì)有區(qū)分3、實(shí)際空氣需要量為確保燃料完全燃燒，會(huì)增加空氣量，比理論值多一些為得到爐內(nèi)還原性氣氛，會(huì)降低空氣量，比理論值少一些實(shí)際空氣消耗量Ln，n值為空氣消耗系數(shù)，（n>1稱空氣過量系數(shù)）燃燒學(xué)第21頁(yè)在進(jìn)行熱工設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，空氣消耗系數(shù)n選取與燃料種類、燃燒方法和燃燒裝置以及熱設(shè)備加熱工藝相關(guān)。以下是在普通燃燒條件下，對(duì)于不一樣燃料種類其空氣消耗系數(shù)取值范圍：燃燒學(xué)第22頁(yè)查表5可得到每m3干空氣吸收水蒸氣體積數(shù)量/H2OL0為理論干空氣需要量，L0,w為理論濕空氣需要量，則L0,w=(1+lH2O)L0

Ln=nL0,w=(1+lH2O)?nL0

空氣中水蒸氣考慮

實(shí)際濕空氣消耗量Ln燃燒學(xué)第23頁(yè)4、燃燒產(chǎn)物生成量、成份和密度計(jì)算

--完全燃燒燃燒產(chǎn)物生成量及成份是依據(jù)燃燒反應(yīng)物質(zhì)平衡計(jì)算。單位燃料完全燃燒后生成燃燒產(chǎn)物包含CO2，SO2，H2O，N2，O2，其中O2是當(dāng)n>1時(shí)才有燃燒學(xué)第24頁(yè)燃燒學(xué)第25頁(yè)燃燒產(chǎn)物生成量，當(dāng)n≠1時(shí)稱“實(shí)際燃燒產(chǎn)物生成量”(Vn)，

?當(dāng)n=1時(shí)稱“理論燃燒產(chǎn)物生成量”(V0)

n>1時(shí)產(chǎn)物體積?V0和Vn差異在于n＝1時(shí)比n>1時(shí)燃燒產(chǎn)物 生成量少一部分過?？諝饬?，所以

?Vn－V0＝Ln－L0或Vn＝V0＋(n-1)L0燃燒學(xué)第26頁(yè)1（1）對(duì)固體和液體燃料，除了完全反應(yīng)，氮要考慮燃料中氮和空氣中氮，H2O要考慮燃料中氫、水和空氣中水蒸氣，還要考慮過量空氣O2n>1各燃燒產(chǎn)物生成量對(duì)1kg燃料燃燒學(xué)第27頁(yè)n>1各燃燒產(chǎn)物生成量燃燒學(xué)第28頁(yè)n>1固體和液體燃料總?cè)紵a(chǎn)物生成量上式很好了解，等式右邊括號(hào)組成第一項(xiàng)表示燃料中C、H、N、S、W燃燒后所形成煙氣量，O已經(jīng)和其它元素結(jié)合在一起了不用考慮，A不是氣體也不用考慮；右邊第二項(xiàng)是全部空氣減去反應(yīng)氧氣（或全部氮?dú)夂褪Ｏ卵鯕猓?，仍在煙氣中右邊第三?xiàng)是全部空氣所帶水蒸氣燃燒學(xué)第29頁(yè)假如n=1，即得到固體和液體燃料理論燃燒產(chǎn)物生成量沒有計(jì)算水分燃燒學(xué)第30頁(yè)3m（2）氣體可燃物理論燃燒產(chǎn)物量體積百分?jǐn)?shù)組成燃燒學(xué)第31頁(yè)422m（2）氣體可燃物理論燃燒產(chǎn)物量

CO%+H2%+CnHm%+H2S%+CO2%+O2%+N2%+H2O%=100%CO2+H2O+燃燒學(xué)第32頁(yè)假如n=1，即得到理論燃燒產(chǎn)物生成量沒有計(jì)算空氣中水分燃燒學(xué)第33頁(yè)

n>1時(shí)氣體燃料總?cè)紵a(chǎn)物生成量1.一樣道理，等式右邊中括號(hào)組成第一項(xiàng)表示燃料中各成份燃燒后所形成煙氣量，O2已經(jīng)和可燃成份反應(yīng)不用再考慮;2.右邊第二項(xiàng)是全部空氣減去反應(yīng)氧氣（或全部氮?dú)夂褪Ｏ卵鯕猓?，仍在煙氣?3.右邊第三項(xiàng)是全部空氣所帶水蒸氣燃燒學(xué)第34頁(yè)（3）燃燒產(chǎn)物百分組成計(jì)算燃料完全燃燒理論燃燒產(chǎn)物V0，只與燃料成份相關(guān)。燃料中可燃成份含量越高，發(fā)燒值越大，則V0就越大。燃燒產(chǎn)物成份除了與燃料成份相關(guān)外，還與n值相關(guān)。燃燒學(xué)第35頁(yè)討論-Vn有效性對(duì)固體液體燃料，12g（1mol）C生成1molCO2，只有在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0oC,1atm)其體積才是22.4升，而在煙氣中溫度越高體積越大。從上述角度了解，Vn應(yīng)該指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣體積但在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(或其它冷態(tài)條件下)，煙氣中飽和水蒸氣量極少，不能將水都計(jì)為氣體，只有在100oC以上才全部是氣態(tài)燃燒學(xué)第36頁(yè)討論-Vn有效性一樣對(duì)氣體燃料，只有當(dāng)煙氣壓力溫度與初始?xì)怏w燃料壓力溫度一樣時(shí)，1m3CO才生成1m3CO2，而在煙氣中溫度越高其體積就會(huì)越大。從上述角度了解，Vn應(yīng)該指燃燒前后壓力溫度相同時(shí)煙氣體積但一樣煙氣中飽和水蒸氣量是隨壓力溫度改變，在1大氣壓下溫度小于100oC時(shí)不能將水都計(jì)為氣態(tài)，只有在100oC以上才全部是氣態(tài)燃燒學(xué)第37頁(yè)更科學(xué)表述方法用體積m3來表述燃燒生成物比較直觀但更科學(xué)方法是對(duì)燃燒生成物用摩爾mol（或質(zhì)量kg）來表述燃燒學(xué)第38頁(yè)依據(jù)質(zhì)量守恒原理,兩種計(jì)算方法：用參加反應(yīng)物質(zhì)（燃料與氧化劑）總質(zhì)量除以燃燒產(chǎn)物體積；用燃燒產(chǎn)物質(zhì)量除以燃燒產(chǎn)物體積。

A1.293（4）燃燒產(chǎn)物密度固體和液體燃料（a）經(jīng)過反應(yīng)物質(zhì)量計(jì)算燃燒學(xué)第39頁(yè)（b）經(jīng)過燃燒產(chǎn)物中各組分百分組成計(jì)算推導(dǎo)燃燒學(xué)第40頁(yè)（a）經(jīng)過燃燒產(chǎn)物中各組分百分組成計(jì)算氣體燃料原理同固體、液體燃燒學(xué)第41頁(yè)（b）經(jīng)過反應(yīng)物質(zhì)量計(jì)算推導(dǎo)燃燒學(xué)第42頁(yè)討論--密度密度等于煙氣總質(zhì)量除以煙氣總體積?對(duì)分子mtotal來說，依據(jù)質(zhì)量守恒燃燒前后總質(zhì)量是不變，但關(guān)鍵是要依據(jù)煙氣壓力溫度確定有多少水蒸氣是氣態(tài)?對(duì)分母Vn來說，體積是隨壓力溫度改變，所含水蒸氣量跟燃燒后總水分和煙氣壓力溫度同時(shí)相關(guān)。其討論見前面燃燒學(xué)第43頁(yè)例題3：試求4kg木材燃燒產(chǎn)物量、產(chǎn)物百分組成及產(chǎn)物密度。已知空氣消耗系數(shù)n為1.5，木材組成見例1－1。木材組成：C～43％、H～7％、O～41％、W～6％、A～1％、N-2％。=4×解：（1）各燃燒產(chǎn)物量燃燒學(xué)第44頁(yè)（2）實(shí)際燃燒產(chǎn)物量V0=VCO2+VH2O+VN2+VO2=3.21+3.43+20.56+1.82=29.02(m3)Vn=V0+(n-1)×L0(m3

/kg)Vn=20.37+(1.5-1)×17.30=29.02(m3)例題3：試求4kg木材燃燒產(chǎn)物量、產(chǎn)物百分組成及產(chǎn)物密度。已知空氣消耗系數(shù)n為1.5，木材組成見例1－1。木材組成：C～43％、H～7％、O～41％、W～6％、A～1％、N￣2％。燃燒學(xué)第45頁(yè)解:（3）百分組成例題3：試求4kg木材燃燒產(chǎn)物量、產(chǎn)物百分組成及產(chǎn)物密度。已知空氣消耗系數(shù)n為1.5，木材組成見例1－1。木材組成：C～43％、H～7％、O～41％、W～6％、A～1％、N￣2％。燃燒學(xué)第46頁(yè)解:（4）燃燒產(chǎn)物密度例題3：試求4kg木材燃燒產(chǎn)物量、產(chǎn)物百分組成及產(chǎn)物密度。已知空氣消耗系數(shù)n為1.5，木材組成見例1－1。木材組成：C～43％、H～7％、O～41％、W～6％、A～1％、N￣2％。燃燒學(xué)第47頁(yè)5、不完全燃燒不完全燃燒情況是客觀存在不完全燃燒所發(fā)生反應(yīng)也是各種情況 --不完全燃燒計(jì)算要依據(jù)詳細(xì)不一樣情況進(jìn)行分析，然后對(duì)應(yīng)求解--而且并非全部每一個(gè)情況都能夠按靜力學(xué)方法分析求解，有時(shí)要靠試驗(yàn)測(cè)定燃燒學(xué)第48頁(yè)若不考慮燃燒產(chǎn)物在高溫下熱分解，以下三種情況都能夠造成不完全燃燒發(fā)生：對(duì)以上三種情況分別進(jìn)行討論，將不完全燃燒產(chǎn)物分別與完全燃燒產(chǎn)物量進(jìn)行比較。燃燒學(xué)第49頁(yè)一、不完全燃燒產(chǎn)物生成量改變假定燃燒產(chǎn)物中可燃物僅有CO、H2、CH4。這些可燃物燃燒反應(yīng)式以下：H2+0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2反應(yīng)式左邊相當(dāng)于不完全燃燒產(chǎn)物中可燃部分；右邊相當(dāng)于完全燃燒產(chǎn)物在空氣中燃燒將O2和N2也寫進(jìn)方程式，但沒計(jì)算空氣中水分。CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2燃燒學(xué)第50頁(yè)+空氣過剩，燃燒產(chǎn)物中剩下O2及對(duì)應(yīng)N2

CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2

H2+0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2

CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2燃燒產(chǎn)物中可燃分因?yàn)闆]有參加燃燒反應(yīng)而剩下來空氣量若將煙氣中可燃物完全燃燒后所應(yīng)具有產(chǎn)物量因?yàn)榭扇嘉锎嬖谠斐刹糠謱?shí)際產(chǎn)物量（1）n>=1時(shí)不完全燃燒+燃燒學(xué)第51頁(yè)（1）n>=1時(shí)不完全燃燒H2+0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2(2)CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2(3)CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2(1)燃燒學(xué)第52頁(yè)計(jì)入水分時(shí)，燃燒產(chǎn)物量改變

完全與不完全燃燒產(chǎn)物量改變關(guān)系燃燒學(xué)第53頁(yè)不計(jì)入水分，只考慮干煙氣時(shí)燃燒產(chǎn)物量改變完全與不完全燃燒產(chǎn)物量改變關(guān)系燃燒學(xué)第54頁(yè)完全與不完全燃燒產(chǎn)物量改變關(guān)系（1）n>=1時(shí)不完全燃燒

在有過?？諝獯嬖谇闆r下，假如因?yàn)榭諝饣旌喜怀浞侄l(fā)生不完全燃燒，燃燒產(chǎn)物體積將比完全燃燒時(shí)增加。不完全燃燒程度越嚴(yán)重，燃燒產(chǎn)物體積增加就越多。燃燒學(xué)第55頁(yè)

CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2

H2+0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2

CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2燃燒產(chǎn)物中可燃分+為確保完全燃燒還需從外部供給空氣量若將煙氣中可燃物完全燃燒后所應(yīng)含有產(chǎn)物量（2）n<1，混合良好（沒有氧氣剩下）不完全燃燒燃燒學(xué)第56頁(yè)

計(jì)入水分時(shí)，燃燒產(chǎn)物量改變

（2）n<1，混合良好（沒有氧氣剩下）不完全燃燒燃燒學(xué)第57頁(yè)

干煙氣，即不考慮水分 （2）n<1，混合良好（沒有氧氣剩下）不完全燃燒燃燒學(xué)第58頁(yè)相比于n<1且沒有氧氣剩下情況，現(xiàn)在煙氣中多了一部分空氣，空氣量為 空氣量＝1/0.21×VO2＝4.76VO2（3）n<1且混合不好（有氧氣剩下）不完全燃燒所以燃燒學(xué)第59頁(yè)對(duì)干煙氣有（3）n<1且混合不好（有氧氣剩下）不完全燃燒燃燒學(xué)第60頁(yè)二、不完全燃燒產(chǎn)物成份和生成量計(jì)算在計(jì)算燃燒產(chǎn)物成份和生成量時(shí)，往往要跟試驗(yàn)相結(jié)合，確定產(chǎn)物中所存在成份和以及 能夠忽略掉成份對(duì)于化學(xué)反應(yīng)計(jì)算，只能對(duì)空氣消耗系數(shù)n<1，混合是均勻沒有氧氣剩下情況計(jì)算；而對(duì)于混合不好而造成不完全燃燒情況，要經(jīng)過燃燒檢測(cè)算來確定。燃燒產(chǎn)物除了CO2、SO2、H2O、N2外，還有可燃物，包含可燃?xì)怏w及固體碳粒（煙粒）燃燒學(xué)第61頁(yè)產(chǎn)物成份和生成量計(jì)算例子比如：忽略燃燒產(chǎn)物中碳粒含量、H等，產(chǎn)物成份有CO2、CO、H2O、N2、CH4、H2燃燒學(xué)第62頁(yè)

建立六個(gè)方程，然后求解

1）碳平衡方程

?ΣCfuel＝C(VCO2+VCO+VCH4)

?對(duì)1kg固體液體則：產(chǎn)物成份和生成量計(jì)算例子燃燒學(xué)第63頁(yè)

（2）氫平衡方程

?ΣHfuel＝H(VH2O+VCH4+VH2)

?

對(duì)1kg固體液體則：（3）氧平衡方程

?

ΣOfuel+air＝O(VCO2+VCO+VH2O)

?

對(duì)1kg固體液體則：產(chǎn)物成份和生成量計(jì)算例子燃燒學(xué)第64頁(yè)CO+H2O?CO2+H2產(chǎn)物成份和生