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硅酸盐热工基础---3.2燃烧计算

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硅酸盐热工基础燃料及其燃烧

硅酸盐热工基础燃料及其燃烧
第二章燃料及其燃烧
第一节 概述
硅酸盐产品在烧成过程中需要消耗大量的 热量。热量的来源有两种：一种是由燃料 燃烧产生，系利用化学能转变为热能的形 式；一种是以电为热源，系使电能转变为 热能的形式。前者资源丰富，价格低廉； 后者热利用率高，利于提高产品质量，操 作条件好，但资源有局限性，成本高。故 目前硅酸盐工业窑炉的热源仍以燃料为主。10来自2 固体和液体燃料的性质
C 主要的可燃元素 H 主要的可燃元素，有益，二种形态可燃氢、化合氢 O 有害元素 N 惰性元素，有害、污染 S 可燃元素，污染，三种形态有机硫、黄铁矿硫和硫
酸盐硫
11
A 有害成分，①直接关系到焦碳的灰分从 而影响冶炼的技术经济指标。②降低煤 的发热量。③灰分结渣，容易造成不完 全燃烧，给设备的维护和操作带来困难。
人造固体燃料主要是煤和木材经加工后制得 的焦碳和木炭。
工业应用中主要是煤和焦碳。
5
煤的种类 1、根据古代植物埋藏于地下的年代和碳化程 度划分为：泥煤，褐煤，烟煤和无烟煤四大类。 2、动力用煤根据煤的挥发分高低，并参考其 水分与灰分含量，把煤分为石煤，褐煤，烟煤 （包括贫煤和劣质烟煤）和无烟煤四大类，将 无烟煤、烟煤和石煤各再分为三类。 3、冶金工业根据煤的结焦性强弱和挥发分高 低进行分类，对烟煤进一步分类为：长焰煤、 气煤、弱还原煤、半炼焦煤、焦煤、肥煤、瘦 煤和贫煤等。
1
1 燃料的定义：是在空气中容易燃烧，并 能够比较经济地利用其燃烧热的物质的 总称。燃料的供给应该比较容易，价格 低廉，储存、运输和使用等即便利又安 全。按其状态可分为：气体燃料、液体 燃料和固体燃料。
2 燃烧的定义：是通过燃料和氧化剂在一定 条件下，所进行的具有发光和发热特点的剧 烈的氧化反应。

硅酸盐热工基础---3.1燃料性质

硅酸盐热工基础---3.1燃料性质

我国规定的重油质量标准
项目
代号 恩氏粘度（0E）80℃≤ 恩氏粘度（0E） 100℃≤ 闪点（开口）（℃）≥ 凝固点（℃） 灰分（％） 水分（％） 含硫量（％） ≤ ≤ ≤ ≤
质量标准
20号 RZ-20 5.0 15 80 0.3 1.0 1.0 1.5 60号 RZ-60 11.0 20 100 0.3 1.5 1.5 2.0 100号 RZ-100 15.0 25 120 0.3 2.0 2.0 2.5 5.5-9.5 36 130 0.3 2.0 3.0 2.5 25 45 200号 RZ-200 250号 RZ-250
重油的体积膨胀系数β 值与密度的关系
密度 （t/m3） 0.93～0.9399 0.94～0.9499 0.95～0.9599 0.96～0.9699 0.97～0.9799 β 值（1/℃） 0.000635 0.000615 0.000594 0.000574 0.000555 密度（t/m3） 0.98～0.9899 0.99～0.9999 1.0～1.0099 1.01～1.0199 1.02～1.0299 β 值（1/℃） 0.000536 0.000518 0.000499 0.000482 0.000464
3 ．标准燃料
标准煤：Qnet，ar=29300kJ/kg 标准油：Qnet=41820kJ/kg 标准气：Qnet=41820kJ/kJ
便于产品的燃料消 耗的比较
换算：
标准燃料量 某燃料量 某燃料发热量 标准燃料发热量
【例】某厂使用煤的工业分析为： Mad 2.71 Mar 10.05 Aad 23.20 Vad 26.41
燃料组成的换算系数 所换算的“基” 已知“基” 收到基 收到基 分析基 干燥基

4.3_硅酸盐工业热工基础_对流换热

4.3_硅酸盐工业热工基础_对流换热
由于换热是在内管内表面，所以定性尺寸选内管内径 d = 25mm-2×2.5mm = 20mm = 0.02m
所以
Re
dw
0.02 997 0.4 90.27 105
8836
过渡流
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= 997kg/m3 25mm 89mm
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热工基础—4 传热过程
校正系数
Prf Prw
0.11
修正系数。
……(4-55)
适用条件： 2300 Re f 104;
1.5 Prf 500,
0.05 Prf 20 Prw
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热工基础—4 传热过程
(4) 流体掠过平板湍流流动
计算公式为：
Num
(0.037
Re
0.8 m
0.023 d
wd
0.8
cp 0.4
… …
※(4-50)
※
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热工基础—4 传热过程
0.023
d
wd
0.8
cp
0.4
…… ※(4-49) ※
定性条件：定性温度为流体平均温度，定性尺寸为管子内径。
适用条件：
① 湍流区 Ref > 104 。 过渡区需乘以校正系数 f
13 :
2030
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不适合长管
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热工基础—4 传热过程
(3) 流体在圆管内过渡流流动 ① 对气体
计算公式为：
Nu f
0.0214(Re0f.8

燃烧热计算公式

燃烧热计算公式

燃烧热计算公式
燃烧热是化学反应中使物质生成更多反应物和产物的核心机械能量包。

它可以
用燃烧热公式来计算，即Q=∆H。

这其中Q表示热量，∆H表示反应物和产物改变的
热化学吸热量，单位是焦耳或千卡。

换句话说，燃烧热就是决定化学反应的温度，以及输入的热量改变其它物质的量。

这个公式经常应用在工业过程的优化中。

例如，当分子氧化时，它的反应物是一氧化二氢，产物是二氧化碳和水。

一氧
化二氢吸收的热量（Q1）比产物（Q2）多的部分就是燃烧热。

对于燃料的燃烧，燃料转化为气体和烟雾，燃料以及产物是质量改变，而反应是由H2O、CO2和其他化
学物质组成，反应热Q就是燃料转化所需要的热量。

另一方面，像水溶液中的悬浮物或溶解物就称之为溶解热，它是指反应物溶在
溶剂中的特性，而产物的总能量可以用Q=∆G（改变的标准熔化能）来计算。

当引
入溶质时，其能量变化可以用下面的等式来表示：Q=∆Hdiss（溶解热）+∆V（改变
的体积）-∆Gi（改变的标准熔解能）。

其中溶解热就是物质溶质从固体转变为溶
质所转化的能量。

很明显，燃烧热和溶解热对化学反应起着非常重要的作用，他们两个的计算公
式使得工业过程制定者可以评估更好地掌控化学反应的节能性和经济性。

因此，燃烧热计算公式是影响技术发展的重要工具，它可以高效有效地优化化学反应的效率，实现节能减排的目标。

总而言之，燃烧热和溶解热计算公式对于科学技术的发展来说是非常重要的一
个工具，它不仅可以准确地测量某物和物质之间反应的能量，还能成功地实现经济和节能的目标。

希望今后可以在更多的领域使用这种方法有效地增进科技进步。

硅酸盐热工工业基础 燃烧2

硅酸盐热工工业基础 燃烧2

第三节燃烧过程基本理论一、燃烧过程概述燃料的种类很多，由状态来分，有固体、液体及气体燃料三种。

它们的化学组成也各不相同，但从燃烧的角度来看，各种不同燃料均可归纳为两种基本组成；一种是可燃气体如H2、CO及C m H n等，另一种是固态炭。

例如：气体燃料的燃烧，亦即可燃气体的燃烧；液体燃料燃烧时，由于加热后气化形成气态烃类以后在高温缺氧时，有一部分烃类裂解生成固态炭粒及较小分子量的烃类或氢，因此液体燃料的燃烧，可以看作是可燃气体及固态炭的燃烧。

固体燃料在受热时，挥发分逸出，剩下的可燃物为固态炭，因此固体燃料的燃烧实质上也是可燃气体及固态炭的燃烧，所以研究燃料的燃烧过程，可以从分别研究两种基本燃料组成的燃烧过程着手。

燃烧，是指燃料中的可燃物与空气产生剧烈的氧化反应，产生大量的热量并伴随着有强烈的发光现象。

燃烧有两种类型，一种是普通的燃烧，亦即正常的燃烧现象，靠燃烧层的热气体传导传热给邻近的冷可燃气体混合物层而进行火焰的传播。

正常燃烧的火焰传播速度较小，仅每秒几米，燃烧时压力变化较小、一般可视为等压过程。

另一种是爆炸性燃烧，系靠压力波将冷的可燃气体混合物加热至着火温度以上而燃烧，火焰传播速度大，约为l000～4000米／秒。

通常是在高压、高温下进行。

一般窑炉中燃料的燃烧属于普通的(正常的)燃烧。

燃烧的条件除要有燃料及空气存在外，尚需达到燃烧所需的最低温度～着火温度。

二、可燃气体反应机理连锁反应：CO 、H 2、CH 4。

三、碳的燃烧机理碳的燃烧是两相(气－固相)反应的物理—化学过程。

氧气扩散至炭粒表面与它作用，生成CO 及CO 2气体再从表面扩散出来。

一部分学者认为氧气扩散至碳表面时，并不立即产生化学反应，而是被碳吸附生成结构不确定的吸附络合物C X O Y ，当温度升高时， 或在新的氧分子的冲击下可分解放出CO 及CO 2，其过程是：y x O C yO xC =+221}yx y x O C O O C 2+ 2nCO mCO +=生成的CO 与CO 2的比例(即m 、n 的数值)与温度有关。

燃烧热的计算

燃烧热的计算

燃烧热的计算燃烧热是指单位质量物质在完全燃烧过程中所释放的热量。

燃烧是一种氧化反应，常见的燃料有煤、油、天然气等。

燃烧热的计算对于能源利用和环境保护具有重要意义。

燃烧热的计算首先需要知道燃料的化学式和反应方程式。

以甲烷(CH4)为例，其完全燃烧的反应方程式可以表示为：CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O在这个反应中，一个甲烷分子和两个氧气分子反应生成一个二氧化碳分子和两个水分子。

这个反应是放热反应，也就是燃烧反应。

燃烧热的计算可以通过两种方法进行：实验测定和热力学计算。

实验测定方法是将已知质量的燃料完全燃烧，测量燃烧过程中释放的热量，并除以燃料的质量得到单位质量的燃烧热。

这种方法相对准确，但需要实验设备和技术支持。

热力学计算方法是通过燃料的化学式和反应方程式，利用热力学数据计算燃烧热。

热力学数据包括燃料和产物的标准生成焓，可以通过参考书籍或数据库查询得到。

以甲烷为例，其燃烧热的计算公式为：燃烧热= ∑(产物的标准生成焓) - ∑(燃料的标准生成焓)其中，∑表示求和，燃料的标准生成焓为负值，产物的标准生成焓为正值。

通过代入相应数值进行计算，即可得到甲烷的燃烧热。

燃烧热的计算不仅可以用于燃料的能量利用，还可以用于环境保护。

例如，通过计算煤炭的燃烧热，可以评估煤炭的热值，从而确定其能源利用效率。

此外，燃烧热的计算还可以用于评估燃料的环境污染程度。

燃烧过程中产生的热量和产物的生成焓与燃料的化学性质密切相关，通过计算燃烧热可以评估燃料的热效应和环境影响。

燃烧热的计算是能源利用和环境保护领域的重要内容。

通过实验测定或热力学计算，可以准确评估燃料的燃烧热，从而指导燃料的能源利用和环境管理。

在能源资源日益紧缺和环境污染日益严重的背景下，燃烧热的计算对于推动可持续发展具有重要意义。

《硅酸盐工业热工基础》教学大纲

《硅酸盐工业热工基础》教学大纲

《硅酸盐工业热工基础》教学大纲二、课程目的和任务硅酸盐工业热工基础课程是一门理论性较强的专业学科基础课，通过热工基础的学习，要求学生掌握燃料与燃烧（其中包括固体燃料、气体燃料、液体燃料的燃烧计算及燃烧设备）、气体流动（主要是气体流动的基本原理及排烟系统的设计计算）和传热（其中包括三种基本的传热方式、换热器的设计计算等）及干燥等方面的基本概念、基本理论和计算，为分析窑炉设备的热工性能、为设计窑炉和研究新型窑炉打下理论基础。

三、本课程与其它课程的关系本课程是在高等数学、物理、物理化学、工程研究基础等课程的基础上，综合运用先修课程的基础知识，分析和解决硅酸盐工业生产中各种操作问题的工程学科，是基础课程向专业课程、理论到工程过渡的桥梁课程之一，并与水泥工艺学、水泥厂工艺设计概论、陶瓷工艺学、陶瓷厂工艺设计概论等课程共同构成一个完整的硅酸盐过程的知识体系，为粉体工程、水泥工业热工设备等课程的学习奠定坚实的基础。

四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（1学时）了解本课程的性质、任务和内容，了解无机非金属材料工程学科的发展。

（二）气体力学及其在窑炉中的应用（9学时）1、主要内容气体力学基础；窑炉系统内的气体流动；烟囱。

2、重点窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计计算。

3、教学要求了解窑炉系统的气体流动特点；理解气体流动的基本规律、气体流动和窑炉的操作和设计的关系；掌握窑炉系统内的气体流动规律和烟囱的设计。

（三）燃料与燃烧（10学时）1、主要内容燃料的分类和组成；燃料的热工性质及选用原则；燃烧计算；燃烧过程的基本理论；燃料的燃烧过程及燃烧设备。

2、重点燃烧计算及固体、气体燃料的燃烧过程。

3、教学要求了解各类燃料的热工特性；理解燃烧过程及燃烧设备的特点，合理地选用燃料燃烧设备及组织燃烧过程，达到高产、优质、低消耗的生产效果；掌握燃料燃烧计算的方法。

（四）传热（30学时）1、主要内容传导传热；对流换热；辐射换热；综合传热；不稳定导热。

硅酸盐热工基础第四章

硅酸盐热工基础第四章

（3）全煤气式
加
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
特征：炉篦上燃料层厚度为直火式的3倍以上， 一 次空气量不足，二次空气量为零。
燃烧产物中可燃成分占35~48%
实质是煤的气化
二 固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
层燃燃烧室（完全或半煤气燃烧）
燃烧状态：
大部分燃料在炉篦（栅）上燃烧。 可燃气体及一小部分细屑燃料则在燃烧室空间内 呈悬浮燃烧。
三项操作指标：填煤、拨火、除渣。
按煤与空气加入位置，分：逆流式、顺流式、
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
交叉式三类
逆流式（上饲式） 顺流式（下饲式） 交叉式（前饲式）
按操作方式，分：人工操作层燃燃烧（室）、
机械层燃燃烧（室）
（一） 人工操作层燃燃烧室 固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
2 计算步骤
略
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
（1）根据对热量的要求，考虑燃烧室效率， 确定燃烧室需要发出的热量或燃煤量B。
(2)根据工艺要求 选择燃烧室形式
B 200kg/ h，可采用人工操作 B 200kg/h ，尽量采用机械化操作
略
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
加
固 体 燃 料 燃 烧 过 程 及 设 备
加热速率对挥发分析出的速率及其成分有很 大的影响； 慢速加热时大部分转化成碳，而快速加热 时则得到很少，甚至无碳。 煤粒终温对挥发分析出的最终产量影响很大： 随着热解温度的提高，挥发分产量可高达70% 以上，即挥发分并不是一个确定不变的常数。

干馏：挥发物分解。
温 度 预 热 干燥 干馏
吸热、不需空气

燃烧过程的热工计算

燃烧过程的热工计算
＞1时燃烧产物：
燃烧产物成分百分比
燃烧产物密度
§3.3 不完全燃烧
在不完全燃烧时，烟气中有CO、H2、CnHm等未燃成 分。这些气体的含量越多，表明燃烧过程越不完善，能
量损失也越大。因此，分析烟气中未燃成分的种类和数 量，可以评价燃烧过程的完善程度。
烟气分析
综合分析： 全面测量烟气的各种成分
测量烟气中的一种或几种，其
§3.1 燃料燃烧所需的空气量
➢ 空气消耗系数的选择
＞1 ＝1 ＜1
贫油燃烧、贫油混气 化学恰当燃烧、化学恰当混气 富油燃烧、富油混气
选择的原则是什么？
整个系统的热损失最小
热力系统热损失与空气消耗系数的关系：
热力系统的热损失q2排烟损失
✓一定温度的废气从烟囱排出引起的排q3烟化学损不失完全，燃烧q损2 失 ✓烟气中残存原的则可上易燃燃气燃料体及C设O计完、善H的2燃、烧C装置Hq4最机4佳等械α不值引完接全起近燃的烧损失 化学不完全燃于烧1，损烟一煤失般约对为，于1.q液2，3体贫与煤气和体无燃烟料煤，约最为佳1α.值2～约1为.251.1， ✓未燃尽的碳粒引起的机械不完全燃烧损失，q4
➢ 液体燃料或固体燃料理论空气量的计算：
燃料中可燃元素的燃烧 反应：
每千克燃料中的该可燃元素完全燃烧时需要的氧质 量或体积为：
每千克燃料中本身含有的氧质量 或体积为：
完全燃烧每千克燃料需要的空气质量应为：
完全燃烧每千克燃料需要的空气体积应为：
注意：以上理论空气量计算式中都为不含 水蒸气的干空气量。实际计算时应加入水 蒸气的量。空气中水蒸气的多少会因季节
而值过大会引起排烟损失增大，使整个热工系统的热 效率下降。
理论上可根据运行中实际供给的燃料量与空气量计 算出值，但许多热工系统中，难以精确计算燃料和空 气供给量，此外由于炉膛不密封，也会引起实际值的 变化。因此通常在炉膛出口截面V，为过利量用空气自量动记录的烟气 分析仪器直接指示值，或者用普通烟气分析仪器测出 烟气成分，然后计算得到值。

第34讲燃烧计算解读

第34讲燃烧计算解读

V ? (1? ? ) ? ? V0 (Nm3 / Nm3 )
式中，(1-? )为未燃煤气量，Nm3/Nm3； ? V0为燃烧煤气生成的烟气量，Nm3/Nm3。
例4-2 已知煤的收到基组成(%)如下：
组分
Car Har Oar Nar Sar Aar Mar
质量(%) 72.0 4.4 8.0 1.4 0.3 4.9 9.0
(2)、实际烟气量及烟气组成 1)、固体、液体燃料 当? >1时，实际烟气量V(Nm3/kg)为：
V ? V0 ? (? ? 1)Va0
(4-26)
烟气各组成量：
CO2量： H2O量： SO2量：
VCO 2
?
C ar 12
?
22.4 100
(Nm 3 / kg)
VH 2O
?
( Har 2
?
M ar ) ? 18
)
(kmol /100kg燃料）
故1kg固体或液体燃料完全燃烧需氧量在标准状态下的体积为
V0 O2
?
V 0* O2
?
22.4 100
?
( Car 12
?
H ar 4
?
Sar 32
?
Oar ) ? 32
22.4 100
(4-18)
式中，VO20为理论氧量，Nm3/kg； Car、Har、Sar、Oar为收到基燃料各组分的百分含量。
?
22.4 100
?
V0 O2
?
79 21
?
?72 ??12
V0 O2
则烟气中的CO2量为
(Nm3 / kg)
VCO 2
?
C ar 12
?

第2讲 燃烧的热工性质及选用原则

第2讲 燃烧的热工性质及选用原则
标准燃料
标准煤：低位发热量(收到基组成)为29270kJ/kg(即7000kcal/kg)； 标准油：低位发热量为41820kJ/kg (即10000kcal/kg)； 标准气：低位发热量为41820kJ/Nm3 (即10000kcal/Nm3)。
二、其他热工性质
(一)、固体燃料
1、挥发分
在隔绝空气的条件下，将一定量的煤样在温度900C下加热7 分钟，所得到的气态物质(不包括其中的水分)称为煤的挥发物。
表4-2 不同基准时高位发热量的转换关系
已知的 “基” 收到基
收到基
1
空气干 燥基
Qad
100 100
Mar Mad
干燥基
Qd
100 M 100
ar
干燥无 灰基
Qdaf 100 Mar Aar
100
所要换算的基
空气干燥基 干燥基
Qar
100 100
Mad Mar
Qar
100 100 M
硅酸盐工业热工基础
第四章 燃料及其燃烧
第2讲 燃烧的热工性质及选用原则
学习要点
一、燃料的发热量 1、高位发热量Qgr、低位发热量Qnet的概念 2、不同燃料，同种燃料的不同基准时高位发热量Qgr与低位发 热量Qnet的关系 3、常用燃料的发热量的测定和计算 二、燃料的热工性质 1、固体燃料的挥发分、结渣性、水分、可燃硫含量等热工性能 2、液体燃料——重油的粘度、闪点、燃点、着火点、凝固点、 密度、比热容、导热系数、水分等热工性质 3、气体燃料——煤气的分子量、密度、比热容等热工性质 三、硅酸盐工业燃料选用原则
4、密度
油的密度与温度有关，常随温度的增加而略微减小，按照下 式计算：
t
20 1 (t

硅酸盐工业热工基础作业答案2-1-32

硅酸盐工业热工基础作业答案2-1-32

硅酸盐工业热工基础作业答案2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁单值条件tw1=1300C tw2=300Cδ=450mm F=10 m2胸墙的平均温度Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值λav＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。

48w/m.cQ=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104W2－2解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁由Q=t∆/R或q=t∆/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才行单值条件δ1＝40mm δ2=250mm λ1=0.13W/m.C λ2=0.39W/m.硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层)Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=0.04/0.13+0.25/0.39+δ3/λ3若仅有红砖（两层）Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/0.39+δ3/λ3Rt1=Rt2⇒0.04/0.13+0.25/0.39=δ/0.39得δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm。

2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁单值条件δ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C粘土砖的平均导热系数λav=0.835X0.58X103-X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X103-=1.067W/m.CR2=R1+δ=1.08m当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.080.85=4200W/m因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。

做法与2－1同。

2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁单值条件λ1＝50W/m。

C λ2＝0.1 W/m。

冶金热工基础——第4章 燃料燃烧及计算

冶金热工基础——第4章 燃料燃烧及计算

CO H2 热值低 0.171-0.214
2．液体燃料 重油 CnHm 热值高 1.358-1.429
19
第四章
燃料及燃料计算
3．固体燃料 煤： 年龄 ， 水分、 挥发分 ， 固定碳 ， 热值 ， 强度
泥煤 褐煤 烟煤（0.929-1.072） 无烟煤(1.115-1.143)
2
100 (CO) (CO) 100 0.124 g g H 2O
y g
100 (H 2 ) (H 2 ) 100 0.124 g g H 2O ……………………………
y g
14
第四章
g ( H 2 O) y 0.124 g H O
2
燃料及燃料计算
换算系数
100 100 0.124 g g H 2O
C H S
可燃组成
O N A W
不可燃组成
C H
有益组成
S O N A W 燃料质量好
有害组成
6
第四章
燃料及燃料计算
成分分析方法： 工业分析法：测定燃料中的水分W、灰分A、挥发 分产率V及固定碳F的含量及性质，作为评价燃料的 指标。 测定使用组成 元素分析法：测定燃料中C、H、O、N、S的质量 百分含量，不能说明燃料由那些化合物组成以及这些 化合物的形式，只能进行燃料的近似评价。 燃料燃 烧计算的重要原始数据 成分表示方法及成分换算： 质量分数 wX 或wX % 表示
25
第四章
燃料及燃烧计算
雾化剂雾化：用空气或高压蒸汽作雾化剂。 机械雾化： 高压重油自小孔喷入气体空间（旋转）。 4.2.3 固体燃料的燃烧
燃烧过程：准备（干燥、预热、挥发分逸出、C形成）、 燃烧（挥发分燃烧、固定碳燃烧）、燃尽 （灰分烧成灰渣） 关键性阶段，影响燃烧速度。 块煤： 层状燃烧 粉煤：悬浮燃烧

硅酸盐热工基础

硅酸盐热工基础
区域：
烧 过
①挥发分析出区
程 ②空气不足未燃
及 焦炭区
设 ③焦炭燃烧区
备 ④非燃烧区
第二十五页，共49页。
加
固 体
燃
目前，我国的大气环境，具有普遍影响的
污染主要是燃料的燃烧。
料
影响较大的污染物有：飘尘、二氧化硫、氮 氧
燃 化物、一氧化碳等。
烧
过
各种污染物的浓度超过大气质量标准，就
程 会导致对环境污染，损害人体健康，造成对自
这些小颗粒都形成了较大的液滴。
第十八页，共49页。
加
固 (4)水煤浆雾滴中有多个煤粉颗粒，在水分加热蒸
体 燃
料
燃 烧
发和挥发分析出过程中会产生二次破碎分离和 结团 现象，由于这种结团引起焦炭颗粒明显大 于一般煤 粉焦炭粒子而难于燃烧。
(5)水煤浆雾炬本身具有很高的动量，这对燃烧室 流场
过
组织产生影响。
料
煤与水的混合物 CWF－水煤燃料 CWS－水
燃
煤浆
烧
过
（4）煤－甲醇－水混合物
程 （5）油－石油焦浆
及 （6）水－石油焦浆 设
备
第二页，共49页。
加
固 体
水煤浆是近十几年发展起来的一种新型燃料，它 由 煤粉、水和少量化学添加剂组成。水煤浆的用 途可以
燃 代油：
料
燃 （1）用于工业蒸汽锅炉
烧 （2）用于电站锅炉
设 SO2还会对动植物造成损害，对金属、建材造成 腐
备 蚀作用。
第二十七页，共49页。
防治二氧化硫污染的措施：
加
固 体
✓提高窑炉热效率，降低燃料消耗
燃 ✓高烟囱排放，降低污染源区的污染物浓度

硅酸盐工业热工基础之国固体燃料燃烧过程

硅酸盐工业热工基础之国固体燃料燃烧过程
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料 燃烧过程
三风道燃烧器的特点：
（1）内外净风出口速较大（70~150m/s），有利于提高煤粉的燃 烧速度和燃烬程度； （2）内外风的配合有利于煤粉的燃烧；火焰形状规整，有利于 保护窑衬； （3）一次风量小（12～14%），有利于燃烧温度的提高及余热 的有效利用。 （4）火焰形状调节灵活，可调幅度大，对煤质的适应性强。 （5）NOx有害气体低。
率高，较易控制，且煤粉细度较稳定，但该系统需要较多的 设备和较大的厂房 ，风管流体阻力比直吹式系统大。
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料 燃烧过程
3.4.3.2 煤粉的燃烧过程
1．燃烧过程：
煤粉随空气喷入窑炉或燃烧室后呈悬浮状态，煤粉一边随 气流流动，一边依次进行干燥、预热、挥发分逸出及燃烧、焦 炭粒子燃烧及燃烬等过程。
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料 燃烧过程
3.4.3.3 煤粉的燃烧设备
1. 煤粉烧嘴 （1）旋流式煤粉烧嘴:装有使气体产生旋转运动的导流叶片
类型
固定式：旋流程度不能调节 可调式：旋流程度可以调节
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料 燃烧过程
工作原理：如图。
(烟煤） 一次风速：20～26m/s 二次风速：20～30m/s
（2）机械化燃烧室:炉栅的尺寸应尽量符合国家 定型产品的尺寸。
（3）自然通风，自由空间的高度≥0.3～ 1.0m， 机械通风时更大。
硅酸盐工业热工基础之国固体燃料 燃烧过程
3.4.3 喷燃燃烧
喷燃：把块煤磨成煤粉喷入窑炉内进行悬浮燃烧。
回转窑内的 喷燃
优点：
燃烧速度快、燃烧效率高、燃烧温度高、煤耗低、调节方便。
3.4 固体燃料燃烧技术
3.4.1 固体燃料的燃烧过程

硅酸盐工业热工基础3.2燃烧计算

硅酸盐工业热工基础3.2燃烧计算

α＞1
44CO2 18H2O 64SO2 28N2 32O2
22.4 100
或：
(1 Aar ) 100
Va
1.293
VL
根据质量平 衡原理
（二）气体燃料 1 ． 理论空气量和实际空气量：
（1） 理论空气量
基准：1Nm3燃料 其组成为体积百分比含量，其中可燃成分为 CO、H2、CH 4、CmHn、及H2S等
n 2
Cm
H
n
)
1 100
烟气中SO2含量来源于 H 2S的氧化
V0 SO2
H
2
S
1 100
烟气中NO2来源于燃料中的及空气 中的氮
V0 N2
N2
1 100
Va0
79 100
理论烟气量：
Vl 0
[CO
CO2
H2
H 2O
3CH 4
(m
n 2
)Cm
H
n
2H
2S
N2
]
1 100
Va0
79 100
（２）实际烟气量：
1 (
1)Va0
(Nm3 / kg)
Qnet〉12560KJ / Nm3时：
Va0
0.26Qnet,ar 1000
- 0.25
(Nm3 / kg)
Va Va0 (Nm3 / kg)
VL
0.272Qnet,ar 1000
0.25 (
1)Va0
(Nm3 / kg)
2．估计空气量与烟气量
燃料种类 烟 煤 重 油 发生炉煤气 天然气
烟气中CO2含量来源于燃料中CO、CH4、CmHn 中碳的燃烧及气体燃料原有的CO2 ：

热工基础第三节 (2)

热工基础第三节 (2)

m Bm3
n/2 Bm3
Cm H
0 O2
v n
(m n / 2)Cm H
v n
mCm H
v n
n v Cm H n 2
1 1 v 3 n 1 v v v v v V [ CO H 2 2CH 4 H 2 S (m )Cm H n O2 ] ( Bm 3 / Bm 3 fuel ) 2 2 2 4 100
③氧平衡：
燃料中的氧（包括水）+空气中的氧=烟气中的氧（包括水）
例题：
4-5：
取100kg收到基煤为基准，所产生干烟气量为vg，所需实际 空气量为Va 列碳平衡计算烟气量： 燃料中的C=烟气中的C+灰渣中的C 12 17 g 72=vf 13.6% 11.9 vg 954 Nm3 /100kgfuel f 22.4 83 生成水蒸气量
（四） 操作计算
已知：燃料的组成及烟气成分 计算：燃料燃烧所需要的实际烟气量、空气量、空气过剩 系 数、漏气量等，从而评价燃烧的操作水平
1、实际烟气量及空气量的计算
方法：根据质量守恒定律， 即燃烧前后某种元素的总质量保持不变。 ①用碳平衡计算烟气量： 燃料中的C=烟气中的C+灰渣中的C ②用氮平衡计算空气量： 燃料中的N+空气中的N=烟气中的N
二、空气量、烟气量及烟气组成的计算
（一）分析计算法 1、空气量的计算 1)固、液体燃料
①取100kg收到基燃料为计算基准，其中各种成分的质量为：
Car，H ar，Oar，Nar，Sar，Aar，M ar
其中的可燃成分为：
（kg）
Car，H ar，Sar， 而Oar为助燃成分
1 H 2 O2 H 2 O 2 1kmol 1/2kmol 1kmol
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2H 2 S
N2]
1 100
Va0
79 100
（２）实际烟气量：
A、当 1，实际烟气量为
Vl Vl0 1Va0
烟气中VCO2，VH
，V 2O
SO2
与理论烟气量相同
而：VN2
N
0 2
1 100
Va
0
79 100
VO2
1
V0 O2
(
1)Va0
21 100
B、 当 1，烟气按比例燃烧
Vl 1 Vl0
②测定二测点烟气中过剩的O2含量可计算漏风率
Vx
O2 - O2 21- O2
100 (Bm 3 /100Bm 3 烟气 )
式中 O2、O2 — 分别为上、下游的过剩氧量。%
【例】已知某烧煤窑出窑烟气的成分(%)为
CO2
10.8
CO O2 N2
1.0 8.0 80.2
求过剩空气系数。
2
量
＝
N2
N2
-
(O 2
-
1 2
CO)
79 21
完全燃烧： ＝ N2
79 N 2 - 21 O2
②含氮量高的燃料（如发生炉煤气）：
＝
N 2－燃料中N 2 量
N 2－燃料中N 2 量－｛O 2
-[1 2
(CO
H2
)
(m
n 4
)C
m
H
n
]}
79 21
燃料中N2量 — 指燃烧后生成100干烟气的燃料中的含氮量， 可用下式计算：
不完全燃烧 造成燃料损失 的危害 降低燃烧温度、影响炉内气氛、影响产品质量
（2）过剩空气系数
实际空气量Va与理论空气量Va0 的比值：
Va Va 0
或Va
Va 0
影响过剩空气系数 的因素：
①燃料的种类 气体燃料 α＝1.05～1.10
液体燃料 α＝1.08～1.20
固体燃料 煤粉α＝1.1～1.25
Aar ) 100
Va
1.2 9 3
VL
（二）气体燃料 1 ． 理论空气量和实际空气量： （1） 理论空气量
基准：1Bm3燃料 其组成为体积百分比含量，其中可燃成分为 CO、H 2、CH 4、Cm H n、及H 2 S等
理论需氧量：
V0 O2
[0.5CO 0.5H2O 2CH 4
(m
n 4)Cm H n
高
3.2.2空气需要量、烟气生成量及成分 及密度的计算
3.2.2.1分析计算法
分析计算法 据燃料的成分分析进行计算。 (一)固体和液体燃料 1．理论空气和实际空气量的计算 (1)理论空气量： 燃料完全燃烧时所需的最低空气量（Bm3/Kg)。 基准：1Kg收到基燃料，其组成为 ：
Car H ar Oar N ar Sar Aar M ar 100% 可燃成分：Car，H ar，Sar
(Bm 3 /Kg)
液体燃料：Va0
0.203Qnet,ar 1000
2.0
(Bm3 / kg)
Va Va0 (Bm3 / kg)
VL
0.265Qnet,ar 1000
(
1)Va0
(Bm3 / kg)
气体燃料
Qn〈et 12500KJ / Bm3时：
Va0
0.209Qnet,ar 1000
*3.2.2.3操作计算
1．实际烟气量与空气量的计算
已知燃料组成及烟气组成， 利用碳平衡（燃料中C＝烟气中C＋灰渣中C）可计算烟气量； 利用氮平衡（燃料中N2＋空气中N2＝烟气中N2)可计算空气量。
[例题4－5] 某倒焰窑所用煤的收到基组成为：
高温阶段在窑底处测定其干烟气组成为：
灰渣分析：含C17％，灰分83％ 高温阶段小时烧煤量为400kg，计算该阶段每小时烟气生成量(Nm3) 及空气需要量(Nm3)
燃料中N 2 量＝ CO 2
N 2CO2 CO mCmH n
式中 N2、CO2、CO、CmHn — 气体燃料的组成百分含量，%
CO2 — 烟气中二氧化碳的含量，%
3．漏入空气量的计算 ①测得窑炉排烟系统不同点的烟气组成， 可计算两点间的漏入空气量
Q漏＝(2 -1)Va0B （Bm3/h）
燃料中可燃成分与空气中氧起化学反应 生成不再可燃的产物（CO2、H2O、SO2)
不完全燃烧
燃料中可燃成分与空气中氧化合不完全 生成的产物中有可燃成分（CO、H2)
化学不完全燃烧
由于空气不足或燃料与空气 混合不好而造成部分燃料未 参加燃烧反应或燃烧不好
机械不完全燃烧
由于机械设备原因而使燃料 未参加燃烧反应即被排走
设100kg煤需空气量为yNm3，则
根据N2平衡： 从上面看出燃料中N2量与空气中N2量比较，很小，可以忽略，若 忽略煤中N2量，则：
高温保温阶段小时空气需要量为：
2、空气过剩系数的计算 氮平衡法：
烟气中的N2量=实际空气中的N2量+燃料中的N2量 实际空气中的N2量=烟气中的N2量-燃料中的N2量
提高燃烧温度
3.2.1.2基本概念
1．几个假设 （1）气体的体积都用标准状态（0℃、1atm） （2）计算涉及的气体都是理想气体（22.4Bm3/Kmol） （3）计算温度的基准点是0℃ （4）空气看成由氧气和氮气组成 体积比：O2：N2 ＝21：79
2、几个基本概念 （1）完全燃烧与不完全燃烧
完全燃烧
【解】据公式得：
N2
N2
79 21
(O2
1 2
CO)
80.2
-
79
80.2 (8.0
1
1.0)
1.54
21
2
3.2.3燃烧温度的计算
(一)燃烧过程的物料平衡与热平 1、物料平衡
燃料量 空气量 烟气量 灰分量飞灰量 2、热平衡 据能量守恒规律，进入窑炉的热量必等于支出的热量 热平衡方程
Qnet.ar Q f Qa Ql Qc Qm Qs Qas
0.25 (
1)Va0
(Bm3 / kg)
2．估计空气量与烟气量
燃料种类 烟 煤 重 油 发生炉煤气 天然气
V（a0 Bm3/Kg) VL0 (Bm3/Kg)
6～8 1 0～11 1.05～1.4 9～14 6.5～8.5 1 0.5～12 1 .9～2.2 1 0～14.5
0.5
(Bm3 / kg)
Va Va0 (Bm3 / kg)
VL
0.173Qnet,ar 1000
1 (
1)Va0
(Bm3 / kg)
Qnet〉12500KJ / Bm3时：
Va0
0.26Qnet,ar 1000
- 0.25
(Bm3 / kg)
Va Va0 (Bm3 / kg)
VL
0.272Qnet,ar 1000
②计算理论空气量Va0和实际空气量Va ③计算理论烟气量V0和实际烟气量V
3.2.2.2近似计算
1．用经验公式计算
固体燃料：Va0
0.241Q net,ar 1000
0.5
(Bm 3 /Kg)
Va Va0
(Bm 3 /Kg)
VL
0.213Q net,ar 1000
1.65( -1)Vao
[例4—3] 已知煤的收到基组成如下：
设：①燃烧时有机械不完全燃烧现象存在，灰渣中含C量10％； ②要求还原焰烧成，干烟气分析中CO含量为5％。
计算： ①干烟气及湿烟气组成(不考虑空气带入水汽)； ②1 kg煤燃烧所需空气量； ③l kg煤燃烧生成湿烟气量。
[解] 基准：100kg煤。 落入灰渣中C量：
３．密度计算
g
1.293V a
0
Vl
烟气密度也可以按烟气成分计算，与固、液燃料相同。
[例4－2] 已知煤的收到基组成如下： 当a=1.2时，计算1kg煤燃烧所需空气量、烟气量及烟气组成。 [解] 基准：100kg煤，列表计算如下：
1 kg煤燃烧所需理论空气量Va0：
实际空气量Va 理沦烟气量Vo： 实际烟气量V： 或采用下法：
(Car 12
H ar 2
M 18
Sar 32
N ar 28
)
22.4
VO02
79 21
（2）实际烟气量
A、当 1，实际烟气量为：
Vl Vl 0 1Va0
烟气各组成为 : VCO2、VH2O ,VSO2 , 计算方法与理论烟气中的计算相同
氮气和氧气的组成计算如下：
VN2
N ar 28
22.4 100
②燃料燃烧前的加工状态
煤块α＝1.3～1.7
③燃烧设备的构造和操作方法
（3） 火焰的气氛 氧化焰 α＞1，燃烧产物中有过剩空气
中性焰
α＝1，燃烧产物中没有过剩 空气，也没有可燃气体
还原焰
α＜1，燃烧产物中含有 CO、H2、CH4 等可燃气体
CO<2%—弱还原性 CO3-5%—强还原性
从理论上 讲温度最
3.2燃料燃烧计算
3.2.1计算的内容及基本概念 3.2.1.1计算内容
目的：为了设计窑炉的需要；为了操作窑炉的需要。 内容： （1）空气量的计算：鼓风机选型计算的依据 （2）烟气量的计算：排风机选型、烟囱计算的依据 （3）烟气成分的计算：通过空气系数判断燃烧操作情况 （4）燃烧温度的计算：分析影响因素，改进燃烧条件，
至烟气中C量；
设其中xkmol C生产CO，则(3.89-x)kmolC生产CO2 生产烟气的组成(kmol)
总干烟气量： 题中给出干烟气中含CO为5％，即：
[例4－4] 某窑炉用发生炉煤气为燃料，其组成干基为：
湿煤气含水量为4％。当a=1.1时，计算： ①空气量(Nm3／Nm3煤气)； ②烟气量(Nm3／Nm3煤气)， [解] ①换算成湿煤气组成