第二章燃料及燃烧计算

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第二章燃料及燃烧计算

第二章燃料及燃烧计算
6.常用燃料的种类、性质和用途一、冶金生产常用煤气有高炉煤气，焦炉煤气，发生炉
煤气，天然煤气。 A、高炉煤气
• 高炉煤气是炼铁生产的副产品，冶炼每吨生铁大约得到 4000标米3的煤气。 • 主要可燃成分为CO，含量随着炼铁生产波动而波动，一般不超过三分之一。大量是不可燃的N2，含量超过50%，CO2 含量超过10%。 • 高炉煤气发热量很低，仅3560~3980kJ/m3，一般与焦炉煤气混合使用。
三、固体燃料木材、木炭、煤、焦炭、粉煤等都是固体燃料，在冶金生产中有实用意义的是煤、焦炭和粉煤。 A、煤 • 我国煤的特点是：
煤质优良，储量丰富，分布普遍。 • 按照煤的生成过程，煤可分为四类：
泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤。 • 泥煤年龄最轻，无烟煤最老。 • 工业上应用最多的是烟煤。
24
第二章燃料及燃烧计算
热能、、黄铁
矿硫、硫酸盐硫）存在形式。前两种硫能燃烧放热，计算中把它
们当作自由存在的硫，并统称挥发硫。最后一种硫不能燃烧，它
以各种硫酸盐的形式存在于燃料中
水分[H2O]：是有害组成物。本身不能放热，还要吸收大量热以加热其蒸汽至燃烧产物的温度。
灰分[A]：是最有害的组成物。燃料中的灰分就是一些不能
故气体燃料的湿成分不具有代表性在一般的情况下气体燃料的化学组成用干成分表示而气体燃料在使用时所具有的实际成分为湿成分所以湿成分是气体燃料的供用成分在进行燃烧计算时必须以湿成分为依据
冶金炉热工基础
山东工业职业学院冶金学院
1
第二章燃料及燃烧计算
2.1冶金企业常用燃料
1.燃料的定义凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热，并
6
第二章燃料及燃烧计算

燃料及燃烧2 燃烧计算及燃烧理论

Va0 VO0 2
100 8.9Car 26.7 H ar 3.3( Sar Oar )(Nm3 / kg) 21
洛阳理工学院
材料工程基础
②气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、 CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百分含量）
0 百分含量，VO 和 VO0分别为生成RO2和H2O的需氧量（ /m3） 2 2

0 0 (VO2 RO2 VO2 H 2 O ) O2
V
0 O2
RO2 V H 2 O
0 O2
令k
0 0 VO2 RO2 VO2 H 2O
RO2
K：单位燃料燃烧时的理论需氧量与该烟气中RO2百分含量的比值。组成变动不大的同种燃料的k值近似为常数。列于表。
洛阳理工学院
材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
第三节
燃烧计算
洛阳理工学院
材料工程基础

院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
在设计窑炉时（设计计算） 1、已知燃料的组成及燃烧条件， 2、需计算单位质量（或体积）燃料燃烧所需的空气量、烟气生成量、烟气组成及燃烧温度 3、以确定空气管道、烟道、烟囱及燃烧室的尺寸，选择风机型号。
CO2=
VCO2 0 V
0
×100（%）
洛阳理工学院
材料工程基础
② 气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百分含量）
CO + 1/2O2 → CO2 CO2 H2 + 1/2O2 → H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CmHn +(m+n/4)O2→ m CO2 + n/2 H2O 1Nm3 H2生成 1 Nm3 HO2 …… ...... 1Nm3 CO 生成 1 Nm3

燃料及燃烧

22.4 C 用 H 用 S 用 N 用 W 用 V0 ( ） 0.79 L0 100 12 2 32 28 18
理论燃烧产物量
（二）实际空气需求量和实际燃烧产物量的计算实际空气需要量实际燃烧产物量（三）燃烧产物成分和密度的计算 1.燃烧产物成分用
烟煤：烟煤比褐煤炭化更完全，水分和挥发分进一步减少，固体碳增加。低发热量较高；一般都在23000~29300千焦/千克。作冶金炉燃料时，主要考虑的指标是：挥发分和发热量；灰分含量及其熔点；含硫量；煤的粒度大小。分类：长焰煤、气煤、肥煤、结焦煤、瘦煤。无烟煤：无烟煤是炭化程度最完全的煤，其中挥发分很少。无烟煤挥发分少，燃烧时火焰很短，故在冶金生产中很少使用。焦炭缺乏时，可用无烟煤暂代。
②氢（H）： H 2 1 O2 H 2O(汽) 119915( KJ / Kg )
③氧（O）：有害元素 ④氮（N）：惰性物质
1 C O2 CO 10258( KJ / Kg ) 2
2
⑤硫（S）：有害杂质。S
O2 SO2 409930 KJ
存在形式：有机硫，黄铁矿硫硫酸盐 ⑥水分（W）：有害成分。水分来源：外部水、吸附水、结晶水。 ⑦灰分（A）：
2.焦炭要求：①化学成分 ②机械强度
③块度
④灰分 ⑤反应能力 3.粉煤将块煤或碎煤磨至0.05~0.07毫米的粒度称为粉煤。
任务2 燃烧计算
一概述 1.完全燃烧与不完全燃烧燃料中的可燃物全部与氧发生充分的化学反应，生成不能燃烧的产物，叫完全燃烧。燃料的不完全燃烧存在两种情况： ①化学性不完全燃烧：燃烧时燃料中的可燃物质没有得到足够的氧，或者与氧接触不良，因而燃烧产物中还含有一部分能燃烧的可燃物被排走，这种现象叫化学不完全燃烧。 ②机械不完全燃烧：燃料中的部分可燃成分未参加燃烧反应就损失掉的那部分。如灰渣裹走的煤，炉栅漏下的煤，管道漏掉的重油或煤气。

锅炉第二章题库答案

第二章燃料与燃烧计算一、名词解释1、发热量：单位质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量。

2、高位发热量：1kg燃料完全燃烧后所产生的热量，包括燃料燃烧时所生成的水蒸气的汽化潜热。

3、低位发热量：高位发热量中扣除全部水蒸气的汽化潜热后的发热量。

4、标准煤：规定收到基低位发热量Qnet，ar =29308kJ/kg的煤。

6、煤的挥发分：失去水分的干燥煤样置于隔绝空气的环境下加热至一定温度时，煤中的有机物分解而析出的气态物质的百分数含量。

7、油的闪点：油气与空气的混合物与明火接触发生短暂的闪光时对应的油温。

8、完全燃烧：燃烧产物中不再含有可燃物的燃烧。

9、不完全燃烧：指燃料的燃烧产物中还含有某些可燃物质的燃烧。

10、理论空气量：1kg收到基燃料完全燃烧，而又无过剩氧存在时所需的空气量。

11、过量空气系数：实际供给的空气量与理论空气量的比值。

12、理论烟气量：供给燃料以理论空气量，燃料达到完全燃烧，烟气中只含有二氧化碳、二氧化硫、水蒸气及氮气四中气体时烟气所具有的体积13、烟气焓：1kg固体、液体燃料或标准状态下1m³气体燃料燃烧生成的烟气在等压下从0℃加热到某一温度所需的热量。

二、填空1、煤的元素分析法测定煤的组成成分有碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分，其中碳、氢、硫是可燃成分，硫是有害成分。

2、煤的工业分析成分有水分、挥发分、固定碳和灰分。

3、表征灰的熔融特性的四个特征温度为变形温度、软化温度、半球温度和流动温度。

4、煤的炭化程度越深，其挥发分含量越少，着火温度越高，点火与燃烧就越困难。

5、煤的成分分析基准常用的有收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基。

6、理论水蒸气体积，包括燃料中氢完全燃烧生成的水蒸气、燃料中水分受热蒸发形成的水蒸气、理论空气量带入的水蒸气三部分。

0带进烟气中的水蒸气体积为V k0 m3/kg。

7、随同理论空气量Vk8、烟气成分一般用烟气中某种气体的所占干烟气总体积的体积百分数含量来表示。

燃料燃烧计算

第三章燃料及燃烧过程3-2 燃料燃烧计算一、燃料燃烧计算的内容及目的（一）计算内容：①空气需要量 ②烟气生成量 ③烟气成分 ④燃烧温度（二）目的：通过对以上内容的计算，以便正确地进行窑炉的设计和对运行中的窑炉进行正确的调节。

二、燃烧计算的基本概念（一）完全燃烧与不完全燃烧。

1、完全燃烧：燃料中可燃成分与完全化合，生成不可再燃烧的产物。

2、不完全燃烧：化学不完全燃烧：产物存在气态可燃物。

物理不完全燃烧：产物中存在固态可燃物。

（二）过剩空气系数 1、过剩空气系数的概念а=V a /V 0a2、影响过剩空气系数的因素：1）燃料种类：气、液、固体燃料，а值不同； 2）燃料加工状态：煤的细度、燃油的雾化粘度。

3）燃烧设备的构造及操作方法。

3、火焰的气氛：①氧化焰：а>1，燃烧产物中有过剩氧气。

②中性焰：а=1③还原焰：а<1，燃烧产物中含还原性气体（CO 、H 2）三、空气需要量、烟气生成量及烟气成分、密度的计算（一）固体、液体燃料：基准：计算时，一般以1kg 或100kg 燃料为基准，求其燃烧时空气需要量、烟气生成量。

方法：按燃烧反映方程式，算得氧气需要量及燃烧产量，然后相加，即可得空气需要量与烟气生成量。

1、理论空气量计算： 1）理论需氧量： V 0O2=12ar C +4ar H +32ar S －32ar O(Nm 3/kgr)2）理论空气量：V 0a =1004.22（12ar C +4ar H +32ar S －32ar O ）21100=0.089C ar +0.267H ar +0.033(S ar -O ar ) (Nm 3/kgr)2、实际空气量计算： V a =а×V o a3、理论烟气生成量的计算：V 0L =V CO2+V H2O +V SO2+V N2=1004.22 (12ar C +2ar H +18ar M +32ar S +28arN )×V o a +0.79V o a =0.01865C ar +0.112H ar +0.01243M ar +0.0068S ar +0.008N ar +0.79V o a4、实际烟气生成量的计算： 1）а>1时，V L = V 0L +(а-1)×V o a2）а<1时，在工程上进上近似认为其燃烧产物中只含有CO 一种可燃气体。

第二章燃料及燃料燃烧计算

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(二）各类煤质的燃烧特性
烟煤含碳量较无烟煤低 40％～70％；挥发分含量较多 20％～40％，易点燃，燃烧快，火焰长；氢含量较高发热量较高。褐煤
碳化程度低，含碳量低约为40～50%，
水分及灰分很高发热量低；挥发分含量高约40～50%，甚至60%，挥发分的析出温度低，着火及燃烧均较容易。
热量。
约占2％～6％。多以碳氢化合物的形式存在。
3、氧（O）和氮（N）
不可燃元素。氧含量变化很大，少的约占1％～2％，多的占40％氮的含量约占0.5％～2.5％。
5
一、煤的成分及分析基准
4、硫（S）
有害成分，约占2％，个别高达8％～10％。存在形式：
① 有机硫（与C、H、O等结合成复杂的有机物）
第二章燃料及燃料燃烧计算
燃料的成分及其主要特性燃料燃烧计算烟气分析方法空气和烟气焓的计算
1
§2.1 燃料的成分及其主要特性
燃料:
核燃料有机燃料固体燃料（煤、木料、油页岩等）
有机燃料 :
液体燃料（石油及其产品）气体燃料（天然气、高炉煤气、焦炉煤气等）
电厂锅炉以煤为主要燃料，并尽量利用水分和灰分含
Q Q 226 H d , n, et p d , gr d
干燥基高位发热量与低位发热量之间的换算：干燥无灰基高位发热量与低位发热量之间的换算： Q Q 226 H daf , net , p daf , gr daf
18
（一）煤的发热量
高位发热量(Qgr) 各基准间的换算采用表2-1换算系数
为反映煤的燃烧特性，电厂煤粉锅炉用煤还以VAMST及Q法分类
28
(二）各类煤质的燃烧特性

燃料燃烧、空气量、烟气量计算

元素 C
重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）
855
71.25
71.25
H
113
56.5
28.25
S
10
0.31
0.31
O
20
0.625
—
N2
2
—
—
燃烧1kg重油所需要的氧气量为： 71.25 + 28.25 + 0.31 － 0.625 =99.185 （mol/kg）
则理论空气量Va0 =（3.78+1）×99.185×22.4/1000 = 10.62 （m3/kg）
气量和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）。
解：
元素
重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）
C
657
54.75
54.75
S
17
0.53
0.53
H
3216Leabharlann 8H2O90
5
0
O
23
0.72
-0.72
污染物排放量的计算
①理论空气量
Va 0
(54.75
0.53
8 0.72) 1000
4.76 22.4
所以实际烟气体积Vfg=V0fg + V0a(α-1) = 11.01+10.47×（1.2-1）= 13.10 m3N/kg
污染物排放量的计算
例3 普通煤的元素分析如下：C 65.7％；灰分18.1％；S 1.7％；H 3.2；
水分 9.0％；O 2.3％。（含N量不计）试计算燃煤1kg所需要的理论空
量时可以忽略； e)燃料中氮主要被转化成氮气N2； f）燃料的化学式设为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代

第2章燃料及燃烧计算=长沙理工大学锅炉原理

煤的可磨性系数与磨损指数
煤的可磨性系数：
国际标准：哈德格罗夫法（Hardgrove法），测定哈氏可磨性指数HGI
煤的磨损性指数表示磨损的轻重程度；旋转磨损试验仪；冲刷式磨损试验仪：Ke＝E/At
Page 14
Principles of Boiler
2013-8-2
长沙理工大学能动学院
煤的分类
我国动力煤的分类（分类依据: Vadf）
氧)可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化学反应方程式求得
V 0 1 (1.866 C a r 5.56 H a r 0.7 S a r - 0.7 O a r ) 0.21 100 100 100 100
0.0889(Car 0.375Sar ) 0.265H ar 0.333Oar
0 O Vy0 VRO2 VN2 VH 2O
(Car 0.375Sar ) N 0.8 ar 0.79V 0 100 100 H ar M ar 11.1 1.24 0.0161V 0 , Nm3 / kg 100 100 1.866
Page 15 Principles of Boiler 2013-8-2
长沙理工大学能动学院
煤的类型
无烟煤
碳化程度高，含碳量很高，达95%，杂质很少，发热量很高,约为25000～32500 kJ/kg；
挥发份很少，小于10%，Vdaf析出的温度较高（可达400℃），着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃褐煤碳化程度低，含碳量低，约为40～50%，水分及灰分很高，发热量低, 约10000～21000 kJ/kg；挥发分含量高，约40～50%，甚至60%，挥发分的析出温度低（＜200℃），着火及燃烧均较容易

第二章燃料与燃烧计算

煤进入G.L中的一种自然的燃烧过程 1.预热、干燥：温度>100 ℃ ——水分测定： 2.挥发分析出：温度>130 ℃ ，析出—— Vdaf测定 Vdaf主要成分：CH化合物、H2、CO 、H2S等可燃气体
O2、CO2、N2等不可燃气体
Vdaf是煤分类的重要依据
三、燃料的燃烧特性（之二）
燃烧过程——是一种剧烈的氧化反应，
分析如何反应？
评价锅炉的好坏炉子的好坏燃料的优劣
①可燃物有哪些，有多少？
②易燃物有哪些，有多少？
③其他成分有哪些，有多少？
一、燃料元素分析：
燃料成分：C H O N S A M
C——主要可燃元素，32866kJ/㎏碳占50－ 95％（煤）。含碳量越高,Q发热值越大，着火、燃烧均困难。C与H、O、N、S呈结合物存在。
?不同的煤其元素成分含量不同由于成分在变不同情况下用不同的基表达?基质量百分数或体积百分数?1
第二章燃料与燃烧计算
目的：了解燃料特性，掌握燃烧计算要求：1.掌握燃料的元素成分的分析及其表达
（四种基的定义及换算） 2.了解燃料的分类及特点 3.掌握燃料的燃烧特性 4.熟练掌握燃料燃烧所需提供的空气量、燃
A——不可燃矿物质，10~50％（固体），随煤的形成、开采条件而变。（主要杂质） A越大，着火困难，受热面易积灰；灰熔点低，亦易积灰；易磨损，污染。液体中不超过0.1%；
Hale Waihona Puke 一、元素分析：M——主要杂质；含量2~5％—50~60%（固体）， 1~3%（液体）。
分内在水分（Minh）、外在水分(Mf)。外水分：附着、润湿在表面及大毛细孔中的水分；内水分：吸附、凝聚在内部的毛细孔中的水分；水分含量越大，发热值越低；

第2章燃烧物理学基本方程

[
]
[
]
[
]
∂u 2 ∂v 2 ∂w 2 Φ = 2 µ + + ∂x ∂y ∂z ∂u ∂v 2 ∂v ∂w 2 ∂w ∂u 2 2 ∂u ∂v ∂w 2 + µ + + + ∂y ∂x ∂z ∂y + ∂x + ∂y − 3 µ ∂x + ∂y + ∂z
r ∂ρ + div (ρv ) = 0 ∂t
基本守恒方程
动量守恒方程运动方程、运动方程、Navier-Stokes方程方程体积力：体积力：重力、磁力等
DV ρ = f Dt
表面力：压力、粘性力等表面力：
基本守恒方程
动量守恒方程
∂u Du ∂u ∂u ∂u ρ = ρ + u +v +w ∂t Dt ∂x ∂y ∂z ∂p ∂ ∂u 2 ∂u ∂v ∂w = − + 2 µ − µ + ∂x ∂y + ∂z ∂x ∂x ∂x 3 ∂ ∂u ∂v ∂ ∂w ∂u + µ + + µ + + (∑ ρ i Fi )x ∂y ∂x ∂z ∂y ∂x ∂z
基本守恒方程
二维边界层守恒方程
普朗特提出了边界层的概念，假设：普朗特提出了边界层的概念，假设：
在边界层内垂直于壁面的速度远小于平行于壁面的速度；平行于壁面方向的速度梯度、温度梯度以各组分浓度梯度远小于垂直于壁面方向的相应梯度；垂直于壁面的压力梯度近似等于零。

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是燃料的主
建筑环境与设备专业
一、
挥发分析
残留IT(IT(变形温度变形温度变形温度) ST ) ST ) ST（（软化温度软化温度）
）HT HT （（半球温度半球温度））FT FT（（流动温度流动温度））
kJ/kg。

干燥无灰基
分等物质组成的复杂混合物分等物质组成的复杂混合物，
建筑环境与设备专业南京理工大学
第二章燃料与燃烧计算
时的纯水密度之比值为20τ
当油气
第二章燃料与燃烧计算
不完全燃烧方程式
燃料特性系数
建筑环境与设备专业南京理工大学
第二章燃料与燃烧计算
完全燃烧
建筑环境与设备专业
理论烟气量以
上次课回顾
上次课回顾。

第二章燃料及燃烧计算

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