燃料及其燃烧.docx
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第 23 次课
教学课型:
理论课□ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□
主要教学内容(注明:
*重点 #难点):
3燃料及燃烧
3.1燃料的种类和组成:
固、液、气态燃料及其组成表示 *
3.2燃料的热工性质及选用原则
教学目的要求:
掌握固、液、气态燃料及其组成表示以及各成分之间的换算
教学方法和教学手段:
讲授
讨论、思考题、作业:
参考资料:
沈慧贤,胡道和.《硅酸盐热工工程》.武汉工业大学出版社,1996
山 东 理 工 大 学 教 案
注:
教师讲稿附后
第四章 燃料及其燃烧
硅酸盐工业是能耗大户,热量的来源主要有两种:
一种是燃料燃烧放热产生,利用化学热转变成热能,另一种是以电为主,使电转变为热能,目前硅酸盐工业窑炉的热源以第一种形式为主。
第一节 燃料的种类和组成
一、燃料的种类
根据燃料的状态大体可以分为:
固态、液态和气态燃料。
(1)固态燃料主要是煤,根据煤的进化的程度分为泥煤、和美、烟煤、无烟煤。
泥煤:
是最年青的煤,尚保留着植物遗体的遗迹,质地疏松,吸水性强,水分高达40%,
挥发分高,可燃性好,反映性强,含硫量低,主要用于烧锅炉或作气化燃料,工业价值不大,更不便于远途运输,就近使用。
褐煤:
由于它能把热碱水染成褐色而称之为褐煤,它已经完成了植物遗体的炭化过程,密度较大,含炭量高,密度较大,易氧化,自燃,吸水性强,易风化,也不适于远地运输。
烟煤:
它是炭化程度较高的煤,吸水性较小,适于远地运输,最大特点是粘结性好,是生产焦炭的优质原料,但是它的储量较低,为节约起见,炼焦时与其他煤种配合使用。
无烟煤:
最古老的煤,密度大、含炭量高、致密坚硬、吸水性小,缺点是燃烧室不易
点燃、受热时容易爆裂成片。
(2)液体燃料通常指的是重油
(3)气体燃料:
天然气与人造气
天然气:
热值高,是一种良好的燃料
人造气:
石油气、焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、城市煤气二、燃料组成及其换算
(一)固、液体燃料的组成与换算
1、固、液体燃料的化学组成
固液体燃料的基本组成有C、H、O、N、S、W(水分)及A(灰分),其中C、H、S能燃烧放热构成可燃成分,但S燃烧后生成的而氧化硫为有毒气体。
所以视硫为有害成分;氧和氮的存在相对降低了可燃成分的含量,属于有害物质;水分(W)的存在不仅相对降低了可燃成分含量,而且水分在蒸发时要吸收大量的热,所以视水为有害物质;灰分的存在不仅降低了可燃成分的含量,而且影响燃烧过程的进行,在燃烧过程中易溶结成块,阻碍通风,造成燃料浪费和增加排灰的困难。
2、固(液)体燃料的成分分析组成
固(液)体燃料的成分分析方法有元素分析法和工业分析法两种。
元素分析法是确定燃料中C、H、O、N、S的重量百分含量,它不能说明燃料由那些化合物组成及这些化合物的形式。
只能进行燃料的近似评价,但元素分析法的结果是燃料计算的重要原始数据。
工业分析法可测定水分,灰分,挥发分产率及固定碳的含量,并能估计燃料的结焦性能以作为评价燃料的指标.国标的具体测定过程:
将固体燃料加热到110度,使其水分蒸发,测得水分(M),再在隔绝空气的条件下加热到850度,测出挥发分的含量(V),然后通以空气充分燃烧测得固定炭的含量(C),剩下的即为灰分(A)。
由于煤的开采、运输及储存的条件不同,煤的组成常常变化很大,表示煤的化学组成常常又四种表示方法:
(1)收到基(下表ar):
使用单位收到的煤的组成
即 Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar%+Aar%+Mar%=100%
(2)空气干燥基:
将煤样在20度与相对湿度70%的空气下连续干燥1小时后,
质量变化不超过0.1%,即认为已经道道空气干燥状态,以下标ad。
即:
Cad%+Had%+Oad%+Nad%+Sad%+Aad%+Mad%=100%
(3)干燥基:
绝对干燥组成,以下标d
Cd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd%+Ad%+Md%=100%
(4)干燥无灰基:
不含水,不含灰分,以下标daf表示
Cdaf%+Hdaf%+Odaf%+Ndaf%+Sdaf%+Adaf%+Mdaf%=100%
,
各种成分之间的换算关系见表4-1。
燃料的组成的换算系数 表4-1
已知的
基
所 要 换 算 的 基
收到基
空气干燥基
干燥基
干燥无灰基
收到
基
1
100-Mad
100-Mar
100
100-Mar
100
100-(Mar+Aar)
空气干燥
基
100-Mar
100-Mad
1
100
100-Mad
100
100-(Mad+Aad)
干
燥基
100-Mar
100
100-Mad
100
1
100
100-Ad
干燥无灰
基
100-(Mar+Aar)100
100-(Mad+Aad)100
100-Ad
100
1
注意:
此表应用时,左边×交叉系数=列
100-Mar
例如:
干燥基× =收到基
100
例【4-1】已知煤的干燥无灰组成为(%)为:
Cdaf
Hdaf
Odaf
Ndaf
Sdaf
80.2
6.1
11.6
1.4
0.7
又知:
收到基时水分组成Mar=3.5%;
干燥基时灰分组成Ad=8.2%;
计算收到基Car
解:
由表4-1,需要先由干燥无灰基
100-A
d
´
¾¾100¾®
´100-Mar
干燥基¾¾1¾00¾®收到基
Car=80.2×
100-8.2
100
´100-3.5
100
=71.04
(二)气体燃料
组成:
可燃成分:
CO H2 CH4H2S等不燃成分:
CO2 H2O N2O2 SO2
气体燃料的组成为体积百分比组成,分为干成分与湿成分,二者之间的换算为:
100-HOV
湿成分=干成分× 2
100
2
其中HOV为100m3湿气体燃料中所含水蒸汽的体积。
第二节燃料的热工性质及选用原则
一、发热量(热值)
(一)发热量:
单位质量(或体积)的燃料完全燃烧时,为将燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称为发热来也叫热值。
高发热量:
燃绕后,并将其中的水蒸气全部冷却到凝结成水时的所放出的热量。
低发热量:
燃烧后水蒸气人干以气体存在。
(二)发热量的测定和计算
发热量的测定由专门的仪器来测量,氧弹量热计,具体过程试验时详细讲解。
计算:
一般选测公式计算,即:
Qnet,ar
=339Ccr+1030Har109(Oar-Sar)-25Mar
收到基的低发热量
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,将煤样加热到850度并保持7分钟所得到的气态物
质,主要组成为:
矿物结晶水,挥发性成分和热解产物构成。
挥发分含量影响到火焰的长度及着火温度,一般来说,挥发分越高,火焰越长,越容易着火。
2、渣性:
与煤灰的成分有关,含SiO2,Al2O3则不易结渣,若含FeO Na2O K2O等容
易结渣
3、水分:
会降低发热量,不易着火,降低炉温,增加烟气带走热量。
4、可燃硫:
污染源之一,生成二氧化硫,三氧化硫,与水结合形成酸,导致酸雨,剩余热工性质自己看书了解即可。
第 24 次课
教学课型:
理论课□ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□
主要教学内容(注明:
*重点 #难点):
1. 3燃烧计算
3.3.1设计计算:
空气量、烟气量、烟气组成的计算 *
3.3.1.1固、液体、气体燃料的计算理论空气量的计算
实际空气量的计算
教学目的要求:
会计算固、液体燃料的空气量的计算
教学方法和教学手段:
讲授
讨论、思考题、作业:
P306【2-41】
P306【4-1】
山 东 理 工 大 学 教 案
参考资料:
沈慧贤,胡道和.《硅酸盐热工工程》.武汉工业大学出版社,1996
注:
教师讲稿附后
第三节 燃烧计算
一、计算的目的与内容
计算的目的主要有两个:
设计窑炉,计算内容:
空气量计算,废气量计算
操作窑炉:
燃烧消耗系数的计算
计算着重掌握设计计算。
二、空气量、烟气量及烟气组成的计算
方法:
分析计算,根据燃料的成分来计算
近似计算,根据经验公式计算,我们主要掌握分析计算
(一)分析计算
1、空气量的计算
(1)理论空气量的计算
理论空气量指燃料重的可燃成分恰好完全燃烧所需的空气量。
①固、液体燃料
固体燃料和液体燃料的理论空气需要量,燃料成分为
Car%+Har%+Oar%+Nar%+Sar%+Aar%+War%=100%
C+O2=CO2
1
1 1
(kmol)
1
8/311/3
(kg)
4H+O2=2H2O
4
1
2
(kmol)
1
8
9
(kg)
S+O2=SO2
1
1
1
(kmol)
1
1
2
(kg)
1kg燃料完全燃烧时所需要的氧气体积为
1 1 1 1
V0=( Car+ 8Har+ Sar-
Oar)×22.4/100 (Nm3/kg)
O2 12 4 32 32
1kg燃料完全燃烧时所需要的空气体积为
a
V0=1Car+18Har+1
Sar-1
100
Oar)×22.4/100×
(Nm3/kg)
12 4 32 32 21
理论氧气需要量:
按照化学反应式的配平系数计算,不估计其它因素的影响,得到的1kg
燃料完全燃烧需要的氧气量。
理论空气需要量:
理论氧气需要量除以空气中氧气的含量,便得到的1kg燃料完全燃烧需要
的空气量,计作V0a
②气体燃料
CO+1O
2 2
=CO2
H+1O
2 2 2
=H2O
CH+æn+möO
=nCO
+mHO
n m ç ÷2
4
è ø
2 2 2
HS+3O=HO+SO
2 2 2 2 2
V0=é1CO+1H+
æn+möCH
+3H
S-O ù1
O2 ê
ë
2 ç ÷n m 2
2
å
4
2 è ø 2
2ú100
所需的理论空气量
å
V0=é1CO+1H+ æn+möCH
+3H
S-O
û
(Nm3/Nm3)
û
ù1´100
a ê 2 2 ç
÷n m 2
2
4
ë
è
ø 2
2ú100 21
(Nm3/Nm3)
(2)实际空气量
上面的计算中是假设氧化剂分子和燃料分子按照化学当量配比,混合均
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- 燃料 及其 燃烧
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