燃料及燃烧.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,已知发生炉煤气的湿成分：,CO=29.0%,，,H,2,=15.0%,，,CH,4,=3.0%,，,C,2,H,4,=0.6%,，,CO,2,=7.5%,，,N,2,=42.0%,，,O,2,=0.2%,，,H,2,O=2.7%,。,在,n=1.05,的条件下完全燃烧。计算煤气燃烧所需的空气量、燃烧产物量、燃烧产物成分和密度。,湿,湿,湿,湿,湿,湿,湿,湿,燃料,:,凡燃烧时能放出大量的热，该热量能经济而有效地用于现代工业生产或日常生活的所有物质，统称燃料。,分类：,按,物态,分为固体燃料、液体燃料和气体燃料,按,来源,可分为天然产品和加工产品,冶金生产所使用的燃料应具备的条件,（,1),燃烧所放出的热量必须满足生产工艺要求；,（,2,）便于控制和调节燃烧过程；,（,3,）蕴藏最丰富，成本低，使用方便；,（,4,）燃烧产物必须是气体，对人、动植物、厂房、设备等无害。,项目二燃料及燃烧,任务,1,燃料特性,燃料的化学组成。,燃料的发热能力。,（一）燃料的化学组成及其成分换算,1.,气体燃料的化学组成及干湿成分换算,气体燃料由几种简单的化合物所组成的机械混合体。,可燃成分：,CO,、,H,2,、,CH,4,、,C,2,H,4,、,CmHn,、,H,2,S,。,不可燃成分：,CO,2,、,N,2,、,S0,2,、,H,2,O,、,O,2,。,气体燃料的成分系以各组成物的,体积百分数,表示。,表示方法有,湿成分,和,干成分,两种。,气体燃料的水分含量等于在该温度下的饱和水蒸汽量。,分析成分是干成分，实际成分为湿成分；,干成分和湿成分之间的,换算方法,以,CO,为例：,其余成分均照此类推。,式中,H,2,O,湿,为湿气体燃料中水分的体积百分含量。,从饱和水蒸汽表中（见表,2-2,）：,1,立方米干气体所能吸收的水蒸汽的质量（克），,g/m3,。,=,例题,2-1,将发生炉煤气的干成分换算成湿成分。,干气体。,元素分析法,：,C,、,H,、,O,、,S,、,N,和水分、灰分,碳（,C,）：,2.,液体和固体燃料的化学组成及各成分的换算,氢（,H,）：,氧（,O,）：有害元素,氮（,N,）：惰性物质,硫（,S,）：有害杂质。,存在形式：有机硫，黄铁矿硫硫酸盐,水分（,W,）：有害成分。水分来源：外部水、吸附水、结晶水。,灰分（,A,）：,供用成分,：实际组成，包括,C,、,H,、,O,、,N,、,S,和灰分（,A,）、水分（,W,）,干燥成分,：,可燃成分,：无水无灰为基准,有机成分,：,C,、,H,、,O,、,N,四种元素成分，有机成分或有机质。,成分表示方法,：供用成分、干燥成分、可燃成分、有机成分。,例：已知煤的下列成分：,试确定煤的供用成分。,解：,=85.22%,=0.8182,85.22%=69.73%,=0.8182,4.33%=3.54%,=0.8182,8.47%=6.93%,=0.8182,1.35%=1.10%,=0.8182,0.63%=0.52%,（二）燃料的发热量,定义：单位质量或体积的燃料完全燃烧后所放出的热量的千焦数。,单位：固、液体燃料：千焦,/,千克（,KJ/Kg,），,气体燃料：,。,影响因素：只取决于燃料内部的化学组成，不取决于外部的燃料条件。,高发热量,：当燃烧产物的温度冷却到使其中的水蒸气冷凝成,0,的水时所放出的热量。,：当燃烧产物中的水分不是呈液态，而是呈,20,的水蒸气存在时的发热量。,低发热量,高发热量与低发热量之间的换算关系：,=25.12,（,9H+W,）（千焦,/,千克）,1.,发热量的概念,2.,发热量计算式,固、液体燃料发热量的计算公式：,气体燃料发热量的计算公式：,3.,标准燃料,发热量为,29302,千焦,/,千克（,7000,千卡,/,千克）的煤为,标准煤,；,发热量为,41870kJ/kg,（,10000kcal/kg,）的燃料油为,标准燃料油,。,1.,高炉煤气,:,主要可燃成分为,CO,不到三分之一，主要成分,N,2,=50%,以上。,2.,焦炉煤气：主要成分是,H,2,=50%,以上,，,其余为,CH,4,=25%,。,3.,发生炉煤气：主要成分是,CO,含量不到三分之一，,=10%,，,N,2,=50%,以上。,4.,天然煤气：主要成分是,CH,4,，,80%,以上。,5.,使用煤气安全知识：输送管道要严密无缝隙。防毒、防爆，严格遵守煤气安全制度。,二 常用燃料的种类、性质和用途,（一）气体燃料,四个牌号，,20,、,60,、,100,、,200,号，重油在,50,时的恩式粘度来确定。,（二）液体燃料,重油,1.,粘度,温度的升高而下降,表示方法：恩氏粘度（），用恩氏拉粘度计测得：,输送管道，油温：,喷嘴前，油温：,2.,闪点,重油加热时表面会产生油蒸汽，随着温度的升高，油蒸汽越来越多，并和空气相混合，当达到一定温度时，火种一接触油气混合物便发生闪火现象。这一引起闪火的最低温度称为重油的闪点。,闪点：，,着火温度：左右。,3.,凝固点,重油冷却到一定温度时，就会凝固而失去流动性，开始凝固的温度称为凝固点。左右。,（三）固体燃料,煤、焦炭、粉煤,1.,煤,泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤,煤的工业分析：（,1,）挥发分（,2,）固定碳（,3,）灰分（,4,）水分,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,2300029300,千焦,/,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.,焦炭,要求：化学成分,机械强度,块度,灰分,反应能力,3.,粉煤,将块煤或碎煤磨至,0.050.07,毫米的粒度称为粉煤。,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：,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。,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。,任务,2,燃烧计算,一 概述,2.,空气消耗系数,理论空气需要量用,L,0,表示。,实际空气需要量用,Ln,表示，它与理论空气需要量的比值叫空气消耗系数，用,n,表示。,n,值分析：,n,大于,1,：,1,）降低炉温，不利于供热；,2,）增大燃烧产物体积，对某些附属设备的容量也有所影响；,3,）使钢大量氧化和脱碳，影响质量。,n,等于,1,：理想状态。,n,小于,1,：造成化学性不完全燃烧损失。,固体燃料：,n=1.201.50,液体燃料：,n=1.151.25,气体燃料：,n=1.051.15,3.,燃烧计算的内容及假设条件,假定：,燃料中可燃成分完全燃烧。元素分子量取整数。,气体的体积都按标准状态计算，每,1kmol,任何气体的体积都是,22.4m,；,在计算中不考虑热分解效应；,空气的组成只考虑,O,2,和,N,2,，认为干空气由体积含量为,21%,的氧和体积含量为,79%,的氮所组成；,燃烧计算内容,：,燃料燃烧时所需要的空气量的计算,;,燃烧产物量的计算；,燃烧产物的成分和密度的计算；,燃烧温度的计算；,空气消耗系数的计算。,3,二 气体燃料的燃烧计算,特殊点：,1.,气体燃料的,L,0,及,V,0,指的是,l,立方米气体燃料完全燃烧时所需要的空气量和生成的燃烧产物量，其单位是,m/m,。,2.,燃烧反应方程式中反应物与生成物之间的,分子比就是体积比,。,3,3,空气需要量：,燃烧产物量：,（一）理论空气需求量和燃烧产物量的计算,根据上述反应即可求得燃烧所需的氧为：,（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,2.,燃烧产物的密度,当已知燃烧产物成分时，其计算公式为：,当不知燃烧产物成分时，其计算公式为：,例,1,：高炉煤气的湿成分：,CO=26.1%,，,H,2,=3.07%,，,CH,4,=0.19%,，,CO,2,=14.1%,，,N,2,=52.2%,，,O,2,=0.19%,，,H,2,O=4.15%,。,试确定,n=1.2,的条件下完全燃烧所需的实际空气量、实际燃烧产物量、燃烧产物成分和密度。,湿,湿,湿,湿,湿,湿,湿,已知发生炉煤气的湿成分：,CO=29.0%,，,H,2,=15.0%,，,CH,4,=3.0%,，,C,2,H,4,=0.6%,，,CO,2,=7.5%,，,N,2,=42.0%,，,O,2,=0.2%,，,H,2,O=2.7%,。,在,n=1.05,的条件下完全燃烧。计算煤气燃烧所需的空气量、燃烧产物量、燃烧产物成分和密度。,湿,湿,湿,湿,湿,湿,湿,湿,二、液体和固体燃料的燃烧计算,固体燃料和液体燃料的燃烧反应通常以,kmol,为依据，求出所需氧的,kmol,数，再换算为体积。,主要可燃成分：碳、氢、硫,C+O,2,=CO,2,1kmol1kmol1kmol,理论空气需要量,理论燃烧产物量,（一）理论空气需求量和理论燃烧产物量的计算,（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,=,100%,=,=,=,=,100%,100%,100%,100%,2.,燃烧产物密度,当已知燃烧产物的成分时，固、液体燃料燃烧产物的密度,0,=,当不知燃烧产物的成分时，,已知烟煤的成分：,C=56.7%,，,H=5.2%,，,S=0.6%,，,O=11.7%,，,N=0.8%,，,A=10.0%,，,W=15.0%,，,当,n=1.3,时，,试计算完全燃烧时的实际空气需要量、实际燃烧产物量、燃烧产物成分和密度。,用,用,用,用,用,用,用,解 （,1,）空气需要量,L0=4.76,22.4,（,）,=6.07,（,m,3,/Kg,）,Ln=1.36.07=7.89,（,m3/Kg,）,（,2,）燃烧产物量,V,0,=22.4,（,）,+0.796.07=6.63,（,m,3,/Kg,）,Vn=6.63+,（,1.3,1,）,6.07=8.45,（,m3/Kg,）,（,3,）燃烧产物成分,=,100%=12.53%,100%=9.09%,=,100%=0.05%,=,100%=73.83%,=,100%=4.52%,=1.32,（,Kg/m,3,）,=,（,4,）燃烧产物密度,0=,燃料燃烧放出的热量全部被燃烧产物所吸收，燃烧产物所能达到的温度叫燃料的燃烧温度，,燃烧温度的高低,，取决于燃烧产物中所含热量的多少，,燃烧产物中所含热量的多少，,取决于燃烧过程中热量的,收入和支出。,三 燃烧温度,1.,概念,燃烧温度既与燃料内部的化学组成有关，,又受外部燃烧条件的影响。,（,1,）燃料燃烧的化学热,Q,低,（,2,）空气带入的物理热,Q,空气,（,3,）煤气带入的物理热,Q,煤气,热支出各项有：,（,1,）燃烧产物所含的热量,Q,产,（,2,）由燃烧产物向周围介质的散热损失,Q,介,（,3,）燃料不完全燃烧损失的热量,Q,不,（,4,）高温下燃烧产物热分解损失的热量,Q,解,热平衡方程式：,Q,低,+Q,燃,+Q,空,=Vnc,产,t,产,+Q,介,+Q,不,+Q,解,热收入各项有：,在完全燃烧和绝热条件下，也就是当,Q,不,和,Q,介,都等于零时，,燃烧产物所能达到的温度叫做“,理论燃烧温度,”，,2.,提高燃烧温度的途径,1,）提高燃料的发热量,2,）实现燃料的完全燃烧,3,）降低炉体热损失,4,）预热空气和燃料,5,）降低空气消耗系数,6,）富氧鼓风和氧气助燃,优点：,（,1,）空气消耗系数小；,（,2,）可以预热，提高煤气的燃烧温度；,（,3,）燃烧过程易控制；,（,4,）输送方便，劳动强度小，易实现自动化。,缺点：,（,1,）管路施工及架设等费用高；,（,2,）燃料价格贵；,（,3,）贮藏困难；,（,4,）煤气有发生爆炸和使人中毒的危险。,任务,3,燃料燃烧,一 气体燃料的燃烧,分三个阶段：,（一）煤气的燃烧过程,1.,煤气与空气的混合；,影响因素：,改善途径：,使煤气与空气流形成一定的交角,改变气流的速度,缩小气流的直径,煤气和空气的流动方式,气流速度,气流相对速度,气流直径,（一）煤气的燃烧过程,2.,煤气与空气混合物的加热和着火,着火类型：,3.,完成燃烧反应,临界条件：,着火温度和着火浓度极限。,自然着火,强迫着火,着火温度,4.,煤气燃烧的火焰,火焰是正在进行燃烧反应的一般高温混合物。,煤气火焰由混合区、预热区、燃烧区组成。,在燃烧过程中，火焰好像一层一层地向前推移，火焰锋面连续向前移动，这种现象叫,火焰的传播,。,火焰前沿向前推移的速度叫,火焰传播速度,。,火焰传播速度：,H,2,COCH,4,焦炉煤气,发生炉煤气,高炉煤气,天然气,火焰的稳定性：,火焰长度：,火焰长短主要取决于煤气与空气的混合速度，随着混合速度的加快而缩短,焦炉煤气不易脱火而易回火，天然气易脱火而不易回火。,火焰传播速度,U=W,气流速度，火焰稳定在烧嘴附近,火焰传播速度,U W,气流速度，,回火回火极限,火焰传播速度,U,W,气流速度，,脱火脱火极限,回火、脱火的危害：,脱火：不完全燃烧，易引起操作人员的窒息、中毒，易发生爆炸事故。,回火时，不完全燃烧，烧坏燃烧器，爆炸。,（二）煤气燃烧方法,1.,扩散燃烧,煤气和空气在燃烧之前不预先混合，两者在离开燃烧器后一边混合、一边燃烧的过程叫扩散燃烧。,扩散火焰的稳定性很好，不会回火，也很难脱火。,强化扩散燃烧的方法：,增大煤气、空气两气流的速度差；,加大两气流的交汇角度；,减小气层厚度，或使气流呈多股细流喷出；,增强气流搅拌程度，使气流旋转。,2.,预混燃烧,（,1,）空气耗散系数小,（,2,）燃烧速度快，燃烧空间的热强度大,（,3,）燃烧温度较扩散燃烧时高,（,4,）火焰的黑度较扩散燃烧时小,（,5,）预热温度原则上不能高于混合气体的着火温度,（,6,）火焰稳定性差，即易回火，也易脱火，调节范围较小,3.,大气式燃烧,大气式燃烧所需空气分两次供应：一部分为一次空气，事先和煤气相混合，一次空气耗散系数为,0,n,1,1,。燃烧所需其余空气靠扩散供应为二次空气。,火焰长度介于上两种方式之间，分两个区域：火焰内锥，就是预混燃烧时的前焰面；火焰外区则相当于扩散燃烧时的扩散火焰。,（三）煤气燃烧器,1.,有焰烧嘴,套管式烧嘴：,优点：结构简单气流阻力小。,缺点：混合较慢，火焰较长，需要足够大的空间。,扁缝涡流式烧嘴：,扁缝涡流式烧嘴是有焰烧嘴中混合条件最好，火焰最短的一种，适用于发生炉煤气和混合煤气，但要求烧嘴前的煤气压力和空气压力具有一定的压力。,2.,无焰烧嘴,优点,烧嘴具有自调性；,混合装置简单可靠；,燃烧速度快，燃烧温度比有焰烧嘴高；,不需要风机，管路简单，调节和自动控制系统也简单。,外型尺寸很大，占地面积大，安装和操作都不方便；,需要较高的煤气压力，动力消耗大；,空气和煤气的预热温度受到限制；,烧嘴的自调性差。,缺点,1.,重油的燃烧过程,由碳氢化合物组成,燃烧过程：,a,雾化阶段,b,混合,c,预热阶段,d,燃烧反应阶段,二 液体燃料的燃烧,重油燃烧的好坏主要取决于雾化程度的好坏，雾化越好，油滴越细，表面积越大，加热快，氧较易渗入，燃烧遮度快，即便形成碳黑，其颗粒也很细小，细粒碳不仅能很快燃烧，并且还增加了火焰的辐射能力。,多相燃烧反应：,2.,重油喷嘴,1.,低压油喷嘴,2.,高压油喷嘴,3.,油渗水乳化燃烧方法简介,簧片哨工作原理,1.,粉煤的燃烧过程,粉煤的燃烧过程分为：混合、预热、燃烧三个阶段,粉煤的燃烧过程受扩散作用，灰分多少的影响。,粉煤的燃烧速度取决于粉煤的粒度大小及所含挥发分的多少。,粉煤燃烧所需空气分两部分通入：,输送煤粉的空气叫一次空气，,其余助燃的空气叫二次空气。,三 固体燃料的燃烧,（一）粉煤的燃烧,2.,粉煤烧嘴,（二）块煤的燃烧,通风速度,煤的块度,煤层厚度,灰分熔点,挥发分含量,1.,余热回收,2.,减少冷却水带走的热量,3.,减少炉体散热,4.,提高燃料的发热量，改善燃烧条件、传热条件,5.,确定合理的热负荷,6.,富氧空气燃烧,7.,安装测量和调节仪表,8.,计算机控制,9.,加强管理,节约燃料的途径,