33燃烧效率及燃烧检测解析.pptx

1 3.5 燃烧检测及燃烧效率工程燃烧学工程燃烧学2对烟气的检测和计算n目目标：通通过对燃燃烧产物（烟气）的成分物（烟气）的成分进行气体分析，行气体分析，实现对空气消耗系数和燃空气消耗系数和燃烧完全程度的完全程度的计算算n方法：方法：化学吸收法、化学吸收法、电气气测量法、量法、红外吸收法和色外吸收法和色谱分析分析法法n关关键问题：需要掌握空气消耗系数和不完全燃需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧热损失的失的检测计算原理和方法算原理和方法3测定方法-化学吸收法n奥氏烟气分析奥氏烟气分析仪测定烟气成分定烟气成分n燃燃烧效率效率仪测定烟气成分定烟气成分4烟气成分检测分析n在使用在使用仪器及相器及相应方法方法测量得到烟气成分数据后，需要量得到烟气成分数据后，需要验证所得数据的准确性所得数据的准确性n满足气体分析方程的数据就是有效的足气体分析方程的数据就是有效的(误差范差范围内内)n 是燃料特征系数是燃料特征系数，决定于燃料成分决定于燃料成分。表。表6-1nRO2CO2SO2，即两种成分之和，即两种成分之和n各成分的上各成分的上标 表示是燃表示是燃烧产物（烟气）成分物（烟气）成分5气体分析方程的导出n1、定定义VRO2、RO2,max、(存在存在C、S成分上限成分上限)（1）VRO2是完全燃是完全燃烧时燃燃烧产物中物中RO2（CO2SO2）的数）的数量量（2）RO2,max定定义为干理干理论燃燃烧产物物中的中的RO2最大理最大理论含量含量（干成分（干成分%）（1）（3）由右式定由右式定义 （2）6气体分析方程的导出n2、用烟气成分用烟气成分计算算RO2,max，要，要计算算 VRO2和和V0,dn根据根据VRO2的定的定义，可直接写出，可直接写出n依据烟气中成分同依据烟气中成分同样可以得到可以得到V0,d和和Vn,d间的关系的关系n3、得气体分析方程得气体分析方程，上两式子代入定上两式子代入定义式式(1)得到得到RO2,max，再将，再将RO2,max的表达式代入的表达式代入的定的定义式式(2)7V0,d与Vn,d的关系n对于完全燃于完全燃烧：Vn,d=V0,d+(Ln-L0)（此（此时n=1）n如果不完全燃如果不完全燃烧：n用用产物成分表示物成分表示Ln-L0（过剩空气量）。一部分是剩空气量）。一部分是n1过剩的，剩的，一部分是由于不完全燃一部分是由于不完全燃烧未参加反未参加反应而剩余的，故而剩余的，故8V0,d与Vn,d的关系n因此，因此，n=1时，n在在n1时，上式同，上式同样成立成立n把上式和把上式和VRO2代入代入RO2,max的的计算式，即可得气体分算式，即可得气体分析方程析方程9定义RO2,max及的意义n对于确定的燃料，其成分中含于确定的燃料，其成分中含C、S元素的量是确定的，因元素的量是确定的，因此在烟气中此在烟气中CO2SO2有理有理论上的最大上的最大值，这就是就是RO2,maxn根据物根据物质守恒，守恒，烟气中所有含烟气中所有含C、S元素成分之和不能超元素成分之和不能超过RO2,max。如果。如果测量的数据超量的数据超过了，那就是了，那就是错误的。如果的。如果相差太大那么就是相差太大那么就是测量量误差大或燃差大或燃烧状况很不理想状况很不理想n定定义就是要依据燃料本身的特征就是要依据燃料本身的特征值（与燃（与燃烧过程无关）程无关）来判断所来判断所测量烟气成分是否具有准确性量烟气成分是否具有准确性n实际上从式上从式(2)看出做看出做为检测的特征的特征值和和RO2,max是一是一样的，的，两者有确定的两者有确定的简单关系，用关系，用是是为了了简便便10气体分析方程的简化应用n1、如果如果H2及及CH4很小，很小，则可忽略不可忽略不计，方程，方程简化化为n2、如果完全燃如果完全燃烧，则没有可燃成分没有可燃成分空气空气过量系数的量系数的检测计算算12空气消耗系数的计算n1、提出提出问题：空气消耗系数空气消耗系数n值是一个很重要的指是一个很重要的指标，对燃燃烧过程有很大影响，需要确定程有很大影响，需要确定n2、分析分析问题：正在工作的炉子，由于存在吸气和漏正在工作的炉子，由于存在吸气和漏风现象，很象，很难测定定实际空气消耗量空气消耗量Ln，也就，也就难以用下式求以用下式求nn3、解决解决问题：需要用烟气成分需要用烟气成分计算空气消耗系数算空气消耗系数n按氧平衡原理按氧平衡原理计算算n值n按氮平衡原理按氮平衡原理计算算n值13方法1 氧平衡原理计算n值n首先考首先考虑完全燃完全燃烧 1、将、将n值用氧气量来表示用氧气量来表示2、用烟气成分表示、用烟气成分表示，L0,O2为理理论需氧量，完全燃需氧量，完全燃烧后全部后全部转化化为RO2和和H2O，那么必然可以用下式表示，那么必然可以用下式表示nL0,O2=aVRO2+bVH2O=(aRO2+bH2O).Vn/100n完全燃完全燃烧情况下情况下(Ln,O2L0,O2)为烟气中剩余氧量烟气中剩余氧量nLn,O2-L0,O2=O2.Vn/10014方法1氧平衡原理计算n值n因此得到因此得到n值n3、引入、引入K表示理表示理论需氧量与燃需氧量与燃烧产物中物中RO2量的比量的比值 K值可根据燃料成分求得。可根据燃料成分求得。天然气的天然气的K值一般按一般按2计算算为什么要引入参数K15引入K的意义n在引入在引入K前，前，n值用燃用燃烧产物表示物表示时，有，有H2O成分，成分，H2O成成分有多少以气分有多少以气态形式存在是很不确定的，取决于温度形式存在是很不确定的，取决于温度n在用在用仪器器测量烟气成分量烟气成分时，都是，都是检测干烟气，一般不干烟气，一般不测量量H2O成分数据（成分数据（测量了也不准确）量了也不准确）n（1）引入一个）引入一个参数参数K就是就是为了避免用了避免用产物中的物中的H2O成分数成分数据据n（2）并且常数并且常数K可依据燃料成分求得，跟燃可依据燃料成分求得，跟燃烧过程无关程无关。16不完全燃烧n值修正n不完全燃不完全燃烧时，则燃燃烧产物中物中还存在存在CO、H2、CH4等可燃成等可燃成分分n1、修正、修正O2。n值公式中氧量公式中氧量应减去减去这些可燃气体完全燃些可燃气体完全燃烧时将消耗的氧将消耗的氧n2、修正、修正RO2。RO2量量应加上加上这些可燃气体如果燃些可燃气体如果燃烧将生成将生成的的RO217方法2 氮平衡原理求n值n1、变换n值的表达式的表达式，变换后不出后不出现单独的独的L0项，因，因为该值与燃料成分有关而与烟气成分无关与燃料成分有关而与烟气成分无关n2、根据氮平衡有根据氮平衡有n3、（表达式中的量用烟气表示）、（表达式中的量用烟气表示）根据氧平衡有根据氧平衡有18方法2氮平衡原理求n值n4、（引入燃料决定量代替、（引入燃料决定量代替难测量）量）再利用再利用VRO2与与Vn,d的的关系关系n最后得最后得n注意：注意：N燃燃、VRO2由燃料成分确定由燃料成分确定19n值公式讨论特定情况的特定情况的简化化n1、含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、焦炉煤含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、焦炉煤气等），气等），Nfuel可忽略不可忽略不计 0，则n2、进一步，若完全燃一步，若完全燃烧，则20n值公式讨论n3.如果如果进一步已知燃料中一步已知燃料中H2含量很少，比如含量很少，比如对于无于无烟煤、焦炭等，烟煤、焦炭等，则N2近似等于近似等于79，故：，故：如何证明N2近似等于7921不完全燃不完全燃烧热损失的失的检测计算算22不完全燃烧热损失计算n(概念上概念上)定定义：当不完全燃当不完全燃烧时，由于烟气中存在可燃成分，由于烟气中存在可燃成分，因而因而损失一部分化学失一部分化学热量，称量，称为不完全燃不完全燃烧热损失失n(数数值上上)q化化定定义：不完全燃不完全燃烧热损失失q化化，表示，表示单位（位（质量或体量或体积）燃料燃）燃料燃烧时，燃，燃烧产物中可燃成分含有的化学物中可燃成分含有的化学热占燃料占燃料发热量的百分数量的百分数23不完全燃烧热损失计算n(1)用烟气表达。用烟气表达。产物物发热量量Q产等于烟气中各可燃成分等于烟气中各可燃成分发热量之和，假定有量之和，假定有CO、H2、CH4，则nQ产126CO+108H2+358CH4n(2)消去烟气量。消去烟气量。引入两个参数引入两个参数h、P，h称称为烟气冲淡系数烟气冲淡系数，h越大，越大，n越大，完全燃越大，完全燃烧n1时h1n不完全燃不完全燃烧热损失改写失改写为24不完全燃烧热损失计算n(3)用燃料特性参数和烟气表达用燃料特性参数和烟气表达。依据碳平衡有。依据碳平衡有nV0,d.RO2,maxVn,d.(RO2+CO+CH4)n则n则不完全燃不完全燃烧热损失失为nRO2,max和和P只取决于燃料成分只取决于燃料成分25课堂练习1n某天然气在某天然气在纯氧中燃氧中燃烧，烟气成分，烟气成分(%)为：CO2=25.0,CO=24.0,O2=0.5,H2=49.0,CH4=1.5。试计算氧算氧气消耗系数气消耗系数26课堂练习2n已知某固体燃料的成分，已知某固体燃料的成分，试推推导用燃料成分表示用燃料成分表示b b的的计算公式算公式n推推导思想：利用思想：利用RO2,max的定的定义式及其与式及其与b b的关系的关系n首先首先计算算VRO2n再再计算算VN2nV0,d=VRO2+VN2n利用利用RO2,max=21/(1+b b)可得可得b b计算公式算公式27课堂练习3n已知烟煤成分已知烟煤成分(%)为:Cdaf=85.32，Hdaf=4.56，Odaf=4.07，Ndaf=1.80，Sdaf=4.25，Ad=7.78，War=3.0%，其低位，其低位发热量量为30031kJ/kg。燃。燃烧产物物的成分分析的成分分析结果果为(%)：RO2=14.0，CO=2.0，H2=1.0，O2=4.0，N2=79.0，试计算：算：n1）该燃料的燃料的RO2,max，b b，K，Pn2）验算算产物气体分析的物气体分析的误差差n3）求空气消耗系数）求空气消耗系数n和不完全燃和不完全燃烧热损失失q化化n4)试用比用比热近似法和内插近似法和内插值近似法求理近似法求理论发热温度温度28计算方法n首先，将成分首先，将成分换算算为应用成分用成分n然后然后计算理算理论氧气需要量氧气需要量L0,O2和理和理论空气需要量空气需要量L0，VRO2，VN2，V0,d，则可完成可完成(1)的的计算算n利用气体分析方程来利用气体分析方程来验算算误差分析差分析n空气消耗系数空气消耗系数n不完全燃不完全燃烧热损失失29计算方法n理理论发热温度的求解：温度的求解：n1）比）比热近似法：近似法：n假假设发热温度温度2100度，度，则根据表根据表5-2，查得烟煤燃得烟煤燃烧产物的物的比比热为1.67，则t=Q低低/V0cn2）内插）内插值近似法：近似法：n根据根据Q低低/V0=i=3658 kJ/m3n假假设温度温度2100度，度，查附表附表7得到各成分平均比得到各成分平均比热，求得，求得产物物的平均比的平均比热，即得，即得i=3558 kJ/m3n假假设温度温度2200度，再重复第二步度，再重复第二步计算得到算得到i=3746 kJ/m3n根据内插根据内插值计算法，得到算法，得到t热30课堂练习4n某高炉煤气，成分（某高炉煤气，成分（%）为：CO2-10.66;CO-29.96;CH4-0.27;H2-1.65;N2-57.46。燃。燃烧产物的成分物的成分经分析分析为(%)：RO2=14.0,O2=9.0,CO=1.2,N2=75.8。试用用各种各种计算公式算公式计算算n值，并比，并比较之。之。31计算方法n计算的前提：判断成分算的前提：判断成分测量是否准确，即利用气体分量是否准确，即利用气体分析方程来析方程来检测。当。当误差差满足工程要求（足工程要求（5%)时，可，可计算算n值n先先计算算RO2,maxn先先计算算VRO2，再，再计算算V0,干干n计算得到算得到b b=-0.16=-0.16n根据气体分析方程根据气体分析方程检验误差差32计算方法n1.氧平衡法氧平衡法计算算n值：nL0,O2=(0.5CO+0.5H2+2CH4)/100=nVRO2=(CO2+CO+CH4)/100=nK=33计算方法n2.氮平衡法氮平衡法计算：算：n对于气体燃料于气体燃料 N燃燃=N2n如果是固体燃料呢？如果是固体燃料呢？34课后作业n已知某烟煤含碳量（已知某烟煤含碳量（%）Car=80，烟气成分，烟气成分经分析分析为（干成分）（干成分）CO2=15.0,CO=3.33,试计算其干燃算其干燃烧产物物生成量生成量