【文档说明】《消防燃烧学》第6章空气消耗系数及不完全燃烧热损失.pptx，共(37)页，246.946 KB，由精品优选上传

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第六章空气消耗系数及不完全燃烧热损失的检测计算《工程燃烧学》1对烟气的检测和计算◼目标：通过对燃烧产物（烟气）的成分进行气体分析，实现对空气消耗系数和燃烧完全程度的计算◼途径：气体成分的测量仪器有：奥氏气体分析器、气体色层分析仪、气相色谱仪、光谱分析仪等◼方法：然后按燃料性质

和烟气成分反算各项指标◼关键问题：需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧热损失的检测计算原理和方法2第一节燃烧产物气体成分的测定和验证3气体分析方程——判断测量烟气数据准确性◼在使用仪器及相应方法测量得到烟气成分数据后，需要验证所得数据的准确性◼满足气体分析方程的数据就是有效的(误差范围内)◼

β是一个燃料特征系数，决定于燃料成分。对于各种燃料其数值列于表6－1中◼RO2＝CO2＋SO2，即两种成分之和◼各成分的上标’——表示是燃烧产物（烟气）成分21')58.0('185.0'')605.0(

')1(4222=−−−++++CHHOCORO4气体分析方程的导出◼1、定义VRO2、RO’2,max、β(存在C、S成分上限)◼（1）VRO2是完全燃烧时燃烧产物中RO2（CO2＋SO2）的数量（注意：不要求n＝1）◼（2）RO’2,m

ax定义为干理论燃烧产物中的RO2最大理论含量（干成分%，注意n＝1）◼（6－1）◼（3）β由右式定义（6－2）100',0max,22=dROVVRO+=121'max,2RO5气体分析方程的导出◼2、用烟气成分计算RO’2,max，要计算VRO2和V0,

d◼根据VRO2的定义，可直接写出◼依据烟气中成分同样可以得到V0,d和Vn,d间的关系◼计算过程依据可回顾第四章◼3、得气体分析方程，上两式子代入定义式(6-1)得到RO’2,max，再将RO’2,max的表达式代入β的定义式(6-2)100)'''(42,2CHCOROV

VdnRO++=100'52.7'88.1'88.0'76.4100422,,0CHCOHOVVdnd+++−=6V0,d与Vn,d的关系◼对于完全燃烧：Vn,d=V0,d+(Ln-L0)（此时n>=1）◼如果不完全燃烧：◼如何用产物成分表示Ln-L0（过剩空气量）。一部分是n>1过剩的，

一部分是由于不完全燃烧未参加反应而剩余的，故24,,1000'0.52()()100''.5ndndCOHCHVV−−−不完=2242,0'0.52'''.5OOCOHCH=+++过（0,2,224,11001002110010'0.5

2)21100'''=.5nndndLLOVOCOHCHV−=−−−过（7V0,d与Vn,d的关系◼因此，n>=1时，◼在n<1时，上式同样成立◼把上式和VRO2代入RO’2,max的计算式，即可得气体分析方程0,,2241(1004.760.881

.88'7.52)100'''dndVVOHCOCH=−+++8定义RO’2,max及β的意义◼对于确定的燃料，其成分中含C、S元素的量是确定的，因此在烟气中CO2＋SO2有理论上的最大值，这就是RO’2,max◼根据物质守恒，烟气中所有含C、S元素成

分之和不能超过RO’2,max。如果测量的数据超过了，那就是错误的。如果相差太大那么就是测量误差大或燃烧状况很不理想◼定义β就是要依据燃料本身的特征值（与燃烧过程无关）来判断所测量烟气成分是否具有准确性◼实际上从式(6-2)看出做为检测的特征值β和RO’2,max是一样的

，两者有确定的简单关系，用β是为了简便9气体分析方程的简化应用◼1、如果H2’及CH4’很小，则可忽略不计，方程简化为◼2、利用上式，仅测得CO2’和O2’的情况下，可计算CO’（假定没有SO2’）◼3、如果完全燃烧，则没有可燃成分21'')605.0(')1(22=++

++OCORO21'')1(22=++ORO++−−=605.0')1('21'22COOCO21')58.0('185.0'')605.0(')1(4222=−−−++++CHHOCORO10

第二节空气消耗系数的计算11空气消耗系数的计算◼1、提出问题：空气消耗系数n值是一个很重要的指标，对燃烧过程有很大影响，需要确定◼2、分析问题：正在工作的炉子，由于存在吸气和漏风现象，很难测定实际空气消耗量Ln，也就难以用下式求n◼3、解决问题：需要用烟气成分计算空气消耗系数◼按氧平衡

原理计算n值◼按氮平衡原理计算n值0LLnn=12方法1氧平衡原理计算n值◼思路：1、首先将n值用氧气量来表示◼2、用烟气成分表示，L0,O2为理论需氧量，完全燃烧后全部转化为RO2和H2O，那么必然可以用下式表示◼

L0,O2=aVRO2+bVH2O=(aRO2’+bH2O’).Vn/100◼完全燃烧情况下(Ln,O2－L0,O2)为烟气中剩余氧量◼Ln,O2-L0,O2=O2’.Vn/100222222,0,0,,0,0,0)(OOOnOOOnn

LLLLLLLLn−+===13方法1氧平衡原理计算n值◼因此得到n值◼3、引入K表示理论需氧量与燃烧产物中RO2’量的比值◼K值可根据燃料成分求得，各燃料K值查表6－322222'''''OaRObHOnaRObHO++=+220,222'''OROLaRObHOKKROV

+==或222'''OKROnKRO+=为什么要引入参数K14引入K的意义◼在引入K前，n值用燃烧产物表示时，有H2O成分，H2O成分有多少以气态形式存在是很不确定的，取决于温度◼在用仪器测量烟气成分时，都是检测干烟气，一般不测量H2O成分数

据（测量了也不准确）◼（1）引入一个参数K就是为了避免用产物中的H2O’成分数据◼（2）并且常数K可依据燃料成分求得，跟燃烧过程无关。15不完全燃烧n值修正◼不完全燃烧，则燃烧产物中还存在CO、H2、CH4等可燃成分◼1、修正O2’。n

值公式中氧量应减去这些可燃气体完全燃烧时将消耗的氧◼2、修正RO2’。RO2’量应加上这些可燃气体如果燃烧将生成的RO2’)'''K()'''K()'2'5.0'5.0('4242422CHCOROCH

COROCHHCOOn+++++++−=16方法2氮平衡原理求n值◼1、变换n值的表达式，变换后不出现单独的L0项，因为该值与燃料成分有关而与烟气成分无关◼2、根据氮平衡有◼3、（表达式中的量用烟气表示）根据氧平衡有nnnLLLLLn)(1100−−==2,2,'

'7910010010079ndnndnNVNNNLVL−+==燃燃或dnnVCHHCOOLL,4220100)'2'5.0'5.0'(21100−−−=−17方法2氮平衡原理求n值◼4、（引入燃料决定量代替难测量）再利用

VRO2与Vn,d的关系◼最后得◼注意：Nfuel、VRO2由燃料成分确定22242421('0.5'0.5'2')791(''')21'100ROnOCOHCHNROCOCHNV=−−−−++−燃100'''42,2CHC

OROVVdnRO++=18n值公式讨论◼特定情况的简化◼1、含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、焦炉煤气等），Nfuel可忽略不计＝0，则◼2、进一步，若完全燃烧，则')'2'5.0'5.0'(2179112422NCHHCOOn−−−−='

'21791122NOn−=19n值公式讨论◼3.如果进一步已知燃料中H2含量很少，比如对于无烟煤、焦炭等，则N‘2=79，故：22121'nO=−如何证明20第三节不完全燃烧热损失的检测计算21不完全燃烧热损失计算◼(概念上)定义：当不完

全燃烧时，由于烟气中存在可燃成分，因而损失一部分化学热量，称为不完全燃烧热损失◼(数值上)q化定义：不完全燃烧热损失q化，表示单位（质量或体积）燃料燃烧时，燃烧产物中可燃成分含有的化学热占燃料发热量的百分数,1

00%ndVQqQ=产化低22不完全燃烧热损失计算◼(1)用烟气表达。产物发热量Q产等于烟气中各可燃成分发热量之和，假定有CO、H2、CH4，则◼Q产＝126CO’+108H2’+358CH4’◼(2)消去烟气量。引入两个参数h、P，h称为烟气冲淡系数，h越大，n越大，完全燃烧n＝1时h＝1

◼不完全燃烧热损失改写为,0,0,,ndddVQhPVV==低24(126'108'358')100%hqCOHCHP=++化23不完全燃烧热损失计算◼(3)用燃料特性参数和烟气表达。依据碳平衡有◼V0,

d.RO’2,max＝Vn,d.(RO2’+CO’+CH4’)◼则◼则不完全燃烧热损失为◼RO’2,max和P只取决于燃料成分，数据查表6-1''''42max,2,0,CHCOROROVVhddn++==2,max2424'(126'108'358')1

00%'''ROCOHCHqPROCOCH++=++化24思考题◼2、如何推导出气体分析方程？◼3、在用氧平衡原理计算n值时引入K的意义是什么？◼4、在导出气体分析方程、空气消耗系数表达式、不完全燃烧热损失表达式过程中，指导思想是什么？◼1、气

体分析方程能起到检验测量数据准确性的依据是什么？25课堂练习1◼已知某固体燃料的成分，试推导的计算公式◼推导思想：利用RO’2,max的定义式及其与的关系◼首先计算VRO2◼再计算VN2◼V0,d=VRO2+VN2◼利用RO’2,max=

21/(1+)可得计算公式26课堂练习2◼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%，燃烧产物的成分分析结果为(%)：RO’2=14.0，CO

’=2.0，H’2=1.0，O’2=4.0，N’2=79.0，试计算：◼1）该燃料的RO’2,max，，K，P◼2）验算产物气体分析的误差◼3）求空气消耗系数n和不完全燃烧热损失q化◼4)试用比热近似法和内插值近似法求理论发热温度27计算方法◼首先，将成分

换算为应用成分◼然后计算理论氧气需要量L0,O2和理论空气需要量L0，VRO2，VN2，V0,d，Q低，则可完成(1)的计算◼利用气体分析方程来验算误差分析◼空气消耗系数◼不完全燃烧热损失2,max2424'(126'108'358')100%'''ROCOHCHqPRO

COCH++=++化)''()''()'5.0'5.0('2222COROKCOROKHCOOn++++−=28计算方法◼理论发热温度的求解：◼1）比热近似法：◼假设发热温度2100度，则根据表5-2，查得烟煤燃烧产物的比热为1.67，则t=Q低/V0·c，根据门捷列夫

公式得到Q低=30031kJ/kg◼2）内插值近似法：◼根据Q低/V0=i=3658kJ/m3◼假设温度2100度，查附表7得到各成分平均比热，求得产物的平均比热，即得i’=3558kJ/m3◼假设温度2200度，再重复第二步计算得到i’’=3746kJ/m3◼根据内插

值计算法，得到t热29课堂练习3◼某高炉煤气，干成分（%）为：CO2-10.66;CO-29.96;CH4-0.27;H2-1.65;N2-57.46。煤气温度20度。燃烧产物的成分经分析为(%)：RO’2=14.0,O‘2=9.0,CO’=1.2,N’2=

75.8。试用各种计算公式计算n值，并比较之。30计算方法◼1.氧平衡法计算n值：◼L0,O2=(0.5CO+0.5H2+2CH4)/100=◼VRO2=(CO2+CO+CH4)/100=◼K=)'''K()'''K()'2'5.0'5.0('4

242422CHCOROCHCOROCHHCOOn+++++++−=220,OROLKV=注意：首先进行干湿成分的换算31◼如何进行干湿成分换算？2100()(%)(%)100wwdHOXX−=222

()()1()HOdwHOdlHOl=+32计算方法◼2.氮平衡法计算：◼对于气体燃料N燃=N2◼如果是固体燃料呢？？22242421('0.5'0.5'2')791(''')21'100ROnOCOHCHN

ROCOCHNV=−−−−++−燃33计算方法◼计算的前提：判断成分测量是否准确，即利用气体分析方程来检测34课堂练习4◼某天然气在纯氧中燃烧，烟气成分(%)为：CO’2=25.0,CO’=24.0,O’2=0.5,H’2=49.0,CH’4=1.5。

试计算氧气消耗系数35作业1◼在进行煤自燃实验时，用燃烧分析仪测到的烟气浓度如下，O2：18.5%，CO：2114ppm，CO2：2.04%，SO2：6ppm◼试用气体分析方程，空气消耗系数n计算式进行分析讨论◼注意：本题没有标准答案

36作业2◼已知某烟煤含碳量（%）Car=80，烟气成分经分析为（干成分）CO’2=15.0,CO’=3.33,试计算其干燃烧产物生成量独立完成作业下周三交37