5.4 焚烧主要参数及热平衡计算在线视频

大家好 这节课我们主要学习

焚烧主要参数及热平衡计算

我们主要从以下几个方面来给大家讲述

一个是焚烧的空气量

再一个是焚烧烟气量

还有烟气温度以及热平衡

首先我们来看焚烧空气量的计算

我们假设一公斤燃料当中碳 氢 氮 氧 硫

以及水分的质量分别以他们的元素符号来表示

那么该燃料完全燃烧

我们可以用下列主要反应来进行描述

就是碳完全燃烧生成二氧化碳

氢燃烧生成水蒸气

然后硫燃烧生成二氧化硫

然后燃料当中的氧也来提供一部分的氧气

那这样我们就可以看到

碳燃烧它需要的氧的量和碳的量摩尔比是1:1

那么碳的摩尔比我们知道它的质量是用碳来表示

那么比上它的摩尔质量就可以求出它的摩尔数

所以氧的量就是C/12

是碳完全燃烧需要的氧量

氢也同样的道理

就是氢和氧来进行反应的话

需要的氧是1/2的氧

所以我们用氢的质量比上氢的摩尔质量

算出氢的摩尔数

然后再除以2得到的是氧的摩尔数

硫需要的氧气也是同样的道理

那么这个燃料当中的氧我们认为它是1/2的氧气

首先我们来看一下理论的需氧量

理论需氧量就可以由

各可燃组分所需要的氧量

减去燃料当中含有的氧量来求出

那么我们如果以体积来表示的话

因为标况下的摩尔体积是22.4

所以我们理论需氧量就等于它的摩尔数乘以22.4

所以就是碳比上12加上氢比上4

加上硫比上32减掉氧比上32

然后括起来乘以22.4

我们能够算出来以体积来计的话的理论需氧量

如果是以质量来表示的话

我们就用它的摩尔数乘以

氧的摩尔质量就是乘以32就可以了

然后我们来看一下理论需空气量

因为我们进行燃烧的时候

一般来说是通入空气

所以理论需空气量它是指废弃物

或者是燃料完全燃烧时所需要的最低空气量

空气当中氧的含量如果是以体积计它是21%

如果是以重量计那么是23%

所以我们前面求出了理论的需氧量

那么理论空气量就可以用理论需氧量来表示

也就是说A0就等于理论需氧量比上21%

这是以体积计

如果是以质量计的话

那么A0就等于理论需氧量比上23%

但是在实际燃烧的时候

使用的空气量通常要比理论空气量多

所以我们实际的空气量是用

理论空气量的倍数来表示

我们把它称为空气比或者是过剩空气系数

用m来表示

也就是说A等于m乘以A0

那么废物完全燃烧

它是在仅供应理论空气量的条件下

是无法进行满足的

我们需要超量供应助燃空气并且加强搅拌

真正的助燃空气量一般来说是

理论空气量的1.5到1.9倍

再一个我们来看一下烟气量

就是燃料燃烧以后会产生烟气

那么这个烟气量我们又分为湿烟气量 干烟气量

这些都是实际烟气量

再一个就是理论烟气量

那么湿烟气量我们一般是指

含有水蒸气的烟气

干烟气它指的是去除水蒸气的烟气

理论烟气量是以理论空气量完全燃烧产生的烟气量

下面我们看一下烟气量的计算

那么不考虑辅助燃料的影响

那么一公斤燃料燃烧时产生的烟气量

我们也用前面的主要反应来进行计算

那么主要包括二氧化碳 水蒸气 二氧化硫

氮气 氧气等等我们分别来看一下

就是说碳完全燃烧生成二氧化碳

那么碳和二氧化碳的比例是1:1

所以他们的这个摩尔数是一样的

就是说我们用碳的质量比上它的摩尔质量

算出碳的摩尔数

也就是生成的二氧化碳的摩尔数

对于氢气也一样

就是一摩尔氢气生成一摩尔的水蒸气

所以由氢气的摩尔数

就可以算出来水蒸气的摩尔数

那么在这里这个水蒸气还有一个来源

就是燃料当中含有水

它也转化成水蒸气

所以我们用水的质量比上它的摩尔质量18

也能够算出来源于燃料当中的水的量

硫完全燃烧生成二氧化硫

它的这个摩尔比也是1:1

所以由硫的这个摩尔数就能够算出

二氧化硫的摩尔数

那么氮气它在烟气当中有两个来源

一个是来源于空气当中的氮气

那我们可以用这个理论的空气量

乘以m就是实际的空气量

然后乘以0.79就是得出来是氮气量

在一个来源是燃料当中含有氮

我们认为它转化为氮气

所以用这个燃料当中的氮

比上这个氮的摩尔质量就能够算出它的摩尔数

这样的话就能够算出烟气当中的氮气的量

另一个就是烟气当中氧气的量

烟气当中氧气的量呢我们是用

实际的供给的空气量减去理论上需要的空气量

我们就可以得出来烟气当中含有的空气量

然后再乘以占的比例就是乘以0.21

就可以算出来烟气当中的氧气量

在这里有几点假设

一个是认为物料当中所有碳均氧化为二氧化碳

再一个就是所有的硫氧化为二氧化硫

氮均是以氮气的形式存在于废气当中

而实际上也并非如此

因为如果有不完全燃烧的话

可能会产生一氧化碳

而且少部分的氮气可能会变成氮氧化物

不过在这里计算的时候我们忽略它的影响

所以对应于实际的空气量

那么实际的烟气量

我们可以用下面这个式子来进行计算

就是干烟气量就等于二氧化碳的量

加上二氧化硫的量加上氮气的量加上氧气的量

那么湿烟气量就是还要再加上水蒸气的量

我们就可以把这个式子列出来

再一个我们看一下过剩空气系数的计算

在实际的操作当中为了掌握燃烧的状况

我们常常通过测定烟气的组分

来求过剩空气系数m

我们假设烟气当中各组分的分量

用二氧化碳 二氧化硫 一氧化碳 氧气 氮气

它们分别带上括号来表示它们的分量

那么实际的供氧量和理论的供氧量

我们可以用不参与燃烧反应的氮气为基准来给出

我们首先来看实际的供氧量

用这样的一个式子来进行表示

其中在这个式子当中

Gw是一公斤燃料产生的烟气量

那么这个氮气带上括号表示是氮气的含量

或者说它所占的分量

它两个相乘就能够算出烟气当中的氮气量

然后减掉后面就是燃料当中

氮燃烧所产生的氮气量

我们就可以算出来是来源于空气当中的氮气量

然后比上0.79我们就能够算出来空气量

空气量再乘以0.21就是氧气的量

实际上我们就得出来实际的供氧量

那么理论的供氧量氧0它应该等于

实际的供氧量减去烟气当中氧的含量

然后还要再减掉烟气当中

未燃尽组分燃烧所需要的氧量

所以在这个式子当中这个氧2'

它指的是烟气当中未燃尽组分燃烧

所需要的氧的分量

我们一般来取它等于二分之一一氧化碳的量

这样的话我们就可以算出过剩空气系数m

就等于A比上A0也等于氧比上氧0

然后我们把前面的那个式子带进来

就是一个很复杂的式子

然后我们把它进行简化

同时我们考虑燃料当中氮的含量比较少的时候

0.8N比上Gw可以忽略不计

那么这样的话就是m就是进一步的简化

那么在正常燃烧的情况下

一氧化碳的含量我们认为是0

然后氮气的含量在空气当中我们认为是79%

所以上面的式子可以进一步简化

我们就得到m约等于21比上21减掉

烟气当中氧气的含量

这样的话就是我们得出一个最重要的式子

就是过剩空气系数的计算

我们一般用这个式子来进行计算

就是我们假设知道烟气当中氧气的含量

就能够算出过剩空气系数

再一个我们看一下烟气温度的计算

燃料燃烧所产生的热量绝大部分储存在烟气当中

我们掌握烟气温度

对了解燃烧效率或者是进行余热利用都十分重要

燃料与空气混合燃烧以后

在没有任何热量损失的情况下

燃烧烟气所能够达到的最高温度

我们把它称为绝热火焰温度

那么决定这个火焰温度的关键因素是燃料的热值

因为在燃烧过程当中必然会有部分的热损失

所以实际的烟气温度总是低于绝热火焰温度

但是它可以从理论上给出

可以达到的最高烟气温度

也就是炉膛的温度

绝热火焰温度

我们用下面的一个近似的式子来求

就是HL等于Gw乘上Cpg乘以括号T减去T0

在这里HL是燃料的低位热值

Gw是燃烧所产生的废气的体积

Cpg是废气在T和T0之间的平均的比热容

T是绝热火焰温度

T0是大气或者是助燃空气的温度

那么我们从上面这个式子可以推出来T

就等于HL比上（Gw乘上Cpg）然后加上T0

如果系统的总热损失为ΔH

那么我们就可以求出来实际的燃烧温度

就用后面的这个式子来表示

就是要用低位热值减掉的ΔH

最后我们来看一下焚烧系统的热量平衡

在固体废物的焚烧系统当中

输入系统的热量总和

应该等于输出系统的热量总和

也就是说要热量平衡

那么输入的热量包括废物的发热量

燃料的显热以及助燃空气的显热

输出的热量包括烟气带走的热量

不完全燃烧造成的热损失

焚烧飞灰带走的显热以及炉壁的散热损失

那么在进行热量平衡计算的时候

需要确定基准温度

我们可以取0度也可以取环境大气温度

我们先来看输入的这个热量

输入的热量我们刚才说包括三个就是

燃料的发热量 燃料的显热以及助燃空气的显热

那么燃料的发热量我们可以用高位热值

也可以用低位热值

燃料的显热Hi2等于Cf乘以括号θf减去θ0

在这里Cf是燃料的比热

θf是燃料的温度

θ0是基准温度

助燃空气的显热Hi3

等于A乘以Ca除以括号θa减去θ0

在这里A是助燃空气的量

Ca是空气的等压比热容

θa是空气的入口温度

θ0是基准温度

再一个我们来看一下输出的热量

输出的热量包括四部分

第一个是烟气带走的热量

如果我们是以低位热值计算

我们用下面这个式子

这个式子比较长我就不读了

再一个我们也可以用高位热值来进行计算

用下面这个式子

那么它们俩之差是水的蒸发潜热

输出的热量第二部分是不完全燃烧造成的热损失HO2

那么这部分热损失主要包括

底灰不完全燃烧造成的热损失

和飞灰不完全燃烧造成的热损失

分别来进行计算

底灰不完全燃烧造成的热损失

Ho2'等于6000乘以Ig乘以a

那么在这里a是灰分的量

Ig是底灰当中残留的可燃物的分量

约等于热灼减量

6000是底灰当中残留的可燃物的热值

那么飞灰不完全燃烧造成的热损失

H02''等于8000乘以d乘以Cd

那么在这个式子当中d是飞灰的量

Cd是飞灰当中残留的可燃物的分量

8000是飞灰当中残留的可燃物的热值

那么它们总的不完全燃烧的损失量

HO2等于HO2'加上HO2''

它约占总输出热量的0.5%到2%

热量输出的第三部分应该是焚烧灰带走的显热HO3

他等于a乘以Cas乘以括号θas减去θ0

那么在这个式子当中

Cas是焚烧灰的比热容

Θas是焚烧灰出口的温度

第四部分是炉壁的散热损失

它一般是由入热和出热的差值来进行计算

不过如果需要单独计算的时候

单位时间炉壁的散热量

我们可以用下面这个式子来表示

那么这个式子比较长我就不读了

大家自己看一下

好 这节课就到这里

谢谢大家