燃烧理论第一讲燃烧计算.ppt

燃气燃烧理论与基础
参考教材:燃气燃烧与应用
燃烧理论与污染控制
华中科技大学
导论
燃烧科学的发展简史
燃烧是物质剧烈氧化而发光发热的现象
火的历史就是人类社会进步的历史
早期提出燃素论,不久被证明是错误的
由燃烧导致质量增加的现象发现空气中氧气参与反应
热力学热化学的发展,阐明了燃烧现象中燃烧反应热效应、燃烧产物组分、燃烧温度、着火温度等热力学特性
计算燃烧学使其达到了一个新的高度
燃气燃烧是燃烧学中的基础
燃烧科学的应用
现代社会的动力来源,主要来自于矿物燃料的燃烧
矿物燃料占到世界能源消费总量的80%以上,在可以预计的未来,人类依然严重依赖于矿物燃料。
高效经济地控制燃烧过程是燃烧学的主要研究方向
将化学能高效地转化为热能、电能、机械能,高温高压高速燃烧成为方向
预防和减少火灾造成的损失是燃烧学研究的另一重要方向
正常可控燃烧造福于人类,不可控非正常的燃烧常常会带来灾难。
燃烧造成的污染
燃料燃烧是大气污染的主要来源
粉尘、煤烟、液滴等气溶胶状态(Pm10、、雾霾)
氧化硫、氧化碳、氧化氮、碳氢、卤素等气体状态
直接燃煤是我国大气污染的最根本原因;燃烧方式落后加重了大气污染;交通污染对城市影响巨大。
燃煤导致的烟尘、SO2、NOx、CO、CO2均为主要污染源
交通工具动力系统也是雾霾的主要来源,CO、NOx排放量很大
燃烧科学的研究方法
燃烧科学正从传统的经验科学成为一门系统的,以数学为基础的综合学科理论,涉及热力学、流体力学、化学动力学、传热传质学、物理学等
一是燃烧理论方面的研究,以燃烧涉及的基本过程为研究对象。如燃烧反应动力学机理、着火、火焰传播、火焰稳定、预混及扩散火焰、层流与湍流燃烧、燃烧产物的形成机理等。
二是燃烧技术的研究,是应用理论研究的结果来解决工程技术中的实际问题。如燃烧方法的改进、燃烧过程的组织、节能减排等。
第一章
燃气的燃烧计算
一燃气的热值
1. 燃烧及燃烧反应计量方程式
2. 燃气热值的确定
1 m3燃气完全燃烧后,其烟气被冷却至初始温度所放出的热量称为该燃气的热值,单位为kJ/m3。当燃烧烟气中H2O以气体状态排出时,燃烧所放出的热量称之为低热值;当H2O以凝结水状态排出时,蒸汽中所含的潜热得以释放,此种状态下所放出的热量称之为高热值。显然,燃气的高热值大于低热值,差值为水蒸气的气化潜热。
单一可燃气体的热值是已知的,混合气体的热值可以由各单一气体的热值根据混合法则进行计算
二、燃烧所需空气量
1. 理论空气需要量:指按燃烧反应计量方程式,1m3(或kg)燃气完全燃烧所需的空气量,是燃气完全燃烧所需的最小空气量,单位为m3/m3或m3/kg。
一般情况下空气需要量与燃气热值成正比,可以用燃气热值进行近似计算。对于烷烃类燃气
二、燃烧所需空气量
2. 实际空气需要量
实际供给的空气量一般应大于理论空气需要量,即要供应一部分过剩空气。
实际供给的空气量与理论空气需要量之比称为过剩空气系数
在燃烧过程中,正确选择和控制过剩空气系数值的大小是十分重要的,过小或过大都会导致不良后果:过小会导致不完全燃烧,造成能源的浪费和对环境的污染;过大则使烟气量增大,炉膛温度与烟气温度降低,导致换热设备换热效率的降低与排烟热损失的增大,同样造成能源的浪费。因此,先进的燃烧设备一般在保证完全燃烧的前提下,尽量使α值趋近于1。而随时掌握燃烧设备的α值又是我们监测燃烧器具运行工况的重要手段。
三、燃烧产物的计算
当只供给理论空气量时,燃气完全燃烧后产生的烟气量称为理论烟气量。当有过剩空气时,称为实际烟气量。
1. 理论烟气量(α=1时)
2. 实际烟气量(α>1时),VRO2同上