33燃烧效率及燃烧检测

13.5燃烧检测及燃烧效率《工程燃烧学》2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方法：化学吸收法、电气测量法、红外吸收法和色谱分析法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3测定方法-化学吸收法奥氏烟气分析仪测定烟气成分燃烧效率仪测定烟气成分4烟气成分检测分析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是燃料特征系数，决定于燃料成分。表3-5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5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,max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）（1）（3）β由右式定义（2）100',0max,22dROVVRO121'max,2RO6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3、得气体分析方程，上两式子代入定义式(1)得到RO’2,max，再将RO’2,max的表达式代入β的定义式(2)100)'''(42,2CHCOROVVdnRO100'52.7'88.1'88.0'76.4100422,,0CHCOHOVVdnd7V0,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n1过剩的，一部分是由于不完全燃烧未参加反应而剩余的，故2242,0'0.52)'''.5OOCOHCH过（0,2,224,11001002110010'0.52)21100'''=.5nndndLLOVOCOHCHV过（10025.0'5.0100)()('4'2,,CHHCOVVdndn不完8V0,d与Vn,d的关系因此，n=1时，在n1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9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(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10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、如果完全燃烧，则没有可燃成分21'')605.0(')1(22OCORO21'')1(22ORO21')58.0('185.0'')605.0(')1(4222CHHOCORO空气过量系数的检测计算12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13方法1氧平衡原理计算n值首先考虑完全燃烧1、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)(OOOnOOOnnLLLLLLLLn14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22222'''''OaRObHOnaRObHO220,222'''OROLaRObHOKKROV或222'''OKROnKRO为什么要引入参数K15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。16不完全燃烧n值修正不完全燃烧时，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('4242422CHCOROCHCOROCHHCOOn17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18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：N燃、VRO2由燃料成分确定22242421('0.5'0.5'2')791(''')21'100ROnOCOHCHNROCOCHNV燃100'''42,2CHCOROVVdnRO19n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20n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N‘2=7921不完全燃烧热损失的检测计算22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,100%ndVQqQ产化低23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24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''''42max,2,0,CHCOROROVVhddn2,max2424'(126'108'358')100%'''ROCOHCHqPROCOCH化25课堂练习1已知某固体燃料的成分，试推导用燃料成分表示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，Mar=3.0%，其低位发热量为30031kJ/kg。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，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%'''ROCOHCHqPROCOCH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3-3，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，查表3-3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，成分（%）为：CO2-10.66;CO-29.96;CH4-0.27;H2-1.65;N2-57.46。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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。当误差满足工程要求（5%)时，可计算n值先计算RO’2,max先计算VRO2，再计算V0,干计算得到0.16根据气体分析方程检验误差31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('4242422CHCOROCHCOROCHHCOOn220,OROLKV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(''')21'100ROnOCOHCHNROCOCHNV燃33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)'''K()'''K()'2'5.0'5.0('4242422CHCOROCHCOROCHHCOOn34课后作业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