燃烧理论基础

2.1、燃烧的化学反应

    燃烧的基本条件：燃烧反应需要燃料、氧气，可燃性气体的浓度在着火浓

                    度界限内，点火源。

燃烧中最基本的二个元素是碳和氢

    C+O2—>CO2+热

    2H2+O2—>2H2O+热

对天然气，化学反应如下：

    CH4+2O2—>CO2+2H2O+热

空气的成份：

    空气的主要成份为21%的氧气和79%的氮气。氧气和氮气的比例大致为

    1:4。

对天然气：

    CH4+2O2+8N2─>CO2+2H2O+8N2+1,000Btu热量

    1立方英尺的甲烷+10立方英尺的空气可产生1,000Btu热量

对丙烷：

    1立方英尺的丙烷+25立方英尺的空气可产生2,500Btu热量

对丁烷：

    1立方英尺的丁烷+32立方英尺的空气可产生3,200Btu热量

    总之，在燃烧反应中每消耗一个立方英尺的空气可产生1,00Btu热量，此特性与燃料品种无关。

空气消耗系数（空燃比）

    通常燃烧反应的空气消耗系数（空燃比）如下：

    燃料品种        空燃比

     天然气         10：1

     丙  烷         25：1

     丁  烷         32：1

天然气燃烧反应：

    甲烷+氧气—>二氧化碳+水+热   图2-1见附页

第一步：甲烷+氧气—>乙醇   图2-2见附页

第二步：乙醇+氧气—>二价乙醇   图2-3见附页

第三步：二价乙醇—>甲醛+水   图2-4见附页

第四步：甲醛+氧—>甲酸    图2-5见附页

第五步：甲酸—>一氧化碳+水    图2-6见附页

第六步：一氧化碳+氧—>二氧化碳    图2-7见附页

图2-8见附页

2.2 燃料的特性

2.2.1 燃料的热值：

2.2.2 高发热量：单位燃料在60F时完全燃烧后，燃烧生成物冷却到60F时所

               释放的全部热量为高发热量（HHV）

2.2.3 低发热量：低发热量等于高发热量减去燃烧产物中水蒸汽冷凝所释放的热

              量（LHV）

    在工业中广泛用的是低发热量。

2.2.4 比重：

燃气的比重系燃气的密度与标准温度和压力状态下干空气密度之比。常见气体密度（磅/立方尺）

    比重=气体密度/空气密度

    如天燃气：比重=0.050/0.076=0.65

    燃料的比重：

    理论燃烧温度 °F：

着火浓度界限：在一定的压力，可燃性物的浓度小于某一数量或大于某一数量都不可能发生自燃着火。这个浓度范围便称为着火浓度。同时能实现着火的最小浓度称之为“浓度下限”，能实现着火的最大浓度称“着火上限”。

                     着火浓度界限（体积百分比）

    图2-9  着火浓度界限

2.3 液体燃料──燃料油

    可以用于产生热量的任何液态石化产品。燃料油的组成（重量百分化）：

燃料油燃烧的化学方程式是比较复杂的

    油+空气→油雾

    油雾+热→油蒸气

    油蒸气+热→二氧化碳+水+热

不同品种的燃料油具有不同的物理特性，如：重度，粘度，闪点，着火温度，凝固点，杂质含量和残碳含量：

重度：燃料油的重度测量值依一些标准的不同而变化，象在60°F时磅/加仑对

      应水在60°F的磅, , , /加仑的比值。

粘度：表示油的流动的性能的好坏。粘度大的燃料油因流动性能差必须加热，

      随温度升高油的粘度下降，粘度低的油流动性能好。

               60°F时燃料油比较表

图2-10 表明了燃料油的粘度

图2-11 表明了燃料油的等级以及粘度与温度的关系(此表摘录自北美公司手册第一卷)

2.4空气的特性

    空气密度*=0.076 Ib/ft3    *在标准状况即70°F，29.29寸汞柱的压力下

    比重=1.00

    比热*=0.24Btu/Ib-°F

    空气的流量变化和它的绝对温度正比.

        V1/V2=T1/T2

        scfm/acfm=

    标准流量(scfm)

        scfm=

例：已知空气在70°F时，绝对流量（asfm）为10,000cfm，求在150°F

    时scfm

        scfm==

        scfm=8,689

空气的pull-through系统，鼓风机在燃烧器的下游

    见图-2-12

空气的Push-through系统，鼓风机在燃烧器的上游

    见图：2-13

2.5专有名词

    a.完全燃烧：指燃料中的碳氢等成份均与氧气充分反应而生成CO2，水蒸汽。

    b.不完全燃烧：在燃烧反应中，还有其它反应，或燃料过剩，致使燃烧产物中尚有乙醛、一氧化碳等可燃成份。

    c.当量配比

    氧气和燃料的混合比例与理论上完全燃烧的比例一致。燃烧之后无多余的燃料或氧气。天然气的当量配比为10份空气对1份燃料。

    d.乙醛：乙醛系碳氢化合物部分燃烧后所生成的烃类物质，它对人的眼鼻有强烈的感官刺激。

    e.过剩燃料：指在燃烧反应时没能提供完全燃烧所需的空气。

    f.燃料不足：指在燃烧反应时，空气量比完全燃烧所需的量还要多的情况，可参考“过剩空气”。

    g.过剩空气：在过剩空气状况下燃烧燃料释放所有的热量，但过量的空气会吸收部分热量和降低火焰程度。过剩空气在高温时可以减少NOx的生成，但它同时导致增加CO和乙醛的生成。

    空气过剩率（%）=

    过剩空气通常用于表示空气比当量配比超出的百分比，如10%的过剩空气指空气量是完全燃烧所需要空气的110%。

    h.调节比：调节比指烧嘴最大功率与最小功率之比，如：

      一个烧嘴的最大功率为1×106Btu/hr，最小功率为25,000Btu/hr则该烧嘴的调节比为40:1.