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1、第六章焦炉内煤气燃烧第1页，本讲稿共63页一、几种煤气的组成一、几种煤气的组成 第一节第一节 炼焦炉加热用煤气炼焦炉加热用煤气第2页，本讲稿共63页o焦炉煤气是无色有臭味的气体，重度为焦炉煤气是无色有臭味的气体，重度为0.460.460.5kg/m30.5kg/m3，焦炉煤气中因含，焦炉煤气中因含H2H2和和CH4CH4较多，因此发热量较高，一般为较多，因此发热量较高，一般为168001680018900kJ18900kJm3m3。极容易燃烧，它的着火点是。极容易燃烧，它的着火点是600600650650。燃烧速度快，火焰短，温度高。和空气混合后容易爆炸，爆炸范围。燃烧速度快，火焰短，温度高。
2、和空气混合后容易爆炸，爆炸范围（煤气在混合气体中的体积百分率）是（煤气在混合气体中的体积百分率）是5 530%30%，因此应严格避免空气和煤气混合，因此应严格避免空气和煤气混合，煤气点火时，要给火后开煤气。煤气点火时，要给火后开煤气。o焦炉煤气有毒，因为含有焦炉煤气有毒，因为含有COCO和少量的硫化氢（和少量的硫化氢（H2SH2S）气体。）气体。第3页，本讲稿共63页o高炉煤气是无色、无味，无臭的气体，重度为高炉煤气是无色、无味，无臭的气体，重度为1.29-1.30kg/m3，和空气重度相近。因，和空气重度相近。因其中含可燃成分较少，因此发热量较低，一般为其中含可燃成分较少，因此发热量较低，一
3、般为33004200kJ/m3，和焦炉煤气相比，和焦炉煤气相比，它燃烧比较缓慢，火焰较长。它的着火点在它燃烧比较缓慢，火焰较长。它的着火点在600以上，爆炸范围是以上，爆炸范围是3665%。oCO是有剧毒的气体，它在高炉煤气中含量较多，因此高炉煤气的毒性是有剧毒的气体，它在高炉煤气中含量较多，因此高炉煤气的毒性是很大的。空气中含是很大的。空气中含CO在在0.2%时，能使人失去知觉，含有时，能使人失去知觉，含有1%时，能时，能使人死亡，含使人死亡，含0.06%时，对健康有害。因此高炉煤气设备必须严格保持时，对健康有害。因此高炉煤气设备必须严格保持严密。安全规程规定在严密。安全规程规定在1立方米空
4、气中立方米空气中CO含量不能超过含量不能超过0.03克。克。第4页，本讲稿共63页 当设计焦炉进行热工计算时，煤气的组成必须确定，因此规定热工当设计焦炉进行热工计算时，煤气的组成必须确定，因此规定热工计算时煤气的组成如下表所示：计算时煤气的组成如下表所示：热工计算用煤气组成热工计算用煤气组成名称名称组成（体积组成（体积%）低热值低热值KJ/nM3H2CH4COCmHnCO2N2O2焦炉煤气焦炉煤气59.525.56.02.22.44.00.417900大型高炉煤大型高炉煤气气1.50.226.813.9 57.2 0.436400中型高炉煤中型高炉煤气气2.70.228.011.0 57.8
5、0.339200发生炉煤气发生炉煤气9.01.05 28.05.156.450.449100第5页，本讲稿共63页 以上两表中的煤气组成均为干基（干煤气），而煤气一以上两表中的煤气组成均为干基（干煤气），而煤气一般都是被水饱和的，进行各种计算时，必须考虑煤气中的水分般都是被水饱和的，进行各种计算时，必须考虑煤气中的水分含量，并以下式进行换算：含量，并以下式进行换算：X湿湿=X干干/（1+M干干），），%或者：或者：X干干=X湿湿/（1-M湿湿），），%式中：式中：X干干、X湿湿干、湿基煤气组成，干、湿基煤气组成，%M干干、M湿湿干、湿基煤气的水分含量，干、湿基煤气的水分含量，m3/m3，其数，
6、其数值由下表查取。值由下表查取。第6页，本讲稿共63页 如如焦焦炉炉煤煤气气的的饱饱和和温温度度为为20，由由表表6-2查查得得1m3干干煤煤气气在在20oC时时的的饱饱和和水水蒸蒸汽汽含含量量为为0.0236m3m3，则则湿湿煤煤气气中中组组分分的的含含量量以以氢氢为为例例可可换换算算如下：如下：由此方法将表由此方法将表6-2干煤气组成换算成表干煤气组成换算成表6-4湿煤气组成。湿煤气组成。第7页，本讲稿共63页 表表6-4 湿煤气组成湿煤气组成 名 称 组 成 (体积分数)/饱和温度/OC H2 CH4 CO CmHnC02 N2 02 H20焦炉煤气高炉煤气 Q低=3643kJ/m3高炉
7、煤气 Q低=3927kJ/m358.11.442.5824.90.190.195.8625.6326.782.152.3513.2910.523.954.7155.280.390.380.292.304.184.18 20 30 30第8页，本讲稿共63页 气气体体燃燃料料的的发发热热值值是是指指单单位位体体积积的的气气体体完完全全燃燃烧烧时时所所放放出出的的热热量量(kgkgm m3 3)。燃燃烧烧产产物物中中水水的的状状态态不不同同时时，发发热热值值有有高高低低之之分分。燃燃烧烧产产物物中中水水蒸蒸汽汽冷冷凝凝，呈呈00液液态态水水时的发热值称为高发热值时的发热值称为高发热值(Q Q高高)
8、，燃烧产物中水呈汽态时的发热值称为低发热值，燃烧产物中水呈汽态时的发热值称为低发热值(Q Q低低)。各各种种气气体体燃燃料料的的发发热热值值可可用用仪仪器器直直接接测测定定，也也可可以以根根据据其其组组成成按按加加和和法进行计算。法进行计算。二、煤气的发热值二、煤气的发热值第9页，本讲稿共63页 煤气中各可燃成分的低发热值煤气中各可燃成分的低发热值(kJkJm m3 3)为：为：CO12728CO12728；H H2 21084410844；C C2 2H H4 43584035840；C Cm mH Hn n7117971179。按焦炉煤气的组成及上述数据，可计算焦炉煤气的低发热值：按焦炉煤
9、气的组成及上述数据，可计算焦炉煤气的低发热值：=17920 =17920kJ/mkJ/m3 3 由由于于焦焦炉炉煤煤气气可可燃燃成成分分多多，且且含含有有大大量量发发热热值值高高的的CHCH4 4，其其发发热热值值约约为高炉煤气的为高炉煤气的5 5倍。倍。第10页，本讲稿共63页 煤煤气气的的密密度度是是指指每每立立方方米米煤煤气气的的质质量量，记记为为(kg(kgm m3 3)，每每m m3 3煤煤气气在在标标准准状状态态下的密度则记为下的密度则记为0 0。它和其它混合气体一样，可以根据组成按加和法计算。它和其它混合气体一样，可以根据组成按加和法计算。标准状态下煤气的密度可按煤气组成用加和性
10、计算：标准状态下煤气的密度可按煤气组成用加和性计算：0=0.01MiXi/22.40=0.01MiXi/22.4，kg/m3kg/m3式中：式中：MiMi煤气中煤气中i i成分的分子量；成分的分子量；XiXi煤气中煤气中i i成分的体积成分的体积%。三、煤气的密度三、煤气的密度第11页，本讲稿共63页 按表按表6-26-2所列焦炉煤气的组成计算其密度为：所列焦炉煤气的组成计算其密度为：O O=0.451kg =0.451kgm m3 3 式式中中 2 2、1616、2828分分别别为为H H2 2、CHCH4 4、COCO的的分分子子量量，C Cm mH Hn n中中按按8080的的C C2
11、2H H4 4和和2020C C6 6H H6 6计算。计算。饱和温度为饱和温度为2020o oC C时的湿焦炉煤气的密度为：时的湿焦炉煤气的密度为：=0.459=0.459kg/mkg/m3 3第12页，本讲稿共63页 同同理理可可以以计计算算出出：Q Q低低=3644=3644kJkJm m3 3的的高高炉炉煤煤气气密密度度为为1.3371.337kgkgm m3 3，饱饱和和温温度度为为3030时时该该湿湿高高炉炉煤煤气气的的密密度度为为1.3081.308kgkgm m3 3，Q Q低低=3927=3927kJkJm m3 3的的高高炉炉煤煤气气密密度度为为1.2971.297kgkg
12、m m3 3，饱饱和和温温度度为为3030o oC C时时，该湿高炉煤气的密度为该湿高炉煤气的密度为1.2751.275kgkgm m3 3。由由于于焦焦炉炉煤煤气气含含氢氢量量高高，故故其其密密度度比比高高炉炉煤煤气气小小得得多多，且且比比水水汽汽的的密密度度还还小小，干干高高炉炉煤煤气气的的密密度度比比湿湿高高炉炉煤煤气气密密度度略略小小，而而焦焦炉炉煤煤气气则相反。则相反。第13页，本讲稿共63页二、二、煤气的燃烧煤气的燃烧1 1、燃烧反应和燃烧极限、燃烧反应和燃烧极限 煤气中的可燃成分具有和空气中的氧发生下列反应的能力。煤气中的可燃成分具有和空气中的氧发生下列反应的能力。第14页，本讲
13、稿共63页o完全燃烧时，可见到火苗明亮，没有烟。如果火苗暗红并带有黑烟就是燃烧不完全。完全燃烧时，可见到火苗明亮，没有烟。如果火苗暗红并带有黑烟就是燃烧不完全。在焦炉加热中，应当使煤气完全燃烧，才能有效的利用煤气的热能，提高热效率，在焦炉加热中，应当使煤气完全燃烧，才能有效的利用煤气的热能，提高热效率，降低耗热量。降低耗热量。o要想达到完全燃烧，必须具备以下几个条件：要想达到完全燃烧，必须具备以下几个条件：（1 1）要有足够的空气量；）要有足够的空气量；（2 2）空气和煤气中的可燃成分须很好的混合；）空气和煤气中的可燃成分须很好的混合；（3 3）必须将煤气加热到着火点以上的温度；）必须将煤气加
14、热到着火点以上的温度；（4 4）适当排除燃烧后产生的废气。）适当排除燃烧后产生的废气。第15页，本讲稿共63页 但但实实际际燃燃烧烧不不同同于于上上述述一一般般的的氧氧化化反反应应，而而是是伴伴随随着着强强烈烈发发热热的的连连锁锁反反应应过过程程。为为使使过过程程达达到到强强烈烈发发热热的的程程度度，必必需需有有足足够够的的反反应应速速度度。由由化化学学动动力学的基本原理可知，反应速度与参与反应的物质浓度和温度有关。力学的基本原理可知，反应速度与参与反应的物质浓度和温度有关。反反应应速速度度愈愈快快，单单位位时时间间内内放放出出的的热热量量愈愈多多。只只有有当当煤煤气气和和空空气气反反应应产产
15、生生的的热热量量足足以以使使整整个个反反应应系系统统的的温温度度不不断断升升高高，达达到到在在该该温温度度下下可可燃燃混混合合物物可可以以自自动动的的、不不需需外外加加火火源源而着起火来时，才能连续稳定地燃烧。而着起火来时，才能连续稳定地燃烧。第16页，本讲稿共63页 否否则则，如如果果煤煤气气和和空空气气反反应应产产生生的的热热量量低低于于系系统统的的散散热热，使使燃燃烧烧反反应应不不能能扩扩展展到到整整个个有有效效空空间间中中去去，系系统统温温度度不不能能提提高高，而而在在距距火火源源较较远远的的地地方方，温温度度较较低低，当当火火源源移移开开时时，仍仍会会发发生生熄熄火火现现象象。因因此
16、此，燃燃烧烧都都是是在在很很快快的的反反应应速速度度下下进进行行的的，参参与与反反应应的的煤煤气气和和空空气气浓浓度度减减小小，就就会会使使反反应应速速度度减减慢慢；低低于于某某一一极极限限值值时时，因因反反应应速速度度太太慢慢而而不不能能着着火火，故故把把可可燃燃气气体体和和空空气气所所组组成的混合物中可燃气体的这种极限浓度称为燃烧极限。成的混合物中可燃气体的这种极限浓度称为燃烧极限。第17页，本讲稿共63页 （1）燃燃烧烧反反应应是是指指煤煤气气中中的的各各可可燃燃成成分分与与氧氧所所进进行行的的伴伴有有发发光发热的剧烈的氧化反应。光发热的剧烈的氧化反应。（2）燃燃烧烧极极限限是是指指能能
17、稳稳定定燃燃烧烧时时可可燃燃混混合合物物中中可可燃燃气气体体的的体体积积浓浓度范围，称为燃烧极限。较低的浓度称为下限，较高的浓度称为上限。度范围，称为燃烧极限。较低的浓度称为下限，较高的浓度称为上限。燃烧的条件：燃烧的条件：可燃成份、氧、一定的温度可燃成份、氧、一定的温度第18页，本讲稿共63页燃烧极限的本质：燃烧极限的本质：反应反应(燃烧燃烧)速度与浓度的关系速度与浓度的关系:燃烧反应燃烧反应:mF+nO:mF+nO2 2=CO=CO2 2+H+H2 20 0 燃烧速度燃烧速度:r=kF:r=kFm mOOn n而而F+Air=100%F+Air=100%O=0.21Air O=0.21Ai
18、r代入上式得代入上式得:r=kF:r=kFm m0.21Air0.21Airn n =k F=k Fm mAirAirn n =k F=k Fm m1-F1-Fn n所以，当所以，当F F变大或变小时，变大或变小时，r r均变小。当均变小。当F F达到一个临界值时，达到一个临界值时，反应速度小得反应无法进行，该临界值就是燃烧极限。反应速度小得反应无法进行，该临界值就是燃烧极限。第19页，本讲稿共63页 表6-6 某些空气可燃混合物在常压下的燃烧极限第20页，本讲稿共63页 表表中中可可燃燃气气体体的的浓浓度度高高于于上上限限或或低低于于下下限限时时，就就不不能能燃燃烧烧。上上限限愈愈高高，下下
19、限限愈愈低低，燃燃烧烧范范围围就就愈愈宽宽。同同样样的的可可燃燃气气体体当当与与纯纯氧氧组组成成可可燃燃混混合合物物时时，燃燃烧烧范范围围比比上上表表所所列列数数据据大大为为加加宽宽。如如H H2 2和和O O2 2的的混混合合物物中中，下下限限为为9.29.2，上上限限值值为为91.691.6，燃燃烧烧范范围围达达82.482.4。因因此此，可可燃燃混混合合物物的的存存在在并并达达到到一一定定的的比比例例极极限限是是燃燃烧烧能能否否发发生生的的内内因因，温温度度、压压力力增增加加时时，燃燃烧烧范范围围将将加加宽宽，而而加入惰性组分则使燃烧范围变窄。加入惰性组分则使燃烧范围变窄。第21页，本讲
20、稿共63页 对于混合气体的燃烧极限，随其组成而变，可用下式估算：对于混合气体的燃烧极限，随其组成而变，可用下式估算：(体积体积%)%)（8-18-1）式中式中 L L可燃气体混合物的燃烧可燃气体混合物的燃烧(或爆炸或爆炸)极限极限(上限或下限上限或下限)；P P1 1 P P2 2在气体混合物中，各组分的体积百分含量，；在气体混合物中，各组分的体积百分含量，；N N1 1 N N2 2纯组分的相应极限浓度纯组分的相应极限浓度(上限或下限上限或下限)，体积。，体积。上上式式只只适适用用于于不不含含惰惰性性气气体体的的气气体体混混合合物物，对对含含有有C0C02 2、N N2 2等等惰惰性性气气体
21、体的可燃混合物需用下式校正：的可燃混合物需用下式校正：(8-2)(8-2)式中式中 可燃气体中惰性气体的含量（体积分数），。可燃气体中惰性气体的含量（体积分数），。第22页，本讲稿共63页第23页，本讲稿共63页影响燃烧极限的因素：影响燃烧极限的因素：o（1 1）压力的影响）压力的影响 压力升高、反应分子的浓度增大，使反应速度加快压力升高、反应分子的浓度增大，使反应速度加快o（2 2）温度的影响）温度的影响 温度升高时，反应速度加快，燃烧范围加宽温度升高时，反应速度加快，燃烧范围加宽o（3 3）惰性气体的影响）惰性气体的影响 惰性气体的存在降低了反应物的浓度，使反应速度和防热惰性气体的存在降低
22、了反应物的浓度，使反应速度和防热速度减慢，故燃烧范围变窄速度减慢，故燃烧范围变窄第24页，本讲稿共63页煤煤气气的的燃燃烧烧过过程程比比较较复复杂杂，根根据据上上述述内内容容，在在一一定定的的条条件件下下，燃燃烧烧过过程程可可分分为三个阶段：为三个阶段：煤气和空气混合，并达到极限浓度。煤气和空气混合，并达到极限浓度。将可燃混合气体加热到着火温度或点火燃烧使其达到着火温度。将可燃混合气体加热到着火温度或点火燃烧使其达到着火温度。可可燃燃物物与与氧氧气气发发生生化化学学反反应应而而进进行行连连续续稳稳定定的的燃燃烧烧，此此过过程程取取决决于于化化学学动动力学的因素，即主要和反应的浓度和温度有关。力
23、学的因素，即主要和反应的浓度和温度有关。根据煤气和空气的混合情况，煤气燃烧有两种方式。根据煤气和空气的混合情况，煤气燃烧有两种方式。2 2、扩散燃烧和动力燃烧、扩散燃烧和动力燃烧第25页，本讲稿共63页（1）动力燃烧（无焰燃烧）动力燃烧（无焰燃烧）是指煤气和空气在进入燃烧室前先混合均匀，然后着火燃烧，这时是指煤气和空气在进入燃烧室前先混合均匀，然后着火燃烧，这时的燃烧速度取决于化学动力学因素（化学反应速度），故称动力燃烧。的燃烧速度取决于化学动力学因素（化学反应速度），故称动力燃烧。由于化学反应速度极快，可达到很高的燃烧强度，燃烧完全，燃烧产物中没由于化学反应速度极快，可达到很高的燃烧强度，燃
24、烧完全，燃烧产物中没有烟粒，燃烧室中透彻明亮，这种燃烧方法又称为无焰燃烧。有烟粒，燃烧室中透彻明亮，这种燃烧方法又称为无焰燃烧。由于在燃烧前煤气和空气均匀混合，故动力燃烧可在很小的过剩空由于在燃烧前煤气和空气均匀混合，故动力燃烧可在很小的过剩空气系数下达到完全燃烧，燃烧温度高。气系数下达到完全燃烧，燃烧温度高。燃气锅炉一般采用动力燃烧。燃气锅炉一般采用动力燃烧。第26页，本讲稿共63页 无无焰焰燃燃烧烧时时，煤煤气气和和空空气气是是在在冷冷态态时时预预先先混混合合的的，为为使使无无焰焰燃燃烧烧正正常常稳稳定定地地进进行行，要要求求可可燃燃混混合合物物进进入入燃燃烧烧室室前前必必需需加加热热至至
25、着着火火温温度度以以上上，以以及及气气流流速速度度稍稍大大于于火火焰焰传传播播速速度度，否否则则容容易易引引起起回回火火，甚甚至至爆爆炸炸。因因此此无无焰焰燃燃烧烧器器要要求求有有灼灼热热的的内内壁壁足足以以使使整整个个可可燃燃混混合合气气体体同同时时迅迅速速加加热热到到着着火火温温度度。容容易易回回火火是是无无焰焰燃燃烧烧的的惟惟一一缺缺点点。回回火火时时，在在混混合合器器内内就就进进行行部部分分燃燃烧烧，使使混混合合器器温温度度提提高高，废废气气和和可可燃燃气气一一起起进进人人燃燃烧烧器器，增增加气流阻力，减少喷射管的吸入能力，破坏正常工作，严重时会引起爆炸。加气流阻力，减少喷射管的吸入能
26、力，破坏正常工作，严重时会引起爆炸。第27页，本讲稿共63页（2 2）扩散燃烧（有焰燃烧）扩散燃烧（有焰燃烧）是指煤气和空气分别送入燃烧室后，依靠对流扩散和分子扩散作用边是指煤气和空气分别送入燃烧室后，依靠对流扩散和分子扩散作用边混合边燃烧的过程称为扩散燃烧。混合边燃烧的过程称为扩散燃烧。由于燃烧反应瞬间完成，故燃烧速度取决于可燃物分子和氧分子相互碰撞由于燃烧反应瞬间完成，故燃烧速度取决于可燃物分子和氧分子相互碰撞的物理过程，即扩散过程。扩散燃烧时，由于局部氧的不足而发生碳氢化使物的物理过程，即扩散过程。扩散燃烧时，由于局部氧的不足而发生碳氢化使物的热解，产生游离碳，因此在燃烧带中有固体微粒存
27、在，产生强烈的光和热辐的热解，产生游离碳，因此在燃烧带中有固体微粒存在，产生强烈的光和热辐射，形成光亮的火焰，故这种燃烧方法又称为有焰燃烧。射，形成光亮的火焰，故这种燃烧方法又称为有焰燃烧。第28页，本讲稿共63页 火火焰焰的的长长短短，表表征征煤煤气气燃燃烧烧过过程程速速度度的的大大小小，它它主主要要取取决决于于煤煤气气和和空空气气的的混混合合强强度度和和混混合合程程度度，混混合合进进行行得得愈愈快快愈愈完完全全，燃燃烧烧愈愈快快，火火焰焰就就愈愈短短。在在有有焰焰燃燃烧烧中中有有很很多多因因素素影影响响煤煤气气和和空空气气的的混混合合过过程程，主要包括可燃物与氧分子的相互扩散速度和气体动力
28、学等因素。主要包括可燃物与氧分子的相互扩散速度和气体动力学等因素。第29页，本讲稿共63页 扩散燃烧速度主要取决于气流沿高向的运动速度、煤气和空气的气流夹角、出口中心扩散燃烧速度主要取决于气流沿高向的运动速度、煤气和空气的气流夹角、出口中心间距、扩散系数等因素。间距、扩散系数等因素。而气体燃料的扩散系数而气体燃料的扩散系数D反比于其平均分子量的平方根，即：反比于其平均分子量的平方根，即：D(8RT/M)0.5式中：式中：R气体常数；气体常数；T气体的绝对温度，气体的绝对温度，K；M燃料气的平均分子量。燃料气的平均分子量。由于高炉煤气的平均分子量远大于焦炉煤气的平均分子量，所以，高炉煤由于高炉煤
29、气的平均分子量远大于焦炉煤气的平均分子量，所以，高炉煤气的火焰长度远大于焦炉煤气的火焰长度。气的火焰长度远大于焦炉煤气的火焰长度。第30页，本讲稿共63页 焦炉立火道中煤气的燃烧就属于扩散燃烧。焦炉立火道中煤气的燃烧就属于扩散燃烧。立火道内煤气的燃烧速度（火焰长度）主要取决于气流立火道内煤气的燃烧速度（火焰长度）主要取决于气流沿高向的运动速度、煤气与空气流的夹角、出口轴心间距、沿高向的运动速度、煤气与空气流的夹角、出口轴心间距、扩散系数等。扩散系数等。为了拉长火焰、改善焦炉的高向加热均匀性，焦炉火道为了拉长火焰、改善焦炉的高向加热均匀性，焦炉火道内应使煤气和空气缓慢接触。焦炉在设计中，斜道口的
30、结构内应使煤气和空气缓慢接触。焦炉在设计中，斜道口的结构可使煤气和空气流平行喷出。可使煤气和空气流平行喷出。第31页，本讲稿共63页 着着火火温温度度是是使使可可燃燃混混合合物物开开始始正正常常稳稳定定燃燃烧烧的的最最低低温温度度。着着火火温温度度并并非非是是一一个个物理常数，它与可燃混合物的成分、燃烧系统的压力、燃烧室的类型和大小有关。物理常数，它与可燃混合物的成分、燃烧系统的压力、燃烧室的类型和大小有关。表表8-7 8-7 几种可燃气体在标准状态下的着火温度几种可燃气体在标准状态下的着火温度 名称 H2COCH4C2H4C6H6焦 炉 煤气高 炉 煤气发生炉煤气着 火 温 度/oC5805
31、90644658650670542547740600650700640680二、着火温度二、着火温度第32页，本讲稿共63页（2 2）点火）点火可燃混合气体靠火星、灼热物体等火源形成可燃混合气体靠火星、灼热物体等火源形成火焰中心，然后经火焰传播使可燃混合气燃烧，叫点火火焰中心，然后经火焰传播使可燃混合气燃烧，叫点火燃烧。燃烧。点火燃烧要有两个条件：点火燃烧要有两个条件：一是有一定能量的火源一是有一定能量的火源 二是能进行火焰传播二是能进行火焰传播第33页，本讲稿共63页（3 3）爆炸）爆炸在密闭容器中可燃混合气，在燃烧极限内达到着火温度或在密闭容器中可燃混合气，在燃烧极限内达到着火温度或点火时
32、，由于绝热压缩作用，可燃混合气因急剧反应使温度和压力急点火时，由于绝热压缩作用，可燃混合气因急剧反应使温度和压力急剧升高，这时火焰的传播速度可达每秒几公里整个容器内的可燃混合剧升高，这时火焰的传播速度可达每秒几公里整个容器内的可燃混合气将同时急剧反应而产生极大的破坏力并引进爆炸。气将同时急剧反应而产生极大的破坏力并引进爆炸。爆爆炸炸与与燃燃烧烧的的不不同同点点是是：燃燃烧烧是是稳稳定定的的连连锁锁反反应应，主主要要依依靠靠温温度度的的提提高高，使使反反应应加加速速；而而爆爆炸炸是是不不稳稳定定的的连连锁锁反反应应，主主要要依依靠靠压压力力的的提提高高，使使活活性性分分子子浓度急剧提高而加速反应
33、。浓度急剧提高而加速反应。第34页，本讲稿共63页 引引起起爆爆炸炸的的条条件件是是设设备备或或环环境境中中可可燃燃混混合合物物达达到到必必要要的的极极限限浓浓度度，同同时时存存在在高高温温或或火火源源，爆爆炸炸方方式式是是压压力力传传播播。了了解解引引起起爆爆炸炸的的原原因因，就就可可以以采采取取措措施施，消消除除爆爆炸炸的的发发生生，如如焦焦炉炉煤煤气气、氢氢气气和和苯苯蒸蒸汽汽的的爆爆炸炸极极限限的的下下限限都都很很低低，故故当当管管道道、管管件件、设设备备不不严严时时，一一旦旦漏漏入入的的空空气气遇遇到到火火源源就就容容易易着着火火爆爆炸炸。因因此此要要求求设设备备、管管道道要要严严密
34、密，严严禁禁在在设设备备、管管道道附附近近产产生生火火源源，并并应应加加强通风。强通风。相相反反，由由于于高高炉炉煤煤气气、发发生生炉炉煤煤气气、氢氢气气和和COCO的的爆爆炸炸上上限限很很高高，当当设设备备管管道道不不严严，同同时时又又出出现现负负压压操操作作时时，容容易易吸吸入入空空气气，形形成成爆爆炸炸性性可可燃燃混混合合物物。此此外外，当当管管道道内内煤煤气气低低压压或或流流量量过过低低使使煤煤气气流流速速低低于于火火焰焰传传播播速速度度时时，就就会会在在管管道道或设备中发生回火爆炸。因此，当煤气压力低于规定数值时，要停止加热。或设备中发生回火爆炸。因此，当煤气压力低于规定数值时，要停
35、止加热。第35页，本讲稿共63页 第二节第二节 煤气的燃烧计算煤气的燃烧计算一、燃烧计算一、燃烧计算 燃烧计算要解决理论需氧量、理论空气量、产生的废气量、燃烧计算要解决理论需氧量、理论空气量、产生的废气量、废气组成、燃烧温度等。废气组成、燃烧温度等。1、空气过剩系数、空气过剩系数 是指为了保证燃料的完全燃烧，供给的实际空气量一定要是指为了保证燃料的完全燃烧，供给的实际空气量一定要多于理论空气量，二者之比称为空气过剩系数，用多于理论空气量，二者之比称为空气过剩系数，用表示。表示。第36页，本讲稿共63页大小的意义：大小的意义：太小，燃料燃烧不完全，太小，燃料燃烧不完全，COCO2 2和和H H2
36、 2O O电离多，可燃成分电离多，可燃成分COCO、H2H2随废气排出，浪费煤气；随废气排出，浪费煤气；太大，产生的废气量大，带走的废气显热多，燃烧火太大，产生的废气量大，带走的废气显热多，燃烧火焰短，会降低立火道温度；焰短，会降低立火道温度；一般情况下一般情况下:用焦炉煤气加热时，用焦炉煤气加热时，=1.201.25=1.201.25 用高炉煤气加热时，用高炉煤气加热时，=1.101.15 =1.101.15 第37页，本讲稿共63页 可通过测定废气的组成按下式求得：可通过测定废气的组成按下式求得：式中式中:O2、CO、CO2由废气分析测得的废气中各成分的体积由废气分析测得的废气中各成分的体
37、积%；K随加热煤气组成而异的系数，随加热煤气组成而异的系数，VCO2、O理理燃烧燃烧1立方米煤气所产生的理论立方米煤气所产生的理论CO2量和理论需量和理论需O2量量第38页，本讲稿共63页公式推导：由定义，当煤气完全燃烧时，公式推导：由定义，当煤气完全燃烧时，L L过过、O O过过煤气完全燃烧时的过剩空气量和过剩氧量，煤气完全燃烧时的过剩空气量和过剩氧量，m3m3(m3(m3煤气煤气)O O理理煤气完全燃烧时所需理论氧量，煤气完全燃烧时所需理论氧量，m3m3(m3(m3煤气煤气)第39页，本讲稿共63页当废气中含有当废气中含有CO时，则时，则 (O2)=O2-0.5CO (CO2)=CO2+C
38、O 代入上式得式（代入上式得式（1）式中：式中：L过过、O过过1m3煤气完全燃烧所需过剩空气、过剩煤气完全燃烧所需过剩空气、过剩O2量，量，m3/m3;V1m3煤气完全燃烧产生的废气量，煤气完全燃烧产生的废气量，m3/m3;(CO2)、（、（O2）完全燃烧时废气中完全燃烧时废气中CO2、O2含量，含量，%第40页，本讲稿共63页o例：焦炉用焦炉煤气加热，所需理论氧量为例：焦炉用焦炉煤气加热，所需理论氧量为91.93m3，燃烧产生的，燃烧产生的CO2量量为为40.06m3，在标准蓄热室小烟道取样，废气成分分析为：，在标准蓄热室小烟道取样，废气成分分析为：CO2=9.1%，CO=0.1%，O2=4
39、.5%，计算空气过剩系数？，计算空气过剩系数？o解：解：第41页，本讲稿共63页废气分析废气分析 o废气取样一般在标准火道内其深度应在跨越孔以下，或在废气盘测压孔内废气取样一般在标准火道内其深度应在跨越孔以下，或在废气盘测压孔内其深度为废气盘连接管中心。此两种取样点各有优缺点：在立火道内取样，其深度为废气盘连接管中心。此两种取样点各有优缺点：在立火道内取样，操作条件差，且需用价值昂贵且易打碎的石英管取样，其所取废气样仅代操作条件差，且需用价值昂贵且易打碎的石英管取样，其所取废气样仅代表该火道燃烧情况；在废气盘内取样操作方便，可用直径表该火道燃烧情况；在废气盘内取样操作方便，可用直径1010毫米
40、，长毫米，长500500毫米的普通玻璃管作取样管，其废气样代表一侧燃烧室燃烧情况，但往往毫米的普通玻璃管作取样管，其废气样代表一侧燃烧室燃烧情况，但往往因废气盘连接管和蓄热室等处不严密，所以误差较大。因废气盘连接管和蓄热室等处不严密，所以误差较大。第42页，本讲稿共63页o煤气组成变化时，煤气组成变化时，K K也相应变化也相应变化o在取样做废气分析时应注意以下各点：在取样做废气分析时应注意以下各点：1 1、避免在刚装煤的炉号上取样，因刚装煤炭化室压力大，有荒煤气向、避免在刚装煤的炉号上取样，因刚装煤炭化室压力大，有荒煤气向燃烧室串漏，影响废气成分燃烧室串漏，影响废气成分2 2、每天都在同一时间
41、取样、每天都在同一时间取样3 3、每次取样前要记录当时的煤气流量、烟道吸力、进风口开度和废气、每次取样前要记录当时的煤气流量、烟道吸力、进风口开度和废气翻板等数值翻板等数值4 4、记录取样当时的蓄热室走廊温度或气温情况、记录取样当时的蓄热室走廊温度或气温情况第43页，本讲稿共63页 1 1）空气需要量的计算）空气需要量的计算理论需氧量理论需氧量 1 1m m3 3煤煤气气完完全全燃燃烧烧时时所所需需的的理理论论氧氧量量等等于于煤煤气气中中各各可可燃燃成成分分单单独独燃燃烧烧时时所所需氧量的总和。如下式：需氧量的总和。如下式：O O理理=0.5(=0.5(H H2 2+CO)+2CH+CO)+2
42、CH4 4+3C+3C2 2H H4 4+7.5C+7.5C6 6H H6 6-0-02 20.010.01，m m3 3(m(m3 3煤气煤气)式中式中H H2 2、COCO、COCO2 2分别表示煤气中各成分的体积含量分别表示煤气中各成分的体积含量,理论干空气量：理论干空气量：L L理理=，m m3 3(m(m3 3煤气煤气)2、燃烧的物料衡算、燃烧的物料衡算第44页，本讲稿共63页 实际干空气量为：实际干空气量为：L实实(干干)=L理理，m3(m3煤气煤气)由由于于空空气气中中均均含含有有一一定定的的水水分分，因因此此实实际际空空气气量量应应包包括括带带入入的的水水分分，则实际湿空气量为
43、：则实际湿空气量为：L实实=L实实(干干)(1+H20)空空，m3(m3煤气煤气)式中式中 H20为每为每m3干空气中所含的水汽量，干空气中所含的水汽量，m3(m3干空气干空气)。第45页，本讲稿共63页燃烧产生的废气量燃烧产生的废气量V：VCO2=0.01CO2+CO+CH4+2C2H4+6C6H6，VH2O=0.01H2+2(CH4+C2H4)+3C6H6+H2O煤、干煤、干+L实、干实、干 H2O空、干空、干 VN2=0.01N2+0.79 L实、干实、干 VO2=0.21 L实、干实、干-O理理 V=VCO2+VH2O+VN2+VO2，nm3废气废气/nm3煤气煤气废气组成：废气组成：
44、Xi=Vi/V,i=CO2、H2O、N2、O2第46页，本讲稿共63页第47页，本讲稿共63页 同同理理，低低发发热热值值为为3643kJm3的的高高炉炉煤煤气气，饱饱和和温温度度为为30，空空气气温温度度为为20OC，相对湿度为相对湿度为0.6，=1.25时，可计算得：时，可计算得：L实实(干干)=0.843m3(m3煤气煤气)L实实=0.855m3(m3煤气煤气)V废废=1.757m3(m3煤气煤气)其其废废气气组组成成为为：C02 23.28，02 2.02、H20 4.24、N2 70.46。由由计计算算可可知知，燃燃烧烧1m3焦焦炉炉煤煤气气所所需需空空气气量量约约为为烧烧1m3高高
45、炉炉煤煤气气所所需需空空气气量量的的6.5倍倍，产产生生的的废废气气量量约约为为3.5倍倍，且且两两者者的的废废气气组组成成也也有有显显著著差差别别，除除N2以以外外焦焦炉炉煤煤气气产产生生的的废废气气中中以以H20为为最多，高炉煤气的废气则以最多，高炉煤气的废气则以C02为最多。为最多。第48页，本讲稿共63页例题：例题：某焦炉用发生炉煤气加热，实测得废气的组成为：某焦炉用发生炉煤气加热，实测得废气的组成为：废气成分废气成分 CO2 CO O2 含量，含量，%16.90 0.10 2.00发生炉煤气的组成为：发生炉煤气的组成为：煤气成分煤气成分 H2 CO CH4 CO2 N2 O2 含量，
46、含量，%3.0 28.8 0.2 11.1 56.5 0.40求空气过剩系数。求空气过剩系数。第49页，本讲稿共63页o解：依题意：解：依题意：=1+K（O2-0.5CO）/(CO2+CO)K=Vco2/O理理则则 Vco2=0.01(CO+CO2+CH4)=0.01(28.8+11.1+0.2)=0.401O理理=0.010.5(H2+CO)+2CH4 O2 =0.010.5(3.0+28.8)+20.2-0.4 =0.159故故 K=0.401/0.159=2.522 =1+2.522（2-0.50.1）/(16.9+0.1)=1+0.289 =1.289答：该焦炉的空气过剩系数为答：该焦
47、炉的空气过剩系数为1.289。第50页，本讲稿共63页o焦炉煤气组成如下，求焦炉煤气组成如下，求K值。值。H2 CO2 O2 CO C2H4 CH4 58.0 2.2 0.4 5.8 2.9 25.0从反应式中可求得：从反应式中可求得：CO2CO22C2H4CH4CO2.222.925.05.838.8O2理理3C2H42CH40.5H20.5COO2 32.9225.00.558.00.55.80.490.2 则则 KCO2O2理理38.890.20.43 由此可见，由此可见，K是随煤气组成而改变的，一般焦炉煤气是随煤气组成而改变的，一般焦炉煤气K0.43 高炉煤气高炉煤气K0.25。如果煤
48、气成分波动较大时，应按煤气成分重新计算。如果煤气成分波动较大时，应按煤气成分重新计算K值。值。设烧焦炉煤气的废气中的组成设烧焦炉煤气的废气中的组成CO29.0，O24.6，已知，已知K0.43，计算，计算值。值。第51页，本讲稿共63页3、燃烧热衡算、燃烧热衡算燃烧温度计算燃烧温度计算 燃燃烧烧温温度度是是指指燃燃料料燃燃烧烧时时产产生生的的热热量量用用于于加加热热燃燃烧烧产产物物（废废气气）使使其其达达到到的的温温度度称称为为燃燃料料的的燃燃烧烧温温度度。该该温温度度的的高高低低取取决决于于燃燃料料组组成成、空空气气系系数、预热程度及热量向周围介质传递的情况等多种因素。数、预热程度及热量向周
49、围介质传递的情况等多种因素。（1）实实际际燃燃烧烧温温度度：煤煤气气燃燃烧烧时时产产生生的的热热量量，除除掉掉废废气气中中CO2和和H2O部部分分离离解解所所吸吸收收的的热热量量和和传传给给周周围围介介质质的的热热量量后后，存存余余部部分分使使废废气气温温度度升升高高，此此时的温度称为实际燃烧温度。时的温度称为实际燃烧温度。第52页，本讲稿共63页 燃烧过程的热量收入项：燃烧过程的热量收入项：(1)煤气的燃烧热煤气的燃烧热Q低低燃烧燃烧1标标m3煤气所生成的热量，即煤气的低发热值：煤气所生成的热量，即煤气的低发热值：Q1=Q低低，kJ(m3煤气）煤气）(2)煤气的物理热煤气的物理热Q煤煤 Q2
50、=Q煤煤=c煤煤t煤煤，kJ(m3煤气煤气)式中式中 c煤煤煤气在煤气在t煤煤时的比热容，时的比热容，kJ/(m3oC)；t煤煤进入燃烧室的煤气预热温度，进入燃烧室的煤气预热温度，oC。(3)空气的物理热空气的物理热Q空空 Q3=Q空空=L实实c空空t空空，kJ(m3煤气煤气)式中式中 L实实燃烧燃烧1标标m3煤气所需的实际空气量，煤气所需的实际空气量，m3(m3煤气）；煤气）；c空空空气在空气在t空空oC时的比热容，时的比热容，kJ/(m3oC)；t空空进入燃烧室的空气预热温度，进入燃烧室的空气预热温度，。进入总热量：进入总热量：Q总总=Q1+Q2+Q3=Q低低+Q煤煤+Q空空，kJ/（m3