傳熱與傳質(zhì)、燃料及燃燒、(氣體動力學(xué))、熱工設(shè)備、熱工儀表及控制
1.燃料的發(fā)熱量(熱值)
定義:單位質(zhì)量/體積的燃料完全燃燒,當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時所放出的熱量(一般室溫25℃)。
依據(jù)燃燒產(chǎn)物中水蒸氣(包括燃料中所含水生成的水蒸氣和燃料中的氫燃燒時生成的水蒸氣)的不同形態(tài),分為兩種發(fā)熱量:高溫發(fā)熱量、低位發(fā)熱量
高位發(fā)熱量(高位熱值):燃料完全燃燒,燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽全部凝結(jié)為液態(tài)水時所放出的熱量
低位發(fā)熱量(低位熱值):燃料完全燃燒,燃燒產(chǎn)物中的水蒸汽仍以氣態(tài)存在時所放出的熱量。
即它們的區(qū)別僅是:水的狀態(tài)不同,25℃水的汽化熱2440‐2500KJ/kg
實際燃燒時,因溫度很高,燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣均以氣態(tài)形式存在,不可能凝結(jié)為水,故一般所測定的為低位發(fā)熱量(低位熱值)。
天然氣的發(fā)熱量(低位熱值)一般為8000~8500×4.18KJ/Nm3
2.基本傳熱方式
傳熱是由溫度差引起的。只要有溫度差存在,熱量就會自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移。
傳熱有三種方式:對流、導(dǎo)熱、輻射
在預(yù)熱段低溫區(qū),以對流傳熱為主;在高溫區(qū),以輻射傳熱為主。
3.氣體燃料燃燒的基本條件
(1)有燃料(如天然氣)
(2)有空氣(助燃風(fēng))
(3)達(dá)到著火溫度-燃燒所需的低溫度
4.氣體燃料燃燒的過程
(1)混合-燃料與空氣的混合
(2)著火
(3)燃燒
5.依據(jù)燃?xì)馀c空氣的混合情況,分為三種燃燒方法
(1)長焰燃燒-燃?xì)夂涂諝庠谌紵鲀?nèi)不混合,噴出后靠擴(kuò)散作用進(jìn)行邊混合邊燃燒,火焰長。
(2)短焰燃燒-燃?xì)庠谌紵鲀?nèi)與部分空氣(一次空氣)混合,噴出后燃燒并進(jìn)一步與二次空氣混合燃燒,火焰較短
(3)無焰燃燒-燃?xì)馀c空氣在燃燒器內(nèi)(或進(jìn)燃燒器前)完全混合,在燃燒器內(nèi)(或噴出后)燃燒,火焰短而透明,幾乎無火焰。
6.燃燒的幾個概念
(1)完全燃燒:燃料中的全部可燃成分在空氣充足的情況下達(dá)到完全氧化,燃燒產(chǎn)物中沒有游離的C及CO、H2、CH4等可燃成分。
(2)不完全燃燒:燃料中的可燃成分沒有完全氧化,燃燒產(chǎn)物中尚存在一些可燃成分,如游離的C及CO、H2、CH4等。
(3)空氣過剩系數(shù):燃料完全燃燒需要供應(yīng)一定量的空氣。根據(jù)燃燒化學(xué)反應(yīng)方程式計算出來的單位燃料完全燃燒時所需的空氣量為理論空氣量。實際供應(yīng)的空氣量一般大于理論空氣量,稱為實際空氣量。實際空氣量與理論空氣量的比值稱為空氣過剩系數(shù)(α)。一般氣體燃料的空氣過剩系數(shù)為1.05~1.15
(4)火焰的氣氛:根據(jù)燃燒產(chǎn)物的氣氛性質(zhì),燃料燃燒的火焰有氧化焰、還原焰、中性焰之分。
氧化焰-空氣過剩系數(shù)α>1。燃燒產(chǎn)物中不含可燃成分如CO等,有過剩的氧;
還原焰-空氣過剩系數(shù)α<1。燃燒產(chǎn)物中含可燃成分如CO等
中性焰-空氣過剩系數(shù)α=1.燃燒產(chǎn)物中沒有過剩的氧,也沒有可燃成分。理論上中性焰的溫度高。
7.影響實際燃燒溫度的因素
(1)燃料種類:與燃料熱值及燃燒的產(chǎn)物量有關(guān),熱值越高、燃燒產(chǎn)物量越低,燃燒溫度越高。
(2)燃料和助燃空氣的溫度:它們的溫度越高,直接帶入的顯熱越多,可提高燃燒溫度。
(3)空氣過剩系數(shù):適當(dāng)?shù)目諝膺^剩系數(shù),可以保證有較高的燃燒溫度。一般α略大于1(過小,不完全燃燒;過大生成的煙氣量多,會使燃燒溫度降低)
(4)助燃風(fēng)中氧氣的濃度:提高氧氣濃度,將使燃燒產(chǎn)物減少,可以提高燃燒溫度。
(5)爐體散熱狀況及爐內(nèi)產(chǎn)品傳熱速度。
8.關(guān)于NOx煙氣中的氧化氮通稱NOx,以N2O、NO、NO2、N2O4多種氮的氧化物存在,主要為NO2和NO。一般環(huán)保排放基準(zhǔn)中涉及的NOx均指NO和NO2
來源:(1)熱力NOx-高溫時空氣中的氮與氧化合形成NO,進(jìn)一步氧化形成NO2其生成速度與下列因素有關(guān)
A.與燃燒溫度有關(guān)。當(dāng)燃燒溫度低于1400℃時熱力NOx生成速度較慢,當(dāng)溫度高于1400℃反應(yīng)明顯加快(爐溫不均勻時,局部高溫會產(chǎn)生大量的NOx)。
B.與空氣過剩系數(shù)有關(guān)。氧濃度增加,NOx生成量也增加。當(dāng)出現(xiàn)15%的過量空氣時:當(dāng)過量空氣超過15%時。由于NOx被稀釋,燃燒溫度下降,反而會導(dǎo)致NOx生成減少。
C.與煙氣在高溫區(qū)的停留時間有關(guān)。停留時間越長,NOx越多。這是因為在窯爐燃燒溫度下,NOx的生成反應(yīng)還未達(dá)到平衡,因而NOx的生成量將隨煙氣在高溫區(qū)的停留時間增長而增加。
(2)燃料NOx-燃料中的氮,在燃燒時與空氣中的氧化合,生成NO和NO2。燃料氮轉(zhuǎn)化為NOx量主要取決于空氣過剩系數(shù),空氣過剩系數(shù)降低,NOx的生成量也降低,這是因為在缺氧狀態(tài)下,燃料中揮發(fā)出來的氮與碳、氫競爭不足的氧,由于氮缺乏競爭能力,而減少了NOx的形成。
減少NOx的措施
(1)降低火焰峰值溫度,在保證燃燒完全的情況下減少空燃比,縮短燃燒氣體在高溫區(qū)域中滯留的時間。
(2)盡量使燃?xì)馔耆紵?,使之生成CO2和H2O,減少煙氣中碳?xì)浠衔锏暮俊?br style="margin: 0px; padding: 0px; color: rgb(51, 51, 51); font-family: 宋體; font-size: 12px; white-space: normal; background-color: rgb(255, 255, 255);"/>(3)優(yōu)化燃燒器結(jié)構(gòu),使燃燒溫度均勻,避免火焰局部高溫;采用較低的空氣過剩系數(shù)即可實現(xiàn)完全燃燒。
(4)采用新型的燃燒技術(shù),如脈沖燃燒技術(shù)、高溫空氣燃燒技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)等。脈沖燃燒技術(shù)是近年來開發(fā)的一項行之有效的降低NOx的技術(shù),燒嘴采用間斷燃燒的方式,一旦工作,就處于滿負(fù)荷狀態(tài)。當(dāng)需要升溫時,燒嘴燃燒時間加長,間斷時間減少;需要降溫時,燒嘴燃燒時間減少,間斷時間加長。通過調(diào)節(jié)燃燒時間的占空比實現(xiàn)窯爐的溫度控制,燃料流量可通過壓力調(diào)整預(yù)先設(shè)定,無需在線調(diào)整,即可實現(xiàn)空氣過剩系數(shù)的控制。故脈沖燃燒技術(shù)傳熱效率高、能耗低、爐內(nèi)溫度場均勻性好,這些均有利于減少NOx的生成。
9.爐子熱效率工件或物料加熱時吸收的有效熱量與供入爐內(nèi)的熱量之比,稱為爐子的熱效率
10.爐用風(fēng)機(jī)類型一般采用離心式通風(fēng)機(jī),包括引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等。
鍋爐引風(fēng)機(jī)-如排煙風(fēng)機(jī)等,抽排窯爐煙氣
離心鼓風(fēng)機(jī)-吸入環(huán)境空氣,加壓后作為助燃風(fēng)、冷卻風(fēng)等。