空气过剩系数与节能

空气过剩系数与节能 空气过剩系数与节能 空气过剩系数与节能 刘学明 (河北省遵化市手工业联合社河北遵化064200) 【科技刨新论坛】i《-? 摘要:通过对空气过剩系数的概念,计算方法及与节能的关系,从理论与实践的结合上加以概述,从而加深对空气过剩系数的认识,更好地节约燃料. 关键词:空气过剩系数:计算方法;节能 中图分类号:TK一9文献标识码:A文章编号:1671--7597(2010)0620169—02 能源是经济和社会发展的基础,如何解决经济发展与能源供给,是关 系一个国家,一个民族能否和谐,持续发展的关键.改革开放以来,我国 经济快速发展,能源需求不断增加,特别是近几年,能源需求更是快速增 长,已成为能源消费大国,对国家能源安全构成了严重威胁,形势十分严 峻,制约了经济发展.因此,在努力加快能源开发的同时,大力节约能 源,以较少的能源消耗,创造更多的经济效益,已成为我国解决能源供需 紧张一项有效的,现实的途径.目前燃料是我国能源构成的支柱,燃料只 有经过完全燃烧,将化学能转为热能,才能被人t"fJ2n以利用.而燃烧过程 中,空气过剩系数的大小对燃料的完全燃烧程度起着十分关键的作用.这 个问题目前在一些中小企业还没有引起足够的重视,甚至根本没有认识, 浪费了大量的燃料,本文通过对空气过剩系数的概念,计算方法及与节能 的关系,从理论与实践的结合上加以概述,从而加深对空气过剩系数的认 识,更好地节约燃料. 1空气过剩系数的糖念 我们知道,为了保证燃料能在燃烧室或炉膛中达到最大程度的完全燃 烧,即燃料中的可燃物完全与氧气作用,燃烧产物中只有C02,H20,N2, S02,02时,实际供给燃烧用的空气量必须比按化学方程式计算出来的理论 空气需要量大一些.此外,由于燃烧室或炉膛的砌体是不够严密的,又存 在必要的炉门和孔洞,在炉膛有负压区存在的情况下,又常吸入部分空 气,增加了实际空气量.我们把燃烧室或炉膛中实际空气量与理论空气的 比值,叫做空气过剩系数.(用符号Q表示).空气过剩系数的大小以取 决于下列三种因素: 1)燃料的种类:燃料分固,液,气体三种,燃料的种类,成份,发 热值大小都直接影响Q,一般来说,固体燃料燃烧时a大,气体燃料.最 小,液体燃料介于两者中间. 2)燃烧设备的种类:燃料化学能转变为热能是通过合理的燃烧设备 来完成的,对固体燃料而言,炉排的型式和结构,对液体,气体燃料而言 烧嘴的型式和结构都直接影响n值. 3)燃料的燃烧方法:对固体燃料是手烧炉,还是机烧层燃炉和煤粉 炉,是上燃法还是下燃法:对液体,气体燃料是内混还是外混式,是低压 还是高压,是有焰燃烧还是无焰燃烧或者介于二者中间,a值都是不一样 的. 由此可见,在燃料的燃烧过程中,影响n值的因素是很复杂的. 2空气过剩系数与节约燃料的关系 理论与实践的大量事实都说明空气过剩系数a与燃料的节约和浪费关 系极大. 2.1对空气消耗量和燃烧产物量的影响 众所周知,在燃烧燃烧过程中,实际空气量和燃烧产物量都随a的增 大而成比例地增大.n对以燃料为能源的各种工业炉窑有很大的影响,在 设计时选用较大的Q值,则实际空气量增加,此时,就要选用较大能力的 鼓风机和更大直径的空气管道,同时由于Q的增大,也必然引起废气生成 量的增加,加大烟道尺寸或选用较大的引风机,则必然增加电能和金属材 料及砌筑材料的消耗,增加工程投资.对于实际工作的炉子,往往由于Q 的增大,带来一系列的后果,由于空气量的增大,空气系统的阻力增大, 压力损失增加,对于低压重油烧嘴往往造成重油雾化不良,燃烧不完全, 烟囱冒黑烟,浪费大量燃料,同时也使排烟系统阻力增大,造成烟囱抽力 不够,或引风机能力不足,炉内气体不顺行,燃烧的不好,恶化了炉内的 热交换,同样浪费燃料. 2.2对燃烧产物成份的影响 当空气过剩系数增大时,一般情况下是可以使燃料得到更大程度的 完全燃烧,即燃烧产物中除去N2,02#1"只有R02,H20,但另一方面,由于 n的增大,N2,Oz的绝对数量增加,而使产物中的R02和H20的含量相对地 减少,从传热的观点来看是很不利的,因为高温炉膛中的热交换主要靠辐 射传热,而气体的辐射又靠三原予气体(~IC02,R02,H20)和多原子气体 (CIh),具有较强的辐射能力和吸收能力『1],当产物中的R02,H20含量 减少,使气体的黑度降低,从而使辐射能力减弱,使炉子的热效率降低. 又由于产物中O2含量的增加,使炉内的氧化气氛增强,必然增加金属的烧 损,又不利于经济效益的提高. 2.3对燃料理论燃烧温度的影响 当燃料一定时,即0低一定,由于.增大,实际燃烧产物生成量也随 之成比例地增加,则理论燃烧温度必然降低,炉内气体的辐射传热量与气 体的辐射温度的四次方成正比,由于理论燃烧温度的降低,辐射传热量将 大大的下降,使加热同样物料所消耗的燃料量大大增加,甚至由于Q的增 大,使某些低热值燃料无法满足加热工艺的要求. 各种工业炉窑由于加热工艺的要求,往往对燃料的发热量也有一个最 低要求,如加热炉的Q低一般为1500~1800千卡/公斤.当炉子温度上不来 时,总是提出增加所用燃料的发热量,但必须注意,空气过剩系数a影响 的严重程度比燃料发热量的作用更大些. 2.4对燃料利用系数的影响 所谓燃料利用系数,系指在工业炉窑内由于燃料燃烧传入炉膛内的热 量和供入燃料所含的热量之比,它是用来衡量炉内燃烧进行好坏的一个指 标. 当a大于1时,随着Q的增加,理论燃烧温度和气体黑度降低,则使 传递的有效热量降低,燃料利用系数下降,与此同时实际燃烧产物生成量 也增加,排烟带走的热损失增加,同样使燃料利用系数降低.当n小于1 时,n燃料利用系数下降越小,燃料越不能完全燃烧,则排烟带走的热损 失增加,燃料利用系数下降. 2.5对排烟中热量损失的影响 燃烧产物在离开炉膛时,其所含的热量就是排烟热损失,其中包括两 个部分:一部分是物理热即为显热,一部分是因为不完全燃烧所含的化学 热. 3空气过剩系数的计算 空气过剩系数对炉子的热工过程和节能有很大的影响,因此,正确的 热工操作,合理的组织燃烧过程,必须把n控制在合理的范围内,为了控 制fl首先必须及时的掌握炉子中a值的大小.然而在实际操作中,计算Q 是很困难的,这是因为在实际操作中常常遇到下列情况: 1)对于一定的燃料理论空气需要量是一个常数,但燃料成份总在变 化,不容易及时准确的测定,特别是固体燃料和气体燃料,时时都在变 化. 2)燃料燃烧的数量不能及进地控制和了解,特别是在燃烧室中正在 燃烧的固体燃料的数量更不可能及时知道,所以也就无法知道当时所需的 空气量. 1TSILICON vALLEY瞄鼹【科技创新论坛】 3)靠自然通风的燃烧,靠炉内负压吸入或靠喷嘴喷射作用吸入的空 气量无法准确的测定. 4)由于炉子砖体不严密或孔洞吸入的空气量也无法测定. 为了及时控制正在进行生产的炉子,a值的计算应该符合当时炉内燃 烧的真实情况,目前根据废气的成分分析来计算n值,是应用比较普遍的 方法,也是目前比较恰当的方法. 推导根据废气成分计算a的公式有两种方法: '1)氧平衡法:(对于燃料在空气,富气空气或纯氧中燃烧时均适 用) 废气中含氧量由两部分组成:一部分是真正的过剩空气带入的o2 过,另一部分是由于燃料可燃成分未完全燃烧而省下来的O2未,.~tJo2 =02过+02未,经过推导后得出: 当为完全燃烧时:a: 当为不完全燃烧时:a=?睾暑 式中:RO2(1l~co2+S02),C02,H2,CH2为烟气各成分的体 积百分含量. K一为单位燃料燃烧时的理论需氧量与该燃料燃烧产物的R02体积含量 的比值.常用燃料的K值可查表. 2)氮气平衡法:(只适用于燃料在空气中燃烧) =实际空气用量带入的N2量+燃料中的N2量根 因为燃烧产物中的N2量 据定义,经过推导计算,对于气体燃料:.;蔷;蕃 由于空气中的氮不参与燃烧反应,故 —一 实际空气用量一 实际空气用量中的全部氮 理论空气用量理论空气用量中的全部氮 烟气中全部氮一燃料中的氮 烟气中全部氮过剩空气中的氮.燃料中的氮 一 N2一?2' 1q N2?N2一(o2'-0.5C0'-0.5H2'-2CH4') 'I 】 1—3.76—Oz'-0.5CO' — - 0.5H2'-2C — H — 4 ' :......................................................................................................................................... ........一 ,×02'-0.5C0'-0.5H2'-2CH4' 逐匝(10O一(R02l+cOI+H2l+cH4『+02'))一—CO——=—二二——一 2+CO+CH4+2C2H,+H2S 式中:Nm一燃料中N2含量的百分数. 上式变为:二二里亘1里互三雯 100一(R02'+CO2『+2『+c'+) 对于固,液体燃料完全燃烧而言,上式又变为:a=二二21二二 100一R02 (上接第146页) 湿度进行多次测量,使用红外测温仪对管道,支架的表面温度进行多次测 量,为确保环境的适合,应在一天的不同阶段(早,中,晚)分别进行测 量并按附表的要求做好记录,待沟内环境温度达到了5~35"C,环境湿度小 于75%,基材表面温度高于露点温度3"C以上,基材表面无任何结露时方可 进行表面处理及涂层修补.对不需返修的部分应进行有效的遮盖和保护, 避免损害和污染. 2)技术参数.?基材表面应干燥清洁,表面温度高于露点温度3"C 以上.?表面处理和涂料施工的温度为5~35~C,相对湿度<75%.?手 工或机械除锈等级应达~lJSt3级.?PIT系统管道施工内容为:20um×1+ 对于含H.量少的燃料如无烟煤和焦炭等:a=—-_ 21—02' 4燃烧产物成分的分析 从上面计算分析可见,n值的正确与否直接取决于燃烧产物成分分析 的准确程度. 41燃烧产物成分 燃料燃烧是否完全,直接影响燃烧产物的成分,在完全燃烧的情况 下,燃烧产物中含有: 1)燃料中的碳,氢及挥发硫,经过完全燃烧后产物为C02,He0及 S02. 2)燃料中含有的N2. 3)与空气中的氧同时进入炉子的N2. 4)燃烧未被利用的空气中的氧. 5)从燃料中蒸发的水分和空气中带入炉中水分所形成的水蒸气.在 不完全燃烧时,燃烧产物中还有cO,H2及CH4等可燃气体. 用奥氏气体分析器分析烟气成分时,产物成分中的水蒸气凝结成水, 因此分析出来的气体只是干燃烧产物的相对容积即燃烧产物可分为干气体 和水蒸气两部分. 4.2燃烧产物的分析 烟气成分的分析,一般都是采用分析仪器,如奥氏分析器,气相色谱 分析仪等,目前应用比较广泛的是奥氏分析器,它是利用化学吸收法按容 积测定烟气的成分,其吸收溶液的配制为: 1)吸收R02的氢氧化钾溶液:将100克氢氧化钾(化学试剂)溶于 200毫升的蒸馏水内. 2)吸收O2的焦性没食子酸的碱溶液:在130毫升蒸馏水中加入190克 氢氧化钾,另取2O克焦性没食子酸溶于6O毫升蒸馏水中,将这两种溶液混 合立即将容器封闭,存于避光之处. 3)吸收cO的氯化亚铜氨溶液:将35克氯化氨及28克氯化亚铜溶于 100毫升蒸馏水中,再加4O毫升氨水(比重为0.91),过滤后立即倒入插有 铜丝的吸收瓶内. 烟气成分正确分析的首要条件是分析烟气的取样必须有代表性.因此 取样点一般应选在燃烧过程已经结束,烟气不应该有回流,涡流和呆滞地 带,应远离有各种局部阻力的地方.由于烟道处于负压,特别要防止空气 漏入而影响测量的准确性,大断面的烟道,截面上各处烟气的成分是不相 同的,更要注意取样的代表性,正式取样前,取气系统必须将空气排除干 净.根据烟气成分的分析结果,即可计算空气过剩系数,在实际工作中对 于计算a值的公式必须牢记每个公式的具体使用条件,才能使计算得出正 确的结果,否则,甚至出现错误. 综上所述,空气过剩系数对各种以燃料为能源的工业炉窑的影响是很 大的,与节约燃料的关系十分密切,对某种炉子,使用某种燃料.都有一 个合适的值,过大过小都不好,一般的原则是:在保证燃料最大程度完全 燃料的前提下,a值越小越好,所谓控制合适的n值,就是根据供给炉子 的燃料量及时地调整供给合适的空气量. 参考文献: [1]臧尔寿主编,热处理炉,冶金工业出版社.1983.10 20tamX1,PIT系统支架施工内容为:20umY.1+20um×2:PIA系统支架 施工内容为:4O1.tmX2+50?mX2,PIA系统管道旌工内容为:40pmX2+ 50umX15)拉开法附着力应大于2.O}~Pa. 3)施工顺序.涂层表面清洁一千燥至少24h一除起泡,返修底漆一除 锈一表面吹扫清洁一第一道底漆涂劂一干燥固化24h一第二道底漆涂刷一干 燥固化24h一第一道面漆涂刷一养护7天.涂层返修的具体操作措施由施工 单位报送专项施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 . 综上分析和采取的措施,已得到业主和设计的认可,目前涂层的修补 正在进行,这一问题得以解决.