火焰温度和炉温系数

绅岚 · 发表于 2011-8-7 00:15:24

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我想很多人在刚看到这个题目的时候肯定会说：这有什么啊，随便一本燃烧书上都有啊。我不否认这些说法，但是当你真正按照书上的定义开始设计的时候，你会发现有很多问题你并没有弄明白。
先说说理论火焰温度。相关资料中有两种解释。一、若混合气体经过绝热等压过程达到化学平衡，则系统最终达到的温度称为理论火焰温度或燃烧最大温度。二、如果令一化合物在绝热状态下完全燃烧，以使放出的热量全部用于加热产生的气体，则所达到的温度叫做绝热火焰温度。
从上述两个定义中可以看出，第一种的定义是指当空气过剩系数＜1＝1或＞1时的烟气温度，即我们常说的理论燃烧温度。
第二种则是指在空气过剩系数＝1的时候的温度，这才是真正的理论火焰温度。
然后我们说一下炉温系数，关于这个概念我暂时没有找到明确的名词解释，只是在有关资料中看到这样的论述：由于燃烧后的火焰及烟气以热辐射的方式将热量传递给炉墙的耐火材料，使得烟气温度降低。
从上述说法中可以看出，炉温系数是指炉膛的理论燃烧温度下炉墙热散失造成温度下降，也就是说某焦炉煤气理论火焰温度为1900℃，在一定的空气过热系数下的理论燃烧温度为1000℃，又由于炉墙的热散失使得炉膛烟气温度降为750℃（炉温系数为0.75）.
根据上述说法有一个问题，就是炉膛的烟气温度到底是多少？1000℃还是750℃？我个人认为应该是1000℃，由于烟气沿炉膛向炉尾运行的过程中，火焰、烟气对炉膛经行热辐射，同时烟气对炉膛内壁经行对流换热，经耐火材料蓄热、炉外墙的自然对流散热后，烟气从炉尾排出时的烟气温度为750℃（是否应该理解为平均温度？）。
本人查过很多资料，一般认为炉墙的热散失为总热量的2%左右，过高的话会认为炉体耐火材料保温不够。如果按照这个比例算的话炉温系数一般应为0.98，而不是常见的0.85~0.75之间。也许有人会认为是热量传给了炉膛内需加热的工质造成的。但是如果是这样的话，无法解释有效热负荷这个概念，一般认为燃料提供的化学能只有一部分被工质吸收，其他热能被尾气带走，有效热负荷一般在0.75左右。
之所以会把这个问题提出来是因为，本人在设计的过程中发现进入炉温系数计算炉膛温度的时候会造成热量的丢失，所以希望在燃料燃烧方面理解比较透彻的同仁能给出一个比较合理的解释，谢谢！

hottee2009 · 发表于 2011-8-7 09:25:12

燃烧炉炉体热吸收与放散热量主要不是幅射。
炉体热吸收热量与炉的形状面积有关(此部份在一般大学教的都还没触及；要去找更专业的外文书)您不能定个通用系数(除非是固定产品才可以)。
实际燃烧温度与理论燃料温度是指燃烧本身与燃烧后热量被吸收是两个不同部份(除非是固定产品才可以)。
燃烧是一个过程燃烧一开始就会放热且燃烧在高温时会产生热解离。

8bqqa · 发表于 2011-8-7 10:02:05

炉温系数??
耐火的热传系数是温度的函数也就是会随温度而变楼主怎能订为一个常数

hottee2009 · 发表于 2011-8-7 11:39:11

楼主在有含燃烧的系统计算应试做质”能”平衡图(表)您的有些问题就会了解

绅岚 · 发表于 2011-8-7 11:49:21

燃烧炉炉体热吸收与放散热量主要不是幅射。0 f3 ~" q' v8 l: i) Q
炉体热吸收热量与炉的形状面积有关(此部份在一般大学教的都还没触及；要去找更专业的外文书)您不能定个通用系数(除非是固定产品才可以)。
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hottee2009 发表于 2011-8-7 09:25 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif

感谢2楼的回复。
燃料的燃烧实际上是由混合与燃烧两个部分组成。
一般对于气体燃料（也就是我在上面所举事例）而言混合的时间较短，所以火焰长度会较液体燃料短很多。
对于我们通常意义上的理论火焰温度一般指可见火焰尖端温度。
一般液体燃料不考虑不可见火焰，而气体燃料是需要考虑的。
可见火焰长度与不可见火焰长度的比值与炉膛容积负荷有关，一般炉膛容积负荷越大可见火焰长度比例越大。
对于燃料高温分解问题，我曾计算过，一般理论火焰温度低于2000℃时，CO2和H2O等三原子分子分解率很低，对火焰温度的影响低于10℃，可以忽略不计。但高于2500℃时会很高，必须计算。
之所以要去计算理论火焰温度，是因为火焰炉炉膛内的主要传热方式为热辐射，这与2楼的观点有本质区别。
除极少数低热值燃料燃烧炉，大部分具有较高热值燃料的燃烧炉里必须考虑火焰的辐射和热烟气的气体辐射，而烟气的对流换热所占比例较小。
举个例子，本人最近做的一个管式炉炉膛燃烧设计，火焰对炉壁和辐射管的辐射换热系数分别为400和300 w/m2*℃，烟气辐射换热系数分别为60和45 w/m2*℃，而烟气对流换热系数只有2 w/m2*℃，可见对于火焰炉炉膛而言火焰的辐射和烟气的气体辐射换热是主要方面。
对于2楼所说的“炉体热吸收热量与炉的形状面积有关”，其实就是火焰辐射中的辐射角系数和烟气辐射中的有效辐射厚度问题。
最后我说一下2楼和3楼提到的对于炉温系数的理解问题。
炉温系数因为我没见过严格的定义，只是在很多资料上提到过，举个例子，《工业炉设计手册》中关于不同炉型简介的部分就有相关的说法。很多资料和现场工作人员都会有一个共识，就是炉膛温度要比燃料燃烧的理论温度低很多，一般加热炉好像在炉膛的理论燃烧温度的基础上乘以0.82~0.89的一个系数，烟气发生炉也叫混风炉要乘以0.75~0.8的一个系数，这个系数就是炉温系数。当然现场是通过炉膛加装热电偶的方式知道炉膛温度的。
我之所以会有疑问是因为在乘以炉温系数以后炉膛温度降低了，也就是炉膛有热支出，但是这个热支出去哪里了？通过炉体和炉门散热了吗？但是百分率有点高。通过工件支出了吗？但是百分率又太低。另外对于烟气辐射计算时，烟气温度是炉膛的理论燃烧温度还是乘以炉温系数后的温度？希望大家能多多发言。谢谢！
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hottee2009 · 发表于 2011-8-8 08:13:38

炉负荷主要是与炉内壁能吸收热有关
耐火物的炉容积就较水冷壁的炉容积大了快一倍

绅岚 · 发表于 2011-8-11 09:19:10

感谢6楼的回复
对于耐火材料的炉容积问题，本人不是很了解，只是知道耐火材料的蓄热能力与材料的导热率有关。
普通耐火砖的导热率较陶瓷纤维的导热率高，所以传热能力强，但蓄热能力弱。
蓄热能力应该是指炉子在达到热平衡前耐火材料吸收储存热量的能力，但是当炉子达到热平衡后对于炉膛的热支出只需考虑炉壁的自然对流热散失就可以了，因为耐火材料的蓄热只是蓄热，如果传到不出去的话就不能算是热平衡条件下的热支出。个人观点，谢谢

绅岚 · 发表于 2011-8-16 13:13:00

怎么参与讨论的人不多啊

绅岚 · 发表于 2011-9-2 10:16:55

有人提出说炉膛温度或者说炉膛烟气辐射温度应该按理论燃烧温度计算，至于炉温系数的产生其实是热烟气对壁面放热后（不是工件放热）出口温度与炉膛温度的平均温度。
这个观点不知道大家可否接受

hottee2009 · 发表于 2011-9-2 22:35:19

两个都不同意！！

绅岚 · 发表于 2011-9-3 17:33:41

10楼回答的很直接，但是我需要理由

绅岚 · 发表于 2011-9-15 08:42:13

还是没有人讨论啊

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