第3章 燃烧计算和热平衡计算
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
即 ： 1kgH2+5.56Nm3O2→11.1Nm3H2O 也即：每1kg的H燃烧需要5.56Nm3的O2并产生11.1Nm3的H2O。
3、硫的燃烧： （反应方程式）
S+O2→SO2+334900kJ/k mol（S） （3－4）
即 ： 1kgS+0.7Nm3O2→0.7Nm3SO2 也即：每1kg的S燃烧需要0.7Nm3的O2并产生0.7Nm3的SO2。
理论烟气量：
Vy 1.866
0
C ar
100
0.7
S ar
100
0.8
N ar
100
0.79 V0
11.1
H ar
100
1.24
M ar
100
1.61d kV 0 1.24Ww h , Nm 3 / kg
二．完全燃烧时的实际烟气量
１、完全燃烧时实际烟气量的组成成分
不完全燃烧：
（反应方程式） （3－2）
2C+O2→2CO+123100kJ/k mol（C）
即 ： 1kgC+0.5×1.866Nm3O2→1.866Nm3CO 也即：每1kg的C不完全燃烧需要0.5×1.866Nm3的O2并产生 1.866Nm3的CO。
2.氢的燃烧:
（反应方程式）
2H2+O2→2H2O+241200kJ/k mol（H2） （3－3）
过量空气：( 1)V 0
0.21 ( 1)V 0的氧 0.79 ( 1)V 0的氮
水蒸汽 1.61d k ( 1) V0
完全燃烧时烟气中的各成 2、 完全燃烧时实际烟气量的计算 分均假设为理想气体，
完全燃烧时烟气体积：
Vy VCO2 VSO2 V N VO VH O , Nm3 / kg
※
上式有三点说明：
1）V0是不含水蒸汽的干空气；
2）V0只决定于燃料的成分，当燃料一定时V0即为一常数；
3）碳和硫的完全燃烧反应可写成通式 R+O2→RO2， 其中 Rar=Car+0.375Sar。
二．实际空气量和过量空气系数
在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给 的空气量总是要大于理论空气量，超过的部分称为过 量空气量。实际空气量Vk与理论空V0之比，即
C、H、S完全燃烧所需的O2量
1.866 Car H S 5.56 ar 0.7 ar Nm 3 100 100 100
1kg燃料完全燃烧真正需由空气提供的O2量
1.866 Car H S O 5.56 ar 0.7 ar 0.7 ar , Nm 3 100 100 100 100
燃料 形成实际烟气量 的基本物质
干空气量Vk
随Vk进入炉膛的水分
实际烟气的组成成分为：
CO2、SO2、N2、O2、H2O
其相应的体积分别记为：
VCO2、VSO2、VN2、VO2、Ｖ Ｈ Ｏ ２
其中： 从成分上看比理论烟 气量多了一项自由氧 O2。从烟气的总量上 看，多了过量空气 ， 以及随其带入的水蒸 气。
从炉膛出口开始，烟道内任意截面处的过量空 气系数为：
"
式中α—炉膛出口与计算烟道截面间，各段 烟道漏风系数的总和。
空气预热器中的过量空气系数： 空气预热器中，空气侧压力比烟气侧高，所以 会有部分空气漏入烟气侧，该级的漏风系数△ky 要高些。在空气预热器中：
ky ky ky
Vy VCO2 VCO VSO2 V N VO VH O , Nm3 / kg
2 2 2
其中： VSO2、V N 、V H O 与完全燃烧时完全相同 ，
2 2
需要重新计算 VCO2、VCO、VO2 的量。
问题？
根据前面所讲述的内容总结出实际烟 气中各组成部分的体积表达式： 实际烟气量：
Vy Vgy V H O Nm3 / kg
2
Vgy VRO2 VCO VO2 V N02
0.79 VO2－0.5V CO 0.21
推导上式的目的并不在于计算不完全 燃烧时的干烟气体积，而在于推导后 面的不完全燃烧方程式。
第四节
烟气成分和烟气分析
其中H和CmHn数量 很少，工程计算中 可忽略不计
第一节 燃烧过程的化学反应
煤的可燃燃烧成分：碳（C）、氢（H）、硫（S）。
1.碳的燃烧：
完全燃烧：
（反应方程式）
C+O2→CO2+407000kJ/k mol（C） （3－1） 即 ： 1kgC+1.866Nm3O2→1.866Nm3CO2
上式说明，每1kg的C完全燃烧需要1.866Nm3的O2并产生1.866Nm3 的CO2。
1kg燃料燃烧所需的理论空气量V0
考虑空气中氧的容积成分为21%计算
理论空气量：
V0 C H S O 1 1.866 a r 5.55 a r 0.7 a r 0.7 a r 0.21 100 100 100 100 0.0889 C a r 0.375 S a r 0.265 H a r 0.0333 Oa r O 0.0889 R a r 0.265 H a r a r , Nm 3 / k g 100
Vy Vy0 ( 1) V 0 1.61d k ( 1) V 0 , Nm 3 / kg
Vgy VRO2 V N V O
2 2
0 Vgy Vgy ( 1)V 0 , Nm 3 / kg
1．二氧化碳与一氧化碳的体积
C ar kg 1kg燃料中含碳 100
C ar,CO2 100 C ar,CO
kg 燃烧生成CO 2
100
kg 燃烧生成CO
这两部分碳燃烧生成的CO和CO2的体积VCO、VCO2为:
VCO 1.866 C ar ,CO 100 C ar ,CO 100 , Nm 3 / kg
2
VCO 1.866
2
, Nm 3 / kg
VCO2 VCO
Vgy VRO2 V N
0 0
0 0 3 Vy0 Vgy VH , Nm / kg O 2
理论干烟气量
2
（1）二氧化碳和二氧化硫的体积VCO2 、VSO2
根据C、S的燃烧 反应可求出：
VCO2
Car 1.866 , Nm3 / kg 100
VSO2 0.7
S ar , Nm 3 / kg 100
0 0 VCO2、VSO2、VN 、Ｖ ＨＯ 2 ２
各组成成分体 积均可根据燃 烧反应求出
2．理论烟气量的计算
0 0 3 理论烟气量： Vy0 VCO2 VSO2 V N VH , Nm / kg O 2 2
VRO2 VCO2 VSO2
0 0 3 Vy0 VRO2 V N VH , Nm / kg O 2 2
2 2 2
VRO2 VCO2 VSO2
Vy VRO2 V N VO VH O , Nm3 / kg
2 2 2
Vgy VRO2 V N V O
2
2
Vy Vgy VH O , Nm3 / kg
2
三、不完全燃烧时的烟气量
烟气的成分：
CO2、SO2、N2、O2、H2、CO、CmHn 其中 H2、CmHn 数量很少一般在工程计算可以 忽略。因此燃料不完全燃烧时的烟气量：
式中：β′Ky 、β″Ky分别为空气预热器进口和出口 的过量空气系数。
考虑到炉膛及制粉系统的漏风， β″Ky与α″1之间 关系为：
1 1 zf ky
式中 α′1 ——炉膛漏风系数 α″1 ——制粉系统漏风系统
第三节 燃烧产生的烟气量
一、理论烟气量 1、 理论烟气的组成成分 理论烟气的组成成分为： CO2、SO2、N2、H2O 其相应的体积分别记为：
C ar 1.866 , Nm 3 / kg 100
可见，如果 不 完 全燃烧产物 只 有 CO，那么不论燃 烧是否完全 ， 烟 气中碳的燃 烧 产 物的总容积 是 不 变的。
2．不完全燃烧时烟气中氧的体积
不完全燃烧时，烟气中氧的体积等于过量空气中 氧的体积与不完全燃烧少消耗的氧的体积之和，即：
第二节
燃烧所需的空气量
☼ 本节主要介绍三部分内容： 理论空气量 实际空气量和空气过量系数 漏风系数和空气平衡
一．理论空气量 概念： 1kg（或1Nm3）燃料完全燃烧时所需的最低限度的 空气量（空气中的氧无剩余）称为理论空气量，其 代表符号为V0。
求理论空气量的一般过程：
1kg收到基燃料中C、H、S的量（前已讲述）
VRO2 VCO2 VSO2
C ar S ar 1.866 0.7 100 100
R ar 1.866 , Nm 3 / kg 100
（2）理论氮气体积（V0N2 ） 由两部分组成： 燃料中的氮所占体积 理论空气量中的氮所占的体积
0 VN 2
22.4 N ar 0.79V 0 28 100 N ar 0.8 0.79V 0 , Nm 3 / kg 100
VCO 100 Vgy
O2
VO2 Vgy
100
N2 Βιβλιοθήκη 100在锅炉运行中，烟气的成分及含量直接反映出炉内的燃烧工 况。因而，测定烟气的成分和含量，对于判断炉内燃烧工况、进 行燃烧调整以改进燃烧热备都是非常必要的。如果测出了烟气的 成分和含量，不但可以了解燃烧的完全程度（即q3大小）、燃烧 的条件（即大小）也可以了解烟道的漏风情况等。
（3）理论水蒸气体积（V0H2O ）
燃料中的氢完全燃烧生成的水蒸气体积：
燃料中的水汽化生成的水蒸气体积：
四部分组成：
理论空气量带入的水蒸气体积：
采用蒸汽雾化等设备带入的水蒸气体积：
理论水蒸汽量：
H ar
100
VH O 11.1
0
2
1.24
M ar
100
1.61d kV 0 1.24Wwh , Nm 3 / kg
Vk (或 ) 0 V
称为过量空气系数（用于烟气量计算，用于空 气量计算）。
显然，1kg燃料完全燃烧时需要的实际空气量Vk 为：
Vk V0 , Nm3 / kg
过量空气量ΔVg等于：
Vg Vk－V0 V0 (－ 1),Nm3 / kg
对于固态排渣煤粉炉： 当燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时约为1.20 ～ 1.25， 当燃用烟煤和褐煤时约为 1.15～1.20。
VO2 0.21( 1)V 0.5 1.866
0
Car ,co2 100
Car ,co2 100
3
Vco 1.866
0
VO2 0.21( 1)V 0.5VCO , Nm / kg
求出 ( 1)V 0
VN2 VN02
0.79 (VO2 0.5V CO ) , Nm 3 / kg 0.21
第三章
• • • • • • • •
燃烧计算和锅炉机组热平衡
燃烧过程的化学反应 燃烧所需的空气量计算 燃烧产物计算 烟气成分和烟气分析 燃烧方程式 运行中过量空气系数的确定 空气和烟气的焓 锅炉机组的热平衡
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
燃料燃烧计算主要是计算燃料燃烧所需空气量、 燃烧生成的烟气量和烟气的热焓等。 在计算时假定： 1）空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸气 都是理想气体，因此，每一千摩尔气体在标准状态 下的容积是22.41Nm3； 2）所有空气和其它气体容积的计算单位都是 Nm3，即以0℃一标准大气压（0.1013Mpa）状态下 的立方米为单位。 锅炉机组的热平衡反映了输入锅炉热量的利用 与损失状况，通过热平衡的研究可以找出提高锅炉 热效率的途径。
1．干烟气的容积成分
不完全燃烧时
CO2、SO2、N2、O2、CO
一般认为不完全燃烧时：
CO2、SO2、N2、O2、CO、H2、Cm Hn
即： CO2 +SO2 +N2 +O2 +CO=100
其中： CO VCO2 100 2
Vgy
SO 2
VSO2 Vgy
VN2 Vg y
100
CO
三．漏风系数和空气平衡
对于负压运行的锅炉，外界冷空气会通过锅炉的 不严密处漏入炉膛以及其后的烟道中，致使烟气中 的过量空气增加。
相对于1kg燃料而言，漏入的空气量ΔV与理论空 气量V0之比称为漏风系数， 以Δ表示， 即： V 0 V
烟道内的过量空气系数：
漏风使烟道内的过量空气系数沿烟气流程是逐 渐增大的。
3、硫的燃烧： （反应方程式）
S+O2→SO2+334900kJ/k mol（S） （3－4）
即 ： 1kgS+0.7Nm3O2→0.7Nm3SO2 也即：每1kg的S燃烧需要0.7Nm3的O2并产生0.7Nm3的SO2。
理论烟气量：
Vy 1.866
0
C ar
100
0.7
S ar
100
0.8
N ar
100
0.79 V0
11.1
H ar
100
1.24
M ar
100
1.61d kV 0 1.24Ww h , Nm 3 / kg
二．完全燃烧时的实际烟气量
１、完全燃烧时实际烟气量的组成成分
不完全燃烧：
（反应方程式） （3－2）
2C+O2→2CO+123100kJ/k mol（C）
即 ： 1kgC+0.5×1.866Nm3O2→1.866Nm3CO 也即：每1kg的C不完全燃烧需要0.5×1.866Nm3的O2并产生 1.866Nm3的CO。
2.氢的燃烧:
（反应方程式）
2H2+O2→2H2O+241200kJ/k mol（H2） （3－3）
过量空气：( 1)V 0
0.21 ( 1)V 0的氧 0.79 ( 1)V 0的氮
水蒸汽 1.61d k ( 1) V0
完全燃烧时烟气中的各成 2、 完全燃烧时实际烟气量的计算 分均假设为理想气体，
完全燃烧时烟气体积：
Vy VCO2 VSO2 V N VO VH O , Nm3 / kg
※
上式有三点说明：
1）V0是不含水蒸汽的干空气；
2）V0只决定于燃料的成分，当燃料一定时V0即为一常数；
3）碳和硫的完全燃烧反应可写成通式 R+O2→RO2， 其中 Rar=Car+0.375Sar。
二．实际空气量和过量空气系数
在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给 的空气量总是要大于理论空气量，超过的部分称为过 量空气量。实际空气量Vk与理论空V0之比，即
C、H、S完全燃烧所需的O2量
1.866 Car H S 5.56 ar 0.7 ar Nm 3 100 100 100
1kg燃料完全燃烧真正需由空气提供的O2量
1.866 Car H S O 5.56 ar 0.7 ar 0.7 ar , Nm 3 100 100 100 100
燃料 形成实际烟气量 的基本物质
干空气量Vk
随Vk进入炉膛的水分
实际烟气的组成成分为：
CO2、SO2、N2、O2、H2O
其相应的体积分别记为：
VCO2、VSO2、VN2、VO2、Ｖ Ｈ Ｏ ２
其中： 从成分上看比理论烟 气量多了一项自由氧 O2。从烟气的总量上 看，多了过量空气 ， 以及随其带入的水蒸 气。
从炉膛出口开始，烟道内任意截面处的过量空 气系数为：
"
式中α—炉膛出口与计算烟道截面间，各段 烟道漏风系数的总和。
空气预热器中的过量空气系数： 空气预热器中，空气侧压力比烟气侧高，所以 会有部分空气漏入烟气侧，该级的漏风系数△ky 要高些。在空气预热器中：
ky ky ky
Vy VCO2 VCO VSO2 V N VO VH O , Nm3 / kg
2 2 2
其中： VSO2、V N 、V H O 与完全燃烧时完全相同 ，
2 2
需要重新计算 VCO2、VCO、VO2 的量。
问题？
根据前面所讲述的内容总结出实际烟 气中各组成部分的体积表达式： 实际烟气量：
Vy Vgy V H O Nm3 / kg
2
Vgy VRO2 VCO VO2 V N02
0.79 VO2－0.5V CO 0.21
推导上式的目的并不在于计算不完全 燃烧时的干烟气体积，而在于推导后 面的不完全燃烧方程式。
第四节
烟气成分和烟气分析
其中H和CmHn数量 很少，工程计算中 可忽略不计
第一节 燃烧过程的化学反应
煤的可燃燃烧成分：碳（C）、氢（H）、硫（S）。
1.碳的燃烧：
完全燃烧：
（反应方程式）
C+O2→CO2+407000kJ/k mol（C） （3－1） 即 ： 1kgC+1.866Nm3O2→1.866Nm3CO2
上式说明，每1kg的C完全燃烧需要1.866Nm3的O2并产生1.866Nm3 的CO2。
1kg燃料燃烧所需的理论空气量V0
考虑空气中氧的容积成分为21%计算
理论空气量：
V0 C H S O 1 1.866 a r 5.55 a r 0.7 a r 0.7 a r 0.21 100 100 100 100 0.0889 C a r 0.375 S a r 0.265 H a r 0.0333 Oa r O 0.0889 R a r 0.265 H a r a r , Nm 3 / k g 100
Vy Vy0 ( 1) V 0 1.61d k ( 1) V 0 , Nm 3 / kg
Vgy VRO2 V N V O
2 2
0 Vgy Vgy ( 1)V 0 , Nm 3 / kg
1．二氧化碳与一氧化碳的体积
C ar kg 1kg燃料中含碳 100
C ar,CO2 100 C ar,CO
kg 燃烧生成CO 2
100
kg 燃烧生成CO
这两部分碳燃烧生成的CO和CO2的体积VCO、VCO2为:
VCO 1.866 C ar ,CO 100 C ar ,CO 100 , Nm 3 / kg
2
VCO 1.866
2
, Nm 3 / kg
VCO2 VCO
Vgy VRO2 V N
0 0
0 0 3 Vy0 Vgy VH , Nm / kg O 2
理论干烟气量
2
（1）二氧化碳和二氧化硫的体积VCO2 、VSO2
根据C、S的燃烧 反应可求出：
VCO2
Car 1.866 , Nm3 / kg 100
VSO2 0.7
S ar , Nm 3 / kg 100
0 0 VCO2、VSO2、VN 、Ｖ ＨＯ 2 ２
各组成成分体 积均可根据燃 烧反应求出
2．理论烟气量的计算
0 0 3 理论烟气量： Vy0 VCO2 VSO2 V N VH , Nm / kg O 2 2
VRO2 VCO2 VSO2
0 0 3 Vy0 VRO2 V N VH , Nm / kg O 2 2
2 2 2
VRO2 VCO2 VSO2
Vy VRO2 V N VO VH O , Nm3 / kg
2 2 2
Vgy VRO2 V N V O
2
2
Vy Vgy VH O , Nm3 / kg
2
三、不完全燃烧时的烟气量
烟气的成分：
CO2、SO2、N2、O2、H2、CO、CmHn 其中 H2、CmHn 数量很少一般在工程计算可以 忽略。因此燃料不完全燃烧时的烟气量：
式中：β′Ky 、β″Ky分别为空气预热器进口和出口 的过量空气系数。
考虑到炉膛及制粉系统的漏风， β″Ky与α″1之间 关系为：
1 1 zf ky
式中 α′1 ——炉膛漏风系数 α″1 ——制粉系统漏风系统
第三节 燃烧产生的烟气量
一、理论烟气量 1、 理论烟气的组成成分 理论烟气的组成成分为： CO2、SO2、N2、H2O 其相应的体积分别记为：
C ar 1.866 , Nm 3 / kg 100
可见，如果 不 完 全燃烧产物 只 有 CO，那么不论燃 烧是否完全 ， 烟 气中碳的燃 烧 产 物的总容积 是 不 变的。
2．不完全燃烧时烟气中氧的体积
不完全燃烧时，烟气中氧的体积等于过量空气中 氧的体积与不完全燃烧少消耗的氧的体积之和，即：
第二节
燃烧所需的空气量
☼ 本节主要介绍三部分内容： 理论空气量 实际空气量和空气过量系数 漏风系数和空气平衡
一．理论空气量 概念： 1kg（或1Nm3）燃料完全燃烧时所需的最低限度的 空气量（空气中的氧无剩余）称为理论空气量，其 代表符号为V0。
求理论空气量的一般过程：
1kg收到基燃料中C、H、S的量（前已讲述）
VRO2 VCO2 VSO2
C ar S ar 1.866 0.7 100 100
R ar 1.866 , Nm 3 / kg 100
（2）理论氮气体积（V0N2 ） 由两部分组成： 燃料中的氮所占体积 理论空气量中的氮所占的体积
0 VN 2
22.4 N ar 0.79V 0 28 100 N ar 0.8 0.79V 0 , Nm 3 / kg 100
VCO 100 Vgy
O2
VO2 Vgy
100
N2 Βιβλιοθήκη 100在锅炉运行中，烟气的成分及含量直接反映出炉内的燃烧工 况。因而，测定烟气的成分和含量，对于判断炉内燃烧工况、进 行燃烧调整以改进燃烧热备都是非常必要的。如果测出了烟气的 成分和含量，不但可以了解燃烧的完全程度（即q3大小）、燃烧 的条件（即大小）也可以了解烟道的漏风情况等。
（3）理论水蒸气体积（V0H2O ）
燃料中的氢完全燃烧生成的水蒸气体积：
燃料中的水汽化生成的水蒸气体积：
四部分组成：
理论空气量带入的水蒸气体积：
采用蒸汽雾化等设备带入的水蒸气体积：
理论水蒸汽量：
H ar
100
VH O 11.1
0
2
1.24
M ar
100
1.61d kV 0 1.24Wwh , Nm 3 / kg
Vk (或 ) 0 V
称为过量空气系数（用于烟气量计算，用于空 气量计算）。
显然，1kg燃料完全燃烧时需要的实际空气量Vk 为：
Vk V0 , Nm3 / kg
过量空气量ΔVg等于：
Vg Vk－V0 V0 (－ 1),Nm3 / kg
对于固态排渣煤粉炉： 当燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时约为1.20 ～ 1.25， 当燃用烟煤和褐煤时约为 1.15～1.20。
VO2 0.21( 1)V 0.5 1.866
0
Car ,co2 100
Car ,co2 100
3
Vco 1.866
0
VO2 0.21( 1)V 0.5VCO , Nm / kg
求出 ( 1)V 0
VN2 VN02
0.79 (VO2 0.5V CO ) , Nm 3 / kg 0.21
第三章
• • • • • • • •
燃烧计算和锅炉机组热平衡
燃烧过程的化学反应 燃烧所需的空气量计算 燃烧产物计算 烟气成分和烟气分析 燃烧方程式 运行中过量空气系数的确定 空气和烟气的焓 锅炉机组的热平衡
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
燃料燃烧计算主要是计算燃料燃烧所需空气量、 燃烧生成的烟气量和烟气的热焓等。 在计算时假定： 1）空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸气 都是理想气体，因此，每一千摩尔气体在标准状态 下的容积是22.41Nm3； 2）所有空气和其它气体容积的计算单位都是 Nm3，即以0℃一标准大气压（0.1013Mpa）状态下 的立方米为单位。 锅炉机组的热平衡反映了输入锅炉热量的利用 与损失状况，通过热平衡的研究可以找出提高锅炉 热效率的途径。
1．干烟气的容积成分
不完全燃烧时
CO2、SO2、N2、O2、CO
一般认为不完全燃烧时：
CO2、SO2、N2、O2、CO、H2、Cm Hn
即： CO2 +SO2 +N2 +O2 +CO=100
其中： CO VCO2 100 2
Vgy
SO 2
VSO2 Vgy
VN2 Vg y
100
CO
三．漏风系数和空气平衡
对于负压运行的锅炉，外界冷空气会通过锅炉的 不严密处漏入炉膛以及其后的烟道中，致使烟气中 的过量空气增加。
相对于1kg燃料而言，漏入的空气量ΔV与理论空 气量V0之比称为漏风系数， 以Δ表示， 即： V 0 V
烟道内的过量空气系数：
漏风使烟道内的过量空气系数沿烟气流程是逐 渐增大的。