第三章燃烧产物和热平衡
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锅炉原理 第3章燃料燃烧计算和锅炉热平衡计算
3.实际空气量的计算
() V
V0
（定义）
V ( )V 0
α烟气侧过量空气系数
β空气侧过量空气系数
7
第三节 燃烧产生烟气量（燃烧产物）的计算
1.计算前提
理想气体 标准状态（0℃,101325Pa） 单位燃料所产生的烟气量
固体和液体燃料：Nm3（烟气）/kg收到基燃料 气体燃料： Nm3（烟气）/ Nm3收到基燃料
c ash
4182 fa Aar 6 不计入
39
第七节 空气和烟气焓的计算
6.烟气焓温表
温度/℃
理论烟气焓 I0g/kJ/kg
30
理论空气焓 I0a/kJ/kg
飞灰焓
Ig＝I0g＋（α’’－1）I0a＋Ifa
Ifa/kJ/kg 炉膛 过热器 省煤器 空预器
265
100
994
896
第三章 燃料燃烧计算和锅炉热平衡计算
1
第一节 概述
辅助计算
燃烧计算 （物质平衡）
热平衡计算 （能量平衡）
空气量的计算（成分、容积） 烟气量的计算（成分、容积）
空气、烟气焓 锅炉有效利用热 锅炉各项损失 锅炉效率
2
第二节 燃烧所需空气量的计算
1.计算前提
理想气体 标准状态（0℃,101325Pa） 单位燃料所需干空气量
1.28
1.31
1.33
Δα
0.05
α"
1.20
0.03
0.03
0.02
1.23
1.26
1.28
0.03
0.02
0.03
1.31
1.33
1.36
36
第七节 空气和烟气焓的计算
第3章 燃烧计算和热平衡计算
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：
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：
燃烧计算和热平衡
完全燃烧时的实际烟气量
1、完全燃烧时实际烟气的组成成分为： CO2、SO2、N2、O2、H2O，
不完全燃烧时的烟气量
• 当发生不完全燃烧时，烟气的成分除了CO2、SO2、 N2、O2、H2O外，还有不完全燃烧产物CO以及H2和 CmHn等。其中H和CmHn数量很少，一般工程计算中 可忽略不计。 • 因此，当燃料不完全燃烧时，可以认为烟气中不完 全燃烧产物只有CO。烟气量为：
2.化学不完全燃烧热损失q3 （1）定义：排烟中残留的可燃气体（ CO、H2、 CH4 ）未完全燃烧，残留在烟气中而造成的热 量损失。（煤粉炉：<0.5%）
（2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，易出现不完全燃烧 助燃空气量 炉膛结构：炉膛容积小，烟气流程短，q3 运行工况
3.机械不完全燃烧热损失q4 （1）定义：飞灰和灰渣中含有固体可燃物（固定碳） 在锅炉内未完全燃烧就排放出炉内而造成的热量损 失。（固态排渣煤粉炉：0.5～5%） 灰渣：含量少，只占0.5～1% 飞灰：占绝大部分 （2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，灰分少，煤粉细， q4 助燃空气量：空气量，q4 炉膛结构：炉膛容积大，煤粉停留时间长，q4 运行工况，锅炉负荷
4.散热损失q5 （1）定义：因锅炉外表面（锅炉炉墙、汽包、集箱、 汽水管道、烟风管道等部件）温度高于环境温度而 散失的热量。（<0.5%） （2）主要影响因素： 锅炉外表面积 锅炉保温性能 锅炉容量 锅炉负荷
5.其它热损失q6 （1）定义：因排出炉外的灰渣温度（600～800℃） 高于环境温度而造成的热量损失。 （2）主要影响因素： 排渣方式：液体排渣大于固态排渣 燃料的灰分含量：灰分高， q6 燃料的发热量：发热量低， q6
烟气分析
新03 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡 蓝白
第三章 燃料燃烧计算和 锅炉机组热平衡
第一节 燃烧过程的化学反应
锅炉设计中的重要部分 热力计算
单位质量1kg燃料燃烧
课程 设计
需要的空气量
生成的烟气量
燃料(C、H、O、N、S)完全燃烧过程： C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2
不完全燃烧： 2C + O2 2CO
' ky
" ky
' ky
ky
py
解释以上各式的意义
' ky
" ky
gr
" ky
l"
l
zf
l"
" ky
l
zf
解释以上各式的意义
第三节 燃烧生成的烟气量(计算)
完全燃烧的烟气：
1. 可燃物燃烧生成的CO2、H2O、SO2 2. 燃料和空气中的N2 3. 过量空气中未反应的O2 4. 水蒸汽
最佳的炉膛出口过量空气系数
q q2＋q3＋q4
q2
q4
q3
l
q2＋q3＋q4 之和最小
q3-化学不完全燃烧热损失
可燃气体不完全燃烧热损失 <0.5% 煤粉炉一般q3=0 CO、H2、CH4未完全燃烧放热随烟气带走的热损 失 影响因素：①燃料的挥发分
②炉膛过量空气系数、燃烧器结构和 布置、炉膛温度、炉内空气动力场
12 100
100
1kg燃料完全燃烧所需氧量：
1.866 Car 5.55 Har 0.7 Sar 0.7 Oar , Nm3
100
100 100 100
1kg燃料完全燃烧所需理论空气量V0：
第一节 燃烧过程的化学反应
锅炉设计中的重要部分 热力计算
单位质量1kg燃料燃烧
课程 设计
需要的空气量
生成的烟气量
燃料(C、H、O、N、S)完全燃烧过程： C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2
不完全燃烧： 2C + O2 2CO
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ky
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解释以上各式的意义
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l"
l
zf
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解释以上各式的意义
第三节 燃烧生成的烟气量(计算)
完全燃烧的烟气：
1. 可燃物燃烧生成的CO2、H2O、SO2 2. 燃料和空气中的N2 3. 过量空气中未反应的O2 4. 水蒸汽
最佳的炉膛出口过量空气系数
q q2＋q3＋q4
q2
q4
q3
l
q2＋q3＋q4 之和最小
q3-化学不完全燃烧热损失
可燃气体不完全燃烧热损失 <0.5% 煤粉炉一般q3=0 CO、H2、CH4未完全燃烧放热随烟气带走的热损 失 影响因素：①燃料的挥发分
②炉膛过量空气系数、燃烧器结构和 布置、炉膛温度、炉内空气动力场
12 100
100
1kg燃料完全燃烧所需氧量：
1.866 Car 5.55 Har 0.7 Sar 0.7 Oar , Nm3
100
100 100 100
1kg燃料完全燃烧所需理论空气量V0：
锅炉原理燃烧计算和热平衡计算资料课件
总结词：燃烧优化
详细描述：介绍某电厂锅炉燃烧优化的实践经验，包括燃料选择、配风调整、燃烧器改造等方面的措施，以及实施后对锅炉 性能的影响。
热平衡计算在节能减排中的应用
THANK YOU
炉原理燃算和平 件
• 锅炉原理简介 • 燃烧计算
01
锅炉原理简介
锅炉基本概念 01 02
锅炉工作原理
蒸汽通过管道输送到用汽设备，如汽 轮机、发电机等，驱动设备运转。
锅炉的分类与特点
01
按用途分类
02
按燃料分类
03
按燃烧方式分类
04
按压力分类
02
燃烧计算
燃料成分与特性
01
02
燃料分类
燃料成分分析
灰渣、化学不完全燃烧 等造成的热量损失。
04
锅炉性能优化
燃料选择与优化
燃料类型
根据锅炉的用途和运行条件，选 择合适的燃料类型，如煤、油、
气等。
燃料品质
优化燃料的品质，降低杂质和有 害物质的含量，提高燃料的热值
和燃烧效率。
燃料配比
根据锅炉的负荷需求和燃料特性， 合理配比不同种类的燃料，以达 到最佳燃烧效果。
燃烧系统优化
燃烧器设计 空气与燃料混合 燃烧控制
热力系统优化
热力设备选型
01
系统案例分析
某型号工业锅炉性能分析
总结词：性能分析
详细描述：对某型号工业锅炉的性能进行全面分析，包括热效率、燃烧效率、污 染物排放等关键指标，找出优缺点并提出改进建议。
某电厂锅炉燃烧优化实践
03 燃料特性参数
燃烧反应与燃烧效率
燃烧反应方程式
燃烧效率计算
燃烧温度
燃烧产物计算
详细描述：介绍某电厂锅炉燃烧优化的实践经验，包括燃料选择、配风调整、燃烧器改造等方面的措施，以及实施后对锅炉 性能的影响。
热平衡计算在节能减排中的应用
THANK YOU
炉原理燃算和平 件
• 锅炉原理简介 • 燃烧计算
01
锅炉原理简介
锅炉基本概念 01 02
锅炉工作原理
蒸汽通过管道输送到用汽设备，如汽 轮机、发电机等，驱动设备运转。
锅炉的分类与特点
01
按用途分类
02
按燃料分类
03
按燃烧方式分类
04
按压力分类
02
燃烧计算
燃料成分与特性
01
02
燃料分类
燃料成分分析
灰渣、化学不完全燃烧 等造成的热量损失。
04
锅炉性能优化
燃料选择与优化
燃料类型
根据锅炉的用途和运行条件，选 择合适的燃料类型，如煤、油、
气等。
燃料品质
优化燃料的品质，降低杂质和有 害物质的含量，提高燃料的热值
和燃烧效率。
燃料配比
根据锅炉的负荷需求和燃料特性， 合理配比不同种类的燃料，以达 到最佳燃烧效果。
燃烧系统优化
燃烧器设计 空气与燃料混合 燃烧控制
热力系统优化
热力设备选型
01
系统案例分析
某型号工业锅炉性能分析
总结词：性能分析
详细描述：对某型号工业锅炉的性能进行全面分析，包括热效率、燃烧效率、污 染物排放等关键指标，找出优缺点并提出改进建议。
某电厂锅炉燃烧优化实践
03 燃料特性参数
燃烧反应与燃烧效率
燃烧反应方程式
燃烧效率计算
燃烧温度
燃烧产物计算
燃烧产物和热平衡
燃烧产物的形成过程
燃料与空气中的氧气发生 化学反应，释放出能量。
燃烧过程中，燃料中的氢 、碳、氮等元素与氧气发 生反应，生成相应的气体 和固体产物。
燃烧产物的形成还受到燃 烧温度、氧气浓度、燃料 种类等因素的影响。
燃烧产物的性质和影响
燃烧气体可以影响燃烧效率、火焰传播速 度等，进而影响燃烧产物的排放。
03
燃烧产物的处理和利用
燃烧产物的处理方法
燃烧产物的分离01 Nhomakorabea通过物理或化学方法将燃烧产物中的有害物质与主要成分分离
，以减少对环境的污染。
燃烧产物的净化
02
采用过滤、吸附、化学反应等方法，去除燃烧产物中的有害物
质，使其达到排放标准。
燃烧产物的转化
03
通过化学反应将燃烧产物转化为无害或低害物质，如将二氧化
燃烧固体和液体产物可以影响燃烧设备的 磨损和腐蚀，同时也会对环境造成污染。
燃烧产物的性质和影响还与燃烧温度、氧 气浓度、燃料种类等因素有关。
02
燃烧过程热平衡
燃烧过程的热量来源
燃料中的化学能
燃料中的化学能是燃烧过 程的主要热量来源，通过 化学键的断裂释放出能量
。
空气中的氧气
氧气在燃烧过程中与燃料 反应，提供反应所需的活
化能，同时释放热量。
辅助燃料的热量
在燃烧过程中，如点火燃 料或稀释气体，其携带的 热量也会对燃烧产生贡献
。
燃烧过程的热量去向
加热燃烧产物
燃烧产物吸收热量后温度升高，这是燃烧 过程的主要热量去向之一。
加热周围介质
燃烧过程释放的热量还会加热周围的空气 、水或其他介质。
辐射换热
燃烧过程中产生的热量以辐射形式传递给 周围环境，这是热量传递的重要方式。
锅炉03燃料燃烧计算与锅炉热平衡PPT课件
IRO2= VRO2
Iy0
I0N2= V0N2
Iy
I0H2O= V0H2O
(α-1)I0=(α-1)V0
Ifh
26
第六节 空气和燃烧产物焓的计算
飞灰热焓值Ifh
Ifh 1A0a r0afh(c)h
烟焓表
通过燃烧产物的焓值的计算，列出焓值与温度 对应的表格（编程计算），是锅炉热力计算的基础： 即
Iy f(, )
1m3的成分在温度时θ的焓值，查表。
24
第六节 空气和燃烧产物焓的计算
烟气焓的计算
烟
气
的 组
Vy
成
VRO2 Vy0 V0N2
V0H2O
(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤
25
第六节 空气和燃烧产物焓的计算
热力学：
混合气体的焓等于各组成气体焓的和，外加灰
分的焓。 IyIy 0 ( 1 )V 0(c)k 1 A a0 a rfh (0 c)h
答案：通过实时、在线监测锅炉过量空 气系数。
炉膛出口及烟道各处的过量空气系数？ 烟气分析测出某处的烟气成分，再由过 量空气系数的计算式算出。
12
第三节 烟气分析
实际干烟气的基本物质 3-41至3-48
烟气分析的意义
判断燃烧状态 判断空气过剩系数 判断漏风情况
13
第三节 烟气分析
烟气分析手段：
V y 0 V g 0 y V H 0 2 O V R 2 O V N 0 2 V H 0 2 O ,( m 3 / k )g
实际烟气量:包含的基本物质
Vy VRO2 VN2 VO2 VH 2O
VRO2
V0 N2
1V 0
V0 H 2O
第三章 锅炉的物质平衡与热平衡
– 当锅炉产生饱和蒸汽时，蒸汽干度一般都 小于1，湿蒸汽焓iq：
rW iq i 100 KJ Kg
• 热水锅炉
– 每小时吸收的热量Qgl
• 锅炉效率正平衡测定需要测得的参数：
– 燃料消耗量B(kg/h) – 燃料应用计低位发热量Qnet,ar(kJ/Kg) – 对于蒸汽锅炉；锅炉蒸发量D、锅炉出口蒸汽压力和温 度，给水温度 – 热水锅炉：每小时加热水量，锅炉进、出水的压力和 温度 – 蒸汽湿度 采用蒸汽和炉水碱度方法获得
• 二、1kg燃料带入锅炉的热量Qr
• 燃煤锅炉 – Qr=Qnet.ar – 还应在带入锅炉的热量中计入以下几种热量 • 固体燃料水分高，虽未经预热，应计入燃料物理显热 ir(KJ/Kg) • 采用蒸汽雾化的燃油锅炉应计入雾化蒸汽带入热量 Qzq(KJ/Kg) • 采用外来热源预热空气应计入预热空气的热量 Qwl(KJ/Kg) 0 0 Qwl I rk I lk
H 2 ,CO,Cm H n ,H 2 S
—燃气中各种可燃组分的体积百分数，％
O2 —燃气中氧的体积百分数，％。
• （二）过量空气系数α – 为了使燃料在炉内尽可能燃烧完全，实际送入 炉内的空气量大于理论空气量
– α一般指炉膛出口处的过量空气系数 l,它的 最佳值与燃料种类，炉子结构、燃烧方式有关， 燃煤锅炉一般在1.2~1.3,燃油锅炉1.05～1.1, 燃气锅炉1.03～1.1. • 漏风系数—漏入的空气量与理论空气量的比值 • 锅炉运行时，炉膛、烟道处于负压工作状态，炉外 冷空气从炉墙、门孔几个受热面贯穿墙漏入炉内， 使炉内过量空气系数烟烟气流程逐渐增大。
• 未参加燃烧或未燃尽的碳粒与灰渣一同落入灰斗所造成的热损 失 • 少量燃料（未燃或未燃尽）经炉排空隙落入灰坑所造成的热损 失 • 未燃尽的碳粒随烟气带走所造成的热损失 ，落到烟道受热面 中，部分从烟囱逸散到周围大气环境
第三章-燃烧计算和热平衡
V O 0 2 1 .81 C 6 y 0 6 0 .7 1 0 S y 0 5 .5 0 1 H 5 y 0 0 .7 1 0 O y0N 0 3/k mg
Vk00.1 2(1 1.86 1 Cy6 00 0.71Sy05 0.51 H 5y00 0.71 O y0 ) 0 0.08(C 8y 90.37 Sy)50.26 Hy50.03O 3 y 3N3m /kg
4）实际烟气量——理论烟气量与过量空气之和
V y V y 0 0 .2(1 1 )V k 0 V y 0 0 .7(9 1 )V k 0 0 .01 ( 6 1 )V k 0 1 V y 0 1 .01 ( 6 1 )V k 0 1 V R2O V N 2 V O 2 V H 2 O Nm3/kg
2．实际烟气量的计算(α>1)——含有过量O2
1）过量空气中氧容积：
VO2 0.2( 11)Vk0
Nm3/kg
2）过量空气中氮容积： V N 2V N 0 2 0.7(9 1 )V k0 Nm3/kg
3）过量空气中水蒸汽容积： V H 2O V H 0 2O 0 .01 ( 6 1 )V 1 k 0Nm3/kg
第三章 燃料燃烧计算和热平衡计算
燃烧过程化学反应 燃烧所需空气量 燃烧产生烟气量 烟气分析 锅炉机组的热平衡
第三章
第三章 燃料的燃烧计算
基本假设：
1 . 空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3；
2.
空气中只有O2和N2成分，其容积比为：ON
2 2
0.21 0.79
；
3 . 每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算；
根据前面的化学反应 方程式
理论水蒸气体积
理论水蒸气体积有四个来源：
Vk00.1 2(1 1.86 1 Cy6 00 0.71Sy05 0.51 H 5y00 0.71 O y0 ) 0 0.08(C 8y 90.37 Sy)50.26 Hy50.03O 3 y 3N3m /kg
4）实际烟气量——理论烟气量与过量空气之和
V y V y 0 0 .2(1 1 )V k 0 V y 0 0 .7(9 1 )V k 0 0 .01 ( 6 1 )V k 0 1 V y 0 1 .01 ( 6 1 )V k 0 1 V R2O V N 2 V O 2 V H 2 O Nm3/kg
2．实际烟气量的计算(α>1)——含有过量O2
1）过量空气中氧容积：
VO2 0.2( 11)Vk0
Nm3/kg
2）过量空气中氮容积： V N 2V N 0 2 0.7(9 1 )V k0 Nm3/kg
3）过量空气中水蒸汽容积： V H 2O V H 0 2O 0 .01 ( 6 1 )V 1 k 0Nm3/kg
第三章 燃料燃烧计算和热平衡计算
燃烧过程化学反应 燃烧所需空气量 燃烧产生烟气量 烟气分析 锅炉机组的热平衡
第三章
第三章 燃料的燃烧计算
基本假设：
1 . 空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3；
2.
空气中只有O2和N2成分，其容积比为：ON
2 2
0.21 0.79
；
3 . 每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算；
根据前面的化学反应 方程式
理论水蒸气体积
理论水蒸气体积有四个来源：
锅炉原理燃料燃烧计算
推导过程
1 α= O2 − 0.5CO 79 1− × 21 100− (RO + O2 + CO) 2
过量空气系数
ROmax 2 α≈ RO2
完全燃烧且不计β 完全燃烧且不计β
21 α≈ 21−O2
推导过程
燃料的燃烧计算
不完全燃烧时的过量空气系数
α =
V V = = 0 V - ∆ Vg V 1 = ∆ Vg V 1 (α − 1)V 1− αV 0
0
10
由式 V O 2 ＝0.21 (α − 1)V ＋ 0.5 V CO ，可得 (α − 1)V ＝
0
V O 2 － 0.5 V CO 0 . 21
固体和液体燃料 N ar 比较小，可忽略不计。
0 N2
则由式
VN2 N ar 0 0 0 0 V ＝0 . 8 ＋ 0 . 79 V ， V N 2 = V N 2 + 0 . 79 (α − 1)V , 得 α V ＝ 100 0 . 79 1 将以上两式代入第一式 ，得 α ＝ 0 . 79 V O 2 − 0.5 V CO 1− 0 . 21V N 2
= V gy + V
1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2 1kg C + 0.933 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO H 2O
Car VCO2 +VCO = 1.866 100
燃料的燃烧计算
不完全燃烧时烟气中氧的体积
V O 2 = 0 . 21 (α − 1)V + 0 . 5 × 1 . 866
燃烧计算的物理模型 kg燃料为计算基础 以1kg燃料为计算基础 所有气体均视为理想气体（22.4Nm3/kmol） /kmol） 所有气体均视为理想气体（22. 假定完全燃烧 略去空气中的稀有成分，认为空气只由N 略去空气中的稀有成分，认为空气只由N2和O2 组成，且二者容积比为79 79： 组成，且二者容积比为79：21
1 α= O2 − 0.5CO 79 1− × 21 100− (RO + O2 + CO) 2
过量空气系数
ROmax 2 α≈ RO2
完全燃烧且不计β 完全燃烧且不计β
21 α≈ 21−O2
推导过程
燃料的燃烧计算
不完全燃烧时的过量空气系数
α =
V V = = 0 V - ∆ Vg V 1 = ∆ Vg V 1 (α − 1)V 1− αV 0
0
10
由式 V O 2 ＝0.21 (α − 1)V ＋ 0.5 V CO ，可得 (α − 1)V ＝
0
V O 2 － 0.5 V CO 0 . 21
固体和液体燃料 N ar 比较小，可忽略不计。
0 N2
则由式
VN2 N ar 0 0 0 0 V ＝0 . 8 ＋ 0 . 79 V ， V N 2 = V N 2 + 0 . 79 (α − 1)V , 得 α V ＝ 100 0 . 79 1 将以上两式代入第一式 ，得 α ＝ 0 . 79 V O 2 − 0.5 V CO 1− 0 . 21V N 2
= V gy + V
1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2 1kg C + 0.933 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO H 2O
Car VCO2 +VCO = 1.866 100
燃料的燃烧计算
不完全燃烧时烟气中氧的体积
V O 2 = 0 . 21 (α − 1)V + 0 . 5 × 1 . 866
燃烧计算的物理模型 kg燃料为计算基础 以1kg燃料为计算基础 所有气体均视为理想气体（22.4Nm3/kmol） /kmol） 所有气体均视为理想气体（22. 假定完全燃烧 略去空气中的稀有成分，认为空气只由N 略去空气中的稀有成分，认为空气只由N2和O2 组成，且二者容积比为79 79： 组成，且二者容积比为79：21
《燃烧产物和热平衡》课件
《燃烧产物和热平衡》 PPT课件
在本课程中，我们将探讨燃烧产物和热平衡的基本原理和应用。通过这一学 习，您将深入了解火焰和燃烧的本质，以及如何利用热平衡来控制化学反应 和优化工业生产。快来加入我们的探索吧！
燃烧的定义与热力学第一定律
什么是燃烧？
探讨燃烧的定义，解释为什么燃烧是一种放热反应。
燃烧产物的化学组成
3 热平衡的应用
介绍在工业和科学中如何使用热平衡来控制化学反应、优化能量利用和设计新材料。
燃烧产物和热平衡的关系
燃烧产物与热平衡的关系
化学反应与热平衡的关系
热平衡在工业生产中的应用
燃烧产物如何影响燃烧的热平衡， 以及如何使用热平衡来控制燃料 的转化率和热效率。
解释化学反应如何与热平衡相关， 并讨论如何在工业化学中使用热 平衡来控制反应进程。
介绍多种使用热平衡的工业生产 过程，以及如何通过控制反应温 度、气压和配比来优化工业过程。
实例分析：燃料燃烧与热平衡的关系
1
燃料燃烧的基本过程
介绍燃料在燃烧过程中的基本转化和热
热平衡在燃料转化中的应用
2
效。
讲解如何使用热平衡来控制燃烧产物的
组成、温度和压力，并提高燃料的利用
效率。
3
燃烧与环境保护的关系
介绍燃烧产物的组成和特性，讨论不同燃料的燃烧产物的异同。
热力学第一定律
讲解热力学第一定律的基本概念和公式，以及如何应用它来描述燃烧和其他热力学现象。
热平衡的定义与第二定律
1 什么是热平衡？
探讨热平衡的定义和基本原理，并解释为什么它是一个重要的热力学概念。
2 热力学第二定律
讲解热力学第二定律的基本概念和公式，并解释为什么它是一个能量自发流动的原因。
燃烧反应的平衡掌握燃烧反应的平衡方法和计算技巧
燃烧反应的平衡掌握燃烧反应的平衡方法和计算技巧燃烧反应是指化学物质与氧气发生氧化反应，产生热能、光能以及生成新的化学物质。
在实际的生产和生活中，燃烧反应无处不在，无论是火柴点燃、汽车启动还是火箭升空等都离不开燃烧反应。
为了准确掌握燃烧反应的平衡方法和计算技巧，我们需要对燃烧反应的特点、平衡条件以及相关计算方法有所了解。
一、燃烧反应的特点燃烧反应是化学反应中最常见的一种反应类型，其特点主要包括以下几点：1. 发热性：燃烧反应是一种放热反应，会产生大量的热能。
这也是为什么火焰会散发出热量的原因。
2. 明亮性：燃烧反应还具有明亮的特点，即产生光能。
这也是我们能够通过眼睛看到火焰的原因。
3. 氧化性：燃烧反应是一种氧化反应，指的是物质中的碳、氢等元素与氧气结合形成二氧化碳和水。
例如，乙醇燃烧生成二氧化碳和水的反应方程式为：C2H5OH + O2 -> CO2 + H2O。
二、燃烧反应的平衡条件燃烧反应的平衡是指反应物与生成物之间的摩尔比例保持不变。
为了确保燃烧反应能够顺利进行，我们必须掌握燃烧反应的平衡条件，主要包括以下几点：1. 能量平衡：燃烧反应中所释放出的能量必须与吸收的能量相平衡，即反应物中的化学能与生成物中的热能之和相等。
2. 物质平衡：反应物与生成物中各元素的摩尔数保持不变，即反应物中的元素数目与生成物中的元素数目相等。
三、燃烧反应平衡的计算技巧为了正确计算燃烧反应的平衡，我们可以采用以下几种技巧：1. 反应方程式的平衡：首先根据燃烧反应的特点，编写反应方程式，确保反应物与生成物的元素数目相等。
如果某些元素数目不平衡，可以采用添加系数的方式进行平衡，确保反应方程式平衡。
2. 摩尔比例关系：根据反应方程式中各物质的摩尔系数，可以求得反应物与生成物之间的摩尔比例关系。
通过计算各物质的摩尔比例，我们能够了解燃烧反应中反应物的消耗以及生成物的生成量。
3. 摩尔质量的计算：摩尔质量是指物质的相对分子质量或相对公式质量，可以通过化学式中各元素的相对原子质量之和计算得出。
第三章燃烧计算
此外,对正在运行的设备进行热平衡测算中 ,常常根据烟气分析来计 算出α值, 进而控制燃烧过程总处于最佳的α范围内,以实现节能。 对于不同的燃料,不同的燃烧室,α的最佳范围值是不一样。但, 先进燃烧 设备总是应该在保证燃烧完全的前提下，尽量使过量空气系数趋近于1。
3.燃料空气比与燃料系数
燃料空气比：在燃烧室工作时实际供给的燃料量和其空气 量之比。常用在由液体燃料形成的可燃混合气中，故习惯 上常称它为“油气比”
α= L/Lo 或 α=V/Vo
2.实际空气需要量及过量空气系数
实际空气量与理论空气量之差称为过量空气量 (△L或△V) △V = V - Vo= (α-1) Vo
α过大 ,过剩空气量△V过大,就会增加排烟热损失 , 对热能利用不利；
α值过小时 ,又会增加不完全燃烧的程度 ,使燃料的 化学热不能充分发挥。 由此可见,α过大或过小都将使燃烧设备的热效 率下降, 这就要求要正确选择和控制燃烧过程中的α 值, 尽可能使α值处于一个较为合理的范围内。
烟气量计算
2.理论氮气体积 VN20
VN20有两个来源
(1)燃料中的氮气成分
(2)理论空气量V0中的氮
VN20 = 22.4/28×Nar/100+ 0.79 V0 = 0.8Nar/100+ 0.79 V0 Nm3/Kg燃料 式中0.79是干空气中氮气的容积组成。
烟气量计算
3.过量空气中的氮及氧气体积 过量空气的体积为
Vgy= VRO2+VN2+VO2
= VRO2+VN2o+(α-1)Vo Nm3/Kg
不完全燃烧情况下的烟气量计算十分复杂 ,完全依
靠理论计算在目前是无法进行的, 目前进行的都是
第3章燃烧计算和热平衡计算
为了使燃料完全燃烧，实际送入的空气量总大于理论空 气量，超
过部分为过剩空气量。将实际空气 Vk 和理论空气量 V 0 之比称为
过量空气系数,即 V K / V 0 或k Kg / Kg —进入炉膛以后，用于烟气量计算的过量空气系数；
k —进入炉膛以前，用于空气量计算的过量空气系数；
2020/4/2
Cc,as 100 Cc,as
ad ,a
Cd ,a 100 Cd,a
af ,a
Cf ,a 100 Cf
,a
)
328.664Aar Qin
100%
ao.a--溢流灰中灰分占入炉燃料总灰分的份额
ac.as---冷灰或冷炉斗灰渣中灰分占入炉燃料总灰分的份额
Co.a --溢流灰中可燃物含量的百分数 Cc.as --冷灰或冷炉斗灰渣中可燃物含量的百分数
§3-1 燃料的燃烧计算
单位燃料燃烧实际所需的空气量为： V K V 0
炉中的过量系数是指炉膛出口处的 l 。它的最佳值与燃料 种类、
燃烧方式及燃烧设备的完善程度有关，对链条炉，l 1.3 ~ 1.5
对油炉和天然气炉，
l
1.1
燃煤工业锅炉采用工业通风，炉膛和其后的烟道都处于负压
状态，
通过炉墙和烟道要渗入一部分冷空气，随烟气流动空气过量 系数将
增大。常用漏风系数表示。漏风系数大，会造成更大的排烟 损失。
2020/4/2
§3-1 燃料的燃烧计算
气体燃料，可按气体组成用化学计量方程式求的理论空 V 0
气量
V
0
=0.0476
0.5CO+0.5H
2
+1.5H
2S+0.5
(m+
2
过部分为过剩空气量。将实际空气 Vk 和理论空气量 V 0 之比称为
过量空气系数,即 V K / V 0 或k Kg / Kg —进入炉膛以后，用于烟气量计算的过量空气系数；
k —进入炉膛以前，用于空气量计算的过量空气系数；
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Cc,as 100 Cc,as
ad ,a
Cd ,a 100 Cd,a
af ,a
Cf ,a 100 Cf
,a
)
328.664Aar Qin
100%
ao.a--溢流灰中灰分占入炉燃料总灰分的份额
ac.as---冷灰或冷炉斗灰渣中灰分占入炉燃料总灰分的份额
Co.a --溢流灰中可燃物含量的百分数 Cc.as --冷灰或冷炉斗灰渣中可燃物含量的百分数
§3-1 燃料的燃烧计算
单位燃料燃烧实际所需的空气量为： V K V 0
炉中的过量系数是指炉膛出口处的 l 。它的最佳值与燃料 种类、
燃烧方式及燃烧设备的完善程度有关，对链条炉，l 1.3 ~ 1.5
对油炉和天然气炉，
l
1.1
燃煤工业锅炉采用工业通风，炉膛和其后的烟道都处于负压
状态，
通过炉墙和烟道要渗入一部分冷空气，随烟气流动空气过量 系数将
增大。常用漏风系数表示。漏风系数大，会造成更大的排烟 损失。
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§3-1 燃料的燃烧计算
气体燃料，可按气体组成用化学计量方程式求的理论空 V 0
气量
V
0
=0.0476
0.5CO+0.5H
2
+1.5H
2S+0.5
(m+
2
三章节燃烧产物和热平衡
a
fh
(c
)h
4．烟焓表
通过燃烧产物的焓值的计算，列出焓值与温度对应的 表格（编程计算），是锅炉热力计算的基础：
I y f (, )
第六节 锅炉的热平衡
燃料的化学能转变为蒸汽的热能，一定存在有效利用热和 损失的热量。
一、热平衡的定义
送入锅炉的燃料拥有热量等于锅炉的有效输出热量加上各 项热损失。
IRO2= VRO2
Iy0
I0N2= V0N2
Iy
I0H2O= V0H2O
(α -1)I0=(α -1)V0
Ifh
3．理论烟气焓
I
0 y
VRO2 (c)RO2
VN02 (c)N2
VH02O (c)H2O
(c)i 1m3的成分在温度时θ 的焓值，查表。
4. 飞灰热焓值Ifh
Aar 100
kg / kg
第三章 燃烧产物和热平衡
第一节 空气量计算 第二节 烟气量的计算 第三节 完全燃烧方程式 第四节 根据烟气分析确定过量空气系数 第五节 空气与烟气焓的计算 第六节 锅炉的热平衡
原理
在燃料与空气完全燃烧的条件下， 燃烧烟气产物中的RO2和O2与燃料的元素分析成分之间必然 存在一定的关系。
k"y l" l zf
l"
" ky
l
zf
解释以上各式的意义
第三章 燃烧产物和热平衡
第一节 空气量计算 第二节 烟气量的计算 第三节 完全燃烧方程式 第四节 根据烟气分析确定过量空气系数 第五节 空气与烟气焓的计算 第六节 锅炉的热平衡
1)V 0
燃烧计算与热平衡计算
8
第三节 锅炉运行中烟气分析及其应用
烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积为基 础，采用奥氏分析仪进行的 烟气分析可得到 RO2、O2、CO、N2 在干烟气Vgy中所占的容积百分比
RO2 O2 CO N 2 100, % (2 31) RO2 O2 VRO2 Vgy 100, % (2 32) (2 33) (2 34) (2 35)
9
VO2 Vgy
100, %
CO N2
VCO 100, % Vgy Vgy 100, %
VN2
烟气分析方法： 化学吸收法 电气测量法 红外吸收法 色谱分析法 等 奥氏烟气分析仪 图3-1 氢氧化钾溶液 RO2 焦性没食子酸溶液 O2 氯化亚铜的氨溶液 CO
RGH-1型烟气全分析仪 燃烧法和化学吸收法 图3-2
(2 48)
0 0 Hy 、Hk 、H fh 为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓
c i 为1Nm3空气、烟气各成分和1kg灰在温度为 ℃时的焓值，见表3-5；
a fh 为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取 a fh 0.9～0.95
11
焓温表
烟气的焓值 H y 取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
Qr Qar .net
14
锅炉有效利用热Q1
1 hgs Dzr hzr hzr D pw (hbs hgs ) Q1 Dgr hgr B Q ,kJ/kg (2-54) B
式中
Q
工质总吸热量， kJ/ s 燃料消耗量， kg/s
实际烟气量 Vy
3
煤的燃烧反应
煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，1kg收到基燃料包括
第三节 锅炉运行中烟气分析及其应用
烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积为基 础，采用奥氏分析仪进行的 烟气分析可得到 RO2、O2、CO、N2 在干烟气Vgy中所占的容积百分比
RO2 O2 CO N 2 100, % (2 31) RO2 O2 VRO2 Vgy 100, % (2 32) (2 33) (2 34) (2 35)
9
VO2 Vgy
100, %
CO N2
VCO 100, % Vgy Vgy 100, %
VN2
烟气分析方法： 化学吸收法 电气测量法 红外吸收法 色谱分析法 等 奥氏烟气分析仪 图3-1 氢氧化钾溶液 RO2 焦性没食子酸溶液 O2 氯化亚铜的氨溶液 CO
RGH-1型烟气全分析仪 燃烧法和化学吸收法 图3-2
(2 48)
0 0 Hy 、Hk 、H fh 为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓
c i 为1Nm3空气、烟气各成分和1kg灰在温度为 ℃时的焓值，见表3-5；
a fh 为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取 a fh 0.9～0.95
11
焓温表
烟气的焓值 H y 取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
Qr Qar .net
14
锅炉有效利用热Q1
1 hgs Dzr hzr hzr D pw (hbs hgs ) Q1 Dgr hgr B Q ,kJ/kg (2-54) B
式中
Q
工质总吸热量， kJ/ s 燃料消耗量， kg/s
实际烟气量 Vy
3
煤的燃烧反应
煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，1kg收到基燃料包括
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1kg 22.4 Nm3 12
22.4 Car 1.866 Car Nm3
12 100
100
Байду номын сангаас
氢燃烧消耗的氧气量
2H 2 O2 2H 2O 4 22.4 1kg 22.4 Nm3
4
22.4 Har 5.56 Har Nm3
4 100
100
硫燃烧消耗的氧气量
S O2 SO2 32 22.4
原理
❖ 在燃料与空气完全燃烧的条件下， 燃烧烟气产物中的RO2和O2与燃料的元素分析
成分之间必然存在一定的关系。 ❖ 完全燃烧方程反映其间内在关系。
一、推导过程
❖由烟气分析的结果（均为干烟气成分）
gr
" sm
" gr
sm
k' y
" ky
k' y
ky
py
解释以上各式的意义
Air Leakage
k' y k"y gr
k"y l" l zf
l" k"y l zf
解释以上各式的意义
第三章燃烧产物和热平衡
第一节空气量计算（作业） 第二节烟气量的计算（作业）
第三节完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数
六、烟气中的飞灰浓度
❖ 对辐射换热有较大的作用，即每kg烟气中飞 灰的质量。
❖ afh—烟气携带出炉膛的飞灰占总灰量的份额 （0.85~0.95）。
Aar a fh
100Gy
kg / kg
第三章燃烧产物和热平衡
第一节空气量计算 第二节烟气量的计算 第三节完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数 第五节空气与烟气焓的计算 第六节锅炉的热平衡
❖ 理论烟气量
Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH02O
三、过量空气中的水蒸汽容积
V V H2 0
VH2O
VH02O
0.00161d(
1)V 0
0.0161(
1)V 0
四、实际烟气量
Vy Vy0 ( 1)V 0 0.0161( 1)V 0
Vy Vy0 1.0161( 1)V 0
第五节空气与烟气焓的计算（作业） 第六节锅炉的热平衡（作业）
一、烟气的组成
❖ 当 1kg 煤 完 全 燃 烧 时 ， 烟 气 的 组 成 成 分 为 （*W）
VRO2
Vy0
V0N2
Vy
V0H2O
(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤
烟气量的表示方法
Vy VCO2 VSO2 VN2 VO2 VH2O
第三章燃烧产物和热平衡
第一节空气量计算（作业） 第二节烟气量的计算（作业）
第三节完全燃烧方程式 第四节根据烟气分析确定过量空气系数
第五节空气与烟气焓的计算（作业） 第六节锅炉的热平衡（作业）
一、锅炉燃烧计算的前提
1．空气量与烟气量的计算均以1kg燃料的收到 基为基础；
2．空气和烟气的所有组成成分（包括水蒸汽， 分压很小），均可作理想气体，每摩尔气体 在标准状态的容积是22.4Nm3；
的空气漏入炉内的漏风
V k V0
要点
❖ 烟气侧：炉膛后直至排烟处，过量空气 系数逐渐增大，
烟气侧过量空气系数α，
存在一个最佳的过量空气系数，通常用炉膛 出口的过量空气系数表示;
❖ 空气侧：由锅炉送风机开始，均为正压，
空气侧过量空气系数β; β逐渐减小，向外的漏风逐渐减少
l"
" gr
l"
3. 气体容积计算的单位均为Nm3/kg。
二、计算原则
❖ 燃料完全燃烧 ❖ 所需理论空气量，由燃料中各个可燃元素在
燃烧时所需空气量相加而得。
理论空气量（氧气量）
❖ 碳燃烧消耗的氧气量 ❖ 氢燃烧消耗的氧气量 ❖ 硫燃烧消耗的氧气量 ❖ 燃料本身的氧量
碳燃烧消耗的氧气量
C O2 CO2 12 22.4
1kg 22.4 Nm3 32
22.4 Sar 0.7 Sar Nm3 32 100 100
燃料本身的氧量
22.4 Oar 0.7 Oar Nm3
32 100
100
1kg燃料完全燃烧所需的氧量
VO02
1.866 Car 100
5.55 Har 100
0.7 Sar 100
0.7 Oar 100
1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量
Nm3
V 0 0.121VO02 0.0889Car 0.265Har 0.0333(Sar Oar ) Nm3
实际空气量
❖ 炉膛内的混合不可能绝对均匀，为保证完全 燃烧，需多送一部分空气，
❖ 定义过量空气系数。
V V
k 0
漏风系数 负压工作下的锅炉，存在炉外
1、三原子气体烟气量 VRO2 VCO2 VSO2
2、理论氮气量
VN02
3、理论水蒸汽量
VH02O
Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH02O
1、三原子气体烟气量
VRO2 VCO2 VSO2
C O2 CO2
12
22.4
22.4 Car 1.866 Car
12 100
100
S O2 SO2
22.4 Sar 1.866 Sar
32 100
100
32
22.4
VRO2
1.866 Car 100
0.7 SAR 100
2、理论氮气量
VN02
22.4 Nar 28 100
0.79V 0
VN02
0.8 Nar 100
0.79V 0
3、理论水蒸汽量
（1）由煤中的水分
Vy Vgy VH2O
每 kg 燃料燃烧后产生的烟气的质量
Gy
1 Aar 100
Gwh
1.306V 0
五、三原子气体的容积份额
❖ 在辐射换热计算中，三原子气体RO2，H2O 均参与辐射换热。
❖ 三原子气体的容积份额
rRO2
VRO2 Vy
pRO2
rH 2O
VH2O Vy
pH 2O
piVm pmVi
22.4 M ar 18 100
0.0124M ar
（2）煤中氢元素转换的水分2
22.4 22
H ar 100
0.111H ar
（3）由理论空气量V0带入的水分，即相对 于每kg燃煤带入的水蒸汽容积
0.0161dV0 Nm3/kg
不考虑过量空气中水蒸汽的容积
VH020 0.0124Mar 0.111Har 0.0161V 0 1.24Gwh
Vy Vgy VH2O Nm3 / kg
Nm3 / kg
Vy
Vy0
(
1)V 0
V V H2O
Nm3 / kg
Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH02O
VH2VO —过量空气带入的水蒸汽
Vy0 —理论上燃烧所生成的烟气，不随过量空气系数而变。
二、理论烟气量
❖ 计算理论烟气量中的各项气体的容积