三章节燃烧产物和热平衡
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
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章燃烧计算和热平衡计算
二、空气、烟气焓值的定义
• 相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气）， 由温度0℃加热到θ℃所需要的热量，称为 空气的焓或烟气的焓。
• 单位：kJ/kg，kcal/kg
三、空气焓的计算
每标准立方米干空气连同其相应的水蒸 汽在温度θ时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。 • 每公斤空气含有10克水。
1.293 dk 22.4 1.293 10 22.4 0.0161Nm3 / Nm3干空气
1000 18
1000 18
理论空气量带入的水蒸气容积为
0.0161V oNm3 / kg
☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即
Vo H2O
0.111H
y
0.0124W
y
0.0161V oNm3
（一）理论烟气容积
定义：=1并且燃料完全燃烧 计算：
（1）VRO2 的计算
VRO2
VCO2
VSO2
1.866 ( C y
0.375 S y )Nm3 / kg 100
（2）理论氮容积的计算 理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮
Vo N2
0.79V o
22.4 N y 28 100
0.79V o
第二节 烟气成分及其烟气量的计算
一、烟气成分
⑴当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和H2O组成， 其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2 O Nm3 / kg
⑵当>1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、O2 、 N2和H2O 组成，其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2O VO2 Nm3 / k g
燃料燃烧及热平衡计算参考
燃料燃烧及热平衡计算参考L n 湿=（1+0.00124×18.9）×4.35=4.452 Nm 3/Nm 3 2、天然气燃烧产物生成量 （1）燃烧产物中单一成分生成量CO)H 2C CH (CO 0.01V 6242CO 2+++⨯=’(3.4)2O V 0.21(=⨯′0n-1)L(3.5) 22n N V (N 79L )0.01=+⨯′(3.6))L 0.124g H H 3C (2CH 0.01V n 干O H 2624O H 22+++⨯=(3.7)式中CO 、CH 4 、 C 2H 6 、 H 2 ——每100Nm 3湿气体燃料中各成分的体积含量。
则0.475)5222(100.01V 2CO =+⨯++⨯= Nm 3/Nm 34.4131)(1.050.21V 2O ⨯-⨯==0.046 Nm 3/Nm 3 01.0)35.47910(V 2N ⨯⨯+==3.54 Nm 3/Nm 34.35)18.90.124465322(20.01V O H 2⨯⨯++⨯+⨯⨯==1.152 Nm 3/Nm 3（2）燃烧产物总生成量实际燃烧产物量V n = V CO2+V O2+V N2+V H2O Nm 3/Nm 3(3.8)则V n =0.47+0.046+3.54+1.152=5.208 Nm 3/Nm 3 理论燃烧产物量V 0=V n -（n -1）L O(3.9)V 0=5.208-（1.05-1）×4.143=5.0 Nm 3/Nm 3(3) 燃料燃烧产物成分[2]%100V V CO nCO 22⨯=(3.10) %100V V O nO 22⨯=(3.11)%100V V N nN 22⨯=(3.12)100%V V O H nO H 22⨯=(3.13) 则9%%1005.2080.47CO 2=⨯=0.8%%1005.2080.046O 2=⨯=68%%1005.2083.54N 2=⨯=22.2%100%5.2081.152O H 2=⨯= 3.1.3 天然气燃烧产物密度的计算[3] 已知天然气燃烧产物的成分，则：ρ烟=10022.432O 28N O 18H 44CO 2222⨯+++，kg/Nm 3(3.14)式中：CO 2、H 2O 、N 2、O 2——每100Nm 3燃烧产物中各成分的体积含量ρ烟= 217.110022.40.832682822.218944=⨯⨯+⨯+⨯+⨯ Nm 3/Nm 33.1.4 天然气发热量计算 高发热量Q 高=39842CH 4+70351C 2H 6+12745H 2+12636CO （kJ/Nm 3（3.15）低发热量Q 低= 35902CH 4+64397C 2H 6+10786H 2+12636CO (kJ/ Nm 3)（3.16）式中：CH 4、C 2H 6、 H 2、CO ——分别为天然气中可燃气体的体积分数（%）。
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。
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
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
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
锅炉物质平衡和热平衡
第二节 烟气成分及烟气量的计算
一、烟气成分 并且完全燃烧时， ⑴当α=1并且完全燃烧时，烟气由 2、 并且完全燃烧时 烟气由CO SO2、N2和H2O组成，其容积为 组成， 组成 Nm3 / kg V y = VCO2 + VSO2 + VN 2 + VH 2 O 并且完全燃烧时， ⑵当α>1并且完全燃烧时，烟气由 2、 并且完全燃烧时 烟气由CO SO2、O2 、 N2和H2O组成，其容积为 组成， 组成 且不完全燃烧时， ⑶当α≥1且不完全燃烧时，烟气由 且不完全燃烧时 烟气由CO2、 SO2、CO、O2 、 N2和H2O组成，其容积为 、 组成， 组成
o
3
V y = Vgy + VH 2O
o Vgy = VRO2 + VN 2 + VO2 = VRO2 + VN 2 + (α − 1)V o o VH 2O = VH 2O + 0.0161(α − 1)V o
烟气的质量
Aar o Gy = 1− + G wh + 1 . 306 α V kg / kg 100
（一）烟气分析及其设备
1、烟气成分分析 定义： 干烟气容积” 定义：“干烟气容积” 表示： 表示：各气体成分占干烟气容积的百分数
CO SO
2
= =
V CO V gy V SO V gy
2
× 100 % × 100 %
2
2
O2 = CO = N =
VO 2 V gy
× 100 %
V CO × 100 % V gy VN2 V gy × 100 %
三、运行锅炉的烟气分析及计算
问题： 实际空气量不易测定； 问题：①实际空气量不易测定； 实际燃烧是不完全的； ②实际燃烧是不完全的； 锅炉密封不严密， 漏风现象” ③锅炉密封不严密，有“漏风现象”， 烟气容积是变化的。 烟气容积是变化的。 解决办法： 解决办法：烟气分析 烟气分析的作用 （1）计算实际的烟气容积； ）计算实际的烟气容积； （2）确定实际的过量空气系数、“漏风 ）确定实际的过量空气系数、 系数” 燃烧的不完全程度（ 含量 含量）； 系数”、燃烧的不完全程度（CO含量）； （3）指导燃烧调整、燃烧设备的改进。 ）指导燃烧调整、燃烧设备的改进。
《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
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
初中化学第一册教案：燃烧反应的平衡状态
初中化学第一册教案：燃烧反应的平衡状态燃烧反应的平衡状态燃烧反应是我们日常生活中经常遇到的化学反应。
它是化学能量释放的重要途径，是物质在自然界中循环利用的重要过程。
燃烧反应的平衡状态是化学反应的基本概念之一，了解它对于我们理解化学反应和应用化学知识都非常重要。
一、燃烧反应的基本概念燃烧反应是指物质在氧气的存在下，放出大量的热能和光能，同时产生二氧化碳、水等新物质的化学反应。
简单来说，燃烧反应就是燃烧的过程。
例如，木材在氧气的存在下燃烧产生热、光和CO2等。
当烷烃类有机物在氧气的存在下燃烧时，会产生大量的二氧化碳、水和能量。
二、燃烧反应的平衡状态燃烧反应是一种化学反应，就像其他化学反应一样，它有三个基本元素：反应物、生成物和反应方程式。
反应方程式是一个化学方程式，描述了反应物经过反应生成生成物的化学过程。
在反应方程式中，每个化学式的前面都有一个系数，表示反应物和产物之间的比例关系。
燃烧反应的平衡状态是指反应物和生成物的浓度、温度、压力等因素都保持不变的状态。
在氧气存在的条件下，燃料和空气中的氧气发生化学反应，产生水和二氧化碳等排放物。
这个过程不是一瞬间完成的，它需要一些时间。
在这个时间内，反应物的浓度和生成物的浓度会发生变化，直到反应物的浓度和生成物的浓度达到平衡状态为止。
这时，反应物的消耗和生成物的产生达到了一种动态平衡状态，反应即停止，此时的化学反应就是燃烧反应的平衡状态。
三、如何判断燃烧反应的平衡状态要判断燃烧反应的平衡状态，需要了解各种因素对反应的影响。
例如，当反应物的浓度增加时，反应速率会增加；当反应物的浓度降低时，反应速率会降低。
当温度升高时，反应速率也会升高。
当压力升高时，反应速率也会升高。
在燃烧反应中，氧气的浓度是一个重要因素。
当氧气浓度增加时，反应速率会增加，产生的热能和光能也会增加；当氧气浓度降低时，反应速率会降低，燃烧也会变得不完全。
因此，在实际应用中，需要掌握氧气浓度的控制方法，以达到理想的燃烧效果。
燃烧计算与热平衡计算
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
第三章 火用 分析法
第三章分析法建立在热力学第一定律基础上的能量平衡法只能确定能量数量的损失和能量利用率。
因此它不能反映出过程在能量质量上的损失，当然也不能解释能量消耗的真正原因，不能全面评价过程能量利用情况。
因此，还必须联合应用热力学第一、二定律，建立新的热力学分析法──分析法。
本章根据热力学第一、二定律阐述的定义、分类、数学表达式及计算方法，并讲述分析的基本方法和在化工过程中的应用。
3.1 的定义及其构成3.1.1 的定义在第一章中已简略说明了的物理意义，现首先对物系的给出准确定义。
物系处于一定的热力学状态下，当其在一定的自然环境状态下，经历完全可逆过程，最终与（自然）环境建立完全的热力学平衡。
此时物系总能量中理论上可作出的最大有用功，称为该物系在所处状态下具有的。
在一些文献中，又称可用能、有效能、有用能等。
与的定义相对应，物系从给定状态完全可逆地变化到基准状态（寂态）时，其总能量中理论上不能转化为有用功的部分，称为，也称寂态能、无效能。
为了将此定义中（自然）环境与热力学中泛指的环境相区别，以后将其称为周境。
上述定义中所谓完全热力学平衡，系指：（1）热平衡：即物系的温度变化到与周境的温度完全相同，无温差；（2）力平衡：即物系的压力变化到与周境的压力完全相同，无压差；（3）相平衡：即物系的相态变化到与周境的相态完全相同；（4）化学平衡：即物系的化学物质和组成变化到与周境的化学物质和组成完全相同。
这里还需注意：（1）所谓完全可逆，指物系经历的一切变化，包括内部变化以及和周境间发生的变化都必须可逆；（2）是指总能量中理论上所能作出的最大有用功，这就要求物系从给定的状态变化到周境状态时，一切过程均须可逆，从而使得在一定周境状态下，物系的为唯一确定值；（3）是物系的热力学性质，是状态函数，但与U、H、S等不尽相同。
除取决于物系本身的状态外，还与规定的周境状态有关，所以是一个复合状态函数。
3.1.2 物系的基准状态和周境由的定义得出，当物系与周境建立了完全的热力学平衡时，其为零。
《初步认识燃烧》燃烧与化学平衡
《初步认识燃烧》燃烧与化学平衡在我们的日常生活中，燃烧是一种常见的现象。
无论是点燃蜡烛照明，还是使用燃气做饭，亦或是汽车燃油驱动，燃烧都在发挥着重要的作用。
那么，燃烧到底是什么呢？它与化学平衡又有着怎样的关系呢？燃烧，从化学的角度来看，是一种剧烈的氧化反应。
在燃烧过程中，燃料与氧气发生化学反应，释放出大量的能量，通常以热和光的形式表现出来。
比如说，木材燃烧时，木材中的碳、氢等元素与空气中的氧气结合，生成二氧化碳、水蒸气等物质，并释放出热能和光能。
要理解燃烧与化学平衡的关系，首先得明白什么是化学平衡。
化学平衡是指在一个可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再随时间变化的状态。
这就好比在一个封闭的容器里，有两种物质 A 和 B，它们可以相互转化为 C 和 D。
一开始，A 和B 不断反应生成C 和 D，随着反应的进行，C 和D 又会反向转化为 A和 B。
当正反应和逆反应的速度相等时，就达到了化学平衡。
在燃烧反应中，也存在着类似的平衡关系。
以碳的燃烧为例，碳与氧气反应生成二氧化碳：C ＋ O₂＝ CO₂。
在一定条件下，这个反应可以达到平衡。
但要注意的是，燃烧反应通常是不可逆的，因为燃烧产生的二氧化碳和其他产物在通常条件下很难再转化回碳和氧气。
那么，为什么燃烧反应往往看起来是单向进行的呢？这是因为燃烧反应的条件，如温度、氧气浓度等，使得反应朝着生成产物的方向进行。
燃烧通常需要达到一定的温度，称为着火点。
当温度达到着火点时，燃料与氧气的反应速率会急剧增加，使得反应能够快速进行下去。
而且，在燃烧过程中，不断有氧气供应，维持了反应物的浓度，也促进了反应的持续进行。
化学平衡的概念对于燃烧的控制和利用具有重要意义。
例如，在工业生产中，为了提高燃料的燃烧效率，我们需要优化燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧。
如果燃烧不充分，不仅会浪费燃料资源，还可能产生一氧化碳等有害气体。
通过控制氧气的供应量、燃烧的温度和压力等因素，可以使燃烧反应更接近完全，达到更高的化学平衡转化率。
锅炉原理燃烧计算和热平衡计算课件
安全系数
考虑到设备运行中的波动 和不确定性，通常会引入 一定的安全系数来调整燃 料需求量。
燃烧效率计算
理论燃烧效率
影响燃烧效率的因素
基于燃料完全燃烧的理论值，可以计 算出理论燃烧效率。
如空气系数、燃料粒度、燃烧器性能 等都会影响燃烧效率，需要综合考虑 这些因素来进行效率计算。
实际燃烧效率
通过测量锅炉的烟气成分、温度等参 数，结合理论值，可以计算出实际燃 烧效率。
锅炉原理燃烧计算和热平衡 计算课件
contents
目录
• 锅炉原理简介 • 燃烧计算 • 热平衡计算 • 锅炉性能优化 • 案例分析
01
锅炉原理简介
锅炉的组成
01
02
03
锅
用于盛装水或其它介质， 通过受热产生蒸汽或热水 。
炉
提供热源，使燃料燃烧产 生热量，传递给锅中的水 或其它介质。
辅助设备
包括燃烧器、鼓风机、引 风机、除渣机等，用于保 证锅炉正常运行。
锅炉的工作原理
燃料在炉膛内燃烧产生热量，通过辐射和对流的方式传递给锅中的水或其它介质。 水或其它介质吸热后升温并蒸发，产生蒸汽或热水。
蒸汽或热水通过汽水分离器、凝结水回收装置等辅助设备，最终输出供用户使用。
锅炉的分类
01
02
03
04
按用途分类
工业锅炉、电站锅炉、热水锅 炉等。
按压力分类
低压锅炉、中压锅炉、高压锅 炉、超高压锅炉等。
经验总结
总结该案例的成功经验，为其 他锅炉的性能优化提供借鉴和
参考。
THANKS
感谢观看
污染物排放计算
烟气成分分析
对锅炉排放的烟气进行成分分析 ，了解各污染物的浓度。
- 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)。
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。
二、空气、烟气焓值的定义
相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气），由温度0℃加 热到θ ℃所需要的热量，称为空气的焓或烟气的焓。
单位：kJ/kg，kcal/kg
三、空气焓的计算
Ik
I
o k
V o (c)k
(c)k 为每标准立方米干空气
连同其相应的水蒸汽在温度 θ 时的焓，kJ/Nm3，可以查表 得到。
1)V 0
V V H2O
Nm3 / kg
Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH02O
V V H2O
—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
1、三原子气体烟气量 2、理论氮气量 3、理论水蒸汽量
理论烟气量
Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH02O
三、过量空气中的水蒸汽容积
VH2V0 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
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
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）
RO2
VRO2 Vgy
100%
O2
VO2 Vgy
100%
N2
VN2 Vgy
100%
RO2 O2 N2 100
二、完全燃烧方程表达式
21 O2 (1 )RO2
燃料特性系数
0.8 Nar 0.79V 0
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;
均可作理想气体，每摩尔气体在标准状态的容积是22.4Nm3； 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）
1kg(或1m3)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）成为理论空气 量。
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
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），
（a）完全燃烧；（b）Nar可被忽略
21
21 79
O2
100 (RO2 O2 )
再略去β
(RO2 )max
RO2
21
21 O2
测定烟气中的O2，即可计算得到过量空气系数α
广泛采用
21
21 O2
测定烟气中的RO2，也可计算得到过量空气系数α 用的较少
一、烟气的组成
当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为
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 Nm3 / k g Vy Vgy VH2O Nm3 / kg
Vy
Vy0
(
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
0.21 100
0.79
VRO2
2.35 H ar 0.126Oar 0.038Nar Car 0.375Sar
讨论
烟气中三原子气体的最大百分比含量:
由完全燃烧方程得：
RO2
21 O2
1
当送入理论空气量，且完全燃烧时，
(
RO2
)
max
1
21
基本常识
100
22.4 Sar 1.866 Sar
32 100
100
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
22.4 M ar 18 100
V V
k 0
V
Vk k V
g
1
1 V V
g K
V k VNa2ir
VN2
0.8 Nar 100
VN2
Vgy N2
0.79
0.79
0.79 79
V g VO2 Vgy O2 0.21 21
21
21 79
O2
100 (RO2 O2 )
锅炉空气系数的不同表达式
(RO2 )max
RO2
烟气成分随过量空气系数的变化
CO2%，O2% 21
CO2
O2 α
三、烟气分析
烟气分析手段：
化学方法
吸收剂吸收
燃烧吸收 色谱分析
物理方法
导热性
导磁性 导电性 光学性
烟气成分分析仪
煤质元素分析仪
各种分析设备均已经商业化。电厂均要求上烟气在线监测 系统，EMS。
在燃煤的条件下，通常，
RO2 14 ~ 19%
O2 2 ~ 4%
RO2
O2 α
三、不完全燃烧方程
在不完全燃烧的条件下，且认为仅存在CO， 将满足如下方程:
21 RO2 O2 0.605CO (RO2 CO)
由不完全燃烧方程，可以干烟气中CO的含量
CO (21 RO2 ) (RO2 O2 ) 0.605
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 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
在燃烧正常的情况下，煤粉炉炉膛出口烟气中的主要成分 含量范围： RO2=14~16%；O2=2~5%
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
每公斤空气含有10克水。
四、烟气焓的计算
1. 烟气的组成
VRO2
Vy0
V0N2
Vy
V0H2O
(α -1)V0标米干空气的湿空气/公斤
2．烟气焓的组成
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。
Iy
I
0 y
(
1)V 0 (c)k
Aar 100
a fh (c)h
k"
" 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
0.0124M ar
（2）煤中氢元素转换的水分
2 22.4 Har 2 2 100
0.111Har
（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 d ——每公斤干空气的含湿量，10kg/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
第三章 燃烧产物和热平衡