第4讲 燃气的燃烧计算

H O(g) 0.804 kg/ Nm 3
2
vH 2O(g) 1.243 Nm 3 /kg
思考： 热值的两个单位kJ/Nm3和kJ/kmol之间如何进行转换？
2、干燃气（混合气体）的热值
H=∑Hiri
Hi：燃气中某一可燃组分的热值，kJ/Nm3；
ri：燃气中某一可燃组分的容积百分比。
3、燃气的组分表示
燃气燃烧计 算的内容 • 燃烧所需的空气量 • 燃烧产生的烟气量 • 燃烧温度的确定 • 烟气焓的计算
第一节 燃气的热值
一、燃烧的条件
燃烧：燃气中的可燃成分在一定条件下与氧发生 激烈的氧化反应，并产生大量的热和光的 物理化学过程。
燃烧必须具 2、进行反应所需的能量 备的条件 3、具有完成反应所需的时间
O2
燃气完全燃烧时，存在
N2 100 RO2 O2
第五节
例题
已知炼焦煤气的容积成分如下：H256%，CO6%， CH422%，C2H62%，CO23%，N210%，O21%。 煤气的含湿量dg=0.0125kg/Nm3干燃气，空气的含湿量 da=0.01kg/Nm3干空气，煤气与空气的温度tg=ta=20℃。 试求：（一）高热值及低热值 （二）燃烧所需的理论空气量 （三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时)
１、理论烟气量
( Vf0 H l )
H l 12600kJ / Nm 3的燃气， H Vf0 0.173 l 1.0 1000
炼焦煤气， 0.272H l 0 Vf 0.25 1000
烷烃类燃气， Vf0 0.239 Hl a 1000
式中：天然气，a 2；石油伴生气，a 2.2；液化石油气，a 4.5。
0 3 3 VN 0 . 79 V 0 . 01 N 3 . 15 N m / N m 干燃气 0 2 2

0 0 3 3 Vf0 VRO 2 VH V 4 . 62 N m / N m 干燃气 N2 2O
Vf0
0.272 H l 0.25 4.6 Nm 3 / Nm 3干燃气 1000
所需的干空气量。 单位：Nm3干空气/Nm3干燃气
1、理论公式 V0的计算：求出每Nm3干燃气完全燃烧所需要的氧气量， 进而可求出对应的干空气量。
V0 1 1 n 3 1 [ H 2 ( m )Cm H n H 2S CO O 2 ] 21 2 4 2 2
2、近似公式
燃气的热值越高，所需的理论空气量越大。
单组分燃气的低位热值计算方法
几种常见气体在298.15K时的焓，查《纯物质热化学数据手册》
（二）燃烧所需的理论空气量
1 n [0.5H 2 0.5CO (m )Cm H n 1.5H 2S O 2 ] 21 3 4 3 3.86 Nm 干空气 / Nm 干燃气 0.26 15990 V0 H l 0.25 0.26 0.25 3.9 Nm 3干空气 / Nm 3干燃气 1000 1000 V0
b)实际烟气量(α=1.2)
VRO 2 0.01(CO 2 CO mCm H n H 2S) 0.35 Nm 3 / Nm 3干燃气
n VH 2 O 0.01[H 2 H 2S Cm H n 120(d g V0d a )] 1.13 Nm 3 / Nm 3干燃气 2
第四讲
燃气的燃烧计算
李萍 2013年5月
绪论
燃气：各种气体燃料的总称
按 制 备 方 法 分 类 天然气：纯天然气、石油伴生气 液化石油气 人造燃气 煤制气：炼焦煤气、水煤气等
油制气：热裂解～、催化裂解～
按组分分类
可燃气体：CmHn、H2、CO、H2S
不可燃气体：N2、CO2、O2、H2O（g）
• 燃气热值的确定
1、燃气和氧气按一定比例呈分子状态混合
二、燃烧反应化学计量式
CH4+2O2=CO2+2H2O+ΔH

表示物质量之间的关系。 由于各种气体的摩尔体积近似相等，故也可表示气体 容积之间的关系。 ΔH称为反应焓、燃烧焓或燃气热值，可由燃烧试验确 定或者由反应前后物系的焓差确定。

各种燃气的化学反应计量式：
高热值Hh：1Nm3或1kmol燃气完全燃烧后被冷却至 原始温度且水蒸气以凝结水状态排出时所
放出的热量。
所以
单位：kJ/Nm3或kJ/kmol
低热值Hl：～，水蒸气以蒸汽状态排出。 高热值Hh －低热值Hl ＝水蒸气的汽化潜热r
r=1959kJ/Nm3 水蒸气v=22.4Nm3/kmol 水蒸气M=18.0154kg/kmol ∴ r=2352kJ/kg
方法一：用某一组分所占燃气的容积百分比表示。
∑riw =1
方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。
含湿量dg单位：kg/Nm3干燃气
第二节 燃烧所需的空气量
一、空气的组成 干空气的容积成分：O221%、N279％
N 2 79 3.76 O 2 21
二、理论空气需要量
理论空气需要量V0：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧
VH 2O n 0.01[H 2 H 2S C m H n 1.243(d g V0 d a )] 2
VN2 0.79V0 0.01N 2
VO2 0.21( 1)V0

Vf VRO2 VH 2O VN 2 VO2
三、烟气量计算的近似公式
V0 H l
当燃气的Hl<10500kJ/Nm3时，
0.209 V0 Hl 1000
当人造燃气的Hl>10500kJ/Nm3时，
0.26 V0 化石油气）采用
0.268 V0 Hl 1000
三、实际空气需要量
实际空气需要量V>理论空气需要量V0 过剩空气系数：
V V0
工业设备中，＝1.05～1.20 ；民用燃具中＝1.3～1.8。
在保证完全燃烧的情况下，使 →1.0。
第三节 完全燃烧产物的计算
一、烟气量
烟气: 燃气燃烧后的产物。 烟气量：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧后产生
的烟气量。
单位：Nm3/ Nm3干燃气
RO2(包括CO2、SO2)、N2、H2O RO2 、N2、H2O、O2
（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时) a)理论烟气量(=1)
VRO 2 0.01(CO 2 CO m Cm H n H 2S) 0.35 Nm 3 / Nm 3干燃气 n 0 3 3 VH 0 . 01 [ H H S C H 120 ( d V d ) ] 1 . 12 N m / N m 干燃气 O 2 2 m n g 0 a 2 2
n n Cm H n (m )O 2 mCO 2 H 2O ΔH 4 2 1 CO O 2 CO 2 ΔH 2 1 H 2 O 2 H 2O ΔH 2 3 H 2S O 2 SO 2 H 2O ΔH 2
三、燃气热值的确定
1、高热值、低热值
0 VN 0.79V0 0.01N 2 2

式中
0 0 Vf0 VRO 2 VH V N2 2O
dg，燃气含湿量，kg/Nm3干燃气
da，空气含湿量，kg/Nm3干空气
2、 α>1时的实际烟气量
VRO 2 VCO 2 VSO 2 0.01(CO 2 CO m Cm H n H 2S )
解:
(一)高热值及低热值
H h H h1 r1 H h2 r2 H h3 r3 H h4 r4 12753 0.56 12644 0.06 39842 0.22 70351 0.02 18073kJ / Nm 3干燃气
H l H l i ri 15990 kJ / Nm 3干燃气
=1 >1
理论烟气量 实际烟气量
思考：完全燃烧时，烟气中的RO2 的体积与供给的
空气量有关吗？
二、烟气量计算的理论公式
1、 =1 时的理论烟气量
VRO 2 VCO 2 VSO 2 0.01(CO 2 CO m Cm H n H 2S )
V
0 H 2O
n 0.01[H 2 H 2S C m H n ] 1.243(d g V0 d a ) 2
VN 2 0.79V0 0.01N 2 3.76 Nm 3 / Nm 3干燃气
VO 2 0.21( 1)V0 0.16 Nm 3 / Nm 3干燃气

Vf VRO 2 VH 2 O VN 2 VO 2 5.4 Nm 3 / Nm 3干燃气
Vf Vf0 ( 1)V0 5.39 Nm3 / Nm3干燃气
2、实际烟气量（ >1 ）
Vf Vf0 ( 1)V0
四、烟气的密度
标准状态下的烟气密度：
dr g 1.293V0 d g V0 d a
f0
Vf
第四节
完全燃烧时 的确定
燃气中干燃气的容积成分：
H2+CO+ΣCmHn+H2S+O2+CO2+N2=100
完全燃烧后得到的干烟气的容积成
CO2 SO2 N2 O2 100
烟气中的 RO2 和 O2 可以通过烟气分析仪测得。
α的确定

O2 21 79 N 2 RO2 N2 CO 2 CO m Cm H n H 2S 21
21 79
21
N 2 RO2 100 RO2 O2 CO 2 CO m Cm H n H 2S