燃料燃烧及热平衡计算参考
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
工业锅炉3章热平衡计算资料
与负荷成反比
工质吸收的热量＝
工质吸收的热量
烟气放气量 工质吸收的热量＋烟道的散热量
10
5.灰渣物理热损失Q6
（1）原因：灰渣温度高于环境温度
（2）影响因素
灰分
4190 Aar Qar，net
Aar , zs
10
排渣方式
（3）计算：固态排渣煤粉炉thz=600℃ 液态排渣thz=t3+100℃ 流化床thz=800 ℃
燃料的物理显热； 外来热源加热空气时带入的热量；
雾化燃油所用蒸汽带入的热量 燃料和空气没有利用外界热量
燃煤水分满足
4190 M ar Qar .net
M ar,zs
6.65
Qr
为什么空气预热器所带入的热量不计入输入热量？
5
三、各项热损失
1.机械未完全燃烧热损失Q4
飞灰Qfh4 （1）原因：固体颗粒未燃尽
灰渣Qlz4
（2）选择
飞灰量？
固态排渣煤粉炉0.5～5.0％ 设计：选取
燃油和燃气炉0.0%
运行：热平衡试验测定
飞灰系数0.9～0.95
（3）灰平衡：进入炉内的总灰量＝灰渣中灰量＋飞灰中灰量
排渣率
6
（4）影响因素
燃料种类，燃烧方式 炉膛型式与结构 燃烧器设计与布置 锅炉运行工况
2.化学未完全燃烧热损失Q3
1.目的
确定锅炉效率 确定锅炉各项损失 确定锅炉各项工作指标
正平衡
2.方法
反平衡
Q1和燃料消耗量B→ηb
小型锅炉
各项损失Σqi→ηb
大型锅炉
14
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
专题16 热平衡方程
专题16 热平衡方程一、热平衡方程1.对于一个与外界没有热交换的系统，一个物体放热，另一个物体吸热，且Q吸= Q放当物体温度相同时，热交换停止。
据此我们可以列出热平衡方程。
（1）高温物体放热公式：Q放=c1m1(t01-t)（2）低温物体吸热公式：Q吸=c2m2(t-t02)2.热平衡方程思想拓展高温物体和低温物体混合达到热平衡时，高温物体温度降低放出的热量等于低温物体温度升高吸收的热量。
这时Q放=c1m1(t01-t)，Q吸=c2m2(t-t02)。
燃料完全燃烧放出的热量等于另外物体吸收的热量。
这时Q放=qm1，或者Q放=qV，Q吸=cm2(t-t0)。
电热器通电流放出的热量等于另外物体吸收的热量，这时Q放=I2Rt（焦耳定律公式），Q吸=cm(t-t0)。
利用热平衡方程可以求解很多问题，有时结合比例式，解题更简单。
3.比热容（1）定义：我们把单位质量的某种物质温度升高（或者降低）1℃所吸收（或者放出）的热量叫做这种物质的比热容，简称比热。
符号：c。
（2）公式：Q cm t =⋅∆（3）常用单位：焦耳/(千克·℃)（4）符号：J/(kg ·℃)（5）读作焦耳每千克摄氏度（6）同种物质来讲,比热容是一个确定的数值（相等的）,跟物体质量的大小,温度改变的多少，物体的形状、体积、位置等无关，它仅与物质的种类和状态有关。
对不同物质来讲，比热容一般是不相同的。
（7）记住水的比热容：c水＝4．2×103J/(kg·℃)，物理意义为：1kg的水温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量为4．2×103J。
因为水的比热容较大，所以水常用来调节气温、取暖、作冷却剂、散热等。
4.燃料完全燃烧放出热量（1）燃料完全燃烧释放出的热量公式为：Q放=mq。
（2）气体燃料完全燃烧释放出的热量公式也可为：Q放=qV。
推导过程如下：说明：①中的公式对固体、液体、气体、均适用。
第四章 燃烧反应计算
实际燃烧时，由于n 1 ，因此就多了一 部分的空气未参与燃烧反应，这样就在燃烧产 物中增加了氧成分（O2’即VO2），且使得N2’ 含量增加，这时的实际燃烧产物生成量可以写 成：
Vn= Vco2+Vh2o+ VSO2+VN2+VO2
值得注意的是，这里的VN2与Vo中的VN2是不相等 的，要多（Ln-Lo）79% ！
燃料与燃烧学
燃烧反应计算
概述
燃烧反应的静力学计算，不涉及速度即动 力学 按燃烧反应式进行物质平衡及热平衡计算
目的
合理利用燃料 选择合理的风机 组织合理的燃烧 为炉子设计和管理提供必要的原始数据
假设条件
反应速度无限快，充分混合、接触，氧化剂允许过 剩，燃烧产物包括反应完成后生产物、剩余物 气体体积均为标准状态下体积（0℃，1kmol： 22.4m3） 空气成分：干成分 O2、N2，其中体积比例为：O2： 21%、N2：79%，重量：O2：23.2%、N2：76.8% 水蒸汽按饱和水蒸气计算 燃烧反应计算知道燃料成分，固、液体燃料为应用 成分，气体燃料为湿成分
79 N 2 LnX 100 + 100
因此
Vn=(CO+H2+ (n
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
+
+(n -0.21)L0+
当n = 1时
0.00124gLn
Vo=(CO+H2+ (n +0.79L0
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
热平衡计算附表
热平衡计算附表(总5页)本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March附表：热平衡计算（1#窑）计算基准：基准温度 0℃基准质量 1小时进入系统的物料进窑到出窑时间为18h热平衡示意图如下：热平衡框图热收入：热支出：制品带入显热：Q1 产品带出显热：Q3棚板、立柱带入显热：Q2 棚板、立柱带出显热：Q4燃料带入的化学显热：Qf 窑顶、窑墙散热：Q5助燃空气带入显热：Qa 窑车积蓄和散失之热：Q6从预热带不严密处漏入空气带入显热：Qb 物化反应耗热：Q7气幕带入显热：Qo /其他热损失：Q8Q a +Qb=Qo1. 热收入项目1.1 制品带入显热Q1每小时入窑湿制品质量G0=28.3 Kg/件×12.77件/车×4.2车/时8.4100100/(1-0.01) =1611㎏/h（1%体进窑水分）入窑制品温度t1=40℃，此时制品的比热C1=0.92 kJ/（㎏•℃）则：Q1= G×C1×t1=1611㎏/h×0.92 kJ/（㎏•℃）×40℃=59284.8（kJ/h）1.2 棚板、立柱带入显热Q2每小时入窑棚板、立柱质量Gb=300×4.2=1260 kg/h（每辆窑车的火道支柱，横梁，支柱，硅板以及棚板共重约300 kg）入窑棚板、立柱温度t1=40℃，则此时棚板、立柱的比热C1=0.851 kJ/（kg•℃）则：Q 2=Gb×C2×t2=1260 kg/h×0.851 kJ/（kg•℃）×40℃= 42890.4（kJ/h）1.3 燃料带入的化学显热QfQd=36000 kJ/ Nm3（天然气热值）入窑天然气温度：tf =20℃,此时天然气平均比热cf=1.56 kJ/(Nm3·℃)设每小时消耗的燃料量为Xm3/h则：Qf =x(Qd+cf×tf)=x(36000+1.56×20)=36031.2 x （kJ/h）1.4 助燃空气带入显热Qa全部助燃空气作为一次空气与燃气配比，燃料燃烧所需实际空气量求得：Va=8.568x Nm3/ Nm3助燃空气温度 ta =20℃,此时空气平均比热ca=1.30 kJ/(Nm3·℃)则：Q a = Va×ca×ta=8.568x×1.30×20=222.768x （kJ/h）1.5 从预热带不严密处漏入空气带入显热Qb取预热带烟气中的空气过剩系数ag=2.5，已求单位体积理论空气量Va0=8.16 Nm3/ Nm3烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.05。
燃料燃烧计算
第三章 燃料及燃烧过程3-2 燃料燃烧计算一、燃料燃烧计算的内容及目的（一）计算内容：①空气需要量 ②烟气生成量 ③烟气成分 ④燃烧温度 （二）目的：通过对以上内容的计算，以便正确地进行窑炉的设计和对运行中的窑炉进行正确的调节。
二、燃烧计算的基本概念 （一）完全燃烧与不完全燃烧。
1、完全燃烧：燃料中可燃成分与完全化合，生成不可再燃烧的产物。
2、不完全燃烧：化学不完全燃烧：产物存在气态可燃物。
物理不完全燃烧：产物中存在固态可燃物。
（二）过剩空气系数 1、过剩空气系数的概念а=V a /V 0a2、影响过剩空气系数的因素：1）燃料种类：气、液、固体燃料，а值不同； 2）燃料加工状态：煤的细度、燃油的雾化粘度。
3）燃烧设备的构造及操作方法。
3、火焰的气氛：①氧化焰：а>1，燃烧产物中有过剩氧气。
②中性焰：а=1③还原焰：а<1，燃烧产物中含还原性气体（CO 、H 2）三、空气需要量、烟气生成量及烟气成分、密度的计算（一）固体、液体燃料：基准：计算时，一般以1kg 或100kg 燃料为基准，求其燃烧时空气需要量、烟气生成量。
方法：按燃烧反映方程式，算得氧气需要量及燃烧产量，然后相加，即可得空气需要量与烟气生成量。
1、理论空气量计算： 1）理论需氧量： V 0O2=12ar C +4ar H +32ar S －32ar O(Nm 3/kgr)2）理论空气量：V 0a =1004.22（12ar C +4ar H +32ar S －32ar O ）21100=0.089C ar +0.267H ar +0.033(S ar -O ar ) (Nm 3/kgr)2、实际空气量计算： V a =а×V o a3、理论烟气生成量的计算：V 0L =V CO2+V H2O +V SO2+V N2=1004.22 (12ar C +2ar H +18ar M +32ar S +28arN )×V o a +0.79V o a =0.01865C ar +0.112H ar +0.01243M ar +0.0068S ar +0.008N ar +0.79V o a4、实际烟气生成量的计算： 1）а>1时，V L = V 0L +(а-1)×V o a2）а<1时，在工程上进上近似认为其燃烧产物中只含有CO 一种可燃气体。
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（%）。
燃料燃烧计算例题
计算：一、已知某烟煤的应用基成分为（%）：C y —74.31,H y —4.47, O y —4.36, N y —1.78, S y —2.75, A y —8.33, W y —4.0,煤的低位热值为：29.53（MJ/kg ） 试求：1、理论空气需要量L 0（Nm3/kg ）和理论烟气量V 0（Nm3/kg ）;2、如某加热炉用该煤加热，热负荷为17×103kW ，过剩空气系数n=1.35，求该加热炉每小时的供风量，每小时的烟气生成量以及烟气的成分比例。
解：（1） 计算理论空气需要量L 0和理论烟气量V 0：()kgNm O S H C L /74.701.036.475.247.4831.743821.0429.11100183821.0429.1130=⨯⎪⎭⎫⎝⎛-+⨯+⨯⨯⨯=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯+⨯⨯=()kgNm L N W H S C V /08.874.779.0224.02878.1184247.43275.210031.74100791004.22281823212300=⨯+⨯⎪⎭⎫⎝⎛++++=+⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=（2）加热炉每小时所需煤量为：h kg Q m /10073.2295303600101736001017333⨯=⨯⨯=⨯⨯=低每小时的烟气生成总量：())/(10237.274.7)135.1(08.82073])1[3400h Nm L n V m V m V n tol ⨯=⨯-+⨯=-+⨯=⨯=（每小时需要的供风量：h Nm mnL L tol /10166.274.735.12073340⨯=⨯⨯==（可以据此选择鼓风机） 计算各烟气组分的小时体积量： )/(5.287520731004.221231.741004.221232h Nm m C V co =⨯⨯=⨯⨯= )/(9.3920731004.223275.21004.223232h Nm m S V so =⨯⨯=⨯⨯=)/(114120731004.22)184247.4(1004.22)182(32h Nm m W H V o H =⨯⨯+=⨯⨯+= )/(5.171412073)74.735.179.01004.222878.1()79.01004.2228(302h Nm m nL N V N =⨯⨯⨯+⨯=⨯+⨯=)/(3.1179207474.7)135.1(10021)1(10021302h Nm m L n V o =⨯⨯-⨯=⨯-⨯=计算烟气百分比组成为：CO 2＇=12.85% SO 2＇=0.18% H 2O ＇=5.1% N 2＇=76.63% O 2＇=5.27%二、若以过剩空气系数n=1.05的富氧(2O = 28 % )空气燃烧0 ℃的天然气[CH 4=90%、C 2H 6=4%、C 3H 8=3%和C 4H 10=3%]，为使燃气的理论燃烧温度th t 能够达到2400℃以上，求该富氧空气的温度至少应该预热到多少度？已知该天然气低热值H l =36000 kJ/Nm 3,富氧空气的平均比热C a =1.35 kJ/Nm 3.℃，烟气的平均比热C f =1.68 kJ/Nm 3.℃；忽略燃气的不完全燃烧热损失和燃烧产物的分解吸热，并假定空气与燃气均不含水分。
4章 炉子热平衡和燃料消耗量的计算(44-50)
φ —炉门的遮蔽系数，一般取φ =0.5～0.8。
(b) 经开启炉门的溢出炉气热损失
Q溢 = V0ϕ (t气C气′′ − C气′ t环 ) kJ/h
（4-18）
式中：V0—单位时间内的炉气溢出量，标 m3/h；
t 气—溢出的炉气温度，℃；
C气′′ 、C气′ —分别为炉气在 0～t 气℃和 0～t 环℃的平均比热，kJ/(标 m3·℃)，见表 1-5。
第四章 炉子热平衡和燃料消耗量的计算
炉子热平衡是分析和评价炉子的热工作和炉子设计时的热工指标先进与否的重要依据 之一。另外，通过炉子热平衡可以算出炉子燃料消耗量（炉子设计生产率时），燃料有效利 用率以及热量消耗的分配情况。在已知 Ln 和 Vn 情况下，可以算出助燃空气消耗量，废气总 生成量，可以依据此数据设计计算供风系统和排烟系统。
C燃′′ 、C燃′ —分别为燃料在 0～t 燃℃和 0～t 环℃的平均比热，kJ/(kg·℃)或 kJ/(标 m3·℃)，
见表 1-6。
④ 铁氧化放热
Q 放=5588P·a kJ/h 式中：5588—1 千克铁氧化时的放热量，kJ/kg；
P—炉子的生产率，kg/h； a—铁在炉中的氧化烧损率，kg/kg，一般取 a=0.01～0.02。 所以：Q 入= Q 烧+Q 空+Q 燃+Q 放 （2）热支出项 ① 产品带出的物理热（有效热）
② 单位热耗：
标 m3（kg）/t
（4-24）
47
b′′ = 1000BQ低 kJ/t P
③ 单位标准热耗：
b′′ = b′ = 1000B Q低 29308 29308P
（3）炉子热效率：
kgce/t
η1
=
Q产 BQ低
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
新03 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡 蓝白
" l
g r
" g r " l
s m " ' k y k y k y p y
" s m " g r
' k y
解释以上各式的意义
g r
' k y " k y
l z f
B 与 Bj
燃烧消耗量(kg/s) B
计算燃料消耗量Bj
q4 Bj B(1 ) 100
真正在炉内燃烧掉的
热损失计算方法
不同的热损失界定方法 1973年前苏联1973年锅炉热力计算标准 方法 CE采用的美国机械工程师学会动力试验 规程 日本三菱公司
第九节
锅炉机组热平衡试验
─正平衡法
( 1 0 0 C ) G ( 1 0 0 C ) G f h f h l z l z 1 B A B A a r a r
定义
1 a a l z f h %
G (100 Clz ) alz lz BA ar
afh Gfh (100Cfh ) BA ar
C C f h l z Q 7 8 . 3 Aa (l a ) 4 a r z f h 1 0 0 C 1 0 0 C l z f h
1kg燃料完全燃烧所需氧量：
C H S O 3 ar ar ar ar 1 . 866 5 . 55 0 . 7 0 . 7 , Nm 100 100 100 100 1kg燃料完全燃烧所需理论空气量V0：
0
C H S O 1 ar ar ar ar 3 V ( 1 . 866 5 . 55 0 . 7 0 . 7 ), Nm 0 . 21 100 100 100 100
燃烧热计算公式
燃烧热计算公式燃烧热是指物质在燃烧过程中释放的能量。
它是热化学性质的一个重要指标，对于了解物质的燃烧特性和应用具有重要意义。
燃烧热的计算公式可以根据不同的燃烧反应类型和反应条件有所不同。
下面介绍几种常见的燃烧热计算公式。
1. 单质燃烧反应的燃烧热计算公式对于单质燃烧反应，燃烧热的计算公式可以根据反应类型和反应条件来确定。
例如，对于氢气燃烧反应：2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) ΔH = -483.6 kJ/mol上述反应中，氢气和氧气反应生成水，释放的热量为483.6 kJ/mol。
这个值可以通过实验测定得到。
2. 化合物的燃烧热计算公式对于化合物的燃烧热计算，需要了解化合物的燃烧反应式以及燃烧反应的燃烧热值。
例如，对于乙醇的燃烧反应：C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔH = -1367 kJ/mol上述反应中，乙醇和氧气反应生成二氧化碳和水，释放的热量为1367kJ/mol。
这个值可以通过实验测定得到。
3. 燃烧热的计算公式应用燃烧热的计算公式可以用于预测燃烧过程中的能量变化，也可以用于了解不同物质的燃烧特性。
例如，可以通过计算燃烧热来确定某种燃料的热值，从而评估其作为燃料的适用性。
同时，燃烧热的计算公式也可以用于燃烧反应的热平衡计算，从而确定反应的热效应。
总结起来，燃烧热的计算公式可以根据不同的燃烧反应类型和反应条件有所不同。
通过实验测定或计算，可以确定燃烧反应的燃烧热值，从而了解反应的能量变化和燃烧特性。
燃烧热的计算公式在热化学研究和工业应用中具有重要的意义。
锅炉原理第三章热平衡
● 四部分组成：
燃料中的水汽化生成的水蒸气体积： 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：
1）燃料中的氢完全燃烧产生的水蒸汽
11.1 H ar 100
2）燃料中的水分蒸发形成的水蒸汽
22.4Mar 1.24Mar
18 100
100
3）随同理论空气量V 0带入的水蒸气，其体积为
锅炉原理第三章热平 衡
●概念
燃料的燃烧是指燃料中的可燃元素与氧 气在高温条件下进行的强烈化学反应过程。ห้องสมุดไป่ตู้当烟气中不含可燃物质时称为完全燃烧，否 则称为不完全燃烧。
● 目的
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22.41m3；
N2
体积，m3／kg；
V0 H2O
—标准状态下理论水蒸气体积，m3／kg。
2．理论烟气量的计算
理论烟气量： V y 0= V C O 2+ V S O 2+ V N 0 2+ V H 0 2 O ,m 3/k g
VRO2 VCO2VSO2
V y 0V R O 2V N 0 2V H 0 2O,m 3/kg
2）所有空气和其它气体容积的计算单位都 是m3，即以0℃一标准大气压（0.1013MPa）状 态下的立方米为单位。
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 12.1kgC+22.41m3O2→22.41m3CO2 1kgC+1.866m3O2→1.866m3CO2
第三章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡
总和
B Aar 100
Glz
100 Clz 100
G
fh
100 C 100
fh
定义
1 Glz (100 Clz ) G fh (100 C fh )
BAar
BAar
1 alz a fh %
alz
Glz (100 Clz ) BAar
a fh
G fh (100 C fh ) BAar
方法：通过锅炉机组的热平衡试验。 现代电站锅炉的效率为90%左右，容量越大、效率越高。
动力工程系
华北电力大学
二、热平衡方程式
NCEPU
相应于每公斤固体及液体燃料：kJ/k Q6
Qr —送入锅炉的热量； Q1 —有效利用热； Q2 —排烟热损失； Q3 —化学不完全燃烧损失； Q4 —机械不完全燃烧损失； Q5 —散热损失； Q6 —其它热损失。
NCEPU
动力工程系
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2、理论氮气量
VN02
22.4 Nar 28 100
0.79V 0
VN02
0.8 Nar 100
0.79V 0
NCEPU
动力工程系
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3、理论水蒸汽量
NCEPU
（1）由煤中的水分
22.4 M ar 18 100
0.0124M ar
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NCEPU
二、理论空气量
1kg(或1m3)燃料完全燃烧时所需的最低限度的空 气量（空气重的氧无剩余）成为理论空气量。
组成
碳燃烧消耗的氧气量
1.866 Car Nm3 100
炉膛热平衡与燃料消耗量计算
炉膛热平衡与燃料消耗量计算基准温度为车间内环境平均温度，设t 环 = 10℃。
1） 炉膛热收入 Q 入 ① 炉料燃烧化学热 Q 烧设炉膛燃料消耗量为B （Nm 3/h ），则 Q 烧 = BQ 低=7925B kJ/h ②预热空气进入炉膛物理热 Q 空查表，t 空 = 550℃时，c 空 = 1.352kJ/(Nm 3℃) t 环 = 10℃时，c 环 = 1.296kJ/(Nm 3℃)Q 空 = BL n (c 空t 空 – c 环t 环) = 1.8×（1.352×550－1.296×10）B = 1315B kJ/h ③金属氧化放热 Q 放Q 放 = 5588×P ×a = 5588×240000×0.015 = 2.01×107 kJ/h a －铁在炉中的氧化烧损率，kg/kg ，取0.015； 5588－1千克铁氧化放热量，kJ/kg ； P －生产率，kg/h 。
所以，Q 入 = Q 烧 + Q 空 + Q 放 = 7925B + 1292B + 2.01×107 = 9217B +2.01×107 kJ/h 2） 炉膛热支出 Q 出 ① 产品带出的物理热 Q 产查表，t 产 = 1165℃时，c 产 = 0.6866kJ/(kg ℃)； t 料 =20℃，c 料= 0.4857J/（kg ℃)所以， Q 产=P （C 产T 产-C 料T 料）=240000×（0.6866×1165-0.4857×20）=1.8964×108kJ/h②烟气带出的物理热 Q 烟所以，）（环烟烟烟烟t c t c V B Q n '-''⋅= = B ×2.98×（1.630×1050－1.421×10） = 5058B kJ/h④ 炉壁导热损失均热段炉壁内表面平均温度 t 壁表 的计算 已知：T g 均 = 1250+273 = 1523K ； T 表均 = （1200+1150）/2 +273=1448K ；φKM 均 = 0.56；εg 均 = 0.28；εM 均 = 0.8所以，273)14481523()]8.01)(28.01(56.01[28.028.018.056.01114484444----⨯+⨯-⨯⨯++=）（壁表均t = 1489－273 = 1216 ℃ 环境平均温度：t 环均 = 10 ℃ 炉壁导热损失计算 均热段炉顶已知：t 壁表均 = 1216℃；t 环均 = 10℃； F 壁均表=B ×L=12.8×6.3=80.64㎡ s 可塑料 = 0.23m ；s 轻浇 = 0.05m ； λ可塑料= 0.95W/mK ；λ轻浇= 0.25W/mK所以， Q 均表=(1216-10)/(0.23/0.95×3.6+0.05/0.25×3.6+0.014) ×80.64 =710870 kJ/h同理计算其他部位炉壁导热损失表5炉壁导热损失⑤ 经炉门的散热损失 Q 门 Q 门 = Q 辐 + Q 溢A ）经炉门的辐射热损失 Q 辐ϕφ⋅⋅⋅⋅=F T Q g4)100(43.20辐 kJ/ha) 经出料炉门的辐射热损失 Q 辐出料 均热段炉气温度 T g 均 = 1250+273 =1523K 炉门开启面积 F = 12.8×0.7 = 8.96 m 2取单位时间开启时间 ϕ = 1；遮蔽系数 φ = 0.6，则Q 辐出料=20.43×（1523/100）4×8.96×1×0.6=5909179 kJ/h b) 经进料炉门的辐射热损失 Q 辐进料Q辐进料=20.43×（（1050+273）/100）4×8.96×1×0.8=4486480kJ/h 所以，Q辐= Q辐出料+ Q辐进料= 5909179+ 4486480=10395659kJ/h B) 经炉门的溢气损失Q溢忽略不计，可认为是烟气带走热量的一部分。
第3章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡_锅炉燃烧技术
Δ α 各受热面处烟气侧漏
风系数，查表确定；△V为烟道
漏风量 为炉膛出口处过剩空气系
数，表征炉内燃烧状况的重要
物理量，在推荐值范围内选取
过剩空气系数β与漏风系数△α
ky ky ky
zf ky
Qr
四、锅炉输出热量
1、排烟热损失 2、气体不完全燃烧热损失 3、固体不完全燃烧热损失
4、散热损失
5、灰渣物理热损失 6、有效利用热
1、排烟热损失 Q2 定义
烟气排入大气所造成的热损失
计算
1、排烟热损失 Q2 影响排烟热损失的主要因素
Q2 f py , 燃性, l '', , 受热面无损程度
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2-9； 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
0 0 I y、I k 、I fh
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
效率越高Βιβλιοθήκη 热 平 衡 范 围二、锅炉热平衡方程式
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
qi = Qi / Qr ×100
式中
Qr
输入热量
Q1 有效利用热 Q2 排烟热损失 Q3 气体不完全燃烧热损失 Q4 固体不完全燃烧热损失 Q5 散热损失 Q6 灰渣物理热损失
三、锅炉输入热量 Qr
Qr ir Qwr Qzq , kJ/kg
气烧窑石灰生产燃料及热耗衡算
2 6 2 2 6 2
5648kg/h×100.09÷56.08+6683.3kg/h×0.1549=11115.73kg/h 原料石灰石 CaCO3 含量：7%，H2O 含量按照 1%计算，则原料石灰石含水 分： 11115.73kg/h÷0.97×0.01=114.6kg/h T=180℃,此温度下水比热为 668kcal/kg。
电脑显示助燃风流量是 5300Nm3/h，则冷却风流量是 6683Nm3/h.
3 3 3 3 3
3
3.3 排放石灰热量（即窑底出灰热损，仅考虑主要成分 CaO，杂质忽略不计） CaO 比热：0.21 kcal/kg·℃，温度 T=100℃。 则单位小时 CaO 热损为：
6683.3kg/h×0.21 kcal/kg·℃×（100-0）℃=0.14×10 kcal/h
6 3
联系人：杨勇 联系电话：15147426563 内蒙宜化生产部 二○一二年十二月二十日
6
3
气体成分的差距主要有炉压控制和净化方式不同，不同程度上引进了 空气和氮气。但是在理论上尾气成分不同但是碳元素的总量是平衡的。可 以计算实际情况下吨电石产电石尾气量： 394.5×（84.5+0.3+3.5）÷（65.27+3.06+4.2）=480.3Nm 则每小时流量电石尾气流量=160.4 ÷24×480.3Nm =3210Nm 。 电石净化尾气实测值和理论计算相差 3.8%， 说明电石净化尾气流量实 测值 3086Nm /h 基本可信，可以作为下一步计算的依据。 2.3 电气尾气热值计算： 计算公式：Q＝3012x＋2573y＋8562z 3 3 式中:Q 1m 电石炉尾气热值。 单位：kcal/Nm x 电石炉尾气中 CO 含量。 y 电石炉尾气中 H2 含量。 z 电石炉尾气中 CH4 含量。 则净化气热值 Q＝3012×0.6527＋2573×0.0491＋8562×0.0306＝ 3 2354.3kcal/Nm 注：所有热量计算均以 0℃时为基准态。 2.4 石灰石及石灰分析数据
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燃料燃烧及热平衡计算参考3.1 城市煤气的燃料计算3.1.1 燃料成分表2.2 城市煤气成分（%）[2]成分 CO 2 CO CH 4 C 2H 6 H 2 O 2 N 2 合计 含量105225462101003.1.2 城市煤气燃烧的计算 1、助燃空气消耗量[2]（1）理论空气需要量Lo=21O O 0.5H H 3.5C CH 20.5CO 22624-++⨯+ Nm 3/Nm 3 (3.1)(3.1)式中：CO 、CH 4 、 C 2H 6 、 H 2 、 O 2——每100Nm 3湿气体燃料中各成分的体积含量（Nm 3）。
则Lo=212465.055.322255.0-⨯+⨯+⨯+⨯= 4.143 Nm 3/Nm 3（2）实际空气需要量L n =nL 0, Nm 3/Nm 3 (3.2)(1.2)式中：n ——空气消耗系数，气体燃料通常n=1.05 1.1 现在n 取1.05，则L n =1.05×4.143=4.35 Nm 3/Nm 3（3）实际湿空气需要量 L n湿=（1+0.001242H Og 干）L n，Nm 3/Nm 3（3.3） 则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 3 4.4131)(1.050.21V 2O ⨯-⨯==0.046 Nm 3/Nm 301.0)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 n O 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 3 3.1.4 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（%）。
则Q 高=39842×0.22+70351×0.05+12745×0.46+12636×0.05=18777kJ/Nm 3 Q 低=35902×0.22+64397×0.05+10786×0.46+12636×0.05=16710kJ/ Nm 3 3.1.5 天然气理论燃烧温度的计算n 1Q t V C =低理（3.17）式中：t 理——理论燃烧温度（℃）Q 低——低发热量(kcal/ Nm 3)，Q 低=16710kJ/ Nm 3 V n ——燃烧产物生成量（Nm 3/Nm 3）, V n =5.208Nm 3/Nm 3C 1——燃烧产物的平均比热[KJ/(Nm 3 •℃)]。
估计理论燃烧温度在1900℃左右，查表[3]取C 1=1.59 kJl/(Nm 3 •℃则201859.1208.516710t =⨯=理℃3.2 加热阶段的热平衡计算采用热平衡计算法, 热平衡方程式：Q 收1＝Q 支1（3.18）3.2.1 热收入项目天然气燃烧的化学热Q 烧Q 烧=BQ 低(3.19)式中:B 1——熔化室燃料的消耗量(Nm 3/h) [8] 3.2.2 热量支出项目 1、加热工件的有效热量是物料所吸收的热量Q 料，用下式计算【4】 【5】：Q 料=G （t 料-t 初）C 料(3.20)式中:G ——物料的重量（kg/h ）,炉子加热能力为G=15×18×13=3510 kg/h.t 料——被加热物料的出炉温度（℃ ）， 查表得t 料=160℃， t 初——被加热物料的进炉温度（℃ ），为室温，则t 初=20℃ C 料——物料的平均热容量,kJ/(kg •℃) 查表得C 料=0.88 kJ /(kg •℃) 则Q 料=3510×（160-20）×0.88=432432 kJ/40min2、加热辅助工具的有效热Q辅（料筐的吸热）Q辅=G辅×（t辅－t初）(3.21) G——辅助工具的重量（kg/h ），G=200×15=300 0 kgC料——物料的平均热容量,kJ/(kg •℃) 查表得C料=0.88 kJ /(kg •℃)则Q辅=3000×(160-20)×0.448=188160 KJ/40min3、通过炉体的散热损失Q散1（1）炉墙平均面积炉墙面积包括外表面面积和内表面面积。
简化计算可得：F外墙=（7.385+3.544）×5.329×2=116.49 m2F内墙=(6.95+2.964)×4.759×2=94.37 m2F墙均=（F外墙+ F内墙）÷2=（116.49+94.37）÷2=105.43 m2(2)炉底平均面积炉底面积包括外底面面积和内底面面积。
简化计算可得：F底均=(6.95×2.964+7.385×3.544)÷2=23.39 m2(3)炉顶平均面积由于炉子是规则的长方形，故炉底和炉顶近似看做相等的面积，故F顶均=F底均=23.39 m2计算炉墙散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子，本炉子炉墙所用材料及厚度如下选用：外层为不锈钢钢板：s4=6mm，λ4=32.6W/(m•℃)钢板是外壳，厚度较薄，计算炉体散热损失时，最外层温度计算到炉衬材料的最外层，钢板不计算在内。
以下都是这样。
内层也采用不锈钢板：s1=0.8mm，λ1=32.6W/(m•℃)炉衬材料：第二层为硅酸铝耐火纤维，s2=100mm, λ2=0.083W/(m•℃) 第三层硅钙板，s3=75mm, λ3=0.056+0.11×10-3 tW/(m•℃) 炉墙结构如下图：图3.1 时效炉炉墙结构图计算炉墙散热，根据下式：1n 1ni i 1i it t Q s F +=-=λ∑散 (3.22)首先，炉内温度达到250℃才可以满足要求，因为炉膛内壁为不锈钢板，导热极好，可以计算可以忽略。
第二层耐火纤维内侧温度为t 2=250℃。
我们假定界面上的温度及炉壳温度，3t ′=135℃，4t ′=60℃，则耐火纤维的平均温度s2t 均=（250+135）/2=192.5℃,硅钙板的平均温度 s3t 均=（135+60）/2=97.5℃，则2λ=0.083 W /(m•℃)3λ=0.056×0.11×10-3 ×97.5=0.0667 W /(m•℃)当炉壳温度为60℃，室温t a =20℃时，查表得∑α=12.17 W/(m 2•℃) ①求热流②验算交界面上的温度3t 、4t083.01.04.95250t 2223⨯-=-=λs qt =135.06 ℃ ∆=%4.013506.135135t '33'3=-=-t t 〈5%，满足设计要求。
23322a 295.4W/m12.1710.06670.0750.0830.120250α1λs λs t t q =++-=++-=∑③计算炉壳温度t 17.270667.01.04.9506.135t t 33345=⨯-=-==λs qt ℃t 5=27.7℃〈60℃，满足满足炉壳表面平均温度≤60℃的要求。
④计算炉墙散热损失Q 墙散=q •F 墙均=95.4×105.43=10058W=36207 KJ/40min 计算炉底散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子，本炉子炉底和炉顶结构和炉墙类似，它们的热流密度平均综合起来计算。
通过查表得知炉顶炉底的综合传热系数为：=∑顶α13.93 W/(m 2.℃)， =∑底α9.83 W/(m 2.℃）Q 顶底=(∑顶α+∑底α)÷2=11.88 W/(m 2.℃） 则炉底和炉顶的散热量为Q 顶底= q 1×（F 底均+F 顶均)=107.5×（23.29+23.29)=5029 W =12069KJ/40min 通过炉体的散热量为Q 散= Q 顶底+Q 墙散=36207+12069=48276 KJ/40min 4、废烟气带走的热量Q 烟Q 烟=BV n t 烟c 烟(3.23)式中：V n ——实际燃烧产物量（N Nm 3/Nm 3），前面计算得V n =5.208 N Nm 3/Nm 3 t 烟——出炉废烟气温度（℃）， t 烟=160℃c 烟——出炉烟气的平均比热容，查表得c 烟=1.42 kJ/(Nm 3•℃)则Q 烟=B ×5.208×160×1.42=1183B5、炉子的蓄热Q 蓄炉体的蓄热可分为三部分，金属的蓄热Q 金、耐火纤维毡的蓄热Q 耐、和硅钙板、蓄热Q 板。