硅酸盐热工基础---3.2燃烧计算

2H 2 S
N2]
1 100
Va0
79 100
（２）实际烟气量：
A、当 1，实际烟气量为
Vl Vl0 1Va0
烟气中VCO2，VH
，V 2O
SO2
与理论烟气量相同
而：VN2
N
0 2
1 100
Va
0
79 100
VO2
1
V0 O2
(
1)Va0
21 100
B、 当 1，烟气按比例燃烧
Vl 1 Vl0
②测定二测点烟气中过剩的O2含量可计算漏风率
Vx
O2 - O2 21- O2
100 (Bm 3 /100Bm 3 烟气 )
式中 O2、O2 — 分别为上、下游的过剩氧量。%
【例】已知某烧煤窑出窑烟气的成分(%)为
CO2
10.8
CO O2 N2
1.0 8.0 80.2
求过剩空气系数。
2
量
＝
N2
N2
-
(O 2
-
1 2
CO)
79 21
完全燃烧： ＝ N2
79 N 2 - 21 O2
②含氮量高的燃料（如发生炉煤气）：
＝
N 2－燃料中N 2 量
N 2－燃料中N 2 量－｛O 2
-[1 2
(CO
H2
)
(m
n 4
)C
m
H
n
]}
79 21
燃料中N2量 — 指燃烧后生成100干烟气的燃料中的含氮量， 可用下式计算：
不完全燃烧 造成燃料损失 的危害 降低燃烧温度、影响炉内气氛、影响产品质量
（2）过剩空气系数
实际空气量Va与理论空气量Va0 的比值：
Va Va 0
或Va
Va 0
影响过剩空气系数 的因素：
①燃料的种类 气体燃料 α＝1.05～1.10
液体燃料 α＝1.08～1.20
固体燃料 煤粉α＝1.1～1.25
Aar ) 100
Va
1.2 9 3
VL
（二）气体燃料 1 ． 理论空气量和实际空气量： （1） 理论空气量
基准：1Bm3燃料 其组成为体积百分比含量，其中可燃成分为 CO、H 2、CH 4、Cm H n、及H 2 S等
理论需氧量：
V0 O2
[0.5CO 0.5H2O 2CH 4
(m
n 4)Cm H n
高
3.2.2空气需要量、烟气生成量及成分 及密度的计算
3.2.2.1分析计算法
分析计算法 据燃料的成分分析进行计算。 (一)固体和液体燃料 1．理论空气和实际空气量的计算 (1)理论空气量： 燃料完全燃烧时所需的最低空气量（Bm3/Kg)。 基准：1Kg收到基燃料，其组成为 ：
Car H ar Oar N ar Sar Aar M ar 100% 可燃成分：Car，H ar，Sar
(Bm 3 /Kg)
液体燃料：Va0
0.203Qnet,ar 1000
2.0
(Bm3 / kg)
Va Va0 (Bm3 / kg)
VL
0.265Qnet,ar 1000
(
1)Va0
(Bm3 / kg)
气体燃料
Qn〈et 12500KJ / Bm3时：
Va0
0.209Qnet,ar 1000
*3.2.2.3操作计算
1．实际烟气量与空气量的计算
已知燃料组成及烟气组成， 利用碳平衡（燃料中C＝烟气中C＋灰渣中C）可计算烟气量； 利用氮平衡（燃料中N2＋空气中N2＝烟气中N2)可计算空气量。
[例题4－5] 某倒焰窑所用煤的收到基组成为：
高温阶段在窑底处测定其干烟气组成为：
灰渣分析：含C17％，灰分83％ 高温阶段小时烧煤量为400kg，计算该阶段每小时烟气生成量(Nm3) 及空气需要量(Nm3)
燃料中N 2 量＝ CO 2
N 2CO2 CO mCmH n
式中 N2、CO2、CO、CmHn — 气体燃料的组成百分含量，%
CO2 — 烟气中二氧化碳的含量，%
3．漏入空气量的计算 ①测得窑炉排烟系统不同点的烟气组成， 可计算两点间的漏入空气量
Q漏＝(2 -1)Va0B （Bm3/h）
燃料中可燃成分与空气中氧起化学反应 生成不再可燃的产物（CO2、H2O、SO2)
不完全燃烧
燃料中可燃成分与空气中氧化合不完全 生成的产物中有可燃成分（CO、H2)
化学不完全燃烧
由于空气不足或燃料与空气 混合不好而造成部分燃料未 参加燃烧反应或燃烧不好
机械不完全燃烧
由于机械设备原因而使燃料 未参加燃烧反应即被排走
设100kg煤需空气量为yNm3，则
根据N2平衡： 从上面看出燃料中N2量与空气中N2量比较，很小，可以忽略，若 忽略煤中N2量，则：
高温保温阶段小时空气需要量为：
2、空气过剩系数的计算 氮平衡法：
烟气中的N2量=实际空气中的N2量+燃料中的N2量 实际空气中的N2量=烟气中的N2量-燃料中的N2量
提高燃烧温度
3.2.1.2基本概念
1．几个假设 （1）气体的体积都用标准状态（0℃、1atm） （2）计算涉及的气体都是理想气体（22.4Bm3/Kmol） （3）计算温度的基准点是0℃ （4）空气看成由氧气和氮气组成 体积比：O2：N2 ＝21：79
2、几个基本概念 （1）完全燃烧与不完全燃烧
完全燃烧
【解】据公式得：
N2
N2
79 21
(O2
1 2
CO)
80.2
-
79
80.2 (8.0
1
1.0)
1.54
21
2
3.2.3燃烧温度的计算
(一)燃烧过程的物料平衡与热平 1、物料平衡
燃料量 空气量 烟气量 灰分量飞灰量 2、热平衡 据能量守恒规律，进入窑炉的热量必等于支出的热量 热平衡方程
Qnet.ar Q f Qa Ql Qc Qm Qs Qas
0.25 (
1)Va0
(Bm3 / kg)
2．估计空气量与烟气量
燃料种类 烟 煤 重 油 发生炉煤气 天然气
V（a0 Bm3/Kg) VL0 (Bm3/Kg)
6～8 1 0～11 1.05～1.4 9～14 6.5～8.5 1 0.5～12 1 .9～2.2 1 0～14.5
0.5
(Bm3 / kg)
Va Va0 (Bm3 / kg)
VL
0.173Qnet,ar 1000
1 (
1)Va0
(Bm3 / kg)
Qnet〉12500KJ / Bm3时：
Va0
0.26Qnet,ar 1000
- 0.25
(Bm3 / kg)
Va Va0 (Bm3 / kg)
VL
0.272Qnet,ar 1000
②计算理论空气量Va0和实际空气量Va ③计算理论烟气量V0和实际烟气量V
3.2.2.2近似计算
1．用经验公式计算
固体燃料：Va0
0.241Q net,ar 1000
0.5
(Bm 3 /Kg)
Va Va0
(Bm 3 /Kg)
VL
0.213Q net,ar 1000
1.65( -1)Vao
[例4—3] 已知煤的收到基组成如下：
设：①燃烧时有机械不完全燃烧现象存在，灰渣中含C量10％； ②要求还原焰烧成，干烟气分析中CO含量为5％。
计算： ①干烟气及湿烟气组成(不考虑空气带入水汽)； ②1 kg煤燃烧所需空气量； ③l kg煤燃烧生成湿烟气量。
[解] 基准：100kg煤。 落入灰渣中C量：
３．密度计算
g
1.293V a
0
Vl
烟气密度也可以按烟气成分计算，与固、液燃料相同。
[例4－2] 已知煤的收到基组成如下： 当a=1.2时，计算1kg煤燃烧所需空气量、烟气量及烟气组成。 [解] 基准：100kg煤，列表计算如下：
1 kg煤燃烧所需理论空气量Va0：
实际空气量Va 理沦烟气量Vo： 实际烟气量V： 或采用下法：
(Car 12
H ar 2
M 18
Sar 32
N ar 28
)
22.4
VO02
79 21
（2）实际烟气量
A、当 1，实际烟气量为：
Vl Vl 0 1Va0
烟气各组成为 : VCO2、VH2O ,VSO2 , 计算方法与理论烟气中的计算相同
氮气和氧气的组成计算如下：
VN2
N ar 28
22.4 100
②燃料燃烧前的加工状态
煤块α＝1.3～1.7
③燃烧设备的构造和操作方法
（3） 火焰的气氛 氧化焰 α＞1，燃烧产物中有过剩空气
中性焰
α＝1，燃烧产物中没有过剩 空气，也没有可燃气体
还原焰
α＜1，燃烧产物中含有 CO、H2、CH4 等可燃气体
CO<2%—弱还原性 CO3-5%—强还原性
从理论上 讲温度最
3.2燃料燃烧计算
3.2.1计算的内容及基本概念 3.2.1.1计算内容
目的：为了设计窑炉的需要；为了操作窑炉的需要。 内容： （1）空气量的计算：鼓风机选型计算的依据 （2）烟气量的计算：排风机选型、烟囱计算的依据 （3）烟气成分的计算：通过空气系数判断燃烧操作情况 （4）燃烧温度的计算：分析影响因素，改进燃烧条件，
至烟气中C量；
设其中xkmol C生产CO，则(3.89-x)kmolC生产CO2 生产烟气的组成(kmol)
总干烟气量： 题中给出干烟气中含CO为5％，即：
[例4－4] 某窑炉用发生炉煤气为燃料，其组成干基为：
湿煤气含水量为4％。当a=1.1时，计算： ①空气量(Nm3／Nm3煤气)； ②烟气量(Nm3／Nm3煤气)， [解] ①换算成湿煤气组成