硅酸盐热工基础---3.2燃烧计算

Nar 28
22.4 100
VO2
0
79 21
SO2量：VSO2
Sar 32
22.4 100
3、烟气组成及密度计算 组成：
CO2
VCO2 Vl
100%,
H
2O
VH 2O Vl
100%
密度：
44CO2 18H 2O 64SO2 28N 2 32O2
22.4 100
或：
(1
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
V0 H 2O
(H2O
H2
H2S
2CH 4
n
1
2 Cm H n ) 100
烟气中SO2含量来源于H 2 S的氧化
V0 SO2
H
2
S
1 100
烟气中来源于燃料中的及空气中的氮
V0 N2
N
2
1 100
Va0
79 100
理论烟气量：
Vl0
[CO
CO2
H2
H 2O
3CH 4
(m
n 2 )Cm H n
3 2
H2S
O2
]
1 100
理论空气量：
Va0
VO2 0
100 21
（2）实际空气量：
Va Va0
2 ．烟气量及烟气组成的计算 （1）理论烟气量
烟气中CO2含量来源于燃料中CO、CH4、CmHn 中碳的燃烧及气体燃料原有的CO2 ：
V0 CO2
CO2
CO CH 4
mCm
H
n
1 100
烟气中H 2O含量来源于燃料中H 2，CH 4，Cm H n，H 2S 中的氢氧化物及燃料中原有的H 2O
C O2 CO2
x1
Car 12
22.4 100
H2
1 2
O2
H 2O
x2
H ar 4
22.4 100
S O2 SO2
x3
Sar 32
22.4 100
共需氧量：
x1
x2
x3
22.4 Car 100 12
H ar 4
Sar 32
需从空气中获得的氧 ：
V0 O2
22.4 Car 100 12
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
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：
＝ 实际空气量 理论空气量
＝
实际空气量
实际空气量－过剩空气量
＝
实际空气中的N 2量
实际空气中的N 2量－过剩空气中N 2量
＝
烟气中的N 2量－燃料中的N 2量
（烟气中的N 2量－燃料中的N 2量）－过剩空气中的N 2量
①固、液燃料：N2↓可忽略
＝
烟气中的N 2量 烟气中的N 2量－过剩空气中的N
(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
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
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
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。
H 2O来源于氢的燃烧和燃料中水分的蒸发
V0 H 2O
Har 2
M ar 18
22.4 100
SO2来源于硫的燃烧 N 2来源于燃料和空气，
V 0 S ar 22.4 SO2 32 100
V0 S O2
Nar 28
22.4 100
VO02
79 21
理论烟气量：
Vl 0 VCO2 0 VH2O 0 VSO2 0 VN2 0
Va
79 100
VO2 1 VO2
B、当 1，实际烟气量
Vl
Vl 0
1 Va0
79 100
烟气中CO量：VCO 21 VO2 0
CO2量：VCO2
Car 12
22.4 100
21 VO2 0
H 2O量：VH 2O
Har 12
M ar 18
.22.4 100
N2量：VN2
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
(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
H ar 4
Sar 32
Oar 32
22.4 100
理论空气量：
Va0
V0 O2
100 22.4
(2)实际空气量： Va Va 0
2．烟气生成量的计算
（1）理论烟气量：
指单位燃料与理论空气进行完全燃烧生成的烟气（Bm3/Kg)。
CO2来源于碳燃烧，即VCO2 0
Car 12
22.4 100
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
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
[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：
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
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源自文库
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
[解] (1)烟气量(Nm3／h) 根据C平衡：煤中C＝烟气中C十灰渣中C 基准：100kg煤。 煤中C量：72kg。 灰渣中C量：
设100kg煤生成干烟气量为xNm3，则：
小时湿烟气生成量
(2)空气量(Nm3／h) 根据N2平衡：空气中N 2+燃料中N 2＝烟气中N2 基准：100kg煤。 煤中N2量：
*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）
【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
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，
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
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
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：