燃料及燃烧2 燃烧计算及燃烧理论
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CO2量: VCO20=
Car 0 3 12 ×22.4-2（1-α）VO2 （Nm /kg）
79 N ar 0× ×22.4+αVO2 N2量：VN20= 21 28
水蒸气量：VH2O 0=（Har/2 + Mar/18）×22.4 SO2量：VSO2 0=Sar/32×22.4 V=V0-（1-α）VO20×
设1kg煤生成干烟气量为xNm3
（1）烟气量的计算 Car 煤中C： 煤渣中C： 烟气中C：
Aar WC WA
VCO 2 x
12 22.4
洛阳理工学院
材料工程基础
煤中C=烟气中C+灰渣中C
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
Car Aar
WC 12 VCO2 x WA 22.4
材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
固体、液体燃料燃烧时，燃料中含氮量与燃烧空气中氮量比较，很小， 可以忽略
N2 1 79 N 2 O2 CO 2 21
式中：N2、O2、CO—烟气中各组成的百分含量
发生炉煤气等气体燃料，燃烧中含氮量较高，不能忽略，而干烟气中又 含有CO、H2、CmHn及O2时：
N 2 燃料中N 2 量 1 1 ( N 2 燃料中N 2 量) O2 CO H 2 m 2 2 79 n Cm H n 4 21
1Nm3气体燃料完全燃烧所需理论氧气量 ：
mn Cm H n 1.5H 2 S O2 ) /100 4 1Nm3气体燃料完全燃烧所需理论空气量（Nm3/kg燃料） 0 Va0 =VO2 100/21 VO0 (0.5CO 0.5H 2 2CH 4 2
=2.38(CO+H 2 )+9.52CH 4 +4.76(m+n/4)Cm H n +7.14H 2S 4.76 O 2
（Nm3/kg）
79 =V0-（1-α）Va0×79/100 21
（Nm3/kg）
洛阳理工学院
材料工程基础
② 气体燃料
实际烟气量
当＞1时
V = V0 +（ -1）Va0
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
VCO2 ＝ VCO2 0 VH2O = VH2O 0 VSO2 ＝ VSO2 0 VN2=N2 + VO20×79/21 VO2 =（ -1）VO20 当<1时
0 VCO2 CO2= 100% V
……
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
当 ＜1时：空气量（即氧量）供应不足，燃料中将有部分可燃物质不能 完全燃烧。在一般的工程计算中，对于此类的不完全燃烧可近似认为其燃 烧产物中只含有CO一种可燃气体。 导致烟气中CO生成的不足氧量为：（1-α）VO20（Nm3/kg） C+O2 →2CO 烟气中的CO量为：VCO=2（1-α）VO20（Nm3/kg） 烟气中：
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材料工程基础
2. 实际空气量（Va）
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
在实际燃烧设备中，由于燃料和空气的混合往往不够完善， 若只将理论所需要的空气量送入炉内，则不能保证燃料的完
全燃烧。因此为保证炉内燃料的完全燃烧，实际使用空气量
常较理论空气量多。 空气系数 亦即 = Va / Va0 Va = Va0
材料工程基础
2. 实际烟气量及烟气组成
① 固体、液体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
当＞1时，烟气中除含有前已述及的CO2、SO2、H2O、N2外，
还有过剩空气所带入的O2及一部分N2。 V = V0 +（ -1）Va0
VCO2 ＝ VCO2 0= Car/12×22.4 VH2O = VH2O 0 ＝ （Har/2 + Mar/18）×22.4 VSO2 ＝ VSO2 0 =Sar/32×22.4 VN2=Nar/28×22.4 + VO20×79/21 VO2 =（ -1）VO20
教师：罗伟
燃料燃烧所需空气量的计算
1. 理论空气量（Va0）：单位质量（或体积）燃料完全燃烧所 需要的最少空气量。
固体、液体燃料 气体燃料
Nm3/kg 燃料 Nm3空气/Nm3燃料
理论空气量的计算需要根据理论需要的氧气量来进行计算
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
①固体、液体燃料 可燃组成为Car、Har、Sar(质量百分含量） C + O2 → CO2 即 1kmolC需1kmolO2 H2 + 1/2O2 → H2O 即 1kmolH2需1/2kmolO2 S +O2 → SO2 即 1kmolS需1kmolO2
0 百分含量，VO 和 VO0分别为生成RO2和H2O的需氧量（ /m3） 2 2
0 0 (VO2 RO2 VO2 H 2 O ) O2
V
0 O2
RO2 V H 2 O
0 O2
令k
0 0 VO2 RO2 VO2 H 2O
RO2
K：单位燃料燃烧时的理论需氧量 与该烟气中RO2百分含量的比值。 组成变动不大的同种燃料的k值近 似为常数。列于表。
理论烟气量V0
Car/12×22.4 （Har/2 + Mar/18）×22.4 Sar/32×22.4 Nar/28×22.4 + VO20 ×79/21
C 0=（ ar V
烟气成分：
M ar H ar Sar N ar + + + + ）×22.4+VO20× 12 18 2 32 28
79 21
H2S +3/2O2 → SO2 + H20 理论烟气量：
V 0 VCO20 VH 2O 0 VSO20 VN 20
……
n 79 [CO2 CO H 2O 3CH 4 (m )C m H n H 2 S N 2 ] VO2 0 2 21
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α值变动范围一般在1.05～1.3之间，结合燃料种
类、燃烧方式、燃烧设备和燃烧气氛等因素合理 选择。
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
过量空气系数α的取值
燃料种类 燃烧方法 人工燃烧 机械燃烧 粉煤燃烧
低压喷咀 高压喷咀 无焰燃烧 有焰燃烧
过量空气系数 1.2～1.4 1.2～1.3 1.05～1.25
CO + 1/2O2 → CO2 H2 + 1/2O2 → H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CmHn +(m+n/4)O2→ m CO2 + n/2 H2O H2S +3/2O2 → SO2 + H20 1Nm3 CO 需 1/2 Nm3 O2 1Nm3 H2需1/2 Nm3 O2 1Nm3 CH4需2Nm3 O2 1Nm3 CmHn需（m+n/4）Nm3 O2 1Nm3 H2S 需3/2Nm3 O2
在窑炉生产中（操作计算） 通过烟气成分来进行计算及分析，判断其燃烧是否合理， 窑炉设备各部位是否漏气，以便及时调节。
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
1
2 3 4
燃料燃烧所需空气量的计算 烟气量及烟气组成 生产中热工计算 燃烧温度计算
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材料工程基础
3.1
院系：材料科学与工程系
WC 22.4 1 （ ） 生成的干烟气量： x Car Aar WA 12 VCO2
M H 生成的水蒸气量： ar ar 22 .4 18 2 湿烟气＝干烟气＋水蒸气
（2）空气量的计算
根据N平衡计算空气量
设1kg煤需要空气量为yNm3，
氮平衡
燃料中N2+空气中N2＝烟气中N2
kRO2 O2 kRO2
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
不完全燃烧时：烟气中仍有CO、H2、CH4和碳粒等可燃成分，值为：
k ( RO 2 CO CH 4 ) O2 (0.5CO 0.5H 2 2CH 4 ) k ( RO 2 CO CH 4 )
0 VCO2 CO2= 100% V
若煤气按比例燃烧：V = （1- ）+ αV0 （1-α）——未燃煤气量；
αV0——燃烧生成烟气量；
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材料工程基础
3.3
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
生产中的计算（操作计算）
实际烟气量与空气量的计算
已知燃料组成、烟气组成、灰渣组成
碳平衡 氮平衡 燃料中C=烟气中C+灰渣中C 燃料中N2+空气中N2＝烟气中N2 烟气量 空气量
式中：CO、H2、CH4—烟气中各组成的百分含量
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材料工程基础
氮平衡方法： 适用于在空气中燃烧时
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
实际空气量V 实际空气量 实际空气量 过剩空气量 理论空气量V0
实际空气中N 2 量 实际空气中N 2 量 过剩空气中N 2 量
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1.10～1.15 1.20～1.25 1.03～1.05 1.05～1.20
固体燃料
液体燃料
气体燃料
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材料工程基础
3.2
1. 理论烟气量
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
烟气量和烟气组成的计算
单位质量（或体积）燃料与空气完全燃烧产生的最少烟 气量；或单位质量（或体积）燃料与理论空气量进行完 全燃烧时所产生的烟气量。
Va0 VO0 2
100 8.9Car 26.7 H ar 3.3( Sar Oar )(Nm3 / kg) 21
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材料工程基础
②气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、 CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
第三节
燃烧计算
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
在设计窑炉时（设计计算） 1、已知燃料的组成及燃烧条件， 2、需计算单位质量（或体积）燃料燃烧所需的空气量、烟气 生成量、烟气组成及燃烧温度 3、以确定空气管道、烟道、烟囱及燃烧室的尺寸，选择风机 型号。
烟气组成： CO2、SO2、H2O、N2
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材料工程基础
① 固体、液体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
CO2、SO2、H2O可按化学计量方程式计算，N2含量可根据燃料中Nar
及理论空气量计算。
CO2含量 VCO20 ： H2O含量 VH2O0 ： SO2含量 VSO20 ： N2含量 VN20 :
CO2=
VCO2 0 V
0
×100（%）
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材料工程基础
② 气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
CO + 1/2O2 → CO2 CO2 H2 + 1/2O2 → H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CmHn +(m+n/4)O2→ m CO2 + n/2 H2O 1Nm3 H2生成 1 Nm3 HO2 …… ...... 1Nm3 CO 生成 1 Nm3
理论燃烧需要氧气的摩尔量为 ：
Car H ar 1 Sar Oar 12 2 2 32 32 标准状态下1kg固体或液体燃料燃烧所需理论氧气量(VO20)为: VO 0* 2
H O 1 S C VO 0 ar ar ar ar 22.4(Nm3 / kg) 2 2 2 32 32 12 理论燃烧所需空气量：
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材料工程基础
例：已知某窑所用煤的收到基组成为：
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
组分（wt%）Car Har Oar Nar
组分（%） VCO2 VO2 VN2
Sar
Mar
Aar
高温阶段在窑底处测定其干烟气组成为： 灰渣分析：含C Wc（%），含灰分WA（ %）
解：首先根据C平衡计算烟气量，基准为1kg煤 ，烟气量（Nm3/h） 。
N ar 79 22.4 y VN 2 x 28 100
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材料工程基础
过பைடு நூலகம்空气系数（α）的计算
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
氧平衡方法：适用于在空气、富氧空气或纯氧中燃烧时
a 实际需氧量 理论需氧量 过剩氧量 理论需氧量 理论需氧量
完全燃烧时：RO2为烟气中CO2和SO2的百分含量之和，H2O为烟气中水蒸气的
Car 0 3 12 ×22.4-2（1-α）VO2 （Nm /kg）
79 N ar 0× ×22.4+αVO2 N2量：VN20= 21 28
水蒸气量：VH2O 0=（Har/2 + Mar/18）×22.4 SO2量：VSO2 0=Sar/32×22.4 V=V0-（1-α）VO20×
设1kg煤生成干烟气量为xNm3
（1）烟气量的计算 Car 煤中C： 煤渣中C： 烟气中C：
Aar WC WA
VCO 2 x
12 22.4
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煤中C=烟气中C+灰渣中C
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教师：罗伟
Car Aar
WC 12 VCO2 x WA 22.4
材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
固体、液体燃料燃烧时，燃料中含氮量与燃烧空气中氮量比较，很小， 可以忽略
N2 1 79 N 2 O2 CO 2 21
式中：N2、O2、CO—烟气中各组成的百分含量
发生炉煤气等气体燃料，燃烧中含氮量较高，不能忽略，而干烟气中又 含有CO、H2、CmHn及O2时：
N 2 燃料中N 2 量 1 1 ( N 2 燃料中N 2 量) O2 CO H 2 m 2 2 79 n Cm H n 4 21
1Nm3气体燃料完全燃烧所需理论氧气量 ：
mn Cm H n 1.5H 2 S O2 ) /100 4 1Nm3气体燃料完全燃烧所需理论空气量（Nm3/kg燃料） 0 Va0 =VO2 100/21 VO0 (0.5CO 0.5H 2 2CH 4 2
=2.38(CO+H 2 )+9.52CH 4 +4.76(m+n/4)Cm H n +7.14H 2S 4.76 O 2
（Nm3/kg）
79 =V0-（1-α）Va0×79/100 21
（Nm3/kg）
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② 气体燃料
实际烟气量
当＞1时
V = V0 +（ -1）Va0
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教师：罗伟
VCO2 ＝ VCO2 0 VH2O = VH2O 0 VSO2 ＝ VSO2 0 VN2=N2 + VO20×79/21 VO2 =（ -1）VO20 当<1时
0 VCO2 CO2= 100% V
……
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
当 ＜1时：空气量（即氧量）供应不足，燃料中将有部分可燃物质不能 完全燃烧。在一般的工程计算中，对于此类的不完全燃烧可近似认为其燃 烧产物中只含有CO一种可燃气体。 导致烟气中CO生成的不足氧量为：（1-α）VO20（Nm3/kg） C+O2 →2CO 烟气中的CO量为：VCO=2（1-α）VO20（Nm3/kg） 烟气中：
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2. 实际空气量（Va）
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
在实际燃烧设备中，由于燃料和空气的混合往往不够完善， 若只将理论所需要的空气量送入炉内，则不能保证燃料的完
全燃烧。因此为保证炉内燃料的完全燃烧，实际使用空气量
常较理论空气量多。 空气系数 亦即 = Va / Va0 Va = Va0
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2. 实际烟气量及烟气组成
① 固体、液体燃料
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当＞1时，烟气中除含有前已述及的CO2、SO2、H2O、N2外，
还有过剩空气所带入的O2及一部分N2。 V = V0 +（ -1）Va0
VCO2 ＝ VCO2 0= Car/12×22.4 VH2O = VH2O 0 ＝ （Har/2 + Mar/18）×22.4 VSO2 ＝ VSO2 0 =Sar/32×22.4 VN2=Nar/28×22.4 + VO20×79/21 VO2 =（ -1）VO20
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燃料燃烧所需空气量的计算
1. 理论空气量（Va0）：单位质量（或体积）燃料完全燃烧所 需要的最少空气量。
固体、液体燃料 气体燃料
Nm3/kg 燃料 Nm3空气/Nm3燃料
理论空气量的计算需要根据理论需要的氧气量来进行计算
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①固体、液体燃料 可燃组成为Car、Har、Sar(质量百分含量） C + O2 → CO2 即 1kmolC需1kmolO2 H2 + 1/2O2 → H2O 即 1kmolH2需1/2kmolO2 S +O2 → SO2 即 1kmolS需1kmolO2
0 百分含量，VO 和 VO0分别为生成RO2和H2O的需氧量（ /m3） 2 2
0 0 (VO2 RO2 VO2 H 2 O ) O2
V
0 O2
RO2 V H 2 O
0 O2
令k
0 0 VO2 RO2 VO2 H 2O
RO2
K：单位燃料燃烧时的理论需氧量 与该烟气中RO2百分含量的比值。 组成变动不大的同种燃料的k值近 似为常数。列于表。
理论烟气量V0
Car/12×22.4 （Har/2 + Mar/18）×22.4 Sar/32×22.4 Nar/28×22.4 + VO20 ×79/21
C 0=（ ar V
烟气成分：
M ar H ar Sar N ar + + + + ）×22.4+VO20× 12 18 2 32 28
79 21
H2S +3/2O2 → SO2 + H20 理论烟气量：
V 0 VCO20 VH 2O 0 VSO20 VN 20
……
n 79 [CO2 CO H 2O 3CH 4 (m )C m H n H 2 S N 2 ] VO2 0 2 21
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α值变动范围一般在1.05～1.3之间，结合燃料种
类、燃烧方式、燃烧设备和燃烧气氛等因素合理 选择。
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教师：罗伟
过量空气系数α的取值
燃料种类 燃烧方法 人工燃烧 机械燃烧 粉煤燃烧
低压喷咀 高压喷咀 无焰燃烧 有焰燃烧
过量空气系数 1.2～1.4 1.2～1.3 1.05～1.25
CO + 1/2O2 → CO2 H2 + 1/2O2 → H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CmHn +(m+n/4)O2→ m CO2 + n/2 H2O H2S +3/2O2 → SO2 + H20 1Nm3 CO 需 1/2 Nm3 O2 1Nm3 H2需1/2 Nm3 O2 1Nm3 CH4需2Nm3 O2 1Nm3 CmHn需（m+n/4）Nm3 O2 1Nm3 H2S 需3/2Nm3 O2
在窑炉生产中（操作计算） 通过烟气成分来进行计算及分析，判断其燃烧是否合理， 窑炉设备各部位是否漏气，以便及时调节。
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1
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燃料燃烧所需空气量的计算 烟气量及烟气组成 生产中热工计算 燃烧温度计算
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3.1
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WC 22.4 1 （ ） 生成的干烟气量： x Car Aar WA 12 VCO2
M H 生成的水蒸气量： ar ar 22 .4 18 2 湿烟气＝干烟气＋水蒸气
（2）空气量的计算
根据N平衡计算空气量
设1kg煤需要空气量为yNm3，
氮平衡
燃料中N2+空气中N2＝烟气中N2
kRO2 O2 kRO2
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教师：罗伟
不完全燃烧时：烟气中仍有CO、H2、CH4和碳粒等可燃成分，值为：
k ( RO 2 CO CH 4 ) O2 (0.5CO 0.5H 2 2CH 4 ) k ( RO 2 CO CH 4 )
0 VCO2 CO2= 100% V
若煤气按比例燃烧：V = （1- ）+ αV0 （1-α）——未燃煤气量；
αV0——燃烧生成烟气量；
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3.3
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生产中的计算（操作计算）
实际烟气量与空气量的计算
已知燃料组成、烟气组成、灰渣组成
碳平衡 氮平衡 燃料中C=烟气中C+灰渣中C 燃料中N2+空气中N2＝烟气中N2 烟气量 空气量
式中：CO、H2、CH4—烟气中各组成的百分含量
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氮平衡方法： 适用于在空气中燃烧时
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实际空气量V 实际空气量 实际空气量 过剩空气量 理论空气量V0
实际空气中N 2 量 实际空气中N 2 量 过剩空气中N 2 量
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1.10～1.15 1.20～1.25 1.03～1.05 1.05～1.20
固体燃料
液体燃料
气体燃料
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3.2
1. 理论烟气量
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烟气量和烟气组成的计算
单位质量（或体积）燃料与空气完全燃烧产生的最少烟 气量；或单位质量（或体积）燃料与理论空气量进行完 全燃烧时所产生的烟气量。
Va0 VO0 2
100 8.9Car 26.7 H ar 3.3( Sar Oar )(Nm3 / kg) 21
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②气体燃料
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教师：罗伟
可燃组成有CO2、 CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
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材料工程基础
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教师：罗伟
第三节
燃烧计算
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材料工程基础
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教师：罗伟
在设计窑炉时（设计计算） 1、已知燃料的组成及燃烧条件， 2、需计算单位质量（或体积）燃料燃烧所需的空气量、烟气 生成量、烟气组成及燃烧温度 3、以确定空气管道、烟道、烟囱及燃烧室的尺寸，选择风机 型号。
烟气组成： CO2、SO2、H2O、N2
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材料工程基础
① 固体、液体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
CO2、SO2、H2O可按化学计量方程式计算，N2含量可根据燃料中Nar
及理论空气量计算。
CO2含量 VCO20 ： H2O含量 VH2O0 ： SO2含量 VSO20 ： N2含量 VN20 :
CO2=
VCO2 0 V
0
×100（%）
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② 气体燃料
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教师：罗伟
可燃组成有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
CO + 1/2O2 → CO2 CO2 H2 + 1/2O2 → H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CmHn +(m+n/4)O2→ m CO2 + n/2 H2O 1Nm3 H2生成 1 Nm3 HO2 …… ...... 1Nm3 CO 生成 1 Nm3
理论燃烧需要氧气的摩尔量为 ：
Car H ar 1 Sar Oar 12 2 2 32 32 标准状态下1kg固体或液体燃料燃烧所需理论氧气量(VO20)为: VO 0* 2
H O 1 S C VO 0 ar ar ar ar 22.4(Nm3 / kg) 2 2 2 32 32 12 理论燃烧所需空气量：
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例：已知某窑所用煤的收到基组成为：
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
组分（wt%）Car Har Oar Nar
组分（%） VCO2 VO2 VN2
Sar
Mar
Aar
高温阶段在窑底处测定其干烟气组成为： 灰渣分析：含C Wc（%），含灰分WA（ %）
解：首先根据C平衡计算烟气量，基准为1kg煤 ，烟气量（Nm3/h） 。
N ar 79 22.4 y VN 2 x 28 100
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材料工程基础
过பைடு நூலகம்空气系数（α）的计算
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
氧平衡方法：适用于在空气、富氧空气或纯氧中燃烧时
a 实际需氧量 理论需氧量 过剩氧量 理论需氧量 理论需氧量
完全燃烧时：RO2为烟气中CO2和SO2的百分含量之和，H2O为烟气中水蒸气的