1.燃气的燃烧计算

【例】已知天然气的容积成分如下：CH4 92.1% ; C2H6 3% ; C3H8 1.5% ; i-C4H io 0.05% ; n-

C4H io 0.05% ; CO2 2% ; N2 1% ; O2 0.3%。天然气与空气的温度t g t a 20 C；空气

的含湿量d a 10 g/m 3干空气，天然气的含湿量不计。

试求：

（一）高热值及低热值；

（二）燃烧所需理论空气量；

（三）完全燃烧时的烟气量（1和1.2时）；

【解】查表得各组分参数如下：

根据混合法则，按式（1-2 ）求得

H h H h1 r1 H h 2r2 H h n r n

39842 0.921 70351 0.03 101270 0.015 113048 0.0005 133885 0.0005 40448（kJ/m3）

H l H l" H72 H lnh

35906 0.921 64397 0.03 93244 0.015 122857 0.0005 123649 0.0005

36523（kJ/m3）

（二）求理论空气需要量

由所含组分计算，按式（1-3 ）求得

1

V0[0.5H2 0.5CO

21

1 4 6

-[（1 -）92.1 （2 -）3（3

21 4 4

9.65

（m n）C m H n 1.5H2S O2] 4 8 10

-）1.5 （4 ） 0.1 0.3] 4 4

（三）求完全燃烧时的烟气量

1 .理论烟气量（1时）

三原子气体体积按式（1-5 ）求得

V R°2V C°2V S°20.01（CO2CO mC m H n H2S）

0.01 （2 1 92.1 2 3 3 1.5 4 0.1）

1.05 （m3/m3干燃气）水蒸气体积，按式（1-6 ）求得

o n

V H2O0.01[H2 H2S -C m H n 120（d g V°d a）]

2

4 6 8 10

0.01 [ 92.1 3 1.5 0.1 120 （0 9.65 0.01）]

2 2 2 2

2.11（m3/m3干燃气）

氮气体积，按式（1-7）求得

V0N20.79V00.01N2

0.79 9.65 0.01 1

7.63（m3/m3干燃气）

理论烟气总体积，按式（1-8 ）求得

V0V RO2V；2°V N°2

1.05

2.11 7.63

10.79 （m3/m3干燃气）

2.实际烟气量（ 1.2时），

①由其组分计算：

三原子气体体积，仍按公式（1-5）求得

V R O2 1.03 （m3/m3干燃气）

水蒸气体积，按式（1-9 ）求得

V H2O0.01 [H2 H2S fC m H n 120（d g V0 d a）]

4 6 8 10

0.01 [- 92.1 3 1.5 0.1 120 （0 1.2 9.65 0.01）]

2 2 2 2

2.14 （m3/m3干燃气）

氮气体积，按式（1-10 ）求得

V N20.79 V0 0.01N2

0.79 1.2 9.65 0.01 1

9.16 （m3/m3干燃气）

过剩氧体积，按式（1-11）求得

V°2 0.21（1）V。

0.21 (1.2 1) 9.65

0.41 (m3/m3干燃气)

实际烟气总体积，按式(1-12 )求得

V f V RO2 V H2O V N2 V02

1.03

2.14 9.16 0.41

12.74 (m3/m3干燃气)

② 实际烟气量也可由理论烟气量与过剩空气量之和求得，按公式( 1-13 ):

V f V f ( 1)V。

10.79 (1.2 1) 9.65

12.72 ( m 3/m3干燃气)

【总结】完成此例题，我们可以增加以下几点工程概念：

(1)一种典型天然气的热值为36500 kJ/m 3,约合10kW • h/m3。

(2)天然气的高低热值相差约10% (本例丑111% ),其差值即为水蒸气的气化潜热。

H l

可见，如果能降低燃烧烟气的排放温度，使其中的水蒸气全部或部分冷凝，将可以回收其中大量的潜热，对于提高效率很有帮助。

(3)燃烧1m3天然气所需的理论空气量约为10m3,产生的烟气量约为11m3。烟气中的主要成分是 2 (体积占到70%以上)，而CO2 <10% ; H2O<20%。天然气燃烧的理论烟气成分的比例约为N2 : H2O : CO 2沁7:2:1

(4)气体的平均比热随温度的不同而变化，因此燃烧温度必须经过逐次试算逼近，才能

确定；

(5)天然气的热量计温度为2000 C左右，而当 1.2时则降为1800 C左右，原因是未参加反应的过剩空气吸收了有限的燃烧放热，使烟气总体温度降低。