第二章 燃料及燃烧计算

第二章 燃料及燃烧计算

A 、燃料的化学组成及其成分换算

(1)气体燃料的化学组成

气体燃料是由简单气体化合物与气体单质所组成的机械混合物。其中：CO 、H2、CH4、C2H4、CmHn 、H2S 等是可燃性气体成分，能燃烧放出热量。 CO2、N2、SO2、H2O 、O2等则是不燃成分，不能燃烧放热，故其含量均不宜过多，以免降低燃料的发热能力。

CmHn 总称为重碳氢化合物,，包括C3H6、C2H6、C2H2 …等。每单位体积(m2)重碳氢化合物燃烧，约放出71176 kJ 热量。

气体燃料中的氧，在高温预热的情况下，能与可燃成分作用，从而降低气体燃料燃烧时的放热量。若氧的含量超过一定数量，则有爆炸危险。因此，氧的含量应受到限制，一般应小于0.2%。

(2)气体燃料成分的表示方法

气体燃料成分的表示方法有两种：即湿成分和干成分。

湿成分（包括水分在内) ：

CO 湿+ H2湿+CH4湿+N2湿+〃〃〃+H2O 湿=100%

CO 湿、 N2湿〃〃〃等符号分别代表湿气体燃料中各成分的体 积百分含量

干成分(不包括水分在内)：

CO 干+ H2干+CH4干+N2干+〃〃〃=100%

CO 干、H2干〃〃〃等符号则分别代表干燥气体燃料中各成分的体积百分含量。 气体燃料的水分含量可以认为等于在该温度下的饱和水蒸汽量。

当气体燃料的温度变化时，饱和水蒸汽含量发生变化，因而整个燃料的湿成分亦将发生变化。因此，气体燃料的湿成分只能代表某一固定温度下的气体燃料的成分。故气体燃料的湿成分不具有代表性，在一般的情况下气体燃料的化学组成用干成分表示，而气体燃料在使用时所具有的实际成分为湿成分，所以湿成分是气体燃料的供用成分，在进行燃烧计算时必须以湿成分为依据。

3）气体燃料的化学组成及干湿成分换算

湿成分与干成分之间可以相互换算，换算的原则质量守恒。其步骤是：

先由表查出g 干

H2O

然后由

%

10000124g .0100124g .04.22181000g 14.22181000g O H O H O

H O H O H 22222⨯+=⨯⨯+⨯⨯==干

干

干干湿气体的总体积

水蒸汽的体积湿 最后计算出水分的含量：%100O

H -100X 2湿

干湿=X

(式中X 表某成分)

6.常用燃料的种类

一、冶金生产常用煤气有焦炉煤气，发生炉煤气，天然气。

C 、发生炉煤气

• 在没有高炉煤气和焦炉煤气的地区，可以将固体燃料直接加工得到发生炉煤气，

• 主要成分是CO ，含量不到三分之一，其次是H2，含量可达10%，不燃成分主要是N2，

含量超过50%。

• 发生炉煤气发热量比较低，仅5020~6280kJ/m3。

B 、焦炉煤气

• 焦炉煤气是炼焦生产的副产品，每炼一吨焦炭大约得到300~380标米3煤气。

• 主要成分是H2，含量超过50%，其次是CH4，含量占25%，其余是少量CO 、N2、CO2、

H2S 等。

• 焦炉煤气发热量比较高，可达16750~l8840kJ/m3，一般做为民用燃料，也可与高炉煤

气混合使用。

D 、天然气

• 天然气是一种发热量很高的优质燃料。

• 主要可燃成分是甲烷CH4，含量在80%以上，发热量约为3490~37680kJ/m3，理论燃烧

温度高达1090℃。

• 有的天然气和石油产在一起，叫做伴生天然气，它的主要可燃成分除了甲烷以外，还

含有较多的不饱和烃(约占30%)，发热量高达41870kJ/m 3。

• c 、空气消耗系数

燃料中可燃物燃烧时根据化学反应计算出来的空气量，叫理论空气需要量以L0表示。为了保证燃料完全燃烧，实际供给燃烧的空气量均大于理论空气需要量。实际空气需要量以Ln 表示，它与理论空气需要量的比值叫空气消耗系数以n 表示，即：

• 0n

L L n

• 空气消耗系数的大小与燃料种类、燃烧方法以及燃烧装置的结构特点有关。气体燃料

的空气消耗系数一般在1.05~1.15之间；液体燃料为l.10~1.25；固体燃料则更大一些，约为1.20~l.50；人工加煤的小炉子可达2。

• 实践证明，燃料与空气混合愈好，n 值愈小，n 值适当能得到较高的炉温，n 值

过大或过小都将影响炉温降低。

• 工程上为了适用、简便起见，燃烧计算采取以下假定：

• (l) 燃料中可燃成分完全燃烧。元素的分子量取近似整数计算。

• (2) 气体的体积都按标准状态(0℃和101825Pa)计算。任何气体在标准状态下的

千克分子体积(或千摩尔体积)都是22.4立方标米；

• (3) 当温度不超过2100℃时，在计算中不考虑燃烧产物的热分解，亦不考虑固

体燃料中灰分的热分解产物。

• (4) 计算空气量时，忽略空气中的微量稀有气体及CO2，认为干空气中O2和N2

的

• A 、气体燃料燃烧理论空气需要量和燃烧产物量的计算

• 气体燃料燃烧计算除上述共性外，还具有下列特殊点：

• (1)气体燃料的L0及V0指的是1m3气体燃料完全燃烧时所需要的空气量和生

成的燃烧产物量，其单位为m3/m3；

• (2)因为任何气体的千克分子体积在工程计算中都可以看成22.4 m3，所以燃

烧反应方程式中反应物与生成物之间的分子比就是体积比。

气体燃料的组成成分以体积百分数表示。燃烧计算时用湿成分。计算过程中取100 m3，故各成分体积百分含量的绝对值，与其体积数相等。例如100 m3的煤气中含CO 为30%，CO 的数量就是30 m3。

气体燃料中可燃成分有CO 、H2、CH4、C2H4、H2S ，它们的化学反应式如下： CO+½O2→CO2

H2+½O2 →H2O

CH4+2O2 →CO2+2H2O

C2H4+2O2→2CO2+2H2O

H2S+3/2O2 →H2O+SO2

则燃烧所需的氧为：

3

224242m )O S H 211H 3C 2CH H 21

CO 21

(—++++ 1m3的气体燃料燃烧，理论空气需要量为：

3

2242420m )O S H 211H 3C 2CH H 21

CO 21

(100762.4L —++++= 气体燃料中的CO2、N2、 H2O 及少量SO2，燃烧过程中不反应，燃烧后直接进入废气。故1m3气体燃料燃烧的燃烧产物量为：

330222224240/L 79.01001O)H SO N CO S 2H H 4C 3CH CO (V m m ++++++++=