第二篇 燃烧反应计算

▪ 可燃成分燃烧反应方程式为
CO
1 2
O2
CO2
H2
1 2
O2
H 2O
Cn H m
n
m 4
O2
nCO2
m 2
H 2O
H2S
3 2 O2
H2O
SO2
▪ 每公斤气体体积均为22.4m3,所以1m3CO燃烧需 要氧气为1/2m3，依此类推
▪ 根据前面的推导，1m3气体燃料完全燃烧所需的 理论氧气量为
▪ 燃烧反应计算的概念及其目的 ▪ 燃烧反应计算的前提基础 ▪ 燃烧产物的组成 ▪ 影响燃烧产物组成及数量的因素 ▪ 燃烧反应计算的范畴
▪ 燃烧反应计算
➢反应式：可燃物分子与氧化剂分子 之间进行的化学反应
➢计算依据：物质平衡和热量平衡 ➢计算目标：确定燃烧反应的各参数
▪ 主要参数
➢单位数量燃料燃烧所需要氧化剂的量 ➢燃烧产物的数量 ➢燃烧产物的成分 ➢燃烧温度和燃烧程度 ➢这些参数在热工研究、炉子设计和生产
▪ 燃烧产物的生成量及成分是根据燃烧反应的物质平 衡进行计算的。
▪ 完全燃烧时，单位质量（或体积）燃料燃烧后生成 的燃烧产物包括CO2、SO2、H2O、N2、O2等，其中 O2是当空气消耗系数n大于1时才会有的。
▪ 燃烧产物的生成量
➢ 当n＝1时称为理论燃烧产物生成量（V0） ➢ 当n≠1时称为实际燃烧产物生成量（Vn）
➢允许燃料过剩或氧化剂过剩
▪ 根据燃烧产物的组成，燃烧反 应分为两大类
➢完全燃烧 ➢不完全燃烧
▪ 大多数工业炉都要求完全燃烧，以提 高燃料利用率，但实际生产的炉子常 是不完全燃烧
▪ 在燃烧计算中，规定气体的体 积均为标准状况下的体积，并 且一切气体每公升分子的体积 在标准状况下都是22.4m3
第四章
▪ 按标准状况下氧的密度为32／22.4＝1.429 （kg/m3)，故换算成体积需要量
L0,O2
1 1.429
8 C 8H 3
S
O • 1 100
▪ 上述氧气需要量是按着化学反应计量关系计算的， 忽略了其他因素的影响，故称为“理论氧气需要 量”
▪ 如果是在空气中燃烧，则每公斤燃料完全燃烧所 需要的空气量，称为“理论空气需要量”
G0
1 0.232
8 C 3
8H
S
O • 1 100
L0
1
1.429 0.21
8C 3
8H
S
O • 1 100
气体燃料的理论空气需要量
▪ 气体燃料成分（体积百分数）为
CO% H2 % CH4 % CnHm % H2S% CO2 % O2 % N2 % H2O% 100 %
➢干空气：氧占23.2％，氮占76.8％（质 量）；氧占21％，氮占79％（体积）
➢水蒸汽含量按某温度下饱和水蒸汽含量 计算
▪ 燃烧反应生成物的成分和数量与反 应条件有关
➢ 完全燃烧 ➢ 空气量不足情况下的燃烧，可燃物分子不能被
充分氧化 ➢ 燃料与氧化剂混合不均或来不及充分混合 ➢ 高温下某些碳氢化合物和燃烧生成物分解
▪ 实际空气消耗量用Ln表示
Ln=nL0 ▪ 式中n为“空气消耗系数”
n Ln L0
▪ 当n>1时，被称为“空气过剩系数”
▪ L0值取决于燃料的成分，燃料中可燃物含量 越高，则L0值也就越大。而Ln值和n值有关， n值则与燃烧条件有关，根据燃烧设备和操作 选取的n值越大，Ln值也就越大。
燃烧产物的生成量、成分和密度
▪ 燃烧过程结束产物包含两部分
➢经化学反应的产物（充分燃烧的、不充 分燃烧的和热分解的）
➢未经化学反应的物质（未来的及混合的 燃料和空气，过剩的空气和燃料）
▪ 燃烧反应计算属于燃烧静力学 计算
➢不涉及气流混合或扩散速度等动力学问 题，仅就化学反应的平衡状态进行计算
➢假定燃料和氧化剂均匀混合，达到分子 接触
▪ 这些参数与炉内的热交换过程、压力 水平也有关系
▪ 所以，在进行炉子热工计算、 热工试验或热工分析中，要求 先进行空气需要量和燃烧产物 生成量、成分、密度的计算
空气需要量的计算
▪ 固体、液体和气体燃料的成分习惯上有不 同的表示方法，因此它们的燃烧计算表达 式有所不同
➢ 固体燃料和液体燃料的理论空气需要量 ➢ 气体燃料的理论空气需要量 ➢ 实际空气需要量
空气需要量和燃烧产物生成量
▪ 燃料燃烧所需要的空气（或氧气） 数量、燃烧产物生成量以及与此 有关的燃烧产物成分和密度，都 是根据燃烧反应的物料平衡计算 的，这些参数有广泛的实际用途
▪ 为正确设计炉子的燃烧装置和鼓风装 置，必须知道保证一定热负荷（燃料 消耗量）所应供给的空气量
▪ 燃烧产物的生成量、成分和密度，是 设计排烟系统所必需已知的参数
操作中都至关重要
▪ 燃烧反应的实际进程和反应结果， 与体系的实际热力学条件及动力 学条件有关。在燃烧反应计算中， 要对这些条件加以规定或给予假 设。
▪ 燃烧反应计算中燃料成分是已 知的
➢应用成分（对固、液体燃料） ➢湿成分（气体燃料） ➢如果原始数据不是这样的成分，则
首先要进行必要的成分换算
▪ 燃烧反应的氧化剂，在工业炉中多数是用 空气，少数情况下也有用氧气或富氧空气。 进行燃烧计算时假定空气的组成仅为氧气、 氮气和水蒸汽。
▪ 实际燃烧产物生成量Vn
Vn Vco2 Vso2 VH2O VN2 VO2
（m3／kg或m3／m3） ▪ V0和Vn的差别在于n＝1时比n>1时的燃烧产物
生成量少一部分过剩空气量，故可写出
1 1
L0,O2
2
CO
2 H2
n
m 4
Cn
H
m
3 2
H
2S
O2
102
▪ 1m3气体燃料完全燃烧所需的理论空气量为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0
1 1 0.21 2
CO
1 2
H2
n
m 4
Cn H m
3 2
H2S
O2
102
实际空气需要量
▪ 在实际条件下，要保证炉内燃料完全燃 烧，需供给比理论值多的空气；而为了 获得炉内的还原性气氛，又需供给少一 些的空气。因此，研究不同燃烧过程中 实际空气的需要量具有重要的意义。
固体燃料和液体燃料的理论空气需要量
▪ 固体和液体燃料成分（质量百分含量）为 C％＋H％＋O％＋N％＋S％＋A％＋W％＝100％
▪ 各成分完全燃烧方程式 C＋O2＝CO2
H2＋1／2O2＝H2O S＋O2＝SO2
▪ 每公斤燃料完全燃烧时所需要的氧气量(质量）
为
G0,O2
8 C 3
8H
S
O • 1 100