3章燃烧计算和热平衡计算解析
合集下载
3章燃烧计算和热平衡计算
系； • 水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值； • 前人均已经制成表格、图线或程序。
二、空气、烟气焓值的定义
• 相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气）， 由温度0℃加热到θ℃所需要的热量，称为 空气的焓或烟气的焓。
• 单位：kJ/kg，kcal/kg
三、空气焓的计算
每标准立方米干空气连同其相应的水蒸 汽在温度θ时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。 • 每公斤空气含有10克水。
1.293 dk 22.4 1.293 10 22.4 0.0161Nm3 / Nm3干空气
1000 18
1000 18
理论空气量带入的水蒸气容积为
0.0161V oNm3 / kg
☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即
Vo H2O
0.111H
y
0.0124W
y
0.0161V oNm3
（一）理论烟气容积
定义：=1并且燃料完全燃烧 计算：
（1）VRO2 的计算
VRO2
VCO2
VSO2
1.866 ( C y
0.375 S y )Nm3 / kg 100
（2）理论氮容积的计算 理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮
Vo N2
0.79V o
22.4 N y 28 100
0.79V o
第二节 烟气成分及其烟气量的计算
一、烟气成分
⑴当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和H2O组成， 其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2 O Nm3 / kg
⑵当>1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、O2 、 N2和H2O 组成，其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2O VO2 Nm3 / k g
二、空气、烟气焓值的定义
• 相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气）， 由温度0℃加热到θ℃所需要的热量，称为 空气的焓或烟气的焓。
• 单位：kJ/kg，kcal/kg
三、空气焓的计算
每标准立方米干空气连同其相应的水蒸 汽在温度θ时的焓，kJ/Nm3，可以查表得到。 • 每公斤空气含有10克水。
1.293 dk 22.4 1.293 10 22.4 0.0161Nm3 / Nm3干空气
1000 18
1000 18
理论空气量带入的水蒸气容积为
0.0161V oNm3 / kg
☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即
Vo H2O
0.111H
y
0.0124W
y
0.0161V oNm3
（一）理论烟气容积
定义：=1并且燃料完全燃烧 计算：
（1）VRO2 的计算
VRO2
VCO2
VSO2
1.866 ( C y
0.375 S y )Nm3 / kg 100
（2）理论氮容积的计算 理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮
Vo N2
0.79V o
22.4 N y 28 100
0.79V o
第二节 烟气成分及其烟气量的计算
一、烟气成分
⑴当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和H2O组成， 其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2 O Nm3 / kg
⑵当>1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、O2 、 N2和H2O 组成，其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2O VO2 Nm3 / k g
燃烧计算和热平衡
完全燃烧时的实际烟气量
1、完全燃烧时实际烟气的组成成分为： CO2、SO2、N2、O2、H2O，
不完全燃烧时的烟气量
• 当发生不完全燃烧时，烟气的成分除了CO2、SO2、 N2、O2、H2O外，还有不完全燃烧产物CO以及H2和 CmHn等。其中H和CmHn数量很少，一般工程计算中 可忽略不计。 • 因此，当燃料不完全燃烧时，可以认为烟气中不完 全燃烧产物只有CO。烟气量为：
2.化学不完全燃烧热损失q3 （1）定义：排烟中残留的可燃气体（ CO、H2、 CH4 ）未完全燃烧，残留在烟气中而造成的热 量损失。（煤粉炉：<0.5%）
（2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，易出现不完全燃烧 助燃空气量 炉膛结构：炉膛容积小，烟气流程短，q3 运行工况
3.机械不完全燃烧热损失q4 （1）定义：飞灰和灰渣中含有固体可燃物（固定碳） 在锅炉内未完全燃烧就排放出炉内而造成的热量损 失。（固态排渣煤粉炉：0.5～5%） 灰渣：含量少，只占0.5～1% 飞灰：占绝大部分 （2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，灰分少，煤粉细， q4 助燃空气量：空气量，q4 炉膛结构：炉膛容积大，煤粉停留时间长，q4 运行工况，锅炉负荷
4.散热损失q5 （1）定义：因锅炉外表面（锅炉炉墙、汽包、集箱、 汽水管道、烟风管道等部件）温度高于环境温度而 散失的热量。（<0.5%） （2）主要影响因素： 锅炉外表面积 锅炉保温性能 锅炉容量 锅炉负荷
5.其它热损失q6 （1）定义：因排出炉外的灰渣温度（600～800℃） 高于环境温度而造成的热量损失。 （2）主要影响因素： 排渣方式：液体排渣大于固态排渣 燃料的灰分含量：灰分高， q6 燃料的发热量：发热量低， q6
烟气分析
新03 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡 蓝白
第三章 燃料燃烧计算和 锅炉机组热平衡
第一节 燃烧过程的化学反应
锅炉设计中的重要部分 热力计算
单位质量1kg燃料燃烧
课程 设计
需要的空气量
生成的烟气量
燃料(C、H、O、N、S)完全燃烧过程： C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2
不完全燃烧： 2C + O2 2CO
' ky
" ky
' ky
ky
py
解释以上各式的意义
' ky
" ky
gr
" ky
l"
l
zf
l"
" ky
l
zf
解释以上各式的意义
第三节 燃烧生成的烟气量(计算)
完全燃烧的烟气：
1. 可燃物燃烧生成的CO2、H2O、SO2 2. 燃料和空气中的N2 3. 过量空气中未反应的O2 4. 水蒸汽
最佳的炉膛出口过量空气系数
q q2＋q3＋q4
q2
q4
q3
l
q2＋q3＋q4 之和最小
q3-化学不完全燃烧热损失
可燃气体不完全燃烧热损失 <0.5% 煤粉炉一般q3=0 CO、H2、CH4未完全燃烧放热随烟气带走的热损 失 影响因素：①燃料的挥发分
②炉膛过量空气系数、燃烧器结构和 布置、炉膛温度、炉内空气动力场
12 100
100
1kg燃料完全燃烧所需氧量：
1.866 Car 5.55 Har 0.7 Sar 0.7 Oar , Nm3
100
100 100 100
1kg燃料完全燃烧所需理论空气量V0：
第一节 燃烧过程的化学反应
锅炉设计中的重要部分 热力计算
单位质量1kg燃料燃烧
课程 设计
需要的空气量
生成的烟气量
燃料(C、H、O、N、S)完全燃烧过程： C + O2 CO2 2H2 + O2 2H2O S + O2 SO2
不完全燃烧： 2C + O2 2CO
' ky
" ky
' ky
ky
py
解释以上各式的意义
' ky
" ky
gr
" ky
l"
l
zf
l"
" ky
l
zf
解释以上各式的意义
第三节 燃烧生成的烟气量(计算)
完全燃烧的烟气：
1. 可燃物燃烧生成的CO2、H2O、SO2 2. 燃料和空气中的N2 3. 过量空气中未反应的O2 4. 水蒸汽
最佳的炉膛出口过量空气系数
q q2＋q3＋q4
q2
q4
q3
l
q2＋q3＋q4 之和最小
q3-化学不完全燃烧热损失
可燃气体不完全燃烧热损失 <0.5% 煤粉炉一般q3=0 CO、H2、CH4未完全燃烧放热随烟气带走的热损 失 影响因素：①燃料的挥发分
②炉膛过量空气系数、燃烧器结构和 布置、炉膛温度、炉内空气动力场
12 100
100
1kg燃料完全燃烧所需氧量：
1.866 Car 5.55 Har 0.7 Sar 0.7 Oar , Nm3
100
100 100 100
1kg燃料完全燃烧所需理论空气量V0：
锅炉原理燃烧计算和热平衡计算资料课件
总结词：燃烧优化
详细描述：介绍某电厂锅炉燃烧优化的实践经验，包括燃料选择、配风调整、燃烧器改造等方面的措施，以及实施后对锅炉 性能的影响。
热平衡计算在节能减排中的应用
THANK YOU
炉原理燃算和平 件
• 锅炉原理简介 • 燃烧计算
01
锅炉原理简介
锅炉基本概念 01 02
锅炉工作原理
蒸汽通过管道输送到用汽设备，如汽 轮机、发电机等，驱动设备运转。
锅炉的分类与特点
01
按用途分类
02
按燃料分类
03
按燃烧方式分类
04
按压力分类
02
燃烧计算
燃料成分与特性
01
02
燃料分类
燃料成分分析
灰渣、化学不完全燃烧 等造成的热量损失。
04
锅炉性能优化
燃料选择与优化
燃料类型
根据锅炉的用途和运行条件，选 择合适的燃料类型，如煤、油、
气等。
燃料品质
优化燃料的品质，降低杂质和有 害物质的含量，提高燃料的热值
和燃烧效率。
燃料配比
根据锅炉的负荷需求和燃料特性， 合理配比不同种类的燃料，以达 到最佳燃烧效果。
燃烧系统优化
燃烧器设计 空气与燃料混合 燃烧控制
热力系统优化
热力设备选型
01
系统案例分析
某型号工业锅炉性能分析
总结词：性能分析
详细描述：对某型号工业锅炉的性能进行全面分析，包括热效率、燃烧效率、污 染物排放等关键指标，找出优缺点并提出改进建议。
某电厂锅炉燃烧优化实践
03 燃料特性参数
燃烧反应与燃烧效率
燃烧反应方程式
燃烧效率计算
燃烧温度
燃烧产物计算
详细描述：介绍某电厂锅炉燃烧优化的实践经验，包括燃料选择、配风调整、燃烧器改造等方面的措施，以及实施后对锅炉 性能的影响。
热平衡计算在节能减排中的应用
THANK YOU
炉原理燃算和平 件
• 锅炉原理简介 • 燃烧计算
01
锅炉原理简介
锅炉基本概念 01 02
锅炉工作原理
蒸汽通过管道输送到用汽设备，如汽 轮机、发电机等，驱动设备运转。
锅炉的分类与特点
01
按用途分类
02
按燃料分类
03
按燃烧方式分类
04
按压力分类
02
燃烧计算
燃料成分与特性
01
02
燃料分类
燃料成分分析
灰渣、化学不完全燃烧 等造成的热量损失。
04
锅炉性能优化
燃料选择与优化
燃料类型
根据锅炉的用途和运行条件，选 择合适的燃料类型，如煤、油、
气等。
燃料品质
优化燃料的品质，降低杂质和有 害物质的含量，提高燃料的热值
和燃烧效率。
燃料配比
根据锅炉的负荷需求和燃料特性， 合理配比不同种类的燃料，以达 到最佳燃烧效果。
燃烧系统优化
燃烧器设计 空气与燃料混合 燃烧控制
热力系统优化
热力设备选型
01
系统案例分析
某型号工业锅炉性能分析
总结词：性能分析
详细描述：对某型号工业锅炉的性能进行全面分析，包括热效率、燃烧效率、污 染物排放等关键指标，找出优缺点并提出改进建议。
某电厂锅炉燃烧优化实践
03 燃料特性参数
燃烧反应与燃烧效率
燃烧反应方程式
燃烧效率计算
燃烧温度
燃烧产物计算
03 燃料燃烧计算与锅炉热平衡_习题
第三章燃料燃烧计算与锅炉热平衡（1）一、名词解释：1、燃烧2、完全燃烧3、不完全燃烧4、过量空气系数α5、理论空气量6、过量空气7、漏风系数8、飞灰浓度9、理论烟气容积10、理论干烟气容积11、三原子气体容积份额二、填空题：1、当α>1、完全燃烧时，烟气的成分有________________________；当α>1、不完全燃烧时，烟气的成分有________________________。
2、烟气焓的单位是“kJ/kg”，其中“kg”是指______________________。
3、负压运行的锅炉中，沿烟气流程到空气预热器前，烟气侧的RO2逐渐______，O2逐渐_______，烟气侧的α逐渐_______，漏风总量逐渐________，飞灰浓度逐渐______。
4、烟气中的过量空气（含水蒸气容积）ΔV=_________________。
5、利用奥氏烟气分析仪进行烟气分析时，先让烟气经过装有___________溶液的吸收瓶1，以吸收烟气中的___________；再让烟气经过装有___________溶液的吸收瓶2，以吸收烟气中的___________；最后让烟气经过装有___________溶液的吸收瓶3，以吸收烟气中的___________。
以上吸收顺序_________颠倒。
6、烟气成分一般用烟气中某种气体的_________占_________容积的_________表示。
7、完全燃烧方程式为__________________，它表明___________________________。
当α=1时，该方程式变为_________________，它表明______________________，利用它可以求___________________________。
8、计算α的两个近似公式分别为________________、_______________。
锅炉原理燃烧计算和热平衡计算课件
安全系数
考虑到设备运行中的波动 和不确定性，通常会引入 一定的安全系数来调整燃 料需求量。
燃烧效率计算
理论燃烧效率
影响燃烧效率的因素
基于燃料完全燃烧的理论值，可以计 算出理论燃烧效率。
如空气系数、燃料粒度、燃烧器性能 等都会影响燃烧效率，需要综合考虑 这些因素来进行效率计算。
实际燃烧效率
通过测量锅炉的烟气成分、温度等参 数，结合理论值，可以计算出实际燃 烧效率。
锅炉原理燃烧计算和热平衡 计算课件
contents
目录
• 锅炉原理简介 • 燃烧计算 • 热平衡计算 • 锅炉性能优化 • 案例分析
01
锅炉原理简介
锅炉的组成
01
02
03
锅
用于盛装水或其它介质， 通过受热产生蒸汽或热水 。
炉
提供热源，使燃料燃烧产 生热量，传递给锅中的水 或其它介质。
辅助设备
包括燃烧器、鼓风机、引 风机、除渣机等，用于保 证锅炉正常运行。
锅炉的工作原理
燃料在炉膛内燃烧产生热量，通过辐射和对流的方式传递给锅中的水或其它介质。 水或其它介质吸热后升温并蒸发，产生蒸汽或热水。
蒸汽或热水通过汽水分离器、凝结水回收装置等辅助设备，最终输出供用户使用。
锅炉的分类
01
02
03
04
按用途分类
工业锅炉、电站锅炉、热水锅 炉等。
按压力分类
低压锅炉、中压锅炉、高压锅 炉、超高压锅炉等。
经验总结
总结该案例的成功经验，为其 他锅炉的性能优化提供借鉴和
参考。
THANKS
感谢观看
污染物排放计算
烟气成分分析
对锅炉排放的烟气进行成分分析 ，了解各污染物的浓度。
第3章—锅炉机组热平衡
28
2020/12/4
29
（三）炉渣取样
• 对于煤粉炉来说，炉渣取样同飞灰取样相比是次要的。 • 对采取水力除灰的煤粉炉，在进行试验时，为保持燃烧稳定和避免漏风，
一般不放灰和冲灰。 • 对采取机械除灰的煤粉炉，可每隔30分钟采样一次。 • 一般来说炉渣的原始试样数量应不少于炉渣总量的5%。
2020/12/4
32866Glz Clz BQr
q4fh
Q4fh Qr
100
32866 Gfh B Qr
C fh 100
100
32866GfhC fh BQr
q4
q4lz
q4fh
32866 BQr (GlzClz
G fhC fh )
2020/12/4
8
• 灰平衡方程
B Aar 100
Glz
Alz 100
G fh
[3]排烟温度过高的原因?
漏风（制粉系统、炉膛、烟道等）
受热面积灰、结渣 给水温度和环境温度
煤质变化
2020/12/4
16
（4）锅炉散热损失q5 q5为锅炉本体及其范围内各种管道、附件的温度高于环境温度而散 失的热量。
影响q5的主要因素：锅炉额定蒸发量、锅炉实际蒸发量、锅炉外表 面积、外表面温度、保温隔热性能及环境温度等。
Afh 100
B Aar 100
Glz
100 (
Clz
100
)
G fh
100 (
C
fh
100
)
1 Glz (100 Clz ) Gfh (100 Cfh )
Glz
lz BAar
100 Clz
BAar
lz
第三章-燃烧计算和热平衡
V O 0 2 1 .81 C 6 y 0 6 0 .7 1 0 S y 0 5 .5 0 1 H 5 y 0 0 .7 1 0 O y0N 0 3/k mg
Vk00.1 2(1 1.86 1 Cy6 00 0.71Sy05 0.51 H 5y00 0.71 O y0 ) 0 0.08(C 8y 90.37 Sy)50.26 Hy50.03O 3 y 3N3m /kg
4）实际烟气量——理论烟气量与过量空气之和
V y V y 0 0 .2(1 1 )V k 0 V y 0 0 .7(9 1 )V k 0 0 .01 ( 6 1 )V k 0 1 V y 0 1 .01 ( 6 1 )V k 0 1 V R2O V N 2 V O 2 V H 2 O Nm3/kg
2．实际烟气量的计算(α>1)——含有过量O2
1）过量空气中氧容积：
VO2 0.2( 11)Vk0
Nm3/kg
2）过量空气中氮容积： V N 2V N 0 2 0.7(9 1 )V k0 Nm3/kg
3）过量空气中水蒸汽容积： V H 2O V H 0 2O 0 .01 ( 6 1 )V 1 k 0Nm3/kg
第三章 燃料燃烧计算和热平衡计算
燃烧过程化学反应 燃烧所需空气量 燃烧产生烟气量 烟气分析 锅炉机组的热平衡
第三章
第三章 燃料的燃烧计算
基本假设：
1 . 空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3；
2.
空气中只有O2和N2成分，其容积比为：ON
2 2
0.21 0.79
；
3 . 每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算；
根据前面的化学反应 方程式
理论水蒸气体积
理论水蒸气体积有四个来源：
Vk00.1 2(1 1.86 1 Cy6 00 0.71Sy05 0.51 H 5y00 0.71 O y0 ) 0 0.08(C 8y 90.37 Sy)50.26 Hy50.03O 3 y 3N3m /kg
4）实际烟气量——理论烟气量与过量空气之和
V y V y 0 0 .2(1 1 )V k 0 V y 0 0 .7(9 1 )V k 0 0 .01 ( 6 1 )V k 0 1 V y 0 1 .01 ( 6 1 )V k 0 1 V R2O V N 2 V O 2 V H 2 O Nm3/kg
2．实际烟气量的计算(α>1)——含有过量O2
1）过量空气中氧容积：
VO2 0.2( 11)Vk0
Nm3/kg
2）过量空气中氮容积： V N 2V N 0 2 0.7(9 1 )V k0 Nm3/kg
3）过量空气中水蒸汽容积： V H 2O V H 0 2O 0 .01 ( 6 1 )V 1 k 0Nm3/kg
第三章 燃料燃烧计算和热平衡计算
燃烧过程化学反应 燃烧所需空气量 燃烧产生烟气量 烟气分析 锅炉机组的热平衡
第三章
第三章 燃料的燃烧计算
基本假设：
1 . 空气、烟气均为理想气体，每kmol体积等于22.4Nm3；
2.
空气中只有O2和N2成分，其容积比为：ON
2 2
0.21 0.79
；
3 . 每kg燃料都是在完全燃烧的条件下计算；
根据前面的化学反应 方程式
理论水蒸气体积
理论水蒸气体积有四个来源：
锅炉原理燃料燃烧计算
推导过程
1 α= O2 − 0.5CO 79 1− × 21 100− (RO + O2 + CO) 2
过量空气系数
ROmax 2 α≈ RO2
完全燃烧且不计β 完全燃烧且不计β
21 α≈ 21−O2
推导过程
燃料的燃烧计算
不完全燃烧时的过量空气系数
α =
V V = = 0 V - ∆ Vg V 1 = ∆ Vg V 1 (α − 1)V 1− αV 0
0
10
由式 V O 2 ＝0.21 (α − 1)V ＋ 0.5 V CO ，可得 (α − 1)V ＝
0
V O 2 － 0.5 V CO 0 . 21
固体和液体燃料 N ar 比较小，可忽略不计。
0 N2
则由式
VN2 N ar 0 0 0 0 V ＝0 . 8 ＋ 0 . 79 V ， V N 2 = V N 2 + 0 . 79 (α − 1)V , 得 α V ＝ 100 0 . 79 1 将以上两式代入第一式 ，得 α ＝ 0 . 79 V O 2 − 0.5 V CO 1− 0 . 21V N 2
= V gy + V
1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2 1kg C + 0.933 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO H 2O
Car VCO2 +VCO = 1.866 100
燃料的燃烧计算
不完全燃烧时烟气中氧的体积
V O 2 = 0 . 21 (α − 1)V + 0 . 5 × 1 . 866
燃烧计算的物理模型 kg燃料为计算基础 以1kg燃料为计算基础 所有气体均视为理想气体（22.4Nm3/kmol） /kmol） 所有气体均视为理想气体（22. 假定完全燃烧 略去空气中的稀有成分，认为空气只由N 略去空气中的稀有成分，认为空气只由N2和O2 组成，且二者容积比为79 79： 组成，且二者容积比为79：21
1 α= O2 − 0.5CO 79 1− × 21 100− (RO + O2 + CO) 2
过量空气系数
ROmax 2 α≈ RO2
完全燃烧且不计β 完全燃烧且不计β
21 α≈ 21−O2
推导过程
燃料的燃烧计算
不完全燃烧时的过量空气系数
α =
V V = = 0 V - ∆ Vg V 1 = ∆ Vg V 1 (α − 1)V 1− αV 0
0
10
由式 V O 2 ＝0.21 (α − 1)V ＋ 0.5 V CO ，可得 (α − 1)V ＝
0
V O 2 － 0.5 V CO 0 . 21
固体和液体燃料 N ar 比较小，可忽略不计。
0 N2
则由式
VN2 N ar 0 0 0 0 V ＝0 . 8 ＋ 0 . 79 V ， V N 2 = V N 2 + 0 . 79 (α − 1)V , 得 α V ＝ 100 0 . 79 1 将以上两式代入第一式 ，得 α ＝ 0 . 79 V O 2 − 0.5 V CO 1− 0 . 21V N 2
= V gy + V
1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2 1kg C + 0.933 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO H 2O
Car VCO2 +VCO = 1.866 100
燃料的燃烧计算
不完全燃烧时烟气中氧的体积
V O 2 = 0 . 21 (α − 1)V + 0 . 5 × 1 . 866
燃烧计算的物理模型 kg燃料为计算基础 以1kg燃料为计算基础 所有气体均视为理想气体（22.4Nm3/kmol） /kmol） 所有气体均视为理想气体（22. 假定完全燃烧 略去空气中的稀有成分，认为空气只由N 略去空气中的稀有成分，认为空气只由N2和O2 组成，且二者容积比为79 79： 组成，且二者容积比为79：21
3 吉大燃烧学 工程燃烧计算
Aar为燃料中的灰分质量分数； afh为烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量分数； my为每公斤燃料的烟气量，kg/kg，包括1kg燃料燃烧所需空气 量及由空气所含水分转入烟气的质量： my=1－Aar+(1+dk)1.293V0 dk为干空气的含湿量
100my
产物成分计算
• 为与燃料成分相区别，上标 ’（体积百分数）
(3-18)
3.3 燃烧烟气量的计算
3.3.1 理论烟气量的计算
• 1kg固体或液体燃料在＝1的情况下完全燃烧，所生成的烟气量称 为理论烟气量（m3/kg）： Vy0=VRO2+VH2O0+VN20 (3-19) • 根据燃烧反应式，式（3-19）右边各项可按下列各式计算： 22.4/28/100 VRO2=0.01866 Car＋0.007Sar= 0.01866 (Car＋0.375Sar) (3-20) VH2O0=0.111Har＋0.0124Mar+0.0161V0 (3-21) VN20=0.008Nar+0.79V0 (3-22)
3.2 燃烧空气量的计算
3.2.1 理论空气量
• 1kg（或1m3）燃料完全燃烧时所需的最小空气量（ 燃烧产物烟气中氧气为零）称为理论空气需要量，简称 理论空气量。 • 理论空气量也就是从燃烧化学反应式出发，计算出 的1kg（或1m3）燃料所含可燃元素完全燃烧所需的空气 量。用容积V0表示，用质量L0表示。 • 通常先求出1kg燃料完全燃烧所需的O2量，然后再 折算成空气量。
2 H2 28 CO 1.293 Vk 22.4 100 22.4 100 Vy
m产物 m燃 m空 Vy Vy
kg/m3
燃烧反应的平衡掌握燃烧反应的平衡方法和计算技巧
燃烧反应的平衡掌握燃烧反应的平衡方法和计算技巧燃烧反应是指化学物质与氧气发生氧化反应，产生热能、光能以及生成新的化学物质。
在实际的生产和生活中，燃烧反应无处不在，无论是火柴点燃、汽车启动还是火箭升空等都离不开燃烧反应。
为了准确掌握燃烧反应的平衡方法和计算技巧，我们需要对燃烧反应的特点、平衡条件以及相关计算方法有所了解。
一、燃烧反应的特点燃烧反应是化学反应中最常见的一种反应类型，其特点主要包括以下几点：1. 发热性：燃烧反应是一种放热反应，会产生大量的热能。
这也是为什么火焰会散发出热量的原因。
2. 明亮性：燃烧反应还具有明亮的特点，即产生光能。
这也是我们能够通过眼睛看到火焰的原因。
3. 氧化性：燃烧反应是一种氧化反应，指的是物质中的碳、氢等元素与氧气结合形成二氧化碳和水。
例如，乙醇燃烧生成二氧化碳和水的反应方程式为：C2H5OH + O2 -> CO2 + H2O。
二、燃烧反应的平衡条件燃烧反应的平衡是指反应物与生成物之间的摩尔比例保持不变。
为了确保燃烧反应能够顺利进行，我们必须掌握燃烧反应的平衡条件，主要包括以下几点：1. 能量平衡：燃烧反应中所释放出的能量必须与吸收的能量相平衡，即反应物中的化学能与生成物中的热能之和相等。
2. 物质平衡：反应物与生成物中各元素的摩尔数保持不变，即反应物中的元素数目与生成物中的元素数目相等。
三、燃烧反应平衡的计算技巧为了正确计算燃烧反应的平衡，我们可以采用以下几种技巧：1. 反应方程式的平衡：首先根据燃烧反应的特点，编写反应方程式，确保反应物与生成物的元素数目相等。
如果某些元素数目不平衡，可以采用添加系数的方式进行平衡，确保反应方程式平衡。
2. 摩尔比例关系：根据反应方程式中各物质的摩尔系数，可以求得反应物与生成物之间的摩尔比例关系。
通过计算各物质的摩尔比例，我们能够了解燃烧反应中反应物的消耗以及生成物的生成量。
3. 摩尔质量的计算：摩尔质量是指物质的相对分子质量或相对公式质量，可以通过化学式中各元素的相对原子质量之和计算得出。
第3章 燃烧计算和热平衡计算
※
上式有三点说明：
1）V0是不含水蒸汽的干空气；
2）V0只决定于燃料的成分，当燃料一定时V0即为一常数；
3）碳和硫的完全燃烧反应可写成通式 R+O2→RO2， 其中 Rar=Car+0.375Sar。
二．实际空气量和过量空气系数
在锅炉的实际运行中，为使燃料燃尽，实际供给 的空气量总是要大于理论空气量，超过的部分称为过 量空气量。实际空气量Vk与理论空V0之比，即
VO2 0.21( 1)V 0.5 1.866
0
Car ,co2 100
Car ,co2 100
3
Vco 1.866
0
VO2 0.21( 1)V 0.5VCO , Nm / kg
求出 ( 1)V 0
VN2 VN02
0.79 (VO2 0.5V CO ) , Nm 3 / kg 0.21
理论烟气量：
Vy 1.866
0
C ar
100
0.7
S ar
100
0.8
N ar
100
0.79 V0
11.1
H ar
100
1.24
M ar
100
1.61d kV 0 1.24Ww h , Nm 3 / kg
二．完全燃烧时的实际烟气量
１、完全燃烧时实际烟气量的组成成分
即 ： 1kgH2+5.56Nm3O2→11.1Nm3H2O 也即：每1kg的H燃烧需要5.56Nm3的O2并产生11.1Nm3的H2O。
3、硫的燃烧： （反应方程式）
S+O2→SO2+334900kJ/k mol（S） （3－4）
即 ： 1kgS+0.7Nm3O2→0.7Nm3SO2 也即：每1kg的S燃烧需要0.7Nm3的O2并产生0.7Nm3的SO2。
燃料燃烧计算
燃料燃烧计算第三章燃料及燃烧过程3-2 燃料燃烧计算一、燃料燃烧计算的内容及目的（一）计算内容：①空气需要量②烟气生成量③烟气成分④燃烧温度（二）目的：通过对以上内容的计算，以便正确地进行窑炉的设计和对运行中的窑炉进行正确的调节。
二、燃烧计算的基本概念（一）完全燃烧与不完全燃烧。
1、完全燃烧：燃料中可燃成分与完全化合，生成不可再燃烧的产物。
2、不完全燃烧：化学不完全燃烧：产物存在气态可燃物。
物理不完全燃烧：产物中存在固态可燃物。
（二）过剩空气系数 1、过剩空气系数的概念а=V a /V 0a2、影响过剩空气系数的因素：1）燃料种类：气、液、固体燃料，а值不同；2）燃料加工状态：煤的细度、燃油的雾化粘度。
3）燃烧设备的构造及操作方法。
3、火焰的气氛：①氧化焰：а>1，燃烧产物中有过剩氧气。
②中性焰：а=1③还原焰：а<1，燃烧产物中含还原性气体（CO 、H 2）三、空气需要量、烟气生成量及烟气成分、密度的计算（一）固体、液体燃料：基准：计算时，一般以1kg 或100kg 燃料为基准，求其燃烧时空气需要量、烟气生成量。
方法：按燃烧反映方程式，算得氧气需要量及燃烧产量，然后相加，即可得空气需要量与烟气生成量。
1、理论空气量计算： 1）理论需氧量： V 0O2=12ar C +4ar H +32ar S －32ar O(Nm 3/kgr)2）理论空气量：V 0a =1004.22（12ar C +4ar H +32ar S －32ar O ）21100=0.089C ar +0.267H ar +0.033(S ar -O ar ) (Nm 3/kgr)2、实际空气量计算：V a =а×V o a3、理论烟气生成量的计算：V 0L =V CO2+V H2O +V SO2+V N2=1004.22 (12ar C +2ar H +18ar M +32ar S +28arN )×V o a +0.79V o a =0.01865C ar +0.112H ar +0.01243M ar +0.0068S ar +0.008N ar +0.79V o a4、实际烟气生成量的计算： 1）а>1时，V L = V 0L +(а-1)×V o a2）а<1时，在工程上进上近似认为其燃烧产物中只含有CO 一种可燃气体。
第3章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡_锅炉燃烧技术
V V0
Δ α 各受热面处烟气侧漏
风系数，查表确定；△V为烟道
漏风量 为炉膛出口处过剩空气系
数，表征炉内燃烧状况的重要
物理量，在推荐值范围内选取
过剩空气系数β与漏风系数△α
ky ky ky
zf ky
Qr
四、锅炉输出热量
1、排烟热损失 2、气体不完全燃烧热损失 3、固体不完全燃烧热损失
4、散热损失
5、灰渣物理热损失 6、有效利用热
1、排烟热损失 Q2 定义
烟气排入大气所造成的热损失
计算
1、排烟热损失 Q2 影响排烟热损失的主要因素
Q2 f py , 燃性, l '', , 受热面无损程度
为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓 c i 为1Nm3空气、烟气各成分和1kg灰在温度为 ℃时的焓值，见表2-9； a fh为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取 a fh 0.9～0.95
0 0 I y、I k 、I fh
焓 温 表
烟气的焓值 H y
取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
效率越高Βιβλιοθήκη 热 平 衡 范 围二、锅炉热平衡方程式
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
qi = Qi / Qr ×100
式中
Qr
输入热量
Q1 有效利用热 Q2 排烟热损失 Q3 气体不完全燃烧热损失 Q4 固体不完全燃烧热损失 Q5 散热损失 Q6 灰渣物理热损失
三、锅炉输入热量 Qr
Qr ir Qwr Qzq , kJ/kg
Δ α 各受热面处烟气侧漏
风系数，查表确定；△V为烟道
漏风量 为炉膛出口处过剩空气系
数，表征炉内燃烧状况的重要
物理量，在推荐值范围内选取
过剩空气系数β与漏风系数△α
ky ky ky
zf ky
Qr
四、锅炉输出热量
1、排烟热损失 2、气体不完全燃烧热损失 3、固体不完全燃烧热损失
4、散热损失
5、灰渣物理热损失 6、有效利用热
1、排烟热损失 Q2 定义
烟气排入大气所造成的热损失
计算
1、排烟热损失 Q2 影响排烟热损失的主要因素
Q2 f py , 燃性, l '', , 受热面无损程度
为理想烟气焓、理想空气焓和飞灰焓 c i 为1Nm3空气、烟气各成分和1kg灰在温度为 ℃时的焓值，见表2-9； a fh为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取 a fh 0.9～0.95
0 0 I y、I k 、I fh
焓 温 表
烟气的焓值 H y
取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度
效率越高Βιβλιοθήκη 热 平 衡 范 围二、锅炉热平衡方程式
Qr Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
100 q1 q2 q3 q4 q5 q6
qi = Qi / Qr ×100
式中
Qr
输入热量
Q1 有效利用热 Q2 排烟热损失 Q3 气体不完全燃烧热损失 Q4 固体不完全燃烧热损失 Q5 散热损失 Q6 灰渣物理热损失
三、锅炉输入热量 Qr
Qr ir Qwr Qzq , kJ/kg
锅炉燃料燃烧计算与锅炉热平衡
? 对于一台正在运行中的锅炉，如何知道 实际送入锅炉的空气量？如何知道空气 量是否合适？锅炉燃烧调整？
? 答案： 通过实时、在线监测锅炉过量空 气系数。
? 炉膛出口及烟道各处的过量空气系数？ 烟气分析测出某处的烟气成分，再由过 量空气系数的计算式算出。
第三节 烟气分析
★实际干烟气的基本物质 3-41至3-48
河北理工大学本科优秀课程
锅炉
主讲：王子兵 副教授
第三章 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡
★ 完全燃烧计算 ★ 烟气分析 ★ 不完全燃烧计算 ★ 锅炉过量空气系数的确定 ★ 空气和燃烧产物的焓 ★ 锅炉热平衡计算
第一节 完全燃烧计算
一、完全燃烧的计算内容
1.---------2.---------3.---------4.----------
第一节 完全燃烧计算
二、空气量计算
11..实理际论空空气气量量：固体、液体燃料计算公式
V 0 ? 1 ??1 .866 C ar ? 5 .55 H ar ? 0 .7 S ar ? 0 .7 Q ar ??
0 .21 ?
100
100
100
100 ?
? 0 .0889 ?C ar ? 0 .375 S ar ?? 0 .265 H ar ? 0 .0333 O ar
L0=1.293V0 =0.115Kar+0.342Har-0.043Oar
第一节 完全燃烧计算
气体燃料计算公式
V0
?
1? 0.21??0.5H2
?
0.5CO?
?
??m ? ?
n 4
???Cm
Hn
?
1.5H2S
?
? O2 ?
? 答案： 通过实时、在线监测锅炉过量空 气系数。
? 炉膛出口及烟道各处的过量空气系数？ 烟气分析测出某处的烟气成分，再由过 量空气系数的计算式算出。
第三节 烟气分析
★实际干烟气的基本物质 3-41至3-48
河北理工大学本科优秀课程
锅炉
主讲：王子兵 副教授
第三章 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡
★ 完全燃烧计算 ★ 烟气分析 ★ 不完全燃烧计算 ★ 锅炉过量空气系数的确定 ★ 空气和燃烧产物的焓 ★ 锅炉热平衡计算
第一节 完全燃烧计算
一、完全燃烧的计算内容
1.---------2.---------3.---------4.----------
第一节 完全燃烧计算
二、空气量计算
11..实理际论空空气气量量：固体、液体燃料计算公式
V 0 ? 1 ??1 .866 C ar ? 5 .55 H ar ? 0 .7 S ar ? 0 .7 Q ar ??
0 .21 ?
100
100
100
100 ?
? 0 .0889 ?C ar ? 0 .375 S ar ?? 0 .265 H ar ? 0 .0333 O ar
L0=1.293V0 =0.115Kar+0.342Har-0.043Oar
第一节 完全燃烧计算
气体燃料计算公式
V0
?
1? 0.21??0.5H2
?
0.5CO?
?
??m ? ?
n 4
???Cm
Hn
?
1.5H2S
?
? O2 ?
第三章燃烧产物和热平衡
无关； 实际计算中需要知道燃烧产物（常压）的温度与焓值间的关系； 水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值； 前人均已经制成表格、图线或程序。
二、空气、烟气焓值的定义
相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气），由温度0℃加 热到θ℃所需要的热量，称为空气的焓或烟气的焓。
单位：kJ/kg，kcal/kg
VH2O Vy
pH2O
piVmpmVi
六、烟气中的飞灰浓度
对辐射换热有较大的作用，即每kg烟气中飞灰的质量。
afh— 烟 气 携 带 出 炉 膛 的 飞 灰 占 总 灰 量 的 份 额
（0.85~0.95）。
飞灰浓度
Aarafh
10G0y
kg/kg
第三章 燃烧产物和热平衡
第一节 空气量计算 第二节 烟气量的计算 第三节 完全燃烧方程式 第四节 根据烟气分析确定过量空气系数 第五节 空气与烟气焓的计算 第六节 锅炉的热平衡
再略去β
(RO2)max
RO2
21
21 O2
测定烟气中的O2，即可计算得到过量空气系数α
广泛采用
21
21 O2
测定烟气中的RO2，也可计算得到过量空气系数α 用的较少
(RO2)max
RO2
烟气成分随过量空气系数的变化
CO2%，O2% 21
CO2
O2 α
三、烟气分析
烟气分析手段：
一、烟气的组成
当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为
VRO2
Vy0
V0N2
Vy
V0H2O
(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤
烟气量的表示方法
V y V C 2 O V S2O V N 2 V O 2 V H 2 ON 3 /k m g
二、空气、烟气焓值的定义
相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟气），由温度0℃加 热到θ℃所需要的热量，称为空气的焓或烟气的焓。
单位：kJ/kg，kcal/kg
VH2O Vy
pH2O
piVmpmVi
六、烟气中的飞灰浓度
对辐射换热有较大的作用，即每kg烟气中飞灰的质量。
afh— 烟 气 携 带 出 炉 膛 的 飞 灰 占 总 灰 量 的 份 额
（0.85~0.95）。
飞灰浓度
Aarafh
10G0y
kg/kg
第三章 燃烧产物和热平衡
第一节 空气量计算 第二节 烟气量的计算 第三节 完全燃烧方程式 第四节 根据烟气分析确定过量空气系数 第五节 空气与烟气焓的计算 第六节 锅炉的热平衡
再略去β
(RO2)max
RO2
21
21 O2
测定烟气中的O2，即可计算得到过量空气系数α
广泛采用
21
21 O2
测定烟气中的RO2，也可计算得到过量空气系数α 用的较少
(RO2)max
RO2
烟气成分随过量空气系数的变化
CO2%，O2% 21
CO2
O2 α
三、烟气分析
烟气分析手段：
一、烟气的组成
当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为
VRO2
Vy0
V0N2
Vy
V0H2O
(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤
烟气量的表示方法
V y V C 2 O V S2O V N 2 V O 2 V H 2 ON 3 /k m g
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5.56 H y 100
0.7 S y 100
0.7 O y 100
Nm3 / kg
所以，1kg应用基燃料完全燃烧的理论空气量为
Vo
Vo O2
0.0889 (C y 0.375 S y ) 0.265 H y 0.0333 O y Nm3 / kg
0.21
R C y 0.375S y
⑶当≥1且不完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、CO、O2 、 N2 和H2O组成，其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2O VO2 VCO Nm3 / kg
二、根据燃烧化学反应计算烟气容积
※计算思路： 实际烟气容积=理论烟气容积+过量空气容积（干）+过量空气带入 的水蒸气容积 或：实际烟气容积=干烟气容积+水蒸气容积
rRO2
VCO2 VSO2 Vy
VRO2 Vy
pRO2 rRO2 p
（二）水蒸气容积份额及分压力
rH 2O
VH2O Vy
pH2O rH2O p
（三）灰粒浓度
质量浓度 Aya fh kg / kg烟气
100Gy
容积浓度 Aya fh kg / Nm3烟气
100Vy
0.79V o
0.8 N y 100
Nm3 / kg
（3）理论水蒸气容积的计算
①燃料中的氢生成的水蒸气
11.1 H y 0.111 H y Nm3 / kg
100
100
②燃料中的水分生成的水蒸气
22.4 W y 0.0124 W y Nm3 / kg 18 100
③理论空气量带入的水蒸气
“g/k空g气干含空212湿气8.4 量。1W00y d 0k.01”24W是yNm指3 / k1g kg干空气带入的水蒸气量，单位为 每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：
1.293 dk 22.4 1.293 10 22.4 0.0161Nm3 / Nm3干空气
1000 18
Vyo 1.0161( 1)V oNm3 / kg
或者
Vy Vgy VH2O
Vgy
VRO2
VN2
VO2
VRO2
Vo N2
(
1)V o
VH2O
Vo H 2O
0.0161(
1)V
o
烟气的质量
Gy
1 Ay 100
Gwh
1.306V okg / kg
当量碳量
※以上所计算的空气量都是干空气量！！
二、实际供给空气量及过量空气系数
定义：
表示： Vk , Nm3 / kg
“过量空气系数”、“过量空气量”
炉膛出口过量空气系数
" l
的作用及最佳值
与燃料种类、燃烧方式以及 燃烧设备的完善程度有关
炉膛出口
固态排渣煤粉炉中， 无烟煤和贫煤的炉 膛出口过量空气系数 为1.25，而烟煤与 褐煤则为1.20。 思考：这是为什么？
三、运行锅炉的烟气分析及计算 成分：CO2、SO2、O2、CO、N2 CO2＋SO2＋O2＋CO+N2=100%
其中：CO2＝VCO2 / Vgy VSO2＝VSO2 / Vgy ……..
烟气分析 分析设备：奥氏分析仪
顺序：RO2、O2、CO
四、烟气中三原子气体、水蒸气容积份额和灰粒浓度 （一）三原子气体容积份额及分压力
1kg收到基燃料含有 C y 100
kg
碳，完全燃烧时需要的氧量为：1.866
Cy 100
Nm3
同样可得到：
5.56 H y Nm3 100
0.7 S y Nm3 100
1kg燃料中含有氧量为：
由此可得：
22.4 O y 0.7 O y Nm3
32 100
100
Vo O2
1.866
Cy 100
（一）理论烟气容积
定义：=1并且燃料完全燃烧 计算：
（1）VRO2 的计算
VRO2
VCO2
VSO2
1.866 ( C y
0.375 S y )Nm3 / kg 100
（2）理论氮容积的计算 理论氮容积=理论空气中的氮+燃料中的氮
Vo N2
0.79V o
22.4 N y 28 100
式中 afh 烟气中飞灰量占燃料总 灰量的份额， 简称飞灰份额，可查表 4 3-12。
第三节 燃烧方程式
•一、完全燃烧方程式及RO2最大值 • 定义：>1、CO=0 • 完全燃烧方程式为
21 O2 (1 )RO2
或写成
(3- 36)
RO 2
21 O2
1
%
(3- 38)
当燃料完全燃烧而且 1时，CO 0,O2 0, RO2达到最大,
用RO
m 2
ax表示，即
ROm2 ax
1
21
%
(3- 39)
由上式可知，燃料一定时，
为定值，RO
m 2
ax也为定值。
常用燃料的ROm2 ax值如表 3 3 所示。
燃料特性系数
2.35 Har - 0.126Oar 0.038Nar
Car 0.375Sar
(3 - 37)
由式（3-36）可以看出，当燃料的 值一定时，无论过量空气 量如何，干烟气成分都应满足该式。如不满足，可能有以下几
第三章 锅炉物质平衡和热平衡
ห้องสมุดไป่ตู้
第一节 燃烧所需空气量及过量空气系数
※慨念：理想气体→标准状态→22.4Nm3/kg 一、理论空气量
定义：1㎏燃料完全燃烧、无剩余氧 推导：以碳的完全燃烧为例
表示：Vo ，Nm3/kg
C O2 CO2 12kgC 22.4Nm3O2 22.4Nm3CO2 1kgC 1.866Nm3O2 1.866Nm3CO2
第二节 烟气成分及其烟气量的计算
一、烟气成分
⑴当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和H2O组成， 其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2 O Nm3 / kg
⑵当>1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、O2 、 N2和H2O 组成，其容积为
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2O VO2 Nm3 / k g
1000 18
理论空气量带入的水蒸气容积为
0.0161V oNm3 / kg
☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即
Vo H2O
0.111H
y
0.0124W
y
0.0161V oNm3
/ kg(3 18)
（二）实际烟气容积
Vy Vyo ( 1)V o 0.0161( 1)V o