燃烧所需空气量及过量空气系数
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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 VN 2 VH 2 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 VN 2 VH 2O VO2 Nm3 / k g
“漏风系数”的定义 漏风系数的表达式及其确定方法：
Vlf V
o
(3 - 46)
某级受热面的漏风系数，可以根据烟气分析结果，利用以下 公式进行计算。
V k Vk o o V V 1 21 21 1 21 21 O 21 O 21 O 2 21 O 2 2 2 或 RO max RO max 1 1 max 2 2 RO2 CO2 CO2 CO 2 CO 2 Vlf
推导思路：利用过量空气系数的定义式和烟气成分的定义式 得到只包含烟气分析结果的计算公式。
推导过程要点：
由式（3 6）可知
Vk Vk o Vk V V
1 V 1 Vk
(1)
不完全燃烧时，有 N ar VN 2 0.8 100 VN 2 1 N 2 V N 2 V Vk gy gy 0.79 0.79 0.79 100 79 0.21V VO 2 - 0.5V CO O 2 0.5CO O 2 0.5CO 1 V Vgy Vgy 0.21 100 21 代入(1)式可得： 1 1 O 2 0.5CO 79 O 2 0.5CO Vgy 1 21 21 N2 1N2 Vgy 79 (3 - 43)
(3 - 45)
※ 氧公式与二氧化碳公式的比较
如图3-2所示，当 燃料成分 改变时，二 氧化碳的含量也 随着发生变化，同一含量对 应的过量空气系数差别较大， 不能正确 指导锅炉运行，容 易引起误操作。而用烟 气中 过剩氧量来监视 过量空气系 数大小，则燃料成分改变的 影 响就很小。
•二、漏风系数的计算 ※锅炉的通风方式：
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？
第二节 烟气成分及其烟气量的计算
例题3 - 1
（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
VRO 2 VCO2 VSO2
C y 0.375 S y 1.866 ( ) 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
V
o N2
22.4 N y Ny o 0.79V 0.79V 0.8 Nm3 / kg 28 100 100
由上式可知，燃料一定时， 为定值， max 也为定值。 RO 2 常用燃料的RO max 值如表 3 3 所示。 2
燃料特性系数
2.35
H ar - 0.126O ar 0.038N ar 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 种情况： （1）烟气分析不准确； （2）有碳未燃尽； （3）烟气中有CO存在; （4）(2)、(3)同时存在。 在有CO存在时，若无未燃尽碳,可用式 （3-41）计算CO . 如烟气分析完全而准确，则可用式 （3-36）求出 值，并与用 式 （3-37）求出的 值相比较，从而判断有无未燃尽碳存在。
（1）锅炉通风的任务——送入燃料燃烧需要的空气，排出燃 烧产生的烟气。 （2）锅炉通风的方式——主要采用“平衡通风”，即同时 使用送风机和引风机，炉膛保持微负压 的方式；另外还有 “负压通风”和“正压通风”的方式。 （3）平衡通风的特点——锅炉不向外喷火焰和冒烟气，但会 有空气从未密封处或密封不严密处漏入炉膛内，从而使烟气 沿烟气流程的过量空气系数不断增大。
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
V y VCO2 VSO2 VN 2 VH 2O 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
y
100
Nm3
同样可得到：
Hy 5.56 Nm3 100 Sy 0.7 Nm3 100
1kg燃料中含有氧量为： 由此可得：
22.4 O y Oy 0.7 Nm3 32 100 100
Cy Hy Sy Oy o 3 VO2 1.866 5.56 0.7 0.7 Nm / kg 100 100 100 100
dk 22.4 10 22.4 1.293 1.293 0.0161 Nm3 / Nm3干空气 1000 18 1000 18
22.4 W y 0.0124W y Nm3 / kg 18 100
理论空气量带入的水蒸气容积为
0.0161V o Nm3 / kg
☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即
所以，1kg应用基燃料完全燃烧的理论空气量为
Vo
o VO2
0.21
0.0889 (C y 0.375 S y ) 0.265 H y 0.0333O y Nm3 / kg
当量碳量
R C y 0.375 S y
※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
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 O 2 (1 )RO 2 或写成 RO 2 21 O 2 1 % (3 - 38)
(3 - 36)
当燃料完全燃烧而且 1时，CO 0, O 2 0, RO 2达到最大, 用RO max 表示，即 2 RO max 2 21 % 1 (3 - 39)
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 12 kgC 22.4 Nm3O2 22.4 Nm3CO2 1kgC 1.866 Nm3O2 1.866 Nm3CO2
1kg收到基燃料含有 C
y
100
k g 碳，完全燃烧时需要的氧量为：1.866 C
o
（3）理论水蒸气容积的计算 ①燃料中的氢生成的水蒸气
H H 3 11.1 0.111 Nm / kg 100 100
y
y
②燃料中的水分生成的水蒸气
22.4 W y 0.0124W y Nm3 / kg 18 100
③理论空气量带入的水蒸气 “空气含湿量dk”是指1kg干空气带入的水蒸气量，单位为 g/kg干空气。 每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：
第三章 锅炉物质平衡和热平衡
本章目的：了解燃烧所需空气量、产生烟气量，锅炉热量平衡； 本章关键：学会空气量、烟气量计算，热平衡分析 本章难点：相关计算，主要在于分析
本章在全部内容的重要性：中等偏上 对后面内容影响：锅炉燃烧效率提高，涉及配风 送风方式
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
o Vgy VRO 2 VN 2 VO2 VRO 2 VN 2 ( 1)V o
VH 2O V
烟气的质量
o H 2O
0.0161( 1)V
o
Ay Gy 1 Gwh 1.306V o kg / kg 100
三、运行锅炉的烟气分析及计算
成分：CO2、SO2、O2、CO、N2
在完全燃烧时，测得某 煤粉炉低温级对 流过热器进口烟气中的 氧量O2 3.93%；出口烟气中的 氧量O2 4.6%；求此级对流过热器的 漏风系数 gr。 解： 根据式（3 73）可得 1 1 gr 21 21 O2 21 O2 1 1 21 0.05 21 - 4.6 21 3.93 计算结果 gr 0.05 0.03 （由表3 2查得），表明漏 风比较严重，应采取措 施减少漏风，以保证锅 炉安全经 济运行。
二、不完全燃烧方程式 定义：燃料不完全燃烧时，各烟气成分之间的关系。 表达：燃料的元素成分、烟气分析所得各烟气成分。
CO
21 - O 2 - (1 )RO 2 % 0.605
(3 - 41)
第四节 根据烟气成分求过量空气系数及烟气焓
一、运行时过量空气系数的计算 运行时过量空气系数可以由烟气分析结果加以确定。
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
rRO 2
VCO2 VSO2 Vy
VRO 2 Vy
pRO 2 rRO 2 p
（二）水蒸气容积份额及分压力
rH 2O
VH 2O Vy
pH 2O rH 2O p
（三）灰粒浓度
质量浓度 容积浓度
A y a fh 100 G y A y a fh 100V y
kg / kg烟气 kg / Nm3烟气
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 1。 3-2
o VH 2O 0.111 H y 0.0124W y 0.0161V o Nm3 / kg(3 18)
（二）实际烟气容积
V y V yo ( 1)V o 0.0161( 1)V o
Vyo 1.0161( 1)V o Nm3 / k g
或者
V y Vgy VH 2O
完全燃烧时，CO 0, 则：
21 O2 21 - 79 100 - (RO 2 O 2 )
(3 - 42)
ห้องสมุดไป่ตู้
当不需要 的精确数值时，可使用以下两个近似公式计算。 (1)二氧化碳公式 RO max 2 CO 2
（2）氧公式
(3 - 44)
21 21 - O 2
Vy VCO2 VSO2 VN 2 VH 2 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 VN 2 VH 2O VO2 Nm3 / k g
“漏风系数”的定义 漏风系数的表达式及其确定方法：
Vlf V
o
(3 - 46)
某级受热面的漏风系数，可以根据烟气分析结果，利用以下 公式进行计算。
V k Vk o o V V 1 21 21 1 21 21 O 21 O 21 O 2 21 O 2 2 2 或 RO max RO max 1 1 max 2 2 RO2 CO2 CO2 CO 2 CO 2 Vlf
推导思路：利用过量空气系数的定义式和烟气成分的定义式 得到只包含烟气分析结果的计算公式。
推导过程要点：
由式（3 6）可知
Vk Vk o Vk V V
1 V 1 Vk
(1)
不完全燃烧时，有 N ar VN 2 0.8 100 VN 2 1 N 2 V N 2 V Vk gy gy 0.79 0.79 0.79 100 79 0.21V VO 2 - 0.5V CO O 2 0.5CO O 2 0.5CO 1 V Vgy Vgy 0.21 100 21 代入(1)式可得： 1 1 O 2 0.5CO 79 O 2 0.5CO Vgy 1 21 21 N2 1N2 Vgy 79 (3 - 43)
(3 - 45)
※ 氧公式与二氧化碳公式的比较
如图3-2所示，当 燃料成分 改变时，二 氧化碳的含量也 随着发生变化，同一含量对 应的过量空气系数差别较大， 不能正确 指导锅炉运行，容 易引起误操作。而用烟 气中 过剩氧量来监视 过量空气系 数大小，则燃料成分改变的 影 响就很小。
•二、漏风系数的计算 ※锅炉的通风方式：
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？
第二节 烟气成分及其烟气量的计算
例题3 - 1
（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
VRO 2 VCO2 VSO2
C y 0.375 S y 1.866 ( ) 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
V
o N2
22.4 N y Ny o 0.79V 0.79V 0.8 Nm3 / kg 28 100 100
由上式可知，燃料一定时， 为定值， max 也为定值。 RO 2 常用燃料的RO max 值如表 3 3 所示。 2
燃料特性系数
2.35
H ar - 0.126O ar 0.038N ar 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 种情况： （1）烟气分析不准确； （2）有碳未燃尽； （3）烟气中有CO存在; （4）(2)、(3)同时存在。 在有CO存在时，若无未燃尽碳,可用式 （3-41）计算CO . 如烟气分析完全而准确，则可用式 （3-36）求出 值，并与用 式 （3-37）求出的 值相比较，从而判断有无未燃尽碳存在。
（1）锅炉通风的任务——送入燃料燃烧需要的空气，排出燃 烧产生的烟气。 （2）锅炉通风的方式——主要采用“平衡通风”，即同时 使用送风机和引风机，炉膛保持微负压 的方式；另外还有 “负压通风”和“正压通风”的方式。 （3）平衡通风的特点——锅炉不向外喷火焰和冒烟气，但会 有空气从未密封处或密封不严密处漏入炉膛内，从而使烟气 沿烟气流程的过量空气系数不断增大。
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
V y VCO2 VSO2 VN 2 VH 2O 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
y
100
Nm3
同样可得到：
Hy 5.56 Nm3 100 Sy 0.7 Nm3 100
1kg燃料中含有氧量为： 由此可得：
22.4 O y Oy 0.7 Nm3 32 100 100
Cy Hy Sy Oy o 3 VO2 1.866 5.56 0.7 0.7 Nm / kg 100 100 100 100
dk 22.4 10 22.4 1.293 1.293 0.0161 Nm3 / Nm3干空气 1000 18 1000 18
22.4 W y 0.0124W y Nm3 / kg 18 100
理论空气量带入的水蒸气容积为
0.0161V o Nm3 / kg
☆对于固体燃料，理论水蒸气容积为上述三部分之和，即
所以，1kg应用基燃料完全燃烧的理论空气量为
Vo
o VO2
0.21
0.0889 (C y 0.375 S y ) 0.265 H y 0.0333O y Nm3 / kg
当量碳量
R C y 0.375 S y
※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
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 O 2 (1 )RO 2 或写成 RO 2 21 O 2 1 % (3 - 38)
(3 - 36)
当燃料完全燃烧而且 1时，CO 0, O 2 0, RO 2达到最大, 用RO max 表示，即 2 RO max 2 21 % 1 (3 - 39)
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 12 kgC 22.4 Nm3O2 22.4 Nm3CO2 1kgC 1.866 Nm3O2 1.866 Nm3CO2
1kg收到基燃料含有 C
y
100
k g 碳，完全燃烧时需要的氧量为：1.866 C
o
（3）理论水蒸气容积的计算 ①燃料中的氢生成的水蒸气
H H 3 11.1 0.111 Nm / kg 100 100
y
y
②燃料中的水分生成的水蒸气
22.4 W y 0.0124W y Nm3 / kg 18 100
③理论空气量带入的水蒸气 “空气含湿量dk”是指1kg干空气带入的水蒸气量，单位为 g/kg干空气。 每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：
第三章 锅炉物质平衡和热平衡
本章目的：了解燃烧所需空气量、产生烟气量，锅炉热量平衡； 本章关键：学会空气量、烟气量计算，热平衡分析 本章难点：相关计算，主要在于分析
本章在全部内容的重要性：中等偏上 对后面内容影响：锅炉燃烧效率提高，涉及配风 送风方式
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
o Vgy VRO 2 VN 2 VO2 VRO 2 VN 2 ( 1)V o
VH 2O V
烟气的质量
o H 2O
0.0161( 1)V
o
Ay Gy 1 Gwh 1.306V o kg / kg 100
三、运行锅炉的烟气分析及计算
成分：CO2、SO2、O2、CO、N2
在完全燃烧时，测得某 煤粉炉低温级对 流过热器进口烟气中的 氧量O2 3.93%；出口烟气中的 氧量O2 4.6%；求此级对流过热器的 漏风系数 gr。 解： 根据式（3 73）可得 1 1 gr 21 21 O2 21 O2 1 1 21 0.05 21 - 4.6 21 3.93 计算结果 gr 0.05 0.03 （由表3 2查得），表明漏 风比较严重，应采取措 施减少漏风，以保证锅 炉安全经 济运行。
二、不完全燃烧方程式 定义：燃料不完全燃烧时，各烟气成分之间的关系。 表达：燃料的元素成分、烟气分析所得各烟气成分。
CO
21 - O 2 - (1 )RO 2 % 0.605
(3 - 41)
第四节 根据烟气成分求过量空气系数及烟气焓
一、运行时过量空气系数的计算 运行时过量空气系数可以由烟气分析结果加以确定。
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
rRO 2
VCO2 VSO2 Vy
VRO 2 Vy
pRO 2 rRO 2 p
（二）水蒸气容积份额及分压力
rH 2O
VH 2O Vy
pH 2O rH 2O p
（三）灰粒浓度
质量浓度 容积浓度
A y a fh 100 G y A y a fh 100V y
kg / kg烟气 kg / Nm3烟气
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 1。 3-2
o VH 2O 0.111 H y 0.0124W y 0.0161V o Nm3 / kg(3 18)
（二）实际烟气容积
V y V yo ( 1)V o 0.0161( 1)V o
Vyo 1.0161( 1)V o Nm3 / k g
或者
V y Vgy VH 2O
完全燃烧时，CO 0, 则：
21 O2 21 - 79 100 - (RO 2 O 2 )
(3 - 42)
ห้องสมุดไป่ตู้
当不需要 的精确数值时，可使用以下两个近似公式计算。 (1)二氧化碳公式 RO max 2 CO 2
（2）氧公式
(3 - 44)
21 21 - O 2