锅炉原理燃料燃烧计算

燃料的燃烧计算
完全燃烧时的过量空气系数
完全燃烧CO 0, 则＝ 1 1 79 O2 21 100 RO2＋O2
由完全燃烧方程式21 RO2 RO2＋O2 0，可知 ＝ 整理得 21 79＋ RO2 ＝ ， 79 1＋ ＋21 RO2
烟气分析可得到 RO2、O 2、CO、N 2 在干烟气Vgy 中所占的容积百分比
RO2 O2 CO N 2 100 ,%
RO2 VRO 2 Vgy 100 ,%
O2 VO2 Vgy VN 2 100 ,%
VCO CO 100 ,% Vgy
N2
Vgy
100 ,%
烟气分析
奥氏烟气分析仪
工作原理:利用不同的吸 收剂吸收不同的气体成分 1瓶：氢氧化钾溶液 KOH—RO2 2瓶：焦性没食子酸溶液 C6H3(OH)3—O2、RO2 3瓶：氯化亚铜氨溶液 Cu(NH3)2Cl—CO、O2 分析步骤:依次吸收 为什么分析成分是干烟 气成分？ 在实验压力下水蒸气 处于饱和状态,成比例的被 吸收
0.0889 Rar 0.265( Har Oar / 8)
实际空气量 Vk Vk ( ) 0
V
Vk ( ) V 0
式中 α、β—分别为烟气侧和空气侧的过量空 气系数
燃料的燃烧计算
过量空气系数α与漏风系数△α
V V0


奥氏烟气分析仪示意图
1，2，3—吸收瓶；4—疏形瓶；5，6，7— 旋塞；8—过滤器；9—三通旋塞；10—量 管；11—平衡瓶（水准瓶）；12—水套管； 13，14，15—缓冲瓶；16—抽气
烟气分析
干烟气容积的计算
干烟气容积
RO2 CO Vco2 Vso 2 Vco Vgy 100%
21 0.21RO2－0.185CO＋O2＋0.21 N 2 ＝ V0 将式RO2＋CO＝ VCO 2 VSO 2 VCO V gy
100 V gy
100, 代入上式整理得
0 VN 2 21 RO2＋0.605CO＋O2＋0.21 ＝ 0.79 RO2 CO (VCO 2 VCO ) VSO 2 N ar C ar S ar 0 0 V N 2 0.8 0.79V , VCO 2 VCO 1.866 , VSO 2 0.7 ,且 100 100 100 V 0 0.0889 C ar 0.375S ar 0.265H ar 0.0333 ar , 则 O
第三章
燃料燃烧计算和 锅炉机组热平衡
燃料的燃烧计算 烟气分析 空气和烟气的焓 锅炉机组的热平衡 习题
燃料的燃烧计算
燃料的燃烧工况
理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2和H2O 0 Vy 理论烟气量 设计工况 实际送入的空气量大于理论空气量，以 保证燃料完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2、H2O和 剩余O2 实际烟气量 Vy
燃料的燃烧计算
影响锅炉辐射换热的几个参数
三原子气体、水蒸气的容积份额与分压力 1)容积份额 r V 2)分压力
RO 2 RO 2
pRO rRO p
2 2
Vgy
2
rH O
2
VH O Vgy
pH O rH O p
2 2
飞灰浓度：每千克烟气中的飞灰质量。

Aar a fh 100 m y
燃料的燃烧计算
燃烧所需要的空气量
理论空气量 V0 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最 少空气量(无剩余氧)。
V 0 1 (1.866 C a r 5.56 H a r 0.7 S a r - 0.7 O a r ) 0.21 100 100 100 100
0.0889 (Car 0.375 S ar ) 0.265 H ar 0.0333 Oar
理论空气带入的水蒸气: =1.24×1.293×0.01V0 =0.0161V0
燃料的燃烧计算
燃烧产生的烟气量
实际烟气量
Vy
α>1、完全燃烧：O2 ≠0；CO=0
Vy VCO 2 VSO 2 VN2 VH 2O VO2
0 Vy 1V 0 0.0161 1V 0
V 1.0161( 1)V , Nm / k g
0 y 0 3
燃料的燃烧计算
燃烧产生的烟气量
实际烟气量
Vy
α>1、不完全燃烧：O2 ≠0；CO ≠ 0
Vy VCO2 VCO VSO2 VN 2 VO2 VH 2O
Vgy V
1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2 1kg C + 0.933 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO H 2O
RO
max 2
21 ,% 1
烟气分析
运行中过量空气系数的确定
过量空气系数 不完全燃烧
推导过程
1 O2 0.5CO 79 1 21 100 RO2 O2 CO
过量空气系数
RO max 2 RO 2
完全燃烧且不计β
21 21 O2
推导过程
燃料的燃烧计算
燃料的燃烧计算
燃烧方程式的推导
H ar 0.125Oar 0.038N ar 21 RO2＋0.605CO＋O2＋2.35 ＝ RO2 CO C ar 0.375S ar H ar 0.125Oar 0.038N ar 令＝2.35 ，则上式可写成 C ar 0.375S ar 21 RO2＋0.605CO＋O2＋ RO2 CO ＝
RO2＋O2＝21 RO2，O2＝21 1＋ RO2，代入上式
将分子分母都除以21RO2，得 79 79 ＋ ＋ RO2 RO2 ＝ ＝ 1＋ 79 79 ＋ ＋ max 21 RO
燃料的燃烧计算
完全燃烧时的过量空气系数
值相对较小，可忽略不 计，则上式变为 RO2 21 ＝ 1＋ RO2 RO2
a fh －烟气携带出炉膛的飞灰占总灰分的质量份额。
烟气的质量: my=1-Aar/100+(1+dk)ρ α V0 =1-Aar/100+(1+0.01)1.293α V0 =1-Aar/100+1.306α V0 燃料 灰渣 炉膛空气
烟气分析
烟气分析成分
烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气容积为基 础，采用奥氏烟气分析仪进行的。
100 VO2 0.21 1V 0 0.5VCO
, 则上式可写成
VN 2 V
0 N2
将上式带入Vgy VRO 2
0.79 VO2 0.5VCO 0.21 VCO VO2 VN 2 , 得
0 N2


Vgy VRO 2 VCO VO2 V
0.79 (VO2 0.5VCO ) 0.21
燃料的燃烧计算
三种可燃元素（C、H、S）完全燃烧反应方程式
12 kg C + 22.4 Nm3 O2 → 22.4 Nm3 CO2
4×1.008 kg H2+ 22.4 Nm3 O2 → 2× 22.4 Nm3 H2O 32 kg S + 22.4 Nm3 O2 → 22.4 Nm3 SO2
1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2 1kg H + 5.56 Nm3 O2 1kg S + 0.7 Nm3 O2 → 11.1 Nm3 → 0.7 Nm3 H 2O SO2
0 Vy
0；CO = 0
0 O 0 0 Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH 2O VRO2 VN02 VH 2O Vgy VH 2O
(Car 0.375 S ar ) N ar 1.866 0.8 0.79V 0 100 100
H ar M ar 11.1 1.24 0.0161V 0 1.24Wwh , Nm3 / kg 100 100


燃料的燃烧计算
不完全燃烧时的过量空气系数
根据O2 , N 2 , CO的定义式，解出 O2，V N 2 和VCO，代入上式得 V
＝
N 2＝ 100 RO2＋O2＋CO ，代入上式得
1 79 O2 0.5CO 1 21 N2
＝
1 O2 0.5CO 79 1 21 100 RO2＋O2＋CO
燃料的燃烧计算
燃烧过程的化学反应
煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础， 1kg收到基燃料包括
Car H ar S ar Kg的碳、 kg的氢、 kg的硫 100 100 100
三种可燃元素（C、H、S）完全燃烧反应方程式 C + O2 → CO2 2H2+ O2 → 2H2O S + O2 → SO2
式中 β为燃料特性系数，其物理意义：燃料 中的自由氢(H-0.125Oar)与C的比值。
21 RO2 ( RO2 O2 ) CO 0.605
烟气分析
燃烧方程式
完全燃烧方程式：
α＞l、且完全燃烧： CO=0
21 O2 RO2 ,% 1
α=1、且完全燃烧：CO=0，O2=0
燃料的燃烧计算
燃料的燃烧工况
实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量， 但为不完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2 、 H2O、 剩余O2 和未完全燃烧气体CO 实际烟气量 Vy
燃料的燃烧计算
燃烧过程的化学反应
燃烧计算的物理模型
以1kg燃料为计算基础
所有气体均视为理想气体（22.4Nm3/kmol） 假定完全燃烧 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79：21
max
由完全燃烧方程式可知1＋ RO2＝21 O2，代入上式得

21 21 O2
燃料的燃烧计算
燃烧方程式的推导
0.79 (VO2 0.5VCO ) 0.21 将上式两边除以 gy 并乘以 ，结合RO2 , CO , O2的定义式，得 V 100
0 V gy VRO2 VCO VO2 V N 2
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
VO2 0.21 1V 0.5 1.866
0
Car ,co 100
VCO 1.866
Car ,co
0 从上式中解出 1V 0，带入VN 2 VN 2 0.79 1V 0 , 得
1.866 (Car 0.375 S ar ) Vgy , Nm3 / kg RO2 CO
烟气容积
Vy Vgy VH 2O
烟气分析
燃烧方程式
不完全燃烧方程式
RO2 0.605CO O2 ( RO2 CO) 21 推导过程
H ar 0.125 Oar 0.038 N ar 2.35 Car 0.375 S ar
为炉膛出口处过量
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。
燃料的燃烧计算
过量空气系数β与漏风系数△α
ky ky ky
zf ky
燃料的燃烧计算
燃烧产生的烟气量
理论烟气量
1kg C + 1.866 Nm3 O2 → 1.866 Nm3 CO2 1kg H + 5.55 Nm3 O2 → 11.1 Nm3 2 H=O α=1、完全燃烧：O 2 1kg S + 0.7 Nm3 O2 → 0.7 Nm3 SO2
不完全燃烧时的过量空气系数
V V 0 V - Vg V 1 Vg V 1 1V 0 1 V 0
0
10
由式 VO2＝0.21 1V ＋0.5 CO，可得 1V ＝ V
0 N2
VO2 －0.5 CO V 0.21
பைடு நூலகம்
固体和液体燃料N ar比较小，可忽略不计。 则由式 VN 2 N ar 0 0 0 0 V ＝0.8 ＋0.79V ，V N 2 V N 2 0.79 1V , 得V ＝ 100 0.79 1 将以上两式代入第一式 ，得＝ 0.79 VO2 0.5 CO V 1 0.21 N 2 V