燃料燃烧及热平衡计算参考
第四章 燃烧反应计算
实际燃烧时，由于n 1 ，因此就多了一 部分的空气未参与燃烧反应，这样就在燃烧产 物中增加了氧成分（O2’即VO2），且使得N2’ 含量增加，这时的实际燃烧产物生成量可以写 成：
Vn= Vco2+Vh2o+ VSO2+VN2+VO2
值得注意的是，这里的VN2与Vo中的VN2是不相等 的，要多（Ln-Lo）79% ！
燃料与燃烧学
燃烧反应计算
概述
燃烧反应的静力学计算，不涉及速度即动 力学 按燃烧反应式进行物质平衡及热平衡计算
目的
合理利用燃料 选择合理的风机 组织合理的燃烧 为炉子设计和管理提供必要的原始数据
假设条件
反应速度无限快，充分混合、接触，氧化剂允许过 剩，燃烧产物包括反应完成后生产物、剩余物 气体体积均为标准状态下体积（0℃，1kmol： 22.4m3） 空气成分：干成分 O2、N2，其中体积比例为：O2： 21%、N2：79%，重量：O2：23.2%、N2：76.8% 水蒸汽按饱和水蒸气计算 燃烧反应计算知道燃料成分，固、液体燃料为应用 成分，气体燃料为湿成分
79 N 2 LnX 100 + 100
因此
Vn=(CO+H2+ (n
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
+
+(n -0.21)L0+
当n = 1时
0.00124gLn
Vo=(CO+H2+ (n +0.79L0
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
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
热平衡计算附表
热平衡计算附表(总5页)本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March附表：热平衡计算（1#窑）计算基准：基准温度 0℃基准质量 1小时进入系统的物料进窑到出窑时间为18h热平衡示意图如下：热平衡框图热收入：热支出：制品带入显热：Q1 产品带出显热：Q3棚板、立柱带入显热：Q2 棚板、立柱带出显热：Q4燃料带入的化学显热：Qf 窑顶、窑墙散热：Q5助燃空气带入显热：Qa 窑车积蓄和散失之热：Q6从预热带不严密处漏入空气带入显热：Qb 物化反应耗热：Q7气幕带入显热：Qo /其他热损失：Q8Q a +Qb=Qo1. 热收入项目1.1 制品带入显热Q1每小时入窑湿制品质量G0=28.3 Kg/件×12.77件/车×4.2车/时8.4100100/(1-0.01) =1611㎏/h（1%体进窑水分）入窑制品温度t1=40℃，此时制品的比热C1=0.92 kJ/（㎏•℃）则：Q1= G×C1×t1=1611㎏/h×0.92 kJ/（㎏•℃）×40℃=59284.8（kJ/h）1.2 棚板、立柱带入显热Q2每小时入窑棚板、立柱质量Gb=300×4.2=1260 kg/h（每辆窑车的火道支柱，横梁，支柱，硅板以及棚板共重约300 kg）入窑棚板、立柱温度t1=40℃，则此时棚板、立柱的比热C1=0.851 kJ/（kg•℃）则：Q 2=Gb×C2×t2=1260 kg/h×0.851 kJ/（kg•℃）×40℃= 42890.4（kJ/h）1.3 燃料带入的化学显热QfQd=36000 kJ/ Nm3（天然气热值）入窑天然气温度：tf =20℃,此时天然气平均比热cf=1.56 kJ/(Nm3·℃)设每小时消耗的燃料量为Xm3/h则：Qf =x(Qd+cf×tf)=x(36000+1.56×20)=36031.2 x （kJ/h）1.4 助燃空气带入显热Qa全部助燃空气作为一次空气与燃气配比，燃料燃烧所需实际空气量求得：Va=8.568x Nm3/ Nm3助燃空气温度 ta =20℃,此时空气平均比热ca=1.30 kJ/(Nm3·℃)则：Q a = Va×ca×ta=8.568x×1.30×20=222.768x （kJ/h）1.5 从预热带不严密处漏入空气带入显热Qb取预热带烟气中的空气过剩系数ag=2.5，已求单位体积理论空气量Va0=8.16 Nm3/ Nm3烧成带燃料燃烧时空气过剩系数af=1.05。
发动机热平衡试验方法
小循环管 散热器 加水管
３．３ 试验方法 按 ＧＢ／Ｔ １８２９７－２００１ 《汽车发动机性能试验方法》进
行总功率试验。除了正常测量记录的数据外，必须测量表 ２ 中列出的需要实测的值。
在每个试验工况，必须在发动机达到热平衡以后才能测 量数据。发动机进、出水温度差值 Ｔ 出水－Ｔ 进水的波动不超过 ０．１℃／ｍｉｎ 时，认为发动机达到了热平衡。
Ｑ排气
图 １ 燃烧产生的总热量 Ｑ 总的去向分布图
２．３ 热平衡方程中各项的含义
表 １ 名称、符号、单位及计算公式
序号
参数
符号
１ 燃油燃烧产生的热量
Ｑ 总
２ 转化为有效功的热量
Ｑｅ
３ 排气排出的热量
Ｑ 排气
４ 冷却液带走的热量
Ｑ 冷却液
５ 进气中冷带走的热量
Ｑ 中冷
３ 热平衡试验方法
Ｇ 燃油
ｋｇ／ｓ Ｇ 燃油＝Ｇｆ／３６００
Ｈｕ ｋＪ／ｋｇ 参考值：４２７８０
Ｇ 排气
ｋｇ／ｓ Ｇ 排气＝Ｇ 进气＋Ｇ 燃油
Ｔ 涡轮出口
℃
Ｔ 环
℃
Ｃｐ 排气 ｋＪ／（ｋｇ·℃） 参考值：１．０９９２４
Ｇ 冷却液 Ｌ／ｍｉｎ
Ｔ 出水
℃
Ｔ 中冷前℃ Fra bibliotekＱ 总 Ｑｅ Ｑ 排气 Ｑ 冷却液 Ｑ 中冷 Ｑ 残余
ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ ｋＪ／ｓ
１２ 发动机输出总功率
Ｐｅ
１３ 燃油消耗量
Ｇｆ
单位
计算公式
说明与备注
ｋＪ／ｓ Ｑ 总＝Ｇ 燃油×Ｈｕ
新03 燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡 蓝白
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：
燃料及燃烧
理论燃烧产物量
（二）实际空气需求量和实际燃烧产物量的计算 实际空气需要量 实际燃烧产物量 （三）燃烧产物成分和密度的计算 1.燃烧产物成分 用
烟煤 ：烟煤比褐煤炭化更完全，水分和挥发分进一步减少，固体碳 增加。低发热量较高；一般都在23000~29300千焦/千克。 作冶金炉燃料时，主要考虑的指标是：挥发分和发热量；灰分 含量及其熔点；含硫量；煤的粒度大小。 分类：长焰煤、气煤、肥煤、结焦煤、瘦煤。 无烟煤 ：无烟煤是炭化程度最完全的煤，其中挥发分很少。无烟煤 挥发分少，燃烧时火焰很短，故在冶金生产中很少使用。焦炭缺乏 时，可用无烟煤暂代。
②氢（H）： H 2 1 O2 H 2O(汽) 119915( KJ / Kg )
③氧（O）：有害元素 ④氮（N）：惰性物质
1 C O2 CO 10258( KJ / Kg ) 2
2
⑤硫（S）：有害杂质。S
O2 SO2 409930 KJ
存在形式：有机硫，黄铁矿硫硫酸盐 ⑥水分（W）：有害成分。水分来源：外部水、吸附水、结晶水。 ⑦灰分（A）：
2.焦炭 要求：①化学成分 ②机械强度
③块度
④灰分 ⑤反应能力 3.粉煤 将块煤或碎煤磨至0.05~0.07毫米的粒度称为粉煤。
任务2 燃烧计算
一 概述 1.完全燃烧与不完全燃烧 燃料中的可燃物全部与氧发生充分的化学反应，生成不能 燃烧的产物，叫完全燃烧。 燃料的不完全燃烧存在两种情况： ①化学性不完全燃烧：燃烧时燃料中的可燃物质没有得到足 够的氧，或者与氧接触不良，因而燃烧产物中还含有一部分 能燃烧的可燃物被排走，这种现象叫化学不完全燃烧。 ②机械不完全燃烧：燃料中的部分可燃成分未参加燃烧反应 就损失掉的那部分。如灰渣裹走的煤，炉栅漏下的煤，管道 漏掉的重油或煤气。
第五章 燃烧温度
2、 理论燃烧温度的计算
t理 QD Q物 Q分 VnC产
Q 分---分解热
CO2 CO+
1 2
O2 -12600
1
H2O H2+ 2 O2 -10800 O2 O+O
H2 H+H
.
.
.
Q 分与温度、压力有关（1）温度愈高，分解度愈大 （2）压力加大，分解度变小
在工业炉温度与压力条件下，主要有 CO2 与 H2O 的分解， 不同的温度段分解大致如下：
QD+Q物Q分 t理= ——————————
VoC产+（n-1）LoC空
如果
| t理’ t理| (指定的误差) 则求得 t理；否则，再令
t理’= t理 重复上述计算，直至
| t理’ t理|
3、影响理论燃烧温度因素 （1）燃料的 QD 对 t 理的影响 当 QD 较小时，QDt 理，但 QD 较大时，QD 再时，t 理几 乎不变。
达到的温度。
• 当不考虑Q传和Q不（即Q传=0，Q不=0） 时，有
•
t理=
QD
Q空 Q燃 Vn • c产
- Q分
• 称为理论燃烧温度（绝热完全燃烧火焰 温度）——表明某燃料在某条件下所达 到的最高温度。
量热计温度
• 理论燃烧温度计算过程中不考虑热分解 影响
• t量= QD Q空 Q燃 Vn • c产
C 产=CCO2CO2’%+CH2OH2O’%+CN2N2’%
上式中 CCO2、CH2O、CN2 都是温度的函数，即
CCO2=fCO2(t 热)，CH2O=fH2O(t 热) ，CN2=fN2(t 热)
(1)联立求解方程 设Ci=A1i+A2it+A3it2 ，i=CO2，H2O，N2 V0C产=ΣViCi
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。
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
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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。
锅炉原理燃料燃烧计算
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
燃烧热计算公式
燃烧热计算公式燃烧热是指物质在燃烧过程中释放的能量。
它是热化学性质的一个重要指标，对于了解物质的燃烧特性和应用具有重要意义。
燃烧热的计算公式可以根据不同的燃烧反应类型和反应条件有所不同。
下面介绍几种常见的燃烧热计算公式。
1. 单质燃烧反应的燃烧热计算公式对于单质燃烧反应，燃烧热的计算公式可以根据反应类型和反应条件来确定。
例如，对于氢气燃烧反应：2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) ΔH = -483.6 kJ/mol上述反应中，氢气和氧气反应生成水，释放的热量为483.6 kJ/mol。
这个值可以通过实验测定得到。
2. 化合物的燃烧热计算公式对于化合物的燃烧热计算，需要了解化合物的燃烧反应式以及燃烧反应的燃烧热值。
例如，对于乙醇的燃烧反应：C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔH = -1367 kJ/mol上述反应中，乙醇和氧气反应生成二氧化碳和水，释放的热量为1367kJ/mol。
这个值可以通过实验测定得到。
3. 燃烧热的计算公式应用燃烧热的计算公式可以用于预测燃烧过程中的能量变化，也可以用于了解不同物质的燃烧特性。
例如，可以通过计算燃烧热来确定某种燃料的热值，从而评估其作为燃料的适用性。
同时，燃烧热的计算公式也可以用于燃烧反应的热平衡计算，从而确定反应的热效应。
总结起来，燃烧热的计算公式可以根据不同的燃烧反应类型和反应条件有所不同。
通过实验测定或计算，可以确定燃烧反应的燃烧热值，从而了解反应的能量变化和燃烧特性。
燃烧热的计算公式在热化学研究和工业应用中具有重要的意义。
热平衡计算附表
附表：热平衡计算（1#窑）计算基准：基准温度 0℃基准质量 1小时进入系统的物料 进窑到出窑时间为18h热平衡示意图如下：热平衡框图热收入： 热支出：制品带入显热：Q 1 产品带出显热：Q 3棚板、立柱带入显热：Q 2 棚板、立柱带出显热：Q 4 燃料带入的化学显热：Q f 窑顶、窑墙散热：Q 5 助燃空气带入显热：Q a 窑车积蓄和散失之热：Q 6 从预热带不严密处漏入空气带入显热：Q b 物化反应耗热：Q 7 气幕带入显热：Q o / 其他热损失：Q 8 Q a +Q b =Qo 1. 热收入项目1.1 制品带入显热Q 1每小时入窑湿制品质量G 0=28.3 Kg/件×12.77件/车×4.2车/时8.4100100 /(1-0.01) =1611㎏/h （1%体进窑水分）入窑制品温度t1=40℃，此时制品的比热C1=0.92 kJ/（㎏•℃）则：Q1= G0×C1×t1=1611㎏/h×0.92 kJ/（㎏•℃）×40℃=59284.8 （kJ/h）1.2 棚板、立柱带入显热Q2每小时入窑棚板、立柱质量G b=300×4.2=1260 kg/h（每辆窑车的火道支柱，横梁，支柱，硅板以及棚板共重约300 kg）入窑棚板、立柱温度t1=40℃，则此时棚板、立柱的比热C1=0.851 kJ/（kg•℃）则：Q2=G b×C2×t2=1260 kg/h×0.851 kJ/（kg•℃）×40℃=42890.4（kJ/h）1.3 燃料带入的化学显热Q fQ d=36000 kJ/ Nm3（天然气热值）入窑天然气温度：t f=20℃,此时天然气平均比热c f=1.56 kJ/(Nm3·℃)设每小时消耗的燃料量为Xm3/h则：Q f=x(Q d+c f×t f)=x(36000+1.56×20)=36031.2 x （kJ/h）1.4 助燃空气带入显热Q a全部助燃空气作为一次空气与燃气配比，燃料燃烧所需实际空气量求得：V a=8.568x Nm3/ Nm3助燃空气温度t a=20℃,此时空气平均比热c a=1.30 kJ/(Nm3·℃)则：Q a= V a×c a×t a =8.568x×1.30×20=222.768x （kJ/h）1.5 从预热带不严密处漏入空气带入显热Q b取预热带烟气中的空气过剩系数a g=2.5，已求单位体积理论空气量V a0=8.16 Nm3/ Nm3烧成带燃料燃烧时空气过剩系数a f=1.05。
第3章燃烧计算和热平衡计算
过部分为过剩空气量。将实际空气 Vk 和理论空气量 V 0 之比称为
过量空气系数,即 V K / V 0 或k Kg / Kg —进入炉膛以后，用于烟气量计算的过量空气系数；
k —进入炉膛以前，用于空气量计算的过量空气系数；
2020/4/2
Cc,as 100 Cc,as
ad ,a
Cd ,a 100 Cd,a
af ,a
Cf ,a 100 Cf
,a
)
328.664Aar Qin
100%
ao.a--溢流灰中灰分占入炉燃料总灰分的份额
ac.as---冷灰或冷炉斗灰渣中灰分占入炉燃料总灰分的份额
Co.a --溢流灰中可燃物含量的百分数 Cc.as --冷灰或冷炉斗灰渣中可燃物含量的百分数
§3-1 燃料的燃烧计算
单位燃料燃烧实际所需的空气量为： V K V 0
炉中的过量系数是指炉膛出口处的 l 。它的最佳值与燃料 种类、
燃烧方式及燃烧设备的完善程度有关，对链条炉，l 1.3 ~ 1.5
对油炉和天然气炉，
l
1.1
燃煤工业锅炉采用工业通风，炉膛和其后的烟道都处于负压
状态，
通过炉墙和烟道要渗入一部分冷空气，随烟气流动空气过量 系数将
增大。常用漏风系数表示。漏风系数大，会造成更大的排烟 损失。
2020/4/2
§3-1 燃料的燃烧计算
气体燃料，可按气体组成用化学计量方程式求的理论空 V 0
气量
V
0
=0.0476
0.5CO+0.5H
2
+1.5H
2S+0.5
(m+
2
炉膛热平衡与燃料消耗量计算
炉膛热平衡与燃料消耗量计算基准温度为车间内环境平均温度，设t 环 = 10℃。
1） 炉膛热收入 Q 入 ① 炉料燃烧化学热 Q 烧设炉膛燃料消耗量为B （Nm 3/h ），则 Q 烧 = BQ 低=7925B kJ/h ②预热空气进入炉膛物理热 Q 空查表，t 空 = 550℃时，c 空 = 1.352kJ/(Nm 3℃) t 环 = 10℃时，c 环 = 1.296kJ/(Nm 3℃)Q 空 = BL n (c 空t 空 – c 环t 环) = 1.8×（1.352×550－1.296×10）B = 1315B kJ/h ③金属氧化放热 Q 放Q 放 = 5588×P ×a = 5588×240000×0.015 = 2.01×107 kJ/h a －铁在炉中的氧化烧损率，kg/kg ，取0.015； 5588－1千克铁氧化放热量，kJ/kg ； P －生产率，kg/h 。
所以，Q 入 = Q 烧 + Q 空 + Q 放 = 7925B + 1292B + 2.01×107 = 9217B +2.01×107 kJ/h 2） 炉膛热支出 Q 出 ① 产品带出的物理热 Q 产查表，t 产 = 1165℃时，c 产 = 0.6866kJ/(kg ℃)； t 料 =20℃，c 料= 0.4857J/（kg ℃)所以， Q 产=P （C 产T 产-C 料T 料）=240000×（0.6866×1165-0.4857×20）=1.8964×108kJ/h②烟气带出的物理热 Q 烟所以，）（环烟烟烟烟t c t c V B Q n '-''⋅= = B ×2.98×（1.630×1050－1.421×10） = 5058B kJ/h④ 炉壁导热损失均热段炉壁内表面平均温度 t 壁表 的计算 已知：T g 均 = 1250+273 = 1523K ； T 表均 = （1200+1150）/2 +273=1448K ；φKM 均 = 0.56；εg 均 = 0.28；εM 均 = 0.8所以，273)14481523()]8.01)(28.01(56.01[28.028.018.056.01114484444----⨯+⨯-⨯⨯++=）（壁表均t = 1489－273 = 1216 ℃ 环境平均温度：t 环均 = 10 ℃ 炉壁导热损失计算 均热段炉顶已知：t 壁表均 = 1216℃；t 环均 = 10℃； F 壁均表=B ×L=12.8×6.3=80.64㎡ s 可塑料 = 0.23m ；s 轻浇 = 0.05m ； λ可塑料= 0.95W/mK ；λ轻浇= 0.25W/mK所以， Q 均表=(1216-10)/(0.23/0.95×3.6+0.05/0.25×3.6+0.014) ×80.64 =710870 kJ/h同理计算其他部位炉壁导热损失表5炉壁导热损失⑤ 经炉门的散热损失 Q 门 Q 门 = Q 辐 + Q 溢A ）经炉门的辐射热损失 Q 辐ϕφ⋅⋅⋅⋅=F T Q g4)100(43.20辐 kJ/ha) 经出料炉门的辐射热损失 Q 辐出料 均热段炉气温度 T g 均 = 1250+273 =1523K 炉门开启面积 F = 12.8×0.7 = 8.96 m 2取单位时间开启时间 ϕ = 1；遮蔽系数 φ = 0.6，则Q 辐出料=20.43×（1523/100）4×8.96×1×0.6=5909179 kJ/h b) 经进料炉门的辐射热损失 Q 辐进料Q辐进料=20.43×（（1050+273）/100）4×8.96×1×0.8=4486480kJ/h 所以，Q辐= Q辐出料+ Q辐进料= 5909179+ 4486480=10395659kJ/h B) 经炉门的溢气损失Q溢忽略不计，可认为是烟气带走热量的一部分。
(完整版)回转窑系统热平衡计算
回转窑系统热平衡计算1 热平衡计算基准、范围及原始数据1.1 热平衡计算基准物料基准：一般以1kg熟料为基准；温度基准：一般以0℃为基准；1.2 热平衡范围热平衡范围必须根据回转窑系统的设计或热工测定的目的、要求来确定。
在回转窑系统设计时，其平衡范围，可以回转窑、回转窑加窑尾预热分解系统、或再加冷却机和煤磨作平衡范围。
范围选得大，则进出口物料、气体温度较低，数据易测定或取得，但往往需要的数据较多，计算也烦琐。
因此一般选回转窑加窑尾预热分解系统作为平衡范围。
1.3 原始数据根据确定的计算基准和平衡范围，取得必要的原始数据，这是一项非常重要的工作。
计算结果是否符合实际情况，主要取决于所选用的数据是否合理。
对新设计窑或改造窑来说，主要是根据同类型窑的生产资料，结合工厂具体条件和我国实际情况、合理地确定各种参数；对于生产窑来说，主要通过热工测定取得实际生产中各种参数。
若以窑加窑尾预热系统为平衡范围，一般要取得如下原始数据：生料用量、化学组成、水分、入窑温度；燃料成分、工业分析和入窑温度；一、二次空气的比例和温度；空气过剩系数、漏风系数；废气温度；飞灰量、灰温度及烧失量；收尘器收尘效率；窑体散热损失；熟料形成热等等。
熟料形成热可根据熟料形成过程中的各项物理化学热效应求得，也可用经验公式计算或直接选定。
2 物料平衡与热量平衡计算方法与步骤说明于下：窑型：悬浮预热器窑基准：1kg熟料；0℃平衡范围：窑+预热器系统根据确定的平衡范围，绘制物料平衡图和热量平衡图，如图1和图2所示。
图1 物料平衡图图2 热量平衡图2.1 物料平衡计算 2.1.1 收入项目（1）燃料消耗量 m r （kg/kg 熟料）设计新窑或技术改造时，m r 是未知量，通过热平衡方程求得，已生产的窑，通过热工测定得到。
（2）入预热器物料量 ① 干生料理论消耗量sar r gsL 100100L aA m m --=式中，m gsL —干生料理论消耗量，kg/kg 熟料；A ar —燃料收到基灰分含量，%；a —燃料灰分掺入熟料中的量，%；L s —生料的烧失量，%。
锅炉燃料燃烧计算与锅炉热平衡
? 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3章燃料燃烧计算和锅炉机组热平衡-锅炉燃烧技术
I
fh
Aar 100
a fh
c h
4182 afh Aar 6时可不计算 Q ar .net
I y0、Ik0、I fh 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；
afh为烟气携带飞灰的质量份额。对固态排渣煤粉炉，取 afh 0.9～0.95
式中
ir —燃料的物理显热；
Qwr —外来热源加热空气时带入的热量；
Qzq —雾化燃油所用蒸汽带入的热量
对于燃煤锅炉，若燃料和空气没有利用外界热量进行 预热，且燃煤水分满足 M ar / 628
则
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
烟气分析可得到 RO2、O2、CO、N2 在干烟气Vgy中所占的容积百分比
RO2 O2 CO N2 100,% (2 31)
RO 2
VRO2 Vgy
100,%(2 32)
O2
VO 2 Vgy
100,%(2 33)
CO VCO 100,%(2 34) Vgy
2．锅炉结构的影响 炉膛高度不够或炉膛体积太小。 当炉内水冷壁布置过多时，会使炉膛温度过低。
3．燃烧方式的影响 炉膛过量空气系数（过小或过大）；配风 炉内气流的混合与扰动等。
3、固体未完全燃烧热损失
定义
固体未完全燃烧热损失亦称机械未完全燃烧热损失，是 燃料颗粒中未燃烧或未燃尽的碳造成的热损失和使用磨煤机 时排出石子煤的热量损失。
（1）炉膛出口过量空气系数， （2）烟道各处漏风量 （3）燃料所含水分。
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燃料燃烧及热平衡计算参考3.1 城市煤气的燃料计算3.1.1 燃料成分表2.2 城市煤气成分（%）[2]成分 CO 2 CO CH 4 C 2H 6 H 2 O 2 N 2 合计 含量105225462101003.1.2 城市煤气燃烧的计算 1、助燃空气消耗量[2]（1）理论空气需要量Lo=21O O 0.5H H 3.5C CH 20.5CO 22624-++⨯+ Nm 3/Nm 3 (3.1)(3.1)式中：CO 、CH 4 、 C 2H 6 、 H 2 、 O 2——每100Nm 3湿气体燃料中各成分的体积含量（Nm 3）。
则Lo=212465.055.322255.0-⨯+⨯+⨯+⨯= 4.143 Nm 3/Nm 3（2）实际空气需要量L n =nL 0, Nm 3/Nm 3 (3.2)(1.2)式中：n ——空气消耗系数，气体燃料通常n=1.05 1.1 现在n 取1.05，则L n =1.05×4.143=4.35 Nm 3/Nm 3（3）实际湿空气需要量 L n湿=（1+0.001242H Og 干）L n ，Nm 3/Nm 3（3.3） 则L n 湿=（1+0.00124×18.9）×4.35=4.452 Nm 3/Nm 3 2、天然气燃烧产物生成量 （1）燃烧产物中单一成分生成量CO)H 2C CH (CO 0.01V 6242CO 2+++⨯=’(3.4)2O V 0.21(=⨯′0n-1)L(3.5) 22n N V (N 79L )0.01=+⨯′(3.6))L 0.124g H H 3C (2CH 0.01V n 干O H 2624O H 22+++⨯=(3.7)式中CO 、CH 4 、 C 2H 6 、 H 2 ——每100Nm 3湿气体燃料中各成分的体积含量。
则0.475)5222(100.01V 2CO =+⨯++⨯= Nm 3/Nm 3 4.4131)(1.050.21V 2O ⨯-⨯==0.046 Nm 3/Nm 3 01.0)35.47910(V 2N ⨯⨯+==3.54 Nm 3/Nm 34.35)18.90.124465322(20.01V O H 2⨯⨯++⨯+⨯⨯==1.152 Nm 3/Nm 3（2）燃烧产物总生成量实际燃烧产物量V n = V CO2+V O2+V N2+V H2O Nm 3/Nm 3 (3.8) 则V n =0.47+0.046+3.54+1.152=5.208 Nm 3/Nm 3 理论燃烧产物量V 0=V n -（n -1）L O (3.9) V 0=5.208-（1.05-1）×4.143=5.0 Nm 3/Nm 3 (3) 燃料燃烧产物成分[2]%100V V CO nCO 22⨯=(3.10)%100V V O n O 22⨯=(3.11)%100V V N nN 22⨯=(3.12)100%V V O H nO H 22⨯=(3.13)则9%%1005.2080.47CO 2=⨯=0.8%%1005.2080.046O 2=⨯=68%%1005.2083.54N 2=⨯=22.2%100%5.2081.152O H 2=⨯=3.1.3 天然气燃烧产物密度的计算[3] 已知天然气燃烧产物的成分，则：ρ烟=10022.432O 28N O 18H 44CO 2222⨯+++，kg/Nm 3(3.14)式中：CO 2、H 2O 、N 2、O 2——每100Nm 3燃烧产物中各成分的体积含量ρ烟= 217.110022.40.832682822.218944=⨯⨯+⨯+⨯+⨯ Nm 3/Nm 33.1.4 天然气发热量计算 高发热量Q 高=39842CH 4+70351C 2H 6+12745H 2+12636CO （kJ/Nm 3（3.15）低发热量Q 低= 35902CH 4+64397C 2H 6+10786H 2+12636CO (kJ/ Nm 3)（3.16）式中：CH 4、C 2H 6、 H 2、CO ——分别为天然气中可燃气体的体积分数（%）。
则Q 高=39842×0.22+70351×0.05+12745×0.46+12636×0.05=18777kJ/Nm 3 Q 低=35902×0.22+64397×0.05+10786×0.46+12636×0.05=16710kJ/ Nm 3 3.1.5 天然气理论燃烧温度的计算n 1Q t V C =低理（3.17）式中：t 理——理论燃烧温度（℃）Q 低——低发热量(kcal/ Nm 3)，Q 低=16710kJ/ Nm 3 V n ——燃烧产物生成量（Nm 3/Nm 3）, V n =5.208Nm 3/Nm 3C 1——燃烧产物的平均比热[KJ/(Nm 3 •℃)]。
估计理论燃烧温度在1900℃左右，查表[3]取C 1=1.59 kJl/(Nm 3 •℃则201859.1208.516710t =⨯=理℃3.2 加热阶段的热平衡计算采用热平衡计算法, 热平衡方程式：Q 收1＝Q 支1（3.18）3.2.1 热收入项目天然气燃烧的化学热Q 烧Q 烧=BQ 低(3.19)式中:B 1——熔化室燃料的消耗量(Nm 3/h) [8] 3.2.2 热量支出项目 1、加热工件的有效热量是物料所吸收的热量Q 料，用下式计算【4】 【5】：Q 料=G （t 料-t 初）C 料(3.20)式中:G ——物料的重量（kg/h ）,炉子加热能力为G=15×18×13=3510 kg/h.t 料——被加热物料的出炉温度（℃ ）， 查表得t 料=160℃， t 初——被加热物料的进炉温度（℃ ），为室温，则t 初=20℃ C 料——物料的平均热容量,kJ/(kg •℃) 查表得C 料=0.88 kJ /(kg •℃) 则Q 料=3510×（160-20）×0.88=432432 kJ/40min2、加热辅助工具的有效热Q辅（料筐的吸热）Q辅=G辅×（t辅－t初）(3.21) G——辅助工具的重量（kg/h ），G=200×15=300 0 kgC料——物料的平均热容量,kJ/(kg •℃) 查表得C料=0.88 kJ /(kg •℃)则Q辅=3000×(160-20)×0.448=188160 KJ/40min3、通过炉体的散热损失Q散1（1）炉墙平均面积炉墙面积包括外表面面积和内表面面积。
简化计算可得：F外墙=（7.385+3.544）×5.329×2=116.49 m2F内墙=(6.95+2.964)×4.759×2=94.37 m2F墙均=（F外墙+ F内墙）÷2=（116.49+94.37）÷2=105.43 m2(2)炉底平均面积炉底面积包括外底面面积和内底面面积。
简化计算可得：F底均=(6.95×2.964+7.385×3.544)÷2=23.39 m2(3)炉顶平均面积由于炉子是规则的长方形，故炉底和炉顶近似看做相等的面积，故F顶均=F底均=23.39 m2计算炉墙散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子，本炉子炉墙所用材料及厚度如下选用：外层为不锈钢钢板：s4=6mm，λ4=32.6W/(m•℃)钢板是外壳，厚度较薄，计算炉体散热损失时，最外层温度计算到炉衬材料的最外层，钢板不计算在内。
以下都是这样。
内层也采用不锈钢板：s1=0.8mm，λ1=32.6W/(m•℃)炉衬材料：第二层为硅酸铝耐火纤维，s2=100mm, λ2=0.083W/(m•℃) 第三层硅钙板，s3=75mm, λ3=0.056+0.11×10-3 tW/(m•℃) 炉墙结构如下图：图3.1 时效炉炉墙结构图计算炉墙散热，根据下式：1n 1ni i 1i it t Q s F +=-=λ∑散 (3.22)首先，炉内温度达到250℃才可以满足要求，因为炉膛内壁为不锈钢板，导热极好，可以计算可以忽略。
第二层耐火纤维内侧温度为t 2=250℃。
我们假定界面上的温度及炉壳温度，3t ′=135℃，4t ′=60℃，则耐火纤维的平均温度s2t 均=（250+135）/2=192.5℃,硅钙板的平均温度 s3t 均=（135+60）/2=97.5℃，则2λ=0.083 W /(m•℃)3λ=0.056×0.11×10-3 ×97.5=0.0667 W /(m•℃)当炉壳温度为60℃，室温t a =20℃时，查表得∑α=12.17 W/(m 2•℃) ①求热流②验算交界面上的温度3t 、4t083.01.04.95250t 2223⨯-=-=λs qt =135.06 ℃ ∆=%4.013506.135135t '33'3=-=-t t 〈5%，满足设计要求。
23322a 295.4W/m12.1710.06670.0750.0830.120250α1λs λs t t q =++-=++-=∑③计算炉壳温度t 17.270667.01.04.9506.135t t 33345=⨯-=-==λs qt ℃t 5=27.7℃〈60℃，满足满足炉壳表面平均温度≤60℃的要求。
④计算炉墙散热损失Q 墙散=q •F 墙均=95.4×105.43=10058W=36207 KJ/40min 计算炉底散热损失：根据经验，参照生产中应用的同类炉子，本炉子炉底和炉顶结构和炉墙类似，它们的热流密度平均综合起来计算。
通过查表得知炉顶炉底的综合传热系数为：=∑顶α13.93 W/(m 2.℃)， =∑底α9.83 W/(m 2.℃）Q 顶底=(∑顶α+∑底α)÷2=11.88 W/(m 2.℃） 则炉底和炉顶的散热量为Q 顶底= q 1×（F 底均+F 顶均)=107.5×（23.29+23.29)=5029 W =12069KJ/40min 通过炉体的散热量为Q 散= Q 顶底+Q 墙散=36207+12069=48276 KJ/40min 4、废烟气带走的热量Q 烟Q 烟=BV n t 烟c 烟(3.23)式中：V n ——实际燃烧产物量（N Nm 3/Nm 3），前面计算得V n =5.208 N Nm 3/Nm 3 t 烟——出炉废烟气温度（℃）， t 烟=160℃c 烟——出炉烟气的平均比热容，查表得c 烟=1.42 kJ/(Nm 3•℃)则Q 烟=B ×5.208×160×1.42=1183B5、炉子的蓄热Q 蓄炉体的蓄热可分为三部分，金属的蓄热Q 金、耐火纤维毡的蓄热Q 耐、和硅钙板、蓄热Q 板。