第三章燃烧计算

此外,对正在运行的设备进行热平衡测算中 ,常常根据烟气分析来计 算出α值, 进而控制燃烧过程总处于最佳的α范围内,以实现节能。 对于不同的燃料,不同的燃烧室,α的最佳范围值是不一样。但, 先进燃烧 设备总是应该在保证燃烧完全的前提下，尽量使过量空气系数趋近于1。
3.燃料空气比与燃料系数

燃料空气比：在燃烧室工作时实际供给的燃料量和其空气 量之比。常用在由液体燃料形成的可燃混合气中，故习惯 上常称它为“油气比”
α= L/Lo 或 α=V/Vo
2.实际空气需要量及过量空气系数
实际空气量与理论空气量之差称为过量空气量 (△L或△V) △V = V - Vo= (α-1) Vo

α过大 ,过剩空气量△V过大,就会增加排烟热损失 , 对热能利用不利；
α值过小时 ,又会增加不完全燃烧的程度 ,使燃料的 化学热不能充分发挥。 由此可见,α过大或过小都将使燃烧设备的热效 率下降, 这就要求要正确选择和控制燃烧过程中的α 值, 尽可能使α值处于一个较为合理的范围内。
烟气量计算
2.理论氮气体积 VN20
VN20有两个来源
(1)燃料中的氮气成分
(2)理论空气量V0中的氮
VN20 = 22.4/28×Nar/100+ 0.79 V0 = 0.8Nar/100+ 0.79 V0 Nm3/Kg燃料 式中0.79是干空气中氮气的容积组成。
烟气量计算
3.过量空气中的氮及氧气体积 过量空气的体积为
Vgy= VRO2+VN2+VO2
= VRO2+VN2o+(α-1)Vo Nm3/Kg
不完全燃烧情况下的烟气量计算十分复杂 ,完全依
靠理论计算在目前是无法进行的, 目前进行的都是
在一些近似处理后的计算,准确确定主要靠实验。
第二节 烟气分析及应用计算
理论空气量计算
因固体燃料和液体燃料中含有大量的碳和氢 , 粗略地 说, 这两类燃料的热值大致等于所含元素成分的发热量之 和(由于化合物的结构不同 , 这种说法是不十分准确的 )。 而燃料燃烧时所需的理论空气量则无疑地等于各元素成分 的理论空气量之和,这样,虽然各种燃料所含碳和氢的百分 比相差甚大,但由于碳和氢的理论空气量与发热量 (Vo/Qnet) 的比值几乎相同 ,所以各种燃料的理论空气量与发热量之 比也大致是一个常数。从这个观点出发, 就出现了一些计 算理论空气量的经验公式,这个大家请参看表3-2,表3-3两 个表中所列公式。这两个表都是录自外国文献 , 在使用上 有一定的局限性 , 我国近年来也出现了一些经验公式 , 例 如中国煤炭科学研究总院提出的:

过量空气系数的选择
α主要取决于下面几个因素: (1)燃料的种类: ◆对气体燃料:因它易与空气混合,α可小些,
工业设备一般控制在 α= 1.05～1.20 民用燃具一般控制在 α= 1.3～1.8
◆对液体燃料:α值比气体燃料的α较大些,
工业设备一般控制在 α= 1.10～1.30
◆对固体燃料:因它与空气的接触最差,α最大
Har/100Kg的氢完全燃烧所需氧量: Vo2H=22.4/4×1.008×Har/100=5.55×Har/100 Nm3/Kg燃料 硫燃烧反应式是: S 32Kg + O2 22.4m3 → SO2 22.4Nm3
Sar/100 Kg硫完全燃烧所需氧量
Vo2S= 22.4/32×Sar/100=0.7×Sar/100 Nm3/Kg燃料
链条锅炉 一般控制在 α= 1.3～1.4
农用柴炉柴灶 一般控制在 α= 1.4～2.0
(2)燃料的粒度
燃料的粒度越小,愈易和空气混合α值就可愈小。
过量空气系数的选择
(3)燃烧设备的构造和操作方法 同样使用烟煤时: ◆人工操作燃烧室 ◆机械燃烧室 ◆悬燃炉 ◆链条炉 α= 1.50～1.70 (手烧炉窑) α= 1.20～1.40 α= 1.15～1.20 α= 1.3～1.40
1.理论空气量计算:
人们在进行燃烧计算时, 都把燃烧产物中不再 有可燃物质的燃烧过程称为完全燃烧。否则就叫 不完全燃烧。
理论空气量就是从理论上分析，燃料完全燃 烧时所需的空气量。理论空气量可以根据燃料中 各可燃成分在燃烧时所需的理论空气量相加而计 算出。
理论空气量计算
在1Kg燃料中,包含的可燃物质:碳为Car/100 Kg，氢为Har/100 Kg，硫为Sar/100 Kg。
2.单位燃料
3.标准状况
(kg、kmol、m3)
(0℃,1atm)
第一节 燃烧过程的物质平衡计算
一、燃烧反应方程式
燃烧是燃料中的可燃元素成分 C、H、 S与空气 中的氧在适当条件下 ( 温度和时间 ) 所产生的一种 强烈的化学反应。因此，各元素与氧反应的方程式 即燃烧反应方程式，即 C + O2 → CO2 2H2 + O2 → 2H2O S + O2 → SO2
2.实际空气需要量及过量空气系数
在各种燃烧设备的实际运行中，由于现有的燃 烧设备难于保证燃料和空气的彻底混合，因此，为 了使燃料尽可能地完全燃烧，就必须供应比理论空 气量更多的空气。 实际空气量：实际供给燃烧室燃烧的空气量，以 V 或L表示, 实际空气量总是大于理论空气量。
过量空气系数：实际空气量与理论空气量的比值
f

Gf Ga
1 f L0
α=1时，f 10 ，相当于化学当量混合气；
α＞1时，f 10 ，相当于贫油混合气； ，相当于富油混合气。
L
L 1 α＜1时， f 0 L
3.燃料空气比与燃料系数

燃料系数β：实际燃料量与理论燃料量的比值。
理论燃料量=
1 / L0
实际燃料量 1 / L0 1 0 理论燃料量 1 / L
△V=(α-1) V0 Nm3干空气/Kg燃料,其中
氮气体积为:△VN2 = VN2 - VN20
= 0.79(α-1)V0
= 0.79△V 氧气体积为:VO2= 0.21△V = 0.21(α-1)V0 Nm3/Kg Nm3/Kg
ห้องสมุดไป่ตู้
烟气量计算
4.理论水蒸汽体积VH2O0
VH2O0有四个来源:
(1)燃料中水分带来的水蒸汽体积
烟气量计算—完全燃烧
下面我们来分析各项的数值 1.二氧化碳和二氧化硫体积VRO2
C + O2 → CO2
S + O2 → SO2 VRO2=VCO2+VSO2=1.866Car/100+0.7Sar/100 = 1.866Kar/100 其中 Kar = Car + 0.375Sar Nm3/Kg燃料
燃烧反应方程式
对燃料中的碳氢化合物CnHm来说, 燃烧反应方 程式可由待定系数法写出: 设 CnHm + xO2→ yCO2 + zH2O 列出平衡方程: 2x =2y + z y = n 2z = m
可得通式为:
CnHm + (n+m/4)O2 → nCO2 + (m/2)H2O
二、燃烧用空气量计算


β＞1时，α＜1，可燃混合气是富油； β＜1时，α＞1，可燃混合气是贫油； β=α=1时，燃混合气处于化学当量比；
0 ，意味着此时空气中不含有任何燃料， 时，
是纯粹的空气。
三、烟气量计算
燃烧产物的计算,一般包括下列内容:
(1)烟气组成
(2)烟气量计算
(3)燃烧前后工质的摩尔数变化
碳燃烧反应方程式为:
C 12Kg + O2 22.4Nm3 → CO2
22.4Nm3
碳燃烧所需的理论氧量： Vo2C=22.4/12×Car/100 =1.866×Car/100 m3/kg燃料
理论空气量计算
氢燃烧方程式为: 2H2 + O2 22.4Nm3 → 2H2O 2×22.4Nm3
4×1.008Kg
烟气组成
对固体或液体燃料完全燃烧时,燃料中的各元素成分 C.H.O.N.S便形成了各种烟气. 燃料中: C → CO2 S → SO2 H → H2O
N2→ N2
O2消耗于各反应中；过量空气中: O2, N2, H2O 即燃烧 所用的实际空气中还有过量的氧(O2) 以及惰性气体N2和少量 H2O也都混入烟气之中。
22.4/18×Mar/100 = 0.0124Mar
(2)燃料中氢燃烧生成的水蒸汽体积
H2+ 1/2· O2→H2O
Har/100Kg 氢产生的水蒸汽为:
22.4/2×Har/100= 0.112Har
Nm3/Kg
烟气量计算
(3)理论空气量带入的水蒸汽体积: 设空气中相对于1Kg干空气中含有的水蒸汽量为d(g/Kg干
烟气量计算
(4)在采用蒸汽雾化的工业炉窑中,随同燃料一同喷
入的水蒸汽体积：
22.4/18×1*Wwh = 1.24 Wwh
Wwh─雾化用的蒸汽消耗率 Kg/Kg燃料
Nm3/Kg燃料
理论水汽体积为:
VH2Oo=0.0124Mar+0.112Har+0.0161Vo+1.24Wwh
烟气量计算
5.过量空气中的水蒸汽体积 △VH2O=VH2O-VH2Oo=0.00161d(α-1)Vo Nm3/Kg
理论空气量计算
空气中氧的容积百分比是21％,所以1Kg燃料燃烧 所需的理论空气量为
Vo=1/0.21· Vo20 =0.0889Car+0.265Har+0.0333Sar-0.0333Oar =0.0889Kar+0.265Har- 0.0333Oar Nm3/Kg燃料
式中 :Kar=Car+0.375Sar, 引入这一系数 Kar 的理由是因 为烟气分析时 CO2 和 SO2 通常是一起测定的 , 统称为 RO2 (三原子气体),因此,这里也把Car和Sar合并一起。
有时并入过量空气体积(α-1) Vo, 而得到过量的湿
空 气 为 (1+0.00161d)(α-1)Vo Nm3 。 如 取 d=10, 则 得 到
1.016(α-1)Vo Nm3/Kg.
另得水蒸汽体积为:
VH2O= VH2Oo + 0.0161(α-1)Vo Nm3/Kg
烟气量计算
烟气量也可按另一种方式整理为： Vy = Vgy + VH2O
理论空气量计算
因空气的密度为γ=1.293 Kg/Nm3(标况下：0℃、1atm)
也可得到按质量计的理论空气量为:
Lo=1.293Vo=0.115Kar+0.342Har－0.043Oar
Kg空气/Kg燃料
从理论空气量公式可看出,每1Kg氢所需的理论空气量是 26.5Nm3 (22.4/4×1.008×0.21),1Kg 碳所需的理论空气量 为8.89Nm3,氢需的理论空气量等于碳的三倍左右。另一方面: 氢的热值是 120370KJ/Kg, 碳的热值是 32866KJ/Kg, 氢热值 也等于碳热值的三倍左右。所以对这两种可燃元素来说 , 理 论空气量大致和发热量成正比。
◆讨论燃烧计算时,仅考虑单位燃料的情况；
单位燃料就是指每kmol、每kg或每m3的燃料。
◆在计算过程中, 所有空气和气体容积的单位都是 “Nm3”。 即以标准状态(0℃,1atm)下的立方米为单位.因此,1kmol气 体在标准状况下的容积都是22.4Nm3。 That is 1.理想气体 (air、smoke)
第三章 燃料的燃烧计算

本章主要讨论“燃料燃烧的计算方法”, 其主要 内容是： （1）燃烧用空气量的计算；
（2）燃烧产物的计算；
（3）燃烧温度的计算。

燃料的燃烧计算是热力装置和设备的基本计算， 是进行热平衡计算、热力计算、空气动力计算的 前提。
燃烧计算的假设
空气和烟气的所有组成成分当作理想气体来处理；
空气),1Kg干空气─指1Kg纯干空气和d 克水汽的湿蒸汽,干空 气的密度为 1.293Kg/Nm3, 水蒸汽的密度为 :18/22.4= 0.804 Kg/ Nm3 则得每Nm3空气中所含水蒸汽的体积应为：
一般取d=10g/Kg
d 1.293 1000 0.00161d (m3 / m3 ) 0.804
理论空气量计算
另外,每Kg燃料中本身还含有Oar/100 Kg的氧, 这些氧的
体积为:
Vo2inh=22.4/32×Oar/100=0.7×Oar/100 Nm3/Kg燃料 1Kg燃料完全燃烧所需的氧,就等于上述各可燃物质完全燃烧
所需氧量之和再扣除燃料本身的含氧量,即:
Vo20= Vo2C + Vo2H + Vo2S - Vo2inh 代入各式得: Vo20=1.866×Car/100+5.55×Har/100+0.7×Sar/100 -0.7×Oar/100 Nm3/Kg燃料