第3章 燃烧计算和热平衡计算

Vk V0
(或 )
称为过量空气系数（用于烟气量计算，用于空 气量计算）。
显然，1kg燃料完全燃烧时需要的实际空气量Vk 为：
Vk V0 , Nm3 / kg
过量空气量ΔVg等于：
Vg Vk－V0 V0(－1),Nm3 / kg
对于固态排渣煤粉炉： 当燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时约为1.20 ～ 1.25， 当燃用烟煤和褐煤时约为 1.15～1.20。
▪ 不完全燃烧： （反应方程式☺） 2C+O2→2CO+123100kJ/k mol（C） （3－2） 即 ： 1kgC+0.5×1.866Nm3O2→1.866Nm3CO
也即：每1kg的C不完全燃烧需要0.5×1.866Nm3的O2并产生 1.866Nm3的CO。
2.氢的燃烧: （反应方程式☺）
三．漏风系数和空气平衡
对于负压运行的锅炉，外界冷空气会通过锅炉的 不严密处漏入炉膛以及其后的烟道中，致使烟气中 的过量空气增加。
相对于1kg燃料而言，漏入的空气量ΔV与理论空 气量V0之比称为漏风系数， 以Δ表示， 即：
V
V0
▪ 烟道内的过量空气系数：
漏风使烟道内的过量空气系数沿烟气流程是逐 渐增大的。
2H2+O2→2H2O+241200kJ/k mol（H2） （3－3） 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。
第三章 燃烧计算和锅炉机组热平衡
• 第一节 燃烧过程的化学反应 • 第二节 燃烧所需的空气量计算 • 第三节 燃烧产物计算 • 第四节 烟气成分和烟气分析 • 第五节 燃烧方程式 • 第六节 运行中过量空气系数的确定 • 第七节 空气和烟气的焓 • 第八节 锅炉机组的热平衡
▪ 燃料燃烧计算主要是计算燃料燃烧所需空气量、 燃烧生成的烟气量和烟气的热焓等。
第一节 燃烧过程的化学反应
▪ 煤的可燃燃烧成分：碳（C）、氢（H）、硫（S）。
1.碳的燃烧：
▪ 完全燃烧：
（反应方程式☺）
C+O2→CO2+407000kJ/k mol（C） （3－1）
即 ： 1kgC+1.866Nm3O2→1.866Nm3CO2
上式说明，每1kg的C完全燃烧需要1.866Nm3的O2并产生1.866Nm3 的CO2。
▪ 在计算时假定： 1）空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸气
都是理想气体，因此，每一千摩尔气体在标准状态 下的容积是22.41Nm3；
2）所有空气和其它气体容积的计算单位都是 Nm3，即以0℃一标准大气压（0.1013Mpa）状态下 的立方米为单位。
锅炉机组的热平衡反映了输入锅炉热量的利用 与损失状况，通过热平衡的研究可以找出提高锅炉 热效率的途径。
H ar
Oa r 100
,
Nm3
/
kg
※ 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
各组成成分体 积均可根据燃 烧反应求出
2．理论烟气量的计算
理论烟气量：
V0 y
VCO2
VSO2
V 0 N2
V 0 , H2O
Nm3
/ kg
VRO2 VCO2 VSO2
V0 y
VRO2
V 0 N2
V0 , H 2O
Nm3 / kg
V0 gy
VRO2
V 0 N2
V0 y
V0 gy
V 0 , H2O
考虑到炉膛及制粉系统的漏风， β″Ky与α″1之间 关系为：
ky 1 1 zf
式中 α′1 ——炉膛漏风系数 α″1 ——制粉系统漏风系统
第三节 燃烧产生的烟气量
一、理论烟气量
1、 理论烟气的组成成分 ▪ 理论烟气的组成成分为：
CO2、SO2、N2、H2O 其相应的体积分别记为：
VΒιβλιοθήκη BaiduO2、VSO2、VN02、ＶＨ0２Ｏ
▪ 理论空气量：
考虑空气中氧的容积成分为21%计算
V 0 1 1.866 Car 5.55 H ar 0.7 Sar 0.7 Oar
0.21
100
100
100
100
0.0889 Car 0.375 Sar 0.265 H ar 0.0333 Oar
0.0889
R
ar
0.265
第二节 燃烧所需的空气量
☼ 本节主要介绍三部分内容： ▪ 理论空气量 ▪ 实际空气量和空气过量系数
▪ 漏风系数和空气平衡
一．理论空气量
▪ 概念：
1kg（或1Nm3）燃料完全燃烧时所需的最低限度的 空气量（空气中的氧无剩余）称为理论空气量，其 代表符号为V0。
▪ 求理论空气量的一般过程：
1kg收到基燃料中C、H、S的量（前已讲述）
C、H、S完全燃烧所需的O2量
1.866 Car 5.56 H ar 0.7 Sar Nm3
100
100 100
1kg燃料完全燃烧真正需由空气提供的O2量
1.866 Car 5.56 H ar 0.7 Sar 0.7 Oar , Nm3
100
100 100 100
1kg燃料燃烧所需的理论空气量V0
从炉膛出口开始，烟道内任意截面处的过量空 气系数为：
"
式中α—炉膛出口与计算烟道截面间，各段 烟道漏风系数的总和。
▪ 空气预热器中的过量空气系数：
空气预热器中，空气侧压力比烟气侧高，所以 会有部分空气漏入烟气侧，该级的漏风系数△ky 要高些。在空气预热器中：
ky ky ky 式中：β′Ky 、β″Ky分别为空气预热器进口和出口 的过量空气系数。
Nm3
/ kg
理论干烟气量
（1）二氧化碳和二氧化硫的体积VCO2 、VSO2
根据C、S的燃烧 反应可求出：
VCO2
1.866 Car , Nm3 100
/ kg
VS O2
0.7 Sar 100