煤的燃烧计算

焓值的概念与计算
描述流动介质进行能量交换的关系时，焓是 最有用和有效的；
单位质量的物质所含的全部热能，仅与状态 有关，而与途径无关；
实际计算中需要知道燃烧产物（常压）的温 度与焓值间的关系；
水蒸汽则需要根据温度和压力来求得焓值； 前人均已经制成表格、图线或程序。
空气、烟气焓值的定义
相应于1公斤收到基燃料的空气（或烟 气），由温度0℃加热到θ℃所需要的热 量，称为空气的焓或烟气的焓。
单位：kJ/kg，kcal/kg
空气焓的计算
每I k标准b立I方k0 米 干bV空0气(c连同)k其相应的
水 蒸 汽 在 温 度 θ 时 的 焓 ， kJ/Nm3 ， 可 以 (c)k查表得到。
每公斤空气含有10克水。
烟气焓的计算
① 烟气的组成
VRO2
Vy0
V0N2
Vy
V0H2O
(α-1)V0标米干空气的湿空气/公斤
三原子气体烟气量
VRO2 VCO2 VSO2
C O2 CO2
12
22.4
22.4 Car 1.866 Car
12 100
100
S O2 SO2
22.4 Sar 1.866 Sar
32 100
100
32
22.4
VRO2
1.866 Car 100
0.7 SAR 100
理论氮气量
在辐射换热计算中，三原子气体RO2， H2O均参与辐射换热。
三原子气体的容积份额
rRO2
VRO2 Vy
pRO2
rH 2O
VH2O Vy
pH 2O
piVm pmVi
烟气中的飞灰浓度
对辐射换热有较大的作用，即每kg烟气中飞 灰的质量。
afh—烟气携带出炉膛的飞灰占总灰量的份额
（PC（0.85~0.95）、CFB（0.4~0.6））。
① 烟气焓的组成
热力学：混合气体的焓等于各组成气体 焓的和，外加灰分的焓。
Iy
I
0 y
(
1)V
0 (c)k
Aar 100
Leabharlann Baidu
a fh (c)h
IRO2= VRO2
Iy0
I0N2= V0N2
Iy
I0H2O= V0H2O
(α-1)I0=(α-1)V0
Ifh
② 理论烟气焓
I
0 y
VRO2 (c)RO2
22.4 Car 1.866 Car Nm3
12 100
100
氢燃烧消耗的氧气量
2H 2 O2 2H 2O 4 22.4 1kg 22.4 Nm3
4
22.4 Har 5.56 Har Nm3
4 100
100
硫燃烧消耗的氧气量
S O2 SO2 32 22.4 1kg 22.4 Nm3
过量空气系数的推导
由锅炉过量空气系数的定义出发推导 完全燃烧的情况下，α与烟气成分之间的关系：
V V
k 0
V
Vk k V
g
1
1 V V
g K
21
21 79
O2
100 (RO2 O2 )
锅炉空气系数的不同表达式
（a）完全燃烧；（b）Nar可被忽略
21
21 79
O2
100 (RO2 O2 )
再略去β
(RO2 )max
RO2
21
21 O2
测定烟气中的O2，即可计算得 到过量空气系数α
广泛采用
21
21 O2
测定烟气中的RO2，也可计算 得到过量空气系数α
用的较少
(RO2 )max
RO2
烟气成分随过量空气系数的变化
CO2%，O2% 21
CO2
O2 α
三、烟气分析
Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH02O
VH2VO —过量空气带入的水蒸汽
Vy0 —理论上燃烧所生成的烟气，不随过量空气系数而变。
理论烟气量
计算理论烟气量中的各项气体的容积 1、三原子气体烟气量 VRO2 VCO2 VSO2
2、理论氮气量 VN02
3、理论水蒸汽量 VH02O
Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH02O
烟气分析手段：
化学方法
吸收剂吸收
燃烧吸收 色谱分析
物理方法
导热性
导磁性 导电性 光学性
烟气成分分析仪
煤质元素分析仪
各种分析设备均已经商业化。电厂均要 求上烟气在线监测系统，EMS。
在燃烧正常的情况下，煤粉炉炉膛出口 烟气中的主要成分含量范围：
RO2=14~16%；O2=2~5%
5、烟气焓值计算
2、烟气计算
当1kg煤完全燃烧时，烟气的组成成分为 （*W）
VRO2
Vy0
V0N2
Vy
V0H2O
(α-1)V0标米湿空气/公斤
烟气量的表示方法
Vy VCO2 VSO2 VN2 VO2 VH2O
Vy Vgy VH2O Nm3 / kg
Nm3 / kg
Vy
Vy0
(
1)V 0
V V H2O
Nm3 / kg
根据烟气成分会计算空气过剩系数。
0.00161d(
1)V 0
0.0161(
1)V 0
实际烟气量
Vy Vy0 ( 1)V 0 0.0161( 1)V 0
Vy Vy0 1.0161( 1)V 0
Vy Vgy VH2O
每 kg 燃料燃烧后产生的烟气的质量
Gy
1 Aar 100
Gwh
1.306V 0
三原子气体的容积份额
煤燃烧计算的基础 Calculation conditions
1．1kg煤(收到基)计算空气体积、烟气体积 1kg coal (as received): air and gas
2．空气和烟气组分均可作理想气体，22.4Nm3/kmol air and gas as ideal gas: 22.4Nm3/kmol
于每kg燃煤带入的水蒸汽容积
0.0161dV0 Nm3/kg
不考虑过量空气中水蒸汽的容积
VH020 0.0124Mar 0.111Har 0.0161V 0 1.24Gwh 理论烟气量
Vy0 VCO2 VSO2 VN02 VH02O
过量空气中的水蒸汽容积
V V H2 0
VH2O
VH02O
3．气体体积计算以每千克煤为计算单位，Nm3/kg air and gas calculation based on 1kg coal
4．煤完全燃烧 coal burning out completely
1.理论空气量（干） theoretical air for combustion
(1)干空气量计算：耗氧量—燃料本身的氧
2.2 煤的燃烧计算
Coal combustion calculation
2.2 煤的燃烧计算
锅炉设计的基础（炉膛、各受热面、效率计算） 锅炉性能考核的基础（效率计算） 锅炉优化运行 1. 空气量计算 (air volume calculation) 2. 烟气量的计算 (gas volume calculation) 3. 过量空气系数计算 (excess air ratio calculation) 4. 烟气焓的计算 (gas enthalpy calculation)
碳燃烧消耗的氧气量 (carbon combustion) 氢燃烧消耗的氧气量 (hydrogen combustion) 硫燃烧消耗的氧气量 (sulfur combustion) 燃料本身的氧量 (coal oxygen)
碳燃烧消耗的氧气量
C O2 CO2 12 22.4
1kg 22.4 Nm3 12
Aar a fh
100Gy
kg / kg
3、过量空气系数计算
① 烟气分析的目的 ② 过量空气系数的推导 ③ 烟气分析的手段
烟气分析的目的
对于一台正在运行中的锅炉，如何知道 实际送入锅炉的空气量？如何知道空气 量是否合适？锅炉燃烧调整？
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。
VN02
22.4 Nar 28 100
0.79V 0
VN02
0.8 Nar 100
0.79V 0
理论水蒸汽量
（1）由煤中的水分
22.4 M ar 18 100
0.0124M ar
（2）煤中氢元素转换的水分2
22.4 22
H ar 100
0.111H ar
（3）由理论空气量V0带入的水分，即相对
VN02 (c)N2
VH02O (c)H2O
(c)i
1m3的成分在温度时θ的焓值，查
表。
③ 飞灰热焓值Ifh
Aar 100
a
fh
(c)
h
④ 烟焓表
通过燃烧产物的焓值的计算，列出焓值 与温度对应的表格（编程计算），是锅 炉热力计算的基础：即，
I y f (, )
复习内容
掌握煤的燃烧计算和烟气焓值计算 方法（查找所需表格）；
32
22.4 Sar 0.7 Sar Nm3 32 100 100
燃料本身的氧量
22.4 Oar 0.7 Oar Nm3 32 100 100
1kg燃料完全燃烧所需的氧量
VO02
1.866 Car 100
5.55 Har 100
0.7 Sar 100
0.7 Oar 100
1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量
1 V 0 0.21VO02
Nm3
0.0889Car 0.265Har 0.0333(Sar Oar ) Nm3
实际空气量
炉膛内的混合不可能绝对均匀，为保证 完全燃烧，需多送一部分空气，
定义过量空气系数。
V V
k 0
漏风系数 负压工作下的锅炉，存在炉外 的空气漏入炉内的漏风
V k V0