气体燃料的燃烧计算

1、锅炉与锅炉房设备施工 教案模块一：锅炉房设备的基本知识单元四：燃料燃烧计算燃料的燃烧计算学 院 内蒙古建筑职业技术学院院 （部） 机电与暖通工程学院教 师 王思文气体燃料的燃烧计算教学目的通过课程教学，挖掘学生潜在创造力，激发学生的工程设计能力。以工作任务形式组织学生进行项目训练，培养学生团队意识，组织协调能力、创新思维能力，沟通交流能力，自我学习能力、分析问题和解决问题的能力。通过学习，学生能够掌握锅炉与锅炉房的基本知识，为今后继续学习锅炉打下结实的基础。教学目标能力（技能）目标知识目标素质目标1会进行气体燃料的燃烧计算。1 掌握燃烧所需空气量的计算方法。2 掌握燃烧生成烟气量的计算方法。1

2、挖掘学生潜在创造力，激发学生的自主学习积极性；2培养学生的与人交流、与人合作的能力，培养学生解决问题、自我学习能力。任务与案例任务：根据教学内容，掌握气体燃料的燃烧计算。案例：1.某高炉煤气各组分含量如下：H2=1.8%，CO=23.5%，CH4=0.3%，N2=56.9%，CO2=17.5%，含湿量dq为35 g/m³试求：完全燃烧情况下，（1） 理论空气需要量VKO（m3/m3）；（2） 理论烟气生成量VyO（m3/m3）；重点难点及解决方法重点：1.气体燃料的燃烧计算难点：无参考资料锅炉与锅炉房设备 夏喜英主编 哈尔滨工业大学出版社锅炉及锅炉房设备杜渐主编 中国电力出版社工业锅

3、炉设备 丁崇功主编 机械工业出版社工具与媒体计算机、打印机、录像、课件、图纸、笔、橡皮、专业相关资料等。授课教案一理论空气量的计算理论空气量是指标准状态下每m³燃气按燃烧反应计量方程式在化学当量比下完全燃烧所需的空气量。用符号VK0表示，单位为m3/m3。1. 用理论公式计算理论空气量气体燃烧中的可燃组分有H2、CO、CmHn（碳氢化合物）和H2S。分别求出混合气体中各单一可燃组分完全燃烧时所需空气量，即可得到该种燃气燃烧所需理论空气量。（1） 氢的燃烧H22×2)=H2×2)即 1m3H23O23N2)=1m3H23N2)由反应式可见，1m3H2完全燃烧需要3O

4、2，因此，在计算理论空气量时，可用气体燃料中已知H2的体积含量表示燃烧所需的氧气量。即燃料中所含氢完全燃烧需要H2体积的O2。（2） 一氧化碳的燃烧2CO+O22)=2CO22)即 1m33O23N2)=1m3CO23N2)由反应式可见，1m3CO完全燃烧需要3O2，因此，在计算理论空气量时，可用气体燃料中已知CO的体积含量表示所需的氧气量。即燃料中所含CO全燃烧需要CO体积的O2。（3） 碳氢化合物的燃烧由方程式可见，1m3CmHn完全燃烧需要m+n4m3O2。因此，在计算理论空气量时，可用气体燃料中已知的CmHn的体积含量表示所需氧气量。即燃料所含的CmHn完全燃烧时，需要m+n4CmHn

5、体积的O2。（4） 硫化氢的燃烧2H2S+3O2+(3×2)=2SO2+2H2O +(3×2)即 1m3H23O23N2)=1m3SO2+1m3H23N2)由反应式可见，1m3H2S完全燃烧需要1.5 m3O2。因此，在计算理论空气量时，可用气体燃料中已知的H2S的体积含量表示所需氧气量。即燃料所含H2S完全燃烧需H2S体积的O2。所以，当燃气组分已知，可按下式计算1m3燃气完全燃烧所需理论空气量。式中VK0理论空气量（m3/m3）；H2、CO、CmHn、H2S燃气中各种可燃组分的体积分数（%）；O2燃气中氧的体积分数（%）。2. 用经验公式计算理论空气量燃气燃烧所需理论空

6、气量还可按以下列近似公式计算。1）当燃气的低位发热量Qnetg<10500kJ/m3VKo=0.2091000Qnetg2）当人工燃气的低位发热量Qnetg>10500kJ/m3VKo=0.261000Qnetg-0.253）对于烷烃类的燃气（天然气、石油伴生气、液化石油气）可采用VKo=0.2681000Qnetg或VKo=0.241000Qgrg二实际空气量的计算在锅炉燃烧过程中，如果只供给理论空气量，燃气与空气不可能混合的非常均匀，就会出现不完全燃烧，因此，实际供给的空气量应大于理论空气量，即要供应一部分过量空气。过量空气的存在增加了燃气分子与空气分子碰撞的可能性，增加了相互

7、作用的机会，从而使燃烧趋于完全。实际空气量与理论空气量之比，称为过量空气系数。即= VK/ VK0或VK=VK0式中 过量空气系数；VK实际空气量（m3/m3）；VK0理论空气量（m3/m3）。值的大小，与燃气种类、燃烧方式、燃烧设备等有关。在锅炉燃烧过程中，控制值是非常重要的，值过大或过小都会导致不良后果。值过小，燃烧不完全，燃烧的化学能未能充分发挥作用；值过大，烟气体积增大，炉膛温度降低，直接影响到燃料的燃烧和燃尽。因此，最理想的燃烧设备应在保证完全燃烧的条件下，尽量使值趋近于1。三理论烟气量的计算当只供给理论空气量时，燃料完全燃烧所产生的烟气量称为理论烟气量。1. 用理论公式计算理论烟气

8、量理论烟气量的成分是CO2、SO2、N2和H2O。前三者合在一起称为干烟气；连同水蒸气在一起的烟气称为湿烟气。CO2和SO2通常称为三原子气体，用符号RO2表示。（1） 烟气中三原子气体来源于：CO、CmHn燃烧后生成CO2；气体燃烧中含有的CO2；H2S燃烧后生成SO2。1) 由CO燃烧反应式可见，1m3CO完全燃烧生成1m3CO2。因此，在计算理论烟气量时，可用燃料组分中已知的CO的体积含量表示燃烧产物CO2的含量。即燃料所含的CO完全燃烧时，生成与CO相同体积的CO2。2) 由CmHn燃烧反应方程式可见，1m3的CmHn完全燃烧生成m m3的CO2。因此，在计算理论烟气量时，可用燃气组分

9、中已知的CmHn的体积含量表示燃烧产物CO2的量。即燃料中所含的CmHn完全燃烧时，生成m CmHn体积的CO2。3) 由H2S的燃烧反应方程式可见，1m3的H2S完全燃烧时生成1m3SO2。因此，在计算理论烟气量时，可用燃料组分中已知的H2S的体积含量表示燃烧产物SO2的量。即燃料中所含的H2S完全燃烧时，生成与H2S相同体积的SO2。综上所述，烟气中三原子气体体积为VRO2= VCO2 +VSO2（CO2+CO+mCmHn+H2S）式中 VRO2三原子气体体积（m3/m3）；VCO2二氧化碳的体积（m3/m3）； VSO2二氧化硫的体积（m3/m3）；CO2、CO 、CmHn、H2S燃气中

10、二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、硫化氢的体积分数（%）。（2） 烟气中水蒸气来源于：H2燃烧后生成的H2O；H2S燃烧后生成的H2O；CmHn燃烧后生成的H2O；燃气和空气中所含的水分，形成烟气中的H2O蒸汽。1) 由氢的燃烧反应方程式可见，1m3H2完全燃烧时，生成1m3H2O。因此，在计算理论烟气量时，可用燃料组分中已知的H2的含量表示燃烧产物H2O的量。即燃料中所含的H2完全燃烧时，生成与H2同体积的H2O蒸气的量。2) 由H2S的燃烧反应方程式可见，1m3的H2S完全燃烧时生成1m3H2O。因此，在计算理论烟气量时，可用燃料组分中已知的H2S的含量表示燃烧产物中H2O蒸气的量。即燃料中

11、所含的H2S完全燃烧时，生成与H2S同体积的H2O蒸气量。3) 由CmHn的燃烧反应方程式可见，1m3CmHn完全燃烧，生成n2m3的H2O蒸气。因此，在计算理论烟气量时，可用燃料组分中已知的CmHn的体积含量表示燃烧产物H2O蒸气的量。即燃料中所含的CmHn完全燃烧时，生成n2CmHn的H2O蒸气量。4) 燃气所含的水分，燃烧后成为烟气的一部分，烟气中的水蒸气按理想气体计算22.4m318kg=22.4m318×103g=1.24×10-3m³/g5) 空气中所含水分形成烟气的计算方法与煤的燃烧计算相同。综上所述，理论烟气量中水蒸气的体积为VH2O0=0.01H

12、2+H2S+n2CmHn+0.124dq+0.0161VK0式中VH2O0理论烟气量中水蒸气体积（m3/m3）；dq干燃气的含湿量（g/m3）H2、H2S、CmHn燃气中氢气、硫化氢、碳氢化合物的体积分数（%）（3） 烟气中氮气来源于：燃气组分中的氮气；空气中的氮气。理论烟气量中氮气的体积为VN20=0.79VK0+0.01N2式中VN20理论烟气量中氮气的体积（m3/m3）；N2燃气中氮气的体积分数（%）。所以，1m3燃气完全燃烧产生的理论烟气量为Vyo=VRO2+VH2OO+VN2O式中 Vyo-理论烟气量（m3/m3）。2. 用经验公式计算理论烟气量燃气燃烧生产的理论烟气量，还可按下列经

13、验公式近似计算：（1） 对烷烃类燃气 Vyo=0.239Qnetg1000+式中附加值（m3/m3），=2m3/m3（天然气），3/m3（石油伴生气），3/m3（液化石油气）。（2） 对炼焦煤气 Vyo=0.272Qnetg1000+0.25 （3） 对于低位发热量Qnetg<12600kJ/ m3的燃气 Vyo=0.173Qnetg1000+1.0四实际烟气量的计算1. 用理论公式计算实际烟气量（1） 烟气中的三原子气体体积。烟气中的三原子气体体积按式（3-67计算）。（2） 烟气中的水蒸气体积为VH2O=0.01H2+H2S+n2CmHn+0.124dq+0.0161VK0式中VH2

14、O实际烟气中的水蒸气体积（m3/m3）。（3） 烟气中的氮气的体积为VN2=0.79VKO+0.01N2式中VN2实际烟气中氮气体积（m3/m3）。（4） 烟气中的过量氧的体积为VO2=0.21(-1)VKO式中VO2实际烟气中氮气体积（m3/m3）。所以，1 m3的燃气完全燃烧产生的实际烟气总体积为Vy=VRO2+VH2O+VN2+VO2式中Vy实际烟气量（m3/m3）。2. 用经验公式计算实际烟气量燃气燃烧生成的实际烟气量，还可按下列经验公式近似计算Vy= Vy0+-1VK0式中 Vy0用经验公式计算的理论烟气量（m3/m3）；VK0用经验公式计算的理论空气量（m3/m3）。五案例教学1.

15、某高炉煤气各组分含量如下：H2=1.8%，CO=23.5%，CH4=0.3%，N2=56.9%，CO2=17.5%，含湿量dq为35 g/m³，试求：完全燃烧情况下，（1） 理论空气量VKo；（2）理论烟气量Vyo解：（1）计算理论空气量VKo如下：VKo=1210.5H2+0.5CO+m+n4CmHn+1.5H2S-O2由于本题中高炉煤气的H2S和O2含量均为零，所以：VKo=1210.5H2+0.5CO+m+n4CmHn=1210.5×1.8+0.5×23.5+1+44×0.3=0.63 m³/m³（2）计算理论烟气量Vyo=VRO2+VH2OO+VN2O由于本题中高炉煤气的H2S含量为零，所以：Vyo=VCO2+VH2OO+VN2O1) 烟气中二氧化碳气体的体积为：VRO2=VCO2（CO2+CO+mCmHn）（）0.42 m³/m³2) 烟气中水蒸气的体积为：VH2O0=0.01H2+n2C