耐火材料与燃烧概论12

第12章常用工程的燃烧计算

燃烧是一种复杂的物理化学过程，实质是燃料中的可燃成分与氧进行的氧化反应。燃烧产物的成分，与参加燃烧的空气量有关，也取决于燃烧装置的设计。当空气充足和燃烧过程进行完善时，燃料中的可燃成分如碳、氢、硫都能与氧化合成CO2、H2O以及SO2等诸燃烧产物，这种燃烧称为完全燃烧。但当空气不足或燃烧过程进行不够完善时，燃烧产物中除了上述成分外，还可能生成CO、H2、CH4等未燃尽气体及固态颗粒，构成所谓不完全燃烧。燃料的不完全燃烧，不仅意味着热量损失、能源浪费。而且会引起环境污染，造成公害，因此一般燃烧装置都要求作到完全燃烧。耐火材料与燃料燃烧讲义为了达到燃料完全燃烧，应很好组织燃烧过程并对燃烧过程是否完善进行检验，为此必须进行燃料的燃烧计算，以获得燃烧过程的有关重要数据：①燃料燃烧时所需供给的空气量；②燃烧产物(简称烟气)生成量及成分；③根据燃烧装置测出的烟气成分，求出燃料与空气的配合比例和不完全燃烧损失；④燃烧温度和燃烧完全程度。

耐火材料与燃料燃烧讲义为了简化计算，在工程计算准确度允许的范围内作以下假定：①

对空气和烟气中所有成分包括水蒸气都作为理想气体处理，这种处理能够满足工程计算的需要；②

当温度不超过2000℃时，在计算中不考虑烟气的热分解，亦不考虑固体燃料中灰质的热分解产物，因为这些热分解产物的数量是很少的；③

略去空气中微量的稀有气体和CO2。耐火材料与燃料燃烧讲义12.1燃烧所需空气量的计算12.1.1燃料燃烧所需理论空气量

使单位量的燃料完全燃烧所需的最少的空气量称为“理论空气需要量”，简称“理论空气量”。在这种情况下空气中所含的氧气与燃料中可燃物全部反应，得到完全氧化的产物。理论空气量以符号V0表示，其单位为Nm3空气/kg燃料(对液体燃料和固体燃料)及Nm3空气/Nm3燃料(对气体燃料)。

12.1.1.1液体燃料与固体燃料燃烧所需理论空气量已知燃料成分(质量百分数)为Cy%+Hy%+Sy%+Oy%+Ny%+Ay%+Wy%=100%(12-1)耐火材料与燃料燃烧讲义

对1千克燃料而言，其中所含可燃元素为Cy/100(kg)的碳，Hy/100(kg)的氢以及Sy/100(kg)的硫。因此单位质量燃料完全燃烧所需空气量可由各元素燃烧所需空气量相加而得。按化学反应完全燃烧方程式，其中碳燃烧时为

C+O2CO2

数量关系为12kgC+22.4Nm3O2→22.4Nm3CO2，即1kg碳完全燃烧时需要22.4/12=1.866Nm3氧，而生成1.866Nm3二氧化碳。因此1kg燃料中所含的

(kg)碳完全燃烧时所需氧为(Nm3)，而生成的二氧化碳为

(Nm3)。耐火材料与燃料燃烧讲义按化学反应方程式，硫完全燃烧的反应式为

S+O2SO2

数量关系为32kgS+22.4Nm3O2→22.4Nm3SO2，即1kg硫完全燃烧时需要0.7Nm3氧而生成0.7Nm3二氧化硫，故1kg燃料中所含的(kg)硫完全燃烧时所需氧为(Nm3)，而生成(Nm3)二氧化硫。此外，若1kg燃料中含有(kg)氧，这些氧相当于按化学反应方程式，氢完全燃烧的反应式为

H2+0.5O2H2O

其数量关系为2.016kgH2+11.2Nm3O222.4Nm3H2O，即lkg氢完全燃烧时需要5.55Nm3氧而生成11.2Nm3水蒸气，因此lkg燃料中所含的(kg)氢完全燃烧时所需氧为(Nm3)而生成(Nm3)的水蒸气。(Nm3)耐火材料与燃料燃烧讲义因此，1kg燃料完全燃烧时所需氧气为

(Nm3/kg)(12-2)

空气中氧所占体积百分比为21%，因此每千克燃料完全燃烧所需的理论干空气量为

(Nm3/kg)(12-3)

理论干空气量如以质量表示，则为

(kg/kg)(12-4)

不同燃料完全燃烧所需的理论空气量是不同的。然而对于液体燃料来说其元素组成主要是碳和氢，而且其含量比差别不大，因而其理论空气量的差别不大。耐火材料与燃料燃烧讲义已知气体燃料成分(体积百分数)为

CO%+H2%+CH4%+∑CnHm%+H2S%+CO2%+O2%+N2%+H2O%=100%(12-5)

其中各可燃成分的燃烧反应式为CO+0.5O2CO2H2+0.5O2H2O

H2S+1.5O2H2O+SO2上述化学反应式表明每Nm3CO完全燃烧时需0.5Nm3O2。故每Nm3气体燃料中所含的(Nm3)的CO完全燃烧时所需O2为(Nm3)。依此类推，可求出每Nm3气体燃料完全燃烧时所需O2为

12.1.1.2气体燃料燃烧所需理论空气量(Nm3/Nm3)(12-6)耐火材料与燃料燃烧讲义故1Nm3气体燃料完全燃烧时所需理论干空气量为

(Nm3/Nm3)(12-7)

在式(12-7)中如果代入气体燃料的包含含湿量的全气体成分，则计算出来的是对应1Nm3湿气体燃料的理论空气需要量。如代入的是干气体成分，则计算出来的将是对应1Nm3干气体燃料的理论空气需要量，由于通常需要的是对应于实际送入燃烧装置里的全气体成分燃料理论空气需要量。因此这时还需根据含湿量进行折算。在表12-1给出了计算出的各种燃料燃烧所需理论空气量。耐火材料与燃料燃烧讲义表12-1各种燃料的理论空气量燃

料理论空气量L0(kg/kg)V0(Nm3/kg)木

材褐

煤无

烟

煤木

炭焦

炭汽

油重

油苯酒

精煤

气水

煤

气发生炉煤气4~55~711~11.310~1210~1214.5~1514~14.513.49.44~54~54~53~44~68.5~8.88~98~911.3~11.510.3~11.010.47.14.0~5.52.3~5.51.0~1.1注：对气体燃料其单位为Nm3/Nm3耐火材料与燃料燃烧讲义12.1.2燃烧时实际空气需要量和过量空气系数

在实际燃烧过程中，供应的空气量往往不等于燃烧所需要的理论空气量。例如，在实际条件下为了保证炉内燃料完全燃烧，常常供给炉内比理论值多的空气；而有时为了得到炉内的还原性气氛，便供给少一些空气。因此，实际空气需要量Vk与理论空气需要量V0是有差别的。实际空气量与理论空气量之比用空气消耗系数α表示，即(12-8)在α＞1时，称为“空气过剩系数”。α值是在设计炉子或燃烧装置时根据经验预先选取，或根据实测确定。确定α值后，即可求出实际空气需要量(12-9)耐火材料与燃料燃烧讲义(Nm3/Nm3)(12-10)在计入空气中含水量后，1kg液体燃料或固体燃料在燃烧时所需实际空气量为(Nm3/kg)(12-11)上述的计算未计入空气中的水分。实际上空气中含有一定的水分，当水分含量较多或要求精确计算时，应把空气中的水分估计在内。空气中的水分以符号d表示，相当于折算到lkg干空气中的含水量(以g计)，故对应于1Nm3干空气的含水量体积为耐火材料与燃料燃烧讲义

α=1，表明实际空气供给量正好等于理论空气需要量。理论上，此时燃料中的可燃物质可以全部氧化，燃料与氧化剂的配比符合化学反应式的当量关系。这时燃料和空气量之比称为化学当量比。

α＜1，表明实际空气供给量小于理论空气需要量。显然，这种燃烧过程是不可能完全的，燃烧产物中尚剩余可燃物质，而氧气却消耗完了，势必造成燃料的浪费。实际燃烧中存在着一最佳α值。最佳α值随燃料性质和燃烧装置的结构而改变。原则上。易燃燃料及设计完善的燃烧装置，其最佳α值较小(更接近于1)。根据经验，对于液体和气体燃料，最佳α值约为1.10，烟煤约为1.20，而贫煤和无烟煤约为1.20-1.25。

α＞1，表明实际空气供给量大于理论空气需要量。在实际燃烧装置中，绝大多数情况下均采用这种供气方式。这样既可节省燃料，有时也具有其他的有益作用。例如在喷气发动机燃烧室中，空气适当过量可以降低其出口气体温度，从而达到保护某些部件的目的。耐火材料与燃料燃烧讲义

12.2完全燃烧时烟气的计算

燃烧产物的生成量及成分是根据燃烧反应的物质平衡进行计算。完全燃烧时，单位质量(或体积)燃料燃烧后生成的燃烧产物包括CO2、SO2、H2O、N2、O2，其中O2是当α＞1时才会存在。燃烧产物的生成量，当α≠1时称“实际燃烧产物生成量”，当α=1时称“理论燃烧产物生成量”。对于液体或固体燃料的燃烧，理论烟气量的计算方法如下。12.2.1液体燃料与固体燃料燃烧生成烟气量的计算

为了燃料完全燃烧，供给燃料的空气量常大于理论空气需要量，但在实际燃烧中真正与燃料起化学反应仍为理论空气需要量。因此，完全燃烧的烟气量可看成由燃料与理论空气需要量燃烧后生成的理论烟气量与过剩空气量两部分组成。耐火材料与燃料燃烧讲义燃料完全燃烧时，燃烧产物的主要成分为CO2、SO2、H2O以及氮四种气体。根据化学反应式可以得出每1kg燃料燃烧时所产生的上述气体的体积，即

(1)CO2的体积

(Nm3/kg)(12-12)(2)SO2的体积

(Nm3/kg)(12-13)将+合并写为，即

(Nm3/kg)(12-14)12.2.1.1理论烟气量的计算耐火材料与燃料燃烧讲义

(3)理论水蒸气体积由四部分组成：①

燃料中所含氢燃烧后生成的水蒸气

(Nm3/kg)(12-15)②燃料中所含水分汽化产生的蒸汽

(Nm3/kg)(12-16)③由理论空气量V0带入的水蒸气。由于干空气的密度为1.293kg/Nm3，水蒸气的密度为0.804kg/Nm3，所以单位体积空气中的水蒸气量为

(Nm3/kg)(12-17)④在采用蒸气雾化燃油时，随同燃油一起喷入的水蒸气

(Nm3/kg)(12-18)耐火材料与燃料燃烧讲义式中，为雾化用蒸气消耗量(kg/kg)。故(Nm3/kg)(12-19)(4)理论氮气的体积有两个来源：燃料中的含氮量和理论空气量中所含氮，即

(Nm3/kg)(12-20)

故理论烟气量为

(Nm3/kg)(12-21)

如果不计入则称为理论干烟气量，即（Nm3/kg）(12-22)

干烟气体积的引入很有实用意义。在某些测定烟气成分的仪器中，所得到的各种组成气体的百分比都是对于干烟气而言的。耐火材料与燃料燃烧讲义12.2.1.2实际烟气量的计算当α＞1时，燃烧过程中实际供应的空气量多于理论空气量。燃料的燃烧应当是完全的。但在计算实际烟气量Vy

时，需要将理论烟气量Vy0

加上过剩的干空气量及与之对应的水蒸气，即(Nm3/kg）(12-23)如果不计入烟气中的水分则得实际干烟气量为：(Nm3/kg）(12-24)在烟气量Vy中的水蒸气体积为(Nm3/kg）(12-25)故又可写出(Nm3/kg）(12-26)耐火材料与燃料燃烧讲义12.2.2气体燃料燃烧烟气量的计算

12.2.2.1理论烟气量的计算与固体和液体燃料一样，理论烟气由CO2、SO2、H2O及N2四种气体组成，根据前述的化学反应式，可以得出1Nm3湿气体燃料完全燃烧时所产生的各成分体积为：(1)CO2与SO2的体积VRO2：(Nm3/kg）(12-27)(2)理论水蒸气的体积：(Nm3/kg）(12-28)耐火材料与燃料燃烧讲义(3)理论氮气的体积VN20

：

(Nm3/Nm3)(12-29)故理论烟气量Vy0

为

(Nm3/Nm3)(12-30)而理论干烟气量Vgy0

为

(Nm3/Nm3)(12-31)12.2.2.2实际烟气量的计算实际烟气量Vy为理论烟气量Vy0与剩余空气量之和，即(Nm3/Nm3)(12-32)耐火材料与燃料燃烧讲义实际干烟气量Vgy

则为

(Nm3/Nm3)(12-33)在烟气量Vy中的水蒸气体积VH2O

为(Nm3/Nm3)(12-34)(Nm3/Nm3)(12-35)耐火材料与燃料燃烧讲义12.3不完全燃烧时烟气量计算

燃料不完全烧烧时，燃烧产物中会出现CO、H2和CH4等未燃成分。显然，这些气体的含量越多，表明燃烧过程越不完善，能量损失也越大。因此，分析烟气中未燃成分的种类和数量，评价燃烧过程的完善程度，为调整燃烧过程提供科学依据。不完全燃烧的烟气量不能象完全燃烧时那样，直接由燃料成分求出，一般只有在已知烟气成分的条件下才能求出不完全燃烧时的烟气量，以下介绍其计算方法。耐火材料与燃料燃烧讲义在已知燃料成分中的Cy%与Sy%时，如能测出干烟气成分中含碳、硫元素的组成气体所占体积百分数（如[RO2]%、[CO]%、[CH4]%等），则可利用燃烧前后的物质平衡关系，求出不完全燃烧时的干烟气量Vgyb。考虑到12.3.1液体燃料与固体燃料烟气量的计算式中的、、、均是对应单位质量燃料的燃烧产物(以Nm3为单位)。因此，有(12-36)耐火材料与燃料燃烧讲义根据燃烧前后的碳平衡关系，可写出碳平衡方程即而硫平衡方程则为即因此于是可得出Vgyb计算的公式为(Nm3/kg)(12-37)耐火材料与燃料燃烧讲义12.3.2气体燃料烟气量的计算利用燃烧前后的物质平衡关系，求出不完全燃烧时的干烟气量为

(12-38)这里，式中的、、、均是1Nm3气体燃料的燃烧产物。根据碳平衡方程++即耐火材料与燃料燃烧讲义同理，可写出硫平衡方衡由于

(Nm3/Nm3)于是，的计算公式为

(Nm3/Nm3)(12-39)耐火材料与燃料燃烧讲义12.3.3燃料不完全燃烧烟气量与完全燃烧烟气量的关系如果将不完全燃烧时烟气中含有CO、H2以及CH4等可燃成分再进一步燃烧，就达到了燃料的完全燃料。如果将相应的空气中所含氮也一并列入，则可得出：即(12-40)

同理还可写(12-41)(12-42)

由这些反应式可以看出，不完全燃烧烟气量与完全燃烧烟气量之间有一定的关系。由于完全燃烧时烟气量可以由燃料成分求出，因此可利用这一关系，可以计算不完全燃烧烟气量。耐火材料与燃料燃烧讲义12.3.3.1在α≥1的情况下由式(12-40)可以看出，烟气中每含有1(Nm3)CO，当它燃烧后，烟气体积将由1+0.5+1.88=3.38Nm3变为1+1.88=2.88Nm3，即不完全燃烧时的烟气体积在它完全燃烧后，将减少0.5Nm3。同理，由式(12-41)、在烟气中每含有1(Nm3)H2，则意味着完全燃烧后其体积将减少0.5Nm3。但由式(12-42)可以看出，烟气中的CH4在完全燃烧后，气体体积不变。因此，在不完全燃烧烟气中如果含有COH2和CH4的体积分别为VCONm3、VH2

Nm3和VCH4

Nm3，则不完全燃烧烟气量Vyb与完全燃烧烟气量Vy必有以下关系：如已知不完全燃烧烟气成分：[CO]%、[H2]%、[CH4]%，则由上式可写出耐火材料与燃料燃烧讲义即

(12-43)同理，由式(12-40)、(12-41)、(12-42)对干烟气可得如已知不完全燃烧烟气成分：[CO]%、[H2]%、[CH4]%，则可写出

(12-44)耐火材料与燃料燃烧讲义12.3.3.2在α<1的情况下

这时空气量供给不足，可能存在以下两种情况：

(1)燃料与空气充分混合这时烟气中仅含CO、H2、CH4等可燃成分，但无过剩氧，所以式(12-40)、(12-41)、(12-42)所表示的化学反应不能进行。这就意味着，烟气中每含有1(Nm3)CO，由于缺少了0.5Nm3的O2和1.88Nm3的N2，因而不能生成完全燃烧时的理论燃烧产物1(Nm3)CO2和1.88(Nm3)N2，即不完全燃烧产物比理论燃烧产物少1.88Nm3。同理，烟气中每含有1(Nm3)H2，将使燃烧产物比理论燃烧产物烟气少1.88Nm3。烟气中每含有1(Nm3)CH4，将使燃烧产物比理论燃烧产物少0.52Nm3。因此，如不完全燃烧烟气中含有CO的、H2的、CH4的等不完全燃烧产物，则耐火材料与燃料燃烧讲义如已知不完全燃烧烟气成分：[CO]%、[H2]%、[CH4]%，则即

(12-45)同理，对干烟气则可导出

(12-46)但应指出，式(12-46)中的烟气成分为干烟气成分。耐火材料与燃料燃烧讲义

(2)燃料与空气未能充分混合这时虽然供给的空气不足，但烟气中除含有CO、H2、CH4等可燃成分，尚含有剩余的氧。如烟气中氧的体积为，则相当于有的空气未参与燃烧，而存在于不完全烟气之中。在不完全燃烧烟气中将这部分空气扣除后，即可得出参与燃烧的空气与燃料生成的不完全燃烧烟气，由以上讨论已经知道它比理论烟气量少

(、、分别为不完全燃烧烟气中所含CO、H2及CH4体积)，即

耐火材料与燃料燃烧讲义即(12-47)同理，对干烟气

(12-48)式(12-48)中的烟气成分为干烟气成分。耐火材料与燃料燃烧讲义12.4烟气分析及空气消耗系数

的检测计算为了判断燃烧室中燃料所达到的实际燃烧程度，必须对正在进行的实际燃烧过程进行检测和控制。燃烧过程检测的主要内容是燃烧质量的检测，包括烟气成分分析和空气消耗系数的检测。通过对烟气成分的分析不仅可以了解燃料的燃烧完全程度、燃烧污染物(如SO2、CO、NOx等)的排放情况，而且通过烟气成分还可计算出影响燃烧过程的重要参数即空气系数。因此，烟气分析是判断燃烧过程是否完善的重要手段。测定气体成分的方法是先用一取样装置由燃烧室(或烟道系统中)中规定的位置(称为取样点)抽取气体式样，然后用气体分析仪器进行成分分析。燃烧室或烟道内各点气体成分是不均匀的。因此取样点必须选择适当，力求该处成分具有代表性，或者设置合理分布的多个取样点而求各点成分的平均值。取样过程中不允许混入其他气体，也不允许在取样装置中各种气体之间发生化学反应。

耐火材料与燃料燃烧讲义气体分析仪的类型很多，按其工作原理可分为两大类：一类为化学式，它是利用特定的化学药品对烟气中各种成分进行吸收，从而测定其含量，例如目前常用的奥塞特(Orsat)烟气分析仪等即属此类；另一类则为物理式，它是利用各种烟气成分物理特性的不同，从而测定其品种及含量，例如利用各种气体对红外线吸收波长具有选择性的特点制成的红外气体分析仪等。在这两类分析仪中，化学式由于不能实时、连续指示烟气中各种成分含量，故使用不够方便；物理式虽能作到实时、连续指示出烟气中各种成分含量，但高精度的物理式烟气分析仪(如红外气体分析仪)价格昂贵，故其实际应用不及化学式气体分析仪广泛。耐火材料与燃料燃烧讲义12.4.1烟气成分的检验方程

烟气分析结果的正确性受到取样、仪器等许多因素影响，因此检验烟气分析结果是否正确至关重要。利用燃料计算的基本原理，可以建立燃烧产物各成分之间的关系式。这些关系式可以用来验证气体成分分析的准确性。同时，这些关系式还进一步反映出燃料和燃耗产物的特性。以下讨论这些关系式的推导。燃料在理论空气量配合比例下，如能达到完全燃烧，则干烟气中所含[RO2]%将到最大值。即

(12-49)

式中。、及的计算公式已在第二节中导出，将它们代入式(12-49)，经整理后可得

(12-50)耐火材料与燃料燃烧讲义式中的β是一个燃料特性系数，取决于燃料成分。在空气中燃烧时，对于液体和固体燃料

(12-51)

对于气体燃料

(12-52)

在表12-2中给出了几种常用燃料的β和。耐火材料与燃料燃烧讲义表12-2 几种常用燃料的β和

燃料β碳H2COCH4无烟煤贫煤烟煤褐煤泥煤重油甲烷天然气0-0.3950.790.02～0.100.09～0.120.10～0.150.05～0.110.07～0.080.29～0.350.190.75～0.8021034.711.720.6～19.119.3～18.919.1～18.320.0～18.919.6～19.416.2～15.611.711.8耐火材料与燃料燃烧讲义按式(12-51)或(12-52)计算β值后，可按式(12-50)计算。另一方面，由已知的烟气成分也可反推出，利用这种关系就可导出烟气成分的验证方程。现在讨论在α≥1时，烟气成分与的关系。假设干烟气中含有的不完全燃烧产物体积成分为%，%及%，氧的体积成分为%。已知在完全燃烧时有以下关系：

(12-53)而由(12-44)可知耐火材料与燃料燃烧讲义

但烟气中所含氧不仅包括过量空气带来的氧，还包括由于不完全燃烧而少消耗的氧。由于不完全燃烧而少消耗的氧可利用式(12-40)、(12-41)、(12-42)的关系求出，即

于是，可得出

(12-54)

将式(12-44)的和式(12-54)的代入式(12-53)可得

(12-55)

另一方面，烟气中所含CO和CH4如完全燃烧，则能生成同样体积(以Nm3计)的CO2，故完全燃烧时可能生成的

(12-56)耐火材料与燃料燃烧讲义将式(12-55)的与式(12-56)的代入式(12-49)，则由烟气成分可求出(12-57)于是，由式(12-50)与式(12-57)可得出

[RO2]+[O2]+0.605[CO]−0.185[H2]−0.58[CH4]+β([RO2]+[CO]+[CH4])=21(12-58)这一方程表示了诸烟气成分间应满足的关系式，常称为烟气分析方程。应用此式可检验烟气分析结果，如果测出的烟气成分不能满足该方程，则表明测试结果不正确，因此该式又称为烟气分析检验方程。

耐火材料与燃料燃烧讲义当不完全燃烧，产物中%及%较低而可略去时，上式可简化为

[RO2]+[O2]+0.605[CO]+β([RO2]+[CO])=21

(12-59)式(12-58)还可用于计算烟气成分，例如可将简化的式(12-59)改写为

(12-60)耐火材料与燃料燃烧讲义因此，在准确测定[O2]%、[RO2]%后即可计算出CO含量[CO]%。由于CO含量较低，用简单烟气分析仪较难测准，故通常只测定[RO2]%、[O2]%，而[CO]%则用式(12-60)计算出来。在燃料完全燃烧时，式(12-59)简化为

[RO2]+[O2]+β[RO2]=21即(12-61)这说明在燃料完全燃烧时，[RO2]的变化趋势与[O2]相反，亦即[RO2]的变化趋势与空气系数α相反，因此在燃烧装置运行时，如果发现[RO2]过低，这就意味着空气量供给过多，或燃烧装置漏入了较多的冷空气(例如由炉体、烟道等外漏入冷空气)。因此通过测定[RO2]可以了解燃烧装置内的空气系数是否符合要求。耐火材料与燃料燃烧讲义12.4.2空气系数的检测计算空气系数α对燃烧过程有很大影响，是燃烧过程的一个重要指标。在设计炉子时，α是根据经验选取的。例如，对于要求燃料完全燃烧的炉子，α可以参考表12-3选取。对于要求不完全燃烧的炉子，α则根据工艺要求而定。对于正在作业的炉子，炉内实际的α值由于受炉子吸气和漏气的影响，不便用式(12-8)计算，而是按烟气成分计算。按烟气成分计算空气过量系数α的方法很多，下面介绍两种计算方法。耐火材料与燃料燃烧讲义燃料种类燃烧方法α固体燃料人工加煤机械加煤粉状燃烧1.2～1.41.2～1.31.05～1.25液体燃料低压烧嘴高压烧嘴1.10～1.151.20～1.25气体燃料无焰燃烧有焰燃烧1.03～1.051.05～1.20表12-3空气系数α值表耐火材料与燃料燃烧讲义12.4.2.1由氮平衡原理计算α由空气系数的定义可写出(当a≥l时)(12-62)式中的为过剩空气量，它可由式(12-54)求出。根据空气的体积成分关系可知：式中的为烟气中属于由空气带入的氮。在已知干烟气体积成分[RO2]%、[CO]%、[H2]%、[CH4]%、[N2]%、[O2]%时，对α>1的情况，由式(12-54)可求出耐火材料与燃料燃烧讲义由氮平衡关系可知，在烟气中属于由空气带入的氮应等于烟气中所含减去由燃料带入的氮，即因此(12-63)将与代入式(12-62)，于是可得出

(12-64)

上式中的可由燃料成分求出，从而可得出计算α公式的最终形式。耐火材料与燃料燃烧讲义

(1)对液体燃料与固体燃料

=

(12-65)将式(12-36)得出的代入，于是(12-66)将代入式(12-64)，于是可得出计算液体燃料和固体然料的α公式为：

(12-67)耐火材料与燃料燃烧讲义

(2)对气体燃料

(12-68)将由式(12-39)得出的代入，于是

(12-69)将求出的代入式(12-64)于是可得出计算气体燃料的α公式为

(12-70)耐火材料与燃料燃烧讲义

(3)对α计算公式的进一步讨论在燃料完全燃烧时[CO]=0，[H2]=0，[CH4]=0，则式(12-64)可简化为

(12-71)当燃料中所含氮甚少(固体燃料、液体燃料、天然燃料、焦炉煤气等)而可略去时，上式可进一步简化为

(12-72)当烟气中[N2]≈79时，上式简化为

(12-73)因此，由式(12-23)，可根据烟气中所含[O2]%或[RO2]%估计出大致的空气系数α。耐火材料与燃料燃烧讲义

12.4.2.2按氧平衡原理计算α出于技术上的需要，可能采用富氧(即向空气中添加氧气)甚至纯氧燃烧。这时不能用式(12-62)及导出的公式计算α。以下讨论在这种情现下α的计算。

(1)在燃料完全燃烧时由空气系数的定义，当α≥1时

(12-74)

式中与分别为理论需氧量与实际供氧量。应注意这时，，过剩氧量，它可表示为