锅炉与锅炉房设备的基本知识-燃料燃烧计算

1.4.1煤及液体燃料的燃烧计算1.4.2气体燃料的燃烧计算单元四：燃料燃烧计算一、燃料燃烧计算的假设条件：将空气与烟气中的成分（包括水蒸气）视为理想气体。燃料的燃烧计算时采用的计量基准。假定空气只是氧和氮的混合气体，体积比为79：21。二、理论空气量的计算理论空气量是指1kg接收基燃料中的各种可燃成分完全燃烧时所需的空气量，用符号

表示，单位为m3/kg。燃料完全燃烧所需的空气量可以根据燃烧化学反应方程式来计算。碳完全燃烧反应方程式为

每1kg碳完全燃烧时需要1.866Nm3氧气，并产生1.866Nm3二氧化碳。硫的完全燃烧反应方程式为：每1kg硫完全燃烧时需要0.7Nm3氧气，并产生0.7Nm3二氧化硫。氢的完全燃烧反应方程式为每1kg氢完全燃烧时需要5.55Nm3氧气，并产生11.1Nm3水蒸汽。总结：每1kg燃料（此处所指为煤及液体燃料）按数量中的可燃元素分别为碳kg，硫kg，氢kg，而1kg燃料中已含有氧kg，相当于Nm3/kg。这样每1kg接收基燃料完全燃烧时所需外界供应的理论氧气量为：

那么理论空气量为：三、利用经验公式近似计算理论空气量对于Vdaf<15%的贫煤和无烟煤

对于Vdaf>15%的烟煤和贫煤对于Qnet，ar<<125000KJ/kg的劣质烟煤对于燃料油

式中

—理论空气量（m3/kg）

—煤或燃料油的接收基低位发热量（kJ/kg）四、实际空气量的计算

锅炉运行时，供给的空气量应比理论空气量多，比理论空气量多出的这部分空气量称为过量空气。而实际供给的空气量与理论空气量之比值

称为过量空气系数。

式中

—过量空气系数；

—实际供给的空气量（m3/kg）

—理论空气量（m3/kg）

过量空气系数

值的确定原则是：在保证完全燃烧的前提下，尽量减小过量空气系数，

值的选取要考虑燃料种类、燃烧方式、燃烧设备结构形式等因素。五、利用元素分析资料计算理论烟气量

燃料燃烧时生成的气态燃烧产物称为烟气。燃料完全燃烧生成的烟气成分有：二氧化碳、二氧化硫、氮气、水蒸气等；1kg接收基燃料在理论空气量（即=1）的条件下完全燃烧，其生成的烟气量称为理论烟气量，用符号

表示。1.理论烟气量的计算

理论烟气量是根据煤与燃烧油完全燃烧的化学反应方程式来计算的。完全燃烧时理论烟气量是由二氧化碳、二氧化硫、理论水蒸气量、理论氮气量等四个部分组成，理论烟气量就是这四种气体的体积之和，即

式中

—理论烟气量（m3/kg）；

—烟气中二氧化碳的体积（m3/kg）；

—烟气中二氧化硫的体积（m3/kg）;

—烟气中理论水蒸气的体积（m3/kg）；

—烟气中理论氮气的体积（m3/kg）；

—

烟气中三原子气体的体积（m3/kg）。解析：1kg燃料完全燃烧后产生的各种气体体积：二氧化碳：0.01866Carm3/kg；二氧化硫：0.007Sarm3/kg；氮气：包括空气中的氮0.79m3/kg及燃料本身含有的氮0.008Nar；水蒸气：包括氢燃烧生成的水蒸气0.111Harm3/kg,燃料中水分形成的水蒸气0.0124Marm3/kg，理论空气量带入的水蒸气0.0161m3/kg，蒸汽雾化重油带入炉内的水蒸气1.24Gwhm3/kg。

通过上述分析，理论烟气量为：=0.79+0.01866Car+0.111Har+0.007Sar+0.008Nar+0.0124Mar+0.0161+1.24Gwhm3/kg六、利用经验公式计算理论烟气量

缺乏燃料的元素分析成分资料时，理论烟气量也可以根据燃料的发热量进行近似计算。对于无烟煤、贫煤及烟煤对于劣质煤，当<12560kJ/kg时对于燃料油七、实际烟气量的计算过量空气的体积

1)过量空气中氧气的体积

过量空气中氮气的体积

式中

—实际烟气中氮气的体积（m3/kg）过量空气中水蒸气的体积

式中

—实际烟气中水蒸气的体积（m3/kg）。实际烟气量的计算：由理论烟气量与过量空气（包括过量的氧气、氮气和相应的水蒸气）两部分组成。即

式中

—干烟气体积（m3/kg）八、案例教学1.已知某烟煤成分为（%）：Cdaf=83.21%，Hdaf=5.87%，Odaf=5.22%，Ndaf=1.90%，Sdaf=3.8%，Ad=8.68%，Mar=4.0%，试求：理论空气需要量

（m3/kg）；（2）理论烟气生成量

（m3/kg）；解：（1）将该煤的各成分换算成收到基成分：1.4.1煤及液体燃料的燃烧计算1.4.2气体燃料的燃烧计算单元四：燃料燃烧计算一、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。氢的燃烧H2+0.5O2+(0.5×3.76N2)=H2O+(0.5×3.76N2)即1m3H2+0.5m3O2+(1.88m3N2)=1m3H2O+(1.88m3N2)

由反应式可见，1m3H2完全燃烧需要0.5m3O2，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0.5H2体积的O2。一氧化碳的燃烧2CO+O2+(3.76N2)=2CO2+(3.76N2)即1m3CO+0.5m3O2+(1.88m3N2)=1m3CO2+(1.88m3N2)

由反应式可见，1m3CO完全燃烧需要0.5m3O2，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0.5CO体积的O2。

硫化氢的燃烧2H2S+3O2+(3×3.76N2)=2SO2+2H2O+(3×3.76N2)即

1m3H2S+1.5m3O2+(5.64m3N2)=1m3SO2+1m3H2O+(5.64m3N2)

由反应式可见，1m3H2S完全燃烧需要1.5m3O2。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1.5H2S体积的O2。

二、实际空气量的计算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。实际空气量与理论空气量之比，称为过量空气系数。即α=VK/VK0

或VK=αVK0

式中α—过量空气系数；VK—实际空气量（m3/m3）；VK0—理论空气量（m3/m3）。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。用理论公式计算理论烟气量

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。烟气中三原子气体来源于：①CO、CmHn燃烧后生成CO2；②气体燃烧中含有的CO2；③H2S燃烧后生成SO2。由CO燃烧反应式可见，1m3CO完全燃烧生成1m3CO2。即燃料所含的CO完全燃烧时，生成与CO相同体积的CO2。b.由CmHn燃烧反应方程式可见，1m3的CmHn完全燃烧生成mm3的CO2。即燃料中所含的CmHn完全燃烧时，生成mCmHn体积的CO2。c.由H2S的燃烧反应方程式可见，1m3的H2S完全燃烧时生成1m3SO2。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=0.01（CO2+CO+ΣmCmHn+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—燃气中二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、