理论燃烧温度计算
(完整版)对理论燃烧温度计算的一点认识
摘要对理论燃烧温度的通用计算式提出了修正。
认为理论燃烧温度的通用计算式未考虑风口前凝聚相反应产物对理论燃烧温度的影响，随着高炉喷吹物料种类的多元化和喷吹量的增加，其计算误差将越来越大，更重要的是难以体现喷吹不同物料的区别.为此，提出了理论燃烧温度的修正计算式。
关键词高炉喷煤理论燃烧温度1 理论燃烧温度的通用计算式高炉的理论燃烧温度是指燃料在风口区不完全燃烧，燃料和鼓风所含热量及燃烧反应放出的热量全部传给燃烧产物时所能达到的温度.理论燃烧温度是由风口局部区域的热平衡计算得出,计算的基准温度一般采用常温。
以常温为基准就不需考虑喷吹燃料及输送燃料的压缩空气所带人的显热。
因此,普遍采用的计算式为［1,2］：式中Q碳——风口前碳素燃烧生成CO放出的热量，kJ；Q风—-鼓风带入的物理热，kJ；Q焦——焦炭带人的物理热，kJ；Q水——鼓风中湿分分解耗热，kJ；Q分——喷吹燃料的分解耗热，kJ;C PL——高炉炉缸气体中C O、N2的平均热容，kJ／（m3·℃）；C P2——高炉炉缸气体中H2的平均热容，kJ／（m3·℃）;V CO、V N2、V H2——炉缸煤气中CO、N2、H2的体积，m3。
亦有学者在大喷煤量下，对理论燃烧温度的计算式进行了修正，主要包括：①热收入中增加了煤粉物理热；②将鼓风湿分的分解热改为水煤气反应热；③考虑不完全燃烧条件下煤粉在风口区的反应热［3]。
修正的理论燃烧温度计算式如下：式中Q R焦——焦炭燃烧生成CO放出的热量,kJ；Q R焦——燃料燃烧生成CO放出的热量,kJ；Q煤——煤粉带人的物理热，kJ；C PG——高炉炉缸气体的热容，kJ／（m3·℃）。
2 理论燃烧温度的修正计算式以上两式的计算方法基本类似,修正式只是把热收人和消耗项计算的更精确一些。
但以上两式都未完全符合理论燃烧温度的计算原理,只考虑了燃烧产物中的气体，而未考虑凝聚相产物。
实质上，焦炭和燃料中的灰分也是燃烧产物,其升温也需要消耗热量，尤其在风口喷吹含灰分高的燃料或熔剂时,其对理论燃烧温度的影响更大。
第五章燃烧温度
22.4 H 22.4 W
VH2O
2
100
18
100 lH2O Ln
5
上一章回顾
• n>1时气体燃料燃烧产物生成量如下式，如何
理解？
Vn
CO
H2
(n
m 2
)Cn
H
m
2H2S
CO2
N2
H 2O
1
21
100
(n 100
)L0
lH2O
• 预热是利用余热在低温下实现，非常利于节能
• 空气的富氧程度
• 氧含量越高，燃烧产物生成量越减少。因为氮气少 • 在氧含量在小于约40％时，氧含量变化影响显著。
大于40％后，变化影响减缓。 • 氧含量对高热值燃料影响大，对低热值燃料影响小
25
第六章 空气消耗系数及不完全燃烧 热损失的检测计算
• 空气消耗系数和燃烧完全程度的实用检测方法， 是对燃烧产物（烟气）的成分进行气体分析
20
计算Qpyr
• （1）忽略。在温度<1800oC的情况下，热分解 很少发生，或热分解对温度的影响很小时，可忽 略Qpyr＝0
• （2）按CO2分解度fCO2和H2O的分解度fH2O计算
• Qpyr = 12600VCO+10800VH2 • = 12600fCO2.(VCO2)comp+10800fH2O. (VH2O)comp • fCO2、 fH2O与温度有关，可查附表8和附表9，数值
• 1m3气体燃料的理论氧气需要量（体积）为
L0,O2
1 2
CO
1 2
防火防爆理论与技术-燃烧温度的计算分析
式中Vyq 为α=1时完全燃烧的产物体积烟气生 成量有所减少，不完全燃烧程度越严重， 烟气量减少越厉害
30
（2）存在自由氧（氧气供应不足，且 燃料与空气混合不好而造成的不完全燃烧）
B V yq V yq 1.88VCO 1.88VH 2 9.52VCH4 4.76VO2
Q p n C p dT
T1 T2
QV n CV dT
T1
33
T2
Cp大于Cv，对于理想气体： Cp－Cv＝R； 对于液体和固体： Cp＝Cv。 热容比：气体的恒压热容和恒容热容之 比，用K表示，空气的热容比为1.4。 恒压热容是温度的函数，它与温度之间 的函数关系通常采用下式表示：
5
2.1 燃烧的本质和条件
助燃物 氧化剂：如氧气，氯气，浓硫酸，过氧化钠 特例：炸药（氧平衡）
6
2.1 燃烧的本质和条件
点火源 引燃物质燃烧的点燃能源 种类有： 火焰：直接点燃，热辐射 高温物体：如电熨斗、火星 电火花：电气火花，静电火花 机械能：撞击、摩擦、气体压缩 光能 化学能
燃烧必要条件
1 1 4.76 6.8 57 56.1 102 4.188m 3 2 2
17
实际空气需要量通常大于与理论空气需要量 V ,air V0,air α——过量空气系数 α＝ 1 时， 燃料与空气量比称为化学当（计） 量比 α<1 时，实际供给的空气量少于理论空气量。 燃烧不完全 α>1 时，实际空气量多于理论空气量，才能 保证完全燃烧
V0,O2 1 3 m 1 4.76 CO H 2 H 2 S (n )C n H m O2 102 0.21 2 2 4 2
燃料燃烧及热平衡计算参考
燃料燃烧及热平衡计算参考L n 湿=（1+0.00124×18.9）×4.35=4.452 Nm 3/Nm 3 2、天然气燃烧产物生成量 （1）燃烧产物中单一成分生成量CO)H 2C CH (CO 0.01V 6242CO 2+++⨯=’(3.4)2O V 0.21(=⨯′0n-1)L(3.5) 22n N V (N 79L )0.01=+⨯′(3.6))L 0.124g H H 3C (2CH 0.01V n 干O H 2624O H 22+++⨯=(3.7)式中CO 、CH 4 、 C 2H 6 、 H 2 ——每100Nm 3湿气体燃料中各成分的体积含量。
则0.475)5222(100.01V 2CO =+⨯++⨯= Nm 3/Nm 34.4131)(1.050.21V 2O ⨯-⨯==0.046 Nm 3/Nm 3 01.0)35.47910(V 2N ⨯⨯+==3.54 Nm 3/Nm 34.35)18.90.124465322(20.01V O H 2⨯⨯++⨯+⨯⨯==1.152 Nm 3/Nm 3（2）燃烧产物总生成量实际燃烧产物量V n = V CO2+V O2+V N2+V H2O Nm 3/Nm 3(3.8)则V n =0.47+0.046+3.54+1.152=5.208 Nm 3/Nm 3 理论燃烧产物量V 0=V n -（n -1）L O(3.9)V 0=5.208-（1.05-1）×4.143=5.0 Nm 3/Nm 3(3) 燃料燃烧产物成分[2]%100V V CO nCO 22⨯=(3.10) %100V V O nO 22⨯=(3.11)%100V V N nN 22⨯=(3.12)100%V V O H nO H 22⨯=(3.13) 则9%%1005.2080.47CO 2=⨯=0.8%%1005.2080.046O 2=⨯=68%%1005.2083.54N 2=⨯=22.2%100%5.2081.152O H 2=⨯= 3.1.3 天然气燃烧产物密度的计算[3] 已知天然气燃烧产物的成分，则：ρ烟=10022.432O 28N O 18H 44CO 2222⨯+++，kg/Nm 3(3.14)式中：CO 2、H 2O 、N 2、O 2——每100Nm 3燃烧产物中各成分的体积含量ρ烟= 217.110022.40.832682822.218944=⨯⨯+⨯+⨯+⨯ Nm 3/Nm 33.1.4 天然气发热量计算 高发热量Q 高=39842CH 4+70351C 2H 6+12745H 2+12636CO （kJ/Nm 3（3.15）低发热量Q 低= 35902CH 4+64397C 2H 6+10786H 2+12636CO (kJ/ Nm 3)（3.16）式中：CH 4、C 2H 6、 H 2、CO ——分别为天然气中可燃气体的体积分数（%）。
《工程燃烧学》
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16
计算Vn.c产
忽略热分解引起Vn.c产的变化 将燃烧产物分为理论燃烧产物和剩余空气两
部分
Vn.c产 ＝V0.c产+(Ln-L0).c空 ＝V0.c产+(n-1)L0.c空
V0、L0根据燃料的成分计算
注意：右边c产是理论实燃用文档烧产物的比热 17
V0CO2、V0H2O、V0N2由燃料成分计算(如何计算？)
说明：此处忽略掉了S
实用文档
7
理论发热温度的计算
3、确定烟气比热c产，它强烈相关于温度t产
(1比热近似法) 查表3-3得到各温度下的c产值 (2内插值近似) 查表3-3得各温度下各气体成分
的c值
(3求解方程法) 认为各气体成分c值与温度成2
次级数关系，c＝A1＋A2t＋A3t2，通过查表得到各
系数
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8
比热近似法
产物整体比热近似值法(表3－3)
根据具体的燃料成分计算V0 ＝(VCO2＋VH2O＋VN2 ＋…) ，并根据表3-3确定c产
适用性：燃烧产物的平均比热受温度的影响不 显著，特别是空气作助燃剂
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9
比热近似法求解过程
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量
考虑Qt理 低/V0Q ，低 比考QV 虑空 nQ低cQ 产 的燃 影响Q更分符合规律
空气消耗系数n
在n>=1的情况下，n值越大，理论燃烧温度越低。
因此在保证完全燃烧的情况下，尽量减小n
实用文档
18
影响理论燃烧温度的因素
实用文档
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高温热分解
温 工度业Q 越炉分 高中，， 分只1 2 解考6 越 虑0 0 强 温V ； 度C O 压 ， 力 且1 越 只0 高 有8 0 ，大0 分于V 1解H 82 0较0度弱
理论燃烧温度和炉热指数模型1
理论燃烧温度和炉热指数计算模型一．理论燃烧温度: 理论燃烧温度：2222()CO N CO N H H Q Q Q Q Q t C V V C V ⋅++--=++⋅风分碳燃水理回旋区鼓风深度：65.0*00012.0+=E r………………………………………………………………………………………………………………………….Q 碳：碳素燃烧生成CO 放出的热量（9791/kJ kg ）Q C t V =⨯∆⨯风风风风（鼓风带入的热量）t ∆风：风量的温度V 风=风量/风口数2H O C C C =⨯+⨯风干风干风量含水量总风量总风量2 1.5620.000209H O C t =+(空气(干风)的比热容)1.2640.000092C t =+干风(2H O 气的比热容)Q 燃：燃料带入的物理热（忽略） Q 水：10806m⨯水(kJ，水蒸气水煤气反应所消耗的热量)m 水：风量中的水份量，加湿量和喷煤中的水份量之和Q C m C m =⨯+⨯分重油重油煤粉煤粉（kJ ，喷吹燃料分解热）C 重油：重油的分解热（1880/kJ kg ） C 煤粉：煤粉的分解热（1880/kJ kg ）2222()*CO N CO N H H C V V C V ⋅++在风口，燃烧后的气体成分主要为：CO ，2H ，2N ；933.02⨯=CO V2 1.2640.000092CO N C t ⋅=+2 1.260.000084H C t =+002*21.0*)*29.021.0(]*)21.0()1(*79.0[*933.0V a V V a V N ）（风-++---=ϕϕ分子少V 风02*21.0*29.021.0*)(*933.02.11*21.0**29.021.0**933.0V a V M H V a V V V H ）（）（）（）（风风风-++⨯+-++=ϕϕϕ002*21.0*29.021.0*)(*933.02.11*21.0**29.021.0)0(**933.0V a V M H V a V V V V H ）（）（）（）（风风风-++⨯+-++-=ϕϕϕ(修改分子)0202*21.0*29.021.0*))0(*18/2)((*933.02.11*21.0**29.021.0)0(**933.0V a V M H H V a V V V V H ）（）（）（）（风风风-+++⨯+-++-=ϕϕϕ加上煤中水的含量0V ：富氧量，m3/h)(H ：煤粉中H 元素含氢量%)(2O H ：煤粉中水含量% 通常按照1%计算0M ：-喷煤量，t/hϕ：鼓风湿度，%a ：氧气纯度，%这里的风量V 风采用计算风量 V 风计V 风计=( K*Ck +M*Cm – (生铁渗碳)10×m_fC －Cdfe －Cda )×22.4/ (24 * 鼓风含氧量) _K 焦比 Ck 焦炭含碳量 M 煤比 Cm 煤中含碳量m_fC = 4.3 - 0.27*铁中SI 含量 - 0.32*铁中S 含量 + 0.03* 铁中Mn 含量 – 0.32铁中P 含量;鼓风含氧量 ＝ 0.210.29*0.21*a W ϕ++-（） 0/W V V =风V 风 包括了 V0 都是仪表风量。
3.2燃烧计算
3.2.1.2基本概念
1．几个假设 （1）气体的体积都用标准状态（0℃、1atm） （2）计算涉及的气体都是理想气体（22.4Bm3/Kmol） （3）计算温度的基准点是0℃ （4）空气看成由氧气和氮气组成 体积比：O2：N2 ＝21：79 2、几个基本概念 （1）完全燃烧与不完全燃烧
已知燃料组成及烟气组成， 利用碳平衡（燃料中C＝烟气中C＋灰渣中C）可计算烟气量；
利用氮平衡（燃料中N2＋空气中N2＝烟气中N2)可计算空气量。
[例题4－5] 某倒焰窑所用煤的收到基组成为：
高温阶段在窑底处测定其干烟气组成为：
灰渣分析：含C17％，灰分83％
高温阶段小时烧煤量为400kg，计算该阶段每小时烟气生成量(Nm3) 及空气需要量(Nm3)
( 1)Va0 ( Bm 3 / kg )
气体燃料
Q net 〈12500KJ / Bm 3时： Va0 0.209Qnet,ar 1000 Va Va0 ( Bm 3 / kg ) VL 0.173Qnet,ar 1000 0.5 ( Bm 3 / kg )
1 ( 1)Va0 ( Bm 3 / kg )
理论空气量：
Va0 VO2
0
100 21
（2）实际空气量：
Va Va0
2 ．烟气量及烟气组成的计算 （1）理论烟气量 烟气中CO2含量来源于燃料中CO、CH4、CmHn 中碳的燃烧及气体燃料原有的CO2 ：
0 VCO CO2 CO CH 4 mCm H n 2
指单位燃料与理论空气进行完全燃烧生成的烟气（Bm3/Kg)。
CO 2 来源于碳燃烧，即VCO2
0
C ar 22.4 12 100
燃烧温度
第三章 工程燃烧计算
3.4 燃烧温度计算
1
燃烧温度
燃烧温度＝炉内燃烧后的温度＝未排放的烟气 温度，即燃料燃烧时燃烧产物达到的温度
与燃料种类、燃料成分、燃烧条件、传热条件 等因素有关
取决于热量收入和热量支出的平衡关系 从能量平衡方程出发，求燃烧温度
2
能量平衡
热量收入
燃料发热量Q低，因为炉内温度>100oC，水分处于蒸汽 状态
V0 c产 ＝a＋bt＋ct2
因此 ct3＋bt2＋at－Q低＝0
解方程即得t热
13
理论燃烧温度计算
理论燃烧温度表达式如下
t理
Q低
Q空 Q燃 Vn c产
Q分
Q低、Q空、Q燃都容易计算 需要计算Vn.c产 更关键的是计算Q分
14
高温热分解
温度越高，分解越强；压力越高，分解越弱 工业炉中，只考虑温度，且只有大于1800度
V0、L0根据燃料的成分计算
注意：右边c产是理论燃烧产物的比热
17
影响理论燃烧温度的因素
燃料种类和发热量
主要取决于单位体积燃烧产物的热含量 考虑Q低/V0，比考虑Q低的影响更符合规律
t理
Q低
Q空 Q燃 Vn c产
Q分
空气消耗系数n
在n>=1的情况下，n值越大，理论燃烧温度越 低。因此在保证完全燃烧的情况下，尽量减小n
实际温度计算式
t产
Q低
Q空
Q燃 Vn
Q传 c产
Q不
Q分
理论燃烧温度
假定绝热，Q传＝0；完全燃烧，Q不＝0
t理
Q低
Q空 Q燃 Vn c产
Q分
4
理论燃烧温度
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1718 m3 35.65% 2.89% 61.46% 3E+06 510846 2E+06 332856 3060.5 KJ KJ KJ KJ KJ／m3
t理论＝W气／Cpt 1.497 2044 · C
H2O物 10
三、煤气炉缸煤气组成：
名称 数量 输煤风量 0.025 C燃＝ COF= CO= H2= N2＝ 空压风 鼓风湿分 风温 温度 2 100.0 1200 307.1 kg 5.2 612.31 49.64 1055. N2%= 四、理论燃烧温度： Q碳＝ Q焦＝ Q风＝ Q吸＝ W气= Cpt= t理论=
7、各种物料单耗：
炉尘 富氧 日产量 富氧率 综合焦比 15 880 1.5 494
二、入炉风量计算：
Vb＝W／0.324*Vu*I*Ck*Cφ 其中： Vu＝ 168 I= 2.78 W= 0.983 Cφ =[22.4*(0.21+η +0.29f)/(（0.79-η )*(1-f)*C焦)]*[N2*(C焦+C料-C尘-C铁)] 0.015 43.384 2.022 Cφ ＝ 0.63 Vb= 743.2 m3／min 874.3 VB＝ 1216.1 m3/t
0.03 0.39
2、喷吹煤成份：
C 75.5 Fe 94.95 名称 H2 1.18 Si 0.5 Fe2O3 S 0.15 P 0.049 MnO2 0 N2 55.9 MnO2 O2 3.02 S 0.028 S 0.66 0.222 CH4 0.8 S 0.012 炉渣 340 FeO 灰份 H2O物 CaO MgO 0.15 0.9
1.13 0.55 C 3.9 C 38 O2 0.6 合计 100
3、生铁成份：
4、炉渣、炉尘成份：
炉渣 炉尘 37.5 5、煤气成份： 名称 CO2 炉顶煤气 19
H2 利用率 1.2 45.8% CO2 C 0.7 H2O物
6、入炉料成份：
名称 混合矿 名称 数量 Fe2O3 62 混合矿 1620 CaO MgO
风口理论燃烧温度
一、入炉燃料及产品成份: 1、焦炭成份：
Ck 86.5 CO2 0.26 挥发份 H2 CO 0.27 元素分析 N2 0.42 Mn 0.12 FeO 0.74 8.35 CO 22.5 FeO 10 干焦炭 350 煤粉 180 0.04 N2 0.14 CH4 FeO 灰份 CaO 0.6 MgO 0.15 有机物 H2 N2 0.3 0.3 S 0.45