空气需要量以及燃烧产物生成量
材料专业毕业设计参考
毕业设计参技术设计2.1 燃料燃烧计算2.1.1 燃烧计算的目的及内容燃烧计算包括如下内容： 燃料的低位发热量（d Q ）；单位燃料完全燃烧失的空气需要量(n L )； 单位燃料完全燃烧时的燃烧产物量（n V ）； 燃烧产物的成分及其密度（ρ）； 理论燃烧温度（L t ）燃烧计算的目的是为加热炉设计提供必要的参数。
计算空气需要量的目的在于合理有效地控制燃烧过程，合理地选择燃烧设备及鼓风机和供风管道系统、设计燃烧装置提供必要的依据。
燃烧产物生成量及其密度的计算是设计烟道、烟囱系统，选用引风机等必不可少的依据。
由燃烧产物成分的计算可以进行炉气黑度的计算，进而可做传热计算。
理论燃烧温度是计算炉温的重要原始数据之一。
在炉子的热量总消耗已知的情况下，根据燃料的发热量即可求出总的燃料消耗量。
2.1.2 燃烧计算的已知条件燃烧计算中必需的已知条件如下：1. 燃料的种类及成分： 燃料种类：高炉煤气和转炉煤气 高炉煤气成分：（％）CO2CO 2H 4CH 2N20 20 1.6 0.48 57.92 转炉煤气成分：（％）CO2CO 2H 4CH 2N55 6 1.8 0 37.2 2. 燃烧方法及空气消耗系数n由于采用蓄热式烧嘴，空气消耗系数取n ＝1.05 3. 空气、燃料的预热温度。
采用双预热空气煤气都预热到1000℃。
2.1.3 燃料燃烧计算步骤1. 换算燃料成分对于固体、液体燃料，应先将已知的燃料成分（干燥成分、可燃成分等）换算成应用成分，才能继续进行以后的一系列计算、应用成分（％）＝干成分（％）×100100yW -应用成分（％）＝可燃成分（％）×100100yy W A --式中：yW 为应用基水分的重量百分数；yA 为应用基灰分的重量百分数。
当气体以干成分给出时，也应将其换算成湿成分。
将气体燃料的干成分换算为湿成分的换算系数k 为：k ＝1001002sO H -而10000124.0100124.0222⋅⋅+⋅=干干OH OHsgg OHs O H 2——100m 3湿煤气中水蒸气的体积；m 3干O Hg 2——相应温度下1 m 3 干气体中所包含的水蒸气的重量，3m g ，具体数值可由附表查的。
第四章 燃烧反应计算
实际燃烧时，由于n 1 ，因此就多了一 部分的空气未参与燃烧反应，这样就在燃烧产 物中增加了氧成分（O2’即VO2），且使得N2’ 含量增加，这时的实际燃烧产物生成量可以写 成：
Vn= Vco2+Vh2o+ VSO2+VN2+VO2
值得注意的是，这里的VN2与Vo中的VN2是不相等 的，要多（Ln-Lo）79% ！
燃料与燃烧学
燃烧反应计算
概述
燃烧反应的静力学计算，不涉及速度即动 力学 按燃烧反应式进行物质平衡及热平衡计算
目的
合理利用燃料 选择合理的风机 组织合理的燃烧 为炉子设计和管理提供必要的原始数据
假设条件
反应速度无限快，充分混合、接触，氧化剂允许过 剩，燃烧产物包括反应完成后生产物、剩余物 气体体积均为标准状态下体积（0℃，1kmol： 22.4m3） 空气成分：干成分 O2、N2，其中体积比例为：O2： 21%、N2：79%，重量：O2：23.2%、N2：76.8% 水蒸汽按饱和水蒸气计算 燃烧反应计算知道燃料成分，固、液体燃料为应用 成分，气体燃料为湿成分
79 N 2 LnX 100 + 100
因此
Vn=(CO+H2+ (n
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
+
+(n -0.21)L0+
当n = 1时
0.00124gLn
Vo=(CO+H2+ (n +0.79L0
m 1 )CnHm +2H S+CO +N +H O)X 2 2 2 2 2 100
空气需要量和燃烧产物生成量
燃烧前处理是对燃料进行预处 理，如煤的洗选、生物质气化 等，以减少有害物质的产生。
燃烧产物的再利用
燃烧产物的再利用主要是将处理后的产物进行回收或再利用，如余热的利用、灰渣 的利用等。
余热的利用是将燃烧产生的余热进行回收，用于供暖、发电等。
灰渣的利用是将燃烧产生的灰渣进行回收，用于建材、化工等领域。
02
空气需要量
理论空气需要量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
理论空气需要量是指燃料在理 论上完全燃烧所需的空气量。
计算公式：理论空气需要量 = 燃料消耗量 / 燃料中可燃成分 的百分比。
例如，如果燃料消耗量为 100kg，燃料中可燃成分的百 分比为80%，则理论空气需要 量为125kg。
实际空气需要量
实际空气需要量是指在实际燃烧 过程中，为了达到完全燃烧所需
固体废物排放
燃烧过程中产生的灰渣和废弃物 ，如果未经处理直接排放，会对 土壤造成严重污染。
THANKS
感谢观看
采用低硫燃料、安装尾气处理装置、优化燃烧方式等。
二氧化碳排放量
二氧化碳排放量
燃烧过程中会产生大量的二氧化碳，这是造成全球气候变暖的主要温室气体之一。
减少二氧化碳排放量的措施
提高能源利用效率、开发可再生能源、植树造林等。
悬浮颗粒物生成量
悬浮颗粒物生成量
燃烧过程中会产生大量的悬浮颗粒物，这些颗粒物对人体健康和环境造成危害，如引起呼吸道疾病、 降低能见度等。
减少悬浮颗粒物生成量的措施
采用高效除尘设备、优化燃烧方式、控制烟气排放等。
04
燃烧产物的处理和利用
燃烧产物的处理方式
01
02
03
04
燃烧产物的处理方式主要有： 燃烧后处理、燃烧中处理和燃
烟气热量计算公式CVt
烟气热量计算公式CVt燃料空气需要量及燃烧产物量的计算，所有理论计算均按燃料中可燃物质化学当量反应式，在标准状态下进行lkmol反应物质或生成物质的体积按22.4m计，空气中氧和氮的容积比为21:79，空气密度为1293kg/m3。
理论计算中空气量按干空气计算。
燃料按单位燃料量计算，即固体、液体燃料以1kg计算，气体燃料以标准状态下的1m3计算。
单位燃料燃烧需要理论干空气量表示为Lo9，实际燃烧过程中供应干空量表示为Ln9;单位燃料燃烧理论烟气量表示为Vo，实际燃烧过程中产生烟气量表示为Vn;单位燃料燃烧理论干烟气量表示为V9，实际燃烧过程中产生干烟气量表示为Vn9;一、通过已知燃料成分计算1.单位质量固体燃料和液体燃料的理论空气需要量(m/kg)Lo=(8.89C+2667H+333S-3.330)X102式中的CH0S--燃料中收到基碳、氢氧、硫的质量分数%2.标态下单位体积气体燃料的理论空气需要量( m/m3) L=4.76-co-H2m-CmHn-H?SO2X10式中COHb、HbO2242HSCmHn02--燃料中气体相应成分体积分数(%).3.空气过剩系数及单位燃料实际空气供应量-单位燃料实际空气需要量L单位燃料理论空气需要量L空气消耗系数a=在理想情况下，a =1即能达到元全燃烧，头际情况下，a必须大于1才能完全燃烧°av 1显然属不完全燃烧。
a 值确定后，则单位实际空气需要量La可由下式求得: Lo= a gLo以上计算未考虑空气中所含水分4.燃烧产物量a.单位质量固体和液体燃料理论燃烧产物量(m3/kg)当a=1时，Vo=0.7L+001(1867C+112H+07S+1244M+08N)式中M---燃料中水分(%)。
b单位燃料实际燃烧产物量(m/kg)当a>1时，按下式计算: 干空气时，Va=V)+(a-1)Lo气体燃料(2)单位燃料生成湿气量v=1+aL.[0.5H2+0.5CO-(-1)CnHn](标米3/公斤)4(2-14)(3)单位干燃料生成气量V=1+aLo-[1.5H2+0.5CO-(--1)CH+CH)(标3/公斤)42(2-15)d标态下单位体积气体燃料燃烧产物生成量( H7m3) 当a=1时，各气体成分量标态下单位体积气体燃烧理论燃烧产物生成量( mi/m3)(a=1) 实际情况下，需要计入单位燃料含的水分、助燃空气中的水分，而且>1,这时燃烧产物中与上式相较发生变化的项目为Vo20.21(a1)Lo式中GrG-标态下单位体积干气体燃烧及空气中的含水量(g/m3)此时的燃烧产物生成量为上式中等式右边各项对于V的相对百分含量即为该种气体成分在燃烧产物中的百分含量(体积分数)。
消防燃烧学
04
空气需要量是 燃烧控制的重 要参数，关系 到燃烧效率和 污染物排放。
燃烧产物生成量
燃烧产物：二氧化 碳、水蒸气、氮氧 化物等
01
生成量与燃烧条件 有关：如温度、压 力、氧气浓度等
02
04
燃烧产物的利用： 如二氧化碳用于合 成燃料、氮氧化物 用于制造化肥等
03
燃烧产物对环境的 影响：如温室效应、 酸雨等
两者关系
01
空气需要量： 燃料燃烧所需
的氧气量
02
燃烧产物生成 量：燃料燃烧 后产生的气体、
烟尘等物质
03
关系：空气需 要量与燃烧产 物生成量成正 比，即空气需 要量越大，燃 烧产物生成量
越多
04
影响：空气需 要量不足会导 致燃烧不充分， 产生有毒气体 和烟尘，影响 环境质量和人
04
确认周围环境安全，确 保自身安全
灭火措施
冷却灭火：降低 温度，使可燃物
无法继续燃烧
窒息灭火：隔绝 氧气，使可燃物
无法继续燃烧
隔离灭火：将可 燃物与火源隔离，
阻止火势蔓延
化学抑制灭火： 使用灭火剂，使
燃烧反应中断
逃生技巧
保持冷静：遇到 火灾时，保持冷 静，不要惊慌失 措。
寻找逃生路线： 观察周围环境， 寻找最近的逃生 路线，如安全出 口、楼梯等。
利用消防设施： 使用灭火器、消 防栓等消防设施 进行灭火，为自 己争取逃生时间。
保护呼吸系统： 用湿毛巾或衣物 捂住口鼻，防止 吸入有毒气体。
匍匐前进：在浓 烟环境中，尽量 匍匐前进，避免 吸入过多有毒气 体。
寻求帮助：如果 无法自行逃生， 可以拨打119报警 电话，寻求消防 员的帮助。
燃烧所需空气量和过量空气系数
二、不完全燃烧方程式 定义：燃料不完全燃烧时，各烟气成分之间的关系。 表达：燃料的元素成分、烟气分析所得各烟气成分。
CO 21 - O2 - (1 )RO 2 % 0.605
(3 - 41)
第四节 根据烟气成分求过量空气系数及烟气焓
一、运行时过量空气系数的计算 运行时过量空气系数可以由烟气分析结果加以确定。
Vy VCO2 VSO2 VN2 VH2O VO2 VCO Nm3 / kg
二、根据燃烧化学反应计算烟气容积
※计算思路： 实际烟气容积=理论烟气容积+过量空气容积（干）+过量空气带入 的水蒸气容积 或：实际烟气容积=干烟气容积+水蒸气容积
（一）理论烟气容积
定义：=1并且燃料完全燃烧 计算：
（1）VRO2 的计算
①燃料中的氢生成的水蒸气
11.1 H y 0.111 H y Nm3 / kg
100
100
②燃料中的水分生成的水蒸气
22.4 W y 0.0124 W y Nm3 / kg 18 100
③理论空气量带入的水蒸气
“空气含湿2128.4量1W0d0y k0”.01是24W指yNm13k/ kgg 干空气带入的水蒸气量，单位为 g/kg干空气。 每标准立方米干空气带入的水蒸气容积为：
“过量空气系数”、“过量空气量”
炉膛出口过量空气系数
" l
的作用及最佳值
与燃料种类、燃烧方式以及 燃烧设备的完善程度有关
炉膛出口
固态排渣煤粉炉中， 无烟煤和贫煤的炉 膛出口过量空气系数 为1.25，而烟煤与 褐煤则为1.20。 思考：这是为什么？
第二节 烟气成分及其烟气量的计算
一、烟气成分
⑴当=1并且完全燃烧时，烟气由CO2、SO2、N2和H2O组成， 其容积为
消防燃烧学之空气需要量和燃烧产物生成量
一氧化碳燃烧，方程式和体积比
• CO ＋ ½ O2 ＝ CO2
•1 ½
(m3)
氢气燃烧，方程式和体积比
• H2 ＋ ½ O2 ＝ H2O
•1 ½
(m3)
各成分氧气需要量
碳氢化合物燃烧，方程式和体积比
• CnHm ＋ (n+m/4) O2 ＝ nCO2 ＋ m/2H2O
•1
(n+m/4)
(m3)
硫化氢燃烧，方程式和体积比
固体和液体燃料理论空气量的计算
固体和液体燃料的成分表示法，质量百分 比含量
• C％＋H％＋O％＋N％＋S％＋A％＋W％＝100％
按照化学反应质量守恒的原则，列出各成 分完全燃烧的反应方程式。依据方程式计 算各物质的量
各成分的燃烧计算
碳元素的燃烧，方程式和质量关系
• C ＋ O2 ＝ CO2 • 12 32 44 • 1 8/3 11/3
第四章
空气需要量和燃烧产物生 成量
计算的实际意义
要设计炉子的燃烧装置和鼓风系统，就必 须知道为保证一定热负荷（燃料消耗量） 所应供给的空气量
而设计排烟系统，就必须知道燃烧产物（ 或烟气）的生成量、成分和密度
在进行炉内热交换、压力、温度等的热工 计算、热工测试或热工分析时也需要进行 供给空气量和燃烧产物生成量、成分和密 度的计算
为得到炉内的还原性气氛，会减少空气量 ，比理论值少一些
实际空气需要量
实际空气消耗量Ln，n值为空气消耗系数 ，（n>1称空气过量系数）
n值的确定一般是在设计炉子或燃烧装置 的时候预先选取的，或根据实测确定
空气中水蒸气的考虑
查附表5可得到每m3干空气吸收的水蒸气体积 数量lH2O L0为理论干空气需要量，L0,w为理论湿空气需要 量，则
《燃料与燃烧》部分习题答案
一《燃料与燃烧》习题解答第一篇 燃料概论1. 某种煤的工业分析为：M ar =3.84, A d =10.35, V daf =41.02, 试计算它的收到基、干燥基、干燥无灰基的工业分析组成。
解：干燥无灰基的计算：02.41=daf V98.58100=-=daf daf V Fc ;收到基的计算 ar ar ar ar V M A FC ---=10036.35100100=--⨯=arar daf ar A M V VA ar = 9.95 FC ar = 50.85干燥基的计算： 35.10=d AV d = 36.77;88.52100=--=d d d A V FC2. 某种烟煤成分为：C daf =83.21 H daf =5.87 O daf =5.22 N daf =1.90 A d =8.68 M ar =4.0; 试计算各基准下的化学组成。
解：干燥无灰基：80.3100=----=daf daf daf daf daf N O H C S收到基： 33.8100100=-⨯=ard ar M A A95.72100100=--⨯=arar daf ar M A C C H ar =5.15 O ar =4.58 N ar =1.67 S ar =3.33 M ar =4.0干燥基： 68.8=d A 99.75100100=-⨯=ddaf d A C C 36.5913.0=⨯=daf d H H 77.4913.0=⨯=daf d O ON d = N daf ×0.913 =1.7447.3913.0=⨯=daf d S S干燥无灰基：C daf =83.21 H daf =5.87 O daf =5.22 N daf =1.90 S daf =3.80二3. 人工煤气收到基组成如下：H 2 CO CH 4 O 2 N 2 CO 2 H 2O 48.0 19.3 13.0 0.8 12.0 4.5 2.4计算干煤气的组成、密度、高热值和低热值；解：干煤气中： H 2，d = 48.0×[100/（100-2.4）]=49.18 CO ，d = 19.3×1.025=19.77 CH 4，d = 13.31 O 2，d = 0.82 N 2，d = 12.30 CO 2，d = 4.61ρ＝M 干/22.4＝(2×49.18%+28×19.77%+16×13.31%+32×0.82%+28×12.30%+44×4.61%)/22.4＝ 0.643 kg/m 3Q 高 ＝4.187×（3020×0.1977+3050×0.4918+9500×0.1331）＝14.07×103 kJ/m 3＝ 14.07 MJ/ m 3Q 低 ＝4.187×（3020×0.1977+2570×0.4918+8530×0.1331）＝12.55×103 kJ/m 3＝ 12.55 MJ/ m 3第二篇 燃烧反应计算第四章 空气需要量和燃烧产物生成量5. 已知某烟煤成分为（%）：C daf —83.21,H daf —5.87, O daf —5.22, N daf —1.90,S daf —3.8, A d —8.68, W ar —4.0,试求：（1） 理论空气需要量L 0（m 3/kg ）； （2） 理论燃烧产物生成量V 0（m 3/kg ）;（3） 如某加热炉用该煤加热，热负荷为17×103kW ，要求空气消耗系数n=1.35，求每小时供风量，烟气生成量及烟气成分。
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空气需要量以及燃烧产物生成量
2
上一章回顾
• 工业上生成和使用的人造气体燃料有哪些？
• 炼铁产生的高炉煤气 • 炼焦产生的焦炉煤气 • 转炉炼钢产生的转炉煤气 • 煤气化产生的发生炉煤气 • 重油大分子量碳氢化合物分解产生的重油
裂化气
空气需要量以及燃烧产物生成量
3
上一章回顾
• 具有毒性的煤气成分有哪些？
(CO %V)VVtCotOal mCVO to/taalir mCO/aVirtotal 310.2100k65kg/gm /m 3 3 0.002% 49
空气需要量以及燃烧产物生成量
8
上一章回顾
• 发生炉煤气有哪几种？
• 根据气化剂和气化过程的不同，将发生炉 煤气分为三种
– 空气发生炉煤气，空气为气化剂（气化温度高、 热量低）
空气需要量以及燃烧产物生成量
12
燃烧计算中的干空气
• 仅由氧气和氮气组成 • 体积百分比氧气为21％，氮气为79％ • 氧气、氮气的摩尔体积相同（在标准状态下
为22.4L/mol） • 质量百分比氧气为23.3%，氮气为76.7％
空气需要量以及燃烧产物生成量
13
由体积百分比确定质量百分比
• 已知干空气中体积百分比氧气21％，氮气79％， 如何确定质量百分比
空气需要量以及燃烧产物生成量
6
上一章回顾
• 气体燃料的发热量如何确定？ • （1）由容克式量热计直接测定 • （2）按各成分气体发热量之和计算，查附
表3获得各成分气体的发热量
QgC% OQCO C4 H %QCH 4 H2%QH2 ......
空气需要量以及燃烧产物生成量
7
上一章回顾
• 我国车间允许的最高CO浓度为 30mg/m3， 20oC时对应允许的体积浓度是多少？（空 气在20oC时密度1.205kg/m3）
空气需要量以及燃烧产物生成量
14
固体和液体燃料理论空气量的计算
• 固体和液体燃料的成分表示法，质量百分比 含量
• C％＋H％＋O％＋N％＋S％＋A％＋W％＝ 100％
• 按照化学反应质量守恒的原则，列出各成分 完全燃烧的反应方程式。依据方程式计算各 物质的量
空气需要量以及燃烧产物生成量
15
各成分的燃烧计算
• 干成分的数值比湿成分的数值大 • 换算关系如下：
100 (X%d )(X%w )10(0 H 2O )w
空气需要量以及燃烧产物生成量
5
上一章回顾
• 已知50oC时饱和蒸汽为1234Pa，平衡状 态空气中的水蒸气含量是多少？
• 水蒸气体积百分数如下
H 2O % P P 0 s 1.011 2133 504 1.1 2% 8
第四章 空气需要量和燃烧 产物生成量
空气需要量以及燃烧产物生成量
1
上一章回顾
• 气体燃料有什么优点？
• 气体燃料的燃烧过程最容易控制，也最容 易实现自动调节
• 气体燃料可以进行高温预热，因此可以用 低热值燃料来获得较高的燃烧温度，有利 于节约燃料，降低能耗
• 气体燃料在冶金工业的燃料平衡中占有重 要地位。
• 硫元素的燃烧，方程式和质量关系
• S ＋ O2 ＝ SO2 • 32 32 64 （kg） • 1 1 2 （kg）
空气需要量以及燃烧产物生成量
17
每公斤燃料需要的氧气量
• 需要的氧气质量为
• G0,O2 = (8C/3 + 8H – O + S) /100 （kg）
• 需要的氧气体积
• 先计算氧气的密度，按标准状态计算 • 密度 = 32 / 22.4 = 1.429 (kg/m3)，因此 • L0,O2 = (8C/3 + 8H – O + S) /100 /1.429 (m3)
• 有：硫化氢(H2S)、氰化氢(氰氢酸HCN)、 二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、氨气 (NH3)、苯(C6H6)
• 硫化氢(H2S)体积百分数达0.1~0.2可短时间 内置人死亡，一氧化碳(CO)体积百分数达 0.5~1.0可短时间内置人死亡
空气需要量以及燃烧产物生成量
4
上一章回顾
• 煤气中的各气体其干成分数值大还是湿成 分数值大？湿成分如何换算成干成分？
空气需要量以及燃烧产物生成量
11
计算的作用
• 要设计炉子的燃烧装置和鼓风系统，就必 须知道为保证一定热负荷（燃料消耗量） 所应供给的空气量
• 而设计排烟系统，就必须知道燃烧产物 （或烟气）的生成量、成分和密度
• 在进行炉内热交换、压力、温度等的热工 计算、热工测试或热工分析时也需要进行 供给空气量和燃烧产物生成量、成分和密 度的计算
– 水煤气，水蒸气为气化剂（热量高，但制造工 艺和设备要求复杂）
– 混合发生炉煤气，空气中加入适量水蒸气为气 化剂（避免上两种的缺点，最常用），也简称 发生炉煤气
空气需要量以及燃烧产物生成量
9
上一章回顾
• 高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉
煤气的发热量对比情况如何？
• 高炉煤气的发热量最低(4000kJ/m3左右)， 发生炉煤气其次(6000kJ/m3左右) ，焦炉煤 气发热量最大(16000kJ/m3左右)
• 常将焦炉煤气与高炉煤气或发生炉煤气配比 成混合煤气(发热量约8000kJ/m3)
• 转炉煤气发热量比配比的混合煤气的略低 (7000kJ/m3左右)
空气需要量以及燃烧产物生成量
10
燃烧计算
• 确定单位数量燃料燃烧所需要的氧化剂(空 气或氧气)的数量
• 确定燃烧产物的数量 • 确定燃烧产物的成分 • 确定燃烧温度 • 确定燃烧完全程度
(O2%m )
mO2 mO2 mN2
MO2 NO2
MO2 NO2 MN2 NN2
MO2 VO2
MO2 (O2%V)
MO2 VO2 MN2 VN2 MO2 (O2%V) MN2 (N2%V)
3221% 23.3% 3221%2879%
( N 2 % m M ) O 2 ( O M 2 % N 2 V ( N M 2 % N ) 2 V ( N 2 % ) V 3 ) 2 2 2 % 7 1 2 8 % 7 9 8 % 9 7 .7 % 6
• 碳元素的燃烧，方程式和质量关系
• C ＋ O2 ＝ CO2 • 12 32 44 （kg） • 1 8/3 11/3 （kg）
• 氢元素的燃烧，方程式和质量关系
• 4H ＋ O2 ＝ 2H2O • 4 32 36 （kg） • 1 8 9 （kg）
Hale Waihona Puke 空气需要量以及燃烧产物生成量
16
各成分的燃烧计算