煤气燃烧计算
燃气燃烧时耗氧量计算
燃气燃烧所需空气量及燃烧产物燃气的燃烧计算，是按照燃气中可燃成分与氧进行化学反应的反应方程式，根据物质平衡和热量平衡的原理，来确定燃烧反应的诸参数，包括：燃烧所需要的空气量、燃烧产物的生成量及成分、燃烧完全程度、燃烧温度和烟气焓。
这些参数是燃气燃烧设备设计、热工管理必要的数据，也是评定生产操作、提高热效率、进行传热和空气动力计算不可缺少的依据。
考虑到燃气、空气和燃烧产物各组成所处的状态，可以相当精确地把它们当作理想气体来处理。
所以，燃烧计算中气体的体积都按标准状态(0℃、101325Pa)计算，其摩尔体积均为22．4L，计算基准可以用1m3的湿燃气，也可以用1m3干燃气。
必须注意的是，后者还要带入所含的饱和水汽量，这就是大多数场合下所使用的基准——含有1m3干燃气的湿燃气。
确定燃气燃烧所需空气量和燃烧产物量，属于燃烧计算的物料平衡的内容。
一、空气需要量(一)理论空气需要量V0V0是指1m3燃气按燃烧反应方程式完全燃烧所需要供给的空气量，m3空气／m3干燃气，它是燃气完全燃烧所需的最小空气量。
V0的计算方法为，先按照燃烧反应方程式和燃烧计算的氧化剂条件(假设干空气体积仅由21％的氧和79％的氮组成)，确定燃烧所需的理论氧气量，然后换算成理论空气需要量。
从单一可燃气体着手。
例如，CO的燃烧反应方程式，连同随氧带入的氮，可表示为CO+0．502+3．76×0．5N2=C02+1．88N2上式表明，1m3的C0完全燃烧，理论需氧量为0．5m3，随氧带入的氮量为1．8 8m3，相当的理论空气需要量是0．5/0．21=2.38m3。
对气态重碳氢化合物C m H n，燃烧反应方程式为C m H n+(m+n/4)O2+3．76(m+n/4)N2=mC02+ (n／2)H20+3．76(m+n／4)N2 (1—1)也清楚地表明，1m3的C m H n完全燃烧，需要(m+n／4)m3的理论氧，同时带入3．76(m+n／4)m3的氮，故理论空气需要量为(m+n／4)／0．21=4．76(m+n／4)m3。
燃料及燃烧2 燃烧计算及燃烧理论
Va0 VO0 2
100 8.9Car 26.7 H ar 3.3( Sar Oar )(Nm3 / kg) 21
洛阳理工学院
材料工程基础
②气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、 CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
0 百分含量，VO 和 VO0分别为生成RO2和H2O的需氧量（ /m3） 2 2
0 0 (VO2 RO2 VO2 H 2 O ) O2
V
0 O2
RO2 V H 2 O
0 O2
令k
0 0 VO2 RO2 VO2 H 2O
RO2
K：单位燃料燃烧时的理论需氧量 与该烟气中RO2百分含量的比值。 组成变动不大的同种燃料的k值近 似为常数。列于表。
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材料工程基础
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教师：罗伟
第三节
燃烧计算
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材料工程基础
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
在设计窑炉时（设计计算） 1、已知燃料的组成及燃烧条件， 2、需计算单位质量（或体积）燃料燃烧所需的空气量、烟气 生成量、烟气组成及燃烧温度 3、以确定空气管道、烟道、烟囱及燃烧室的尺寸，选择风机 型号。
CO2=
VCO2 0 V
0
×100（%）
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材料工程基础
② 气体燃料
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
可燃组成有CO2、CO、H2、CH4、CmHn、H2S、H2O、N2、O2(体积百 分含量）
CO + 1/2O2 → CO2 CO2 H2 + 1/2O2 → H2O CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CmHn +(m+n/4)O2→ m CO2 + n/2 H2O 1Nm3 H2生成 1 Nm3 HO2 …… ...... 1Nm3 CO 生成 1 Nm3
燃料及燃烧
理论燃烧产物量
（二）实际空气需求量和实际燃烧产物量的计算 实际空气需要量 实际燃烧产物量 （三）燃烧产物成分和密度的计算 1.燃烧产物成分 用
烟煤 ：烟煤比褐煤炭化更完全，水分和挥发分进一步减少，固体碳 增加。低发热量较高；一般都在23000~29300千焦/千克。 作冶金炉燃料时，主要考虑的指标是：挥发分和发热量；灰分 含量及其熔点；含硫量；煤的粒度大小。 分类：长焰煤、气煤、肥煤、结焦煤、瘦煤。 无烟煤 ：无烟煤是炭化程度最完全的煤，其中挥发分很少。无烟煤 挥发分少，燃烧时火焰很短，故在冶金生产中很少使用。焦炭缺乏 时，可用无烟煤暂代。
②氢（H）： H 2 1 O2 H 2O(汽) 119915( KJ / Kg )
③氧（O）：有害元素 ④氮（N）：惰性物质
1 C O2 CO 10258( KJ / Kg ) 2
2
⑤硫（S）：有害杂质。S
O2 SO2 409930 KJ
存在形式：有机硫，黄铁矿硫硫酸盐 ⑥水分（W）：有害成分。水分来源：外部水、吸附水、结晶水。 ⑦灰分（A）：
2.焦炭 要求：①化学成分 ②机械强度
③块度
④灰分 ⑤反应能力 3.粉煤 将块煤或碎煤磨至0.05~0.07毫米的粒度称为粉煤。
任务2 燃烧计算
一 概述 1.完全燃烧与不完全燃烧 燃料中的可燃物全部与氧发生充分的化学反应，生成不能 燃烧的产物，叫完全燃烧。 燃料的不完全燃烧存在两种情况： ①化学性不完全燃烧：燃烧时燃料中的可燃物质没有得到足 够的氧，或者与氧接触不良，因而燃烧产物中还含有一部分 能燃烧的可燃物被排走，这种现象叫化学不完全燃烧。 ②机械不完全燃烧：燃料中的部分可燃成分未参加燃烧反应 就损失掉的那部分。如灰渣裹走的煤，炉栅漏下的煤，管道 漏掉的重油或煤气。
焦炉煤气燃烧计算
1m³的焦炉煤气燃烧后产生多少m³的烟气焦炉煤气的组成如下表所示：气体二氧化碳氧气氢气一氧化碳甲烷苯氮气量% 4.0 0.40 54.7 3.6 27 3 7.35 由反应式可以看出，①C6H6+（15/2）O2 = 6CO2+3H2O1 7.5 6 30.030.225 0.18 0.09②CO +0.5 O2= CO21 0.5 10.036 0.018 0.036③CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O1 2 1 20.270.54 0.27 0.54④H2 + 0.5 O2 = H2O1 0.5 10.547 0.2735 0.547⑤CO20.04⑥O20.004⑦N20.0735则反应后产生的CO2 量=①+②+③+④+⑤= 0.18+0.036+0.27+0.04=0.526燃烧过程需要氧气的量=①+②+③+④-⑥=0.225+0.018+0.54+0.2735-0.004=1.05251、若取空气过剩系数取1.4，则需要空气量= 1.4×1.0525÷0.21=7.01进入空气量里含有的氮气量= 7.01×0.79=6.22进入空气量里剩余的氧气量= 7.01×0.21-1.0525=0.245则，焦炉煤气燃烧后产生的烟气的成分为：CO2，O2，N2 H2O 各成分的体积为：0.526 0.245 6.22+0.0735 1.177 则1m³的焦炉煤气产生的烟气量为：6.22+0.0735+0.526+0.245+1.177=8.232m³2、若取空气过剩系数取1.2，则需要空气量= 1.2×1.0525÷0.21=6.01进入空气量里含有的氮气量= 6.014×0.79=4.751进入空气量里剩余的氧气量= 6.014×0.21-1.0525=0.2104则，焦炉煤气燃烧后产生的烟气的成分为：CO2，O2，N2各成分的体积为：0.526 0.2104 4.751+0.073则1m³的焦炉煤气产生的烟气量为：4.751+0.0735+0.526+0.2104=5.56m³。
炼焦工段工艺计算
2.4 加热用煤气相关计算所选焦炉煤气组成见表2-4 。
表 2-4 焦炉煤气组成， %C2H4(80%)0.6 7.0 25.0 2.0 59.0 4.0 C6H6(20%)(1)干煤气热值煤气中可燃成分的低热值（ kJ / m3）为：CO —12730，H 2—10840， CH 4—35840， C m H n—71170则煤气的低热值为：(2)干煤气密度=0.458kg / m3式中MW i——煤气中某成分的分子量；i——煤气中某成分的体积， %。
(3)湿煤气组成焦炉煤气温度为 31.2℃时，1 m3干煤气所含水汽量为0.0464m3 / m3，则湿煤气中氢气含量为：(H2)S0.59156.38% %0.0464其它气体计算与上相同，计算结果如下：CH 4：23.89% ，CO： 6.69% ， C m H n：1.91% ， CO2：2.29% ， N 2： 3.82% O2：0.57% ， H 2O ：4.64%(4)湿煤气热值(5)湿煤气密度2.5 煤气燃烧计算以 1 m3干煤气燃烧计算(1)理论空气需要量理论需氧量为：=0.01[0.5 (59+7.0)+2 25+3 2 0.8+=0.902m3 / m3式中CO，CH4，O2⋯⋯分别为煤气中该成分的体积，%。
理论空气需要量为：L o100O L1000.902 4.2952 m 3/ m 32121(2)实际干空气需要量L g L O 1.2 4.2952 5.1542 m3/ m3式中——空气过剩系数，暂取为 1.2。
(3)实际湿空气需要量L g L g [1 ( M 5 )空 ] 5.1542 （1 0.0464） 5.3934 m3/ m3式中M 5空——由表 6-2[1]第五项查取的空气中含饱和水汽量，m3/ m 3。
(4)废气量和废气组成完全燃烧时，废气中只有CO2， H 2O ， N 2和过剩空气中带入的O2，故废气中各成分的量为：=0.01(2.4+0.7+25+2 2 0.8+6 20.2)=0.4 m3 / m3=1.4196 m3 / m3VN20.01N20.79L g0.01 580.79 5.1542 4.1118 m3 / m3VO2021L g O L 0.21 5.15420.9020.1804m3/ m 3式中CO，CH4，O2⋯⋯分别为煤气中该成分的体积，%。
煤气热值计算
燃气热值燃烧一定体积或质量的燃气所能放出的热量称为燃气的发热量，也称为燃气的热值。
其常用单位有千卡/标准立方米（kcal/Nm3）、千焦耳/标准立方米（KJ/Nm3）或兆卡/标准立方米（Mcal/Nm3）、兆焦耳/标准立方米（MJ/Nm3），以兆焦耳/标准立方米（MJ/Nm3）最为常用。
目录1、燃气热值▪简介▪常用单位▪分类2、热值小知识▪卡路里和焦耳的换算▪热值比较▪热值公式3、煤气热值计算1、燃气热值简介燃烧一定体积或质量的燃气完全燃烧所能放出的热量称为燃气的发热量，也称为燃气的热值。
完全燃烧是指燃烧产物为二氧化碳和水等不能再进行燃烧的稳定物质。
常用单位其常用单位:有千卡/标准立方米（kcal/Nm3）、千焦耳/标准立方米（KJ/Nm3）或兆卡/标准立方米（Mcal/Nm3）、兆焦耳/标准立方米（MJ/Nm3），以兆焦耳/标准立方米（MJ/Nm3）最为常用。
分类燃气热值分为高位热值和低位热值：1）高位热值是指规定量的气体完全燃烧，所生成的水蒸汽完全冷凝成水而释放出的热量。
2）低位热值是指规定量的气体完全燃烧，燃烧产物的温度与天燃气初始温度相同，所生成的水蒸汽保持气相，而释放出的热量。
燃气的高、低位热值通常相差为10%左右。
燃气燃烧时要产生水蒸气，这些水蒸气要冷却到燃烧前的燃气温度时，不但要放出温差间的热量，而且要放出水蒸气的冷凝热，所以，高位热值减去水蒸气的冷凝热就是低位热值。
在实际燃烧时，水蒸气并没有冷凝，冷凝热得不到利用，这是影响通过实验的形式测定热值的重要因素。
日本和大多数北美国家习惯于使用燃气的高位热值，我国和大多数欧洲国家习惯于用低位热值。
燃气热值理论上可以用于所有的可燃气体，但实际上更多地用于人工煤气、天然气和管道液化石油气领域，是城市燃气分析中的重要指标。
随着西气东输工程的快速拓展，燃气热值指标也正在成为重要的民生指标。
2、热值小知识卡路里和焦耳的换算1卡（cal）=4.1868焦耳（J）1大卡=4186.75焦耳（J）1大卡=1000卡=4200焦耳=0.0042兆焦。
各种煤气的参数计算实例
各种煤气参数计算实例高炉煤气1、高炉煤气高炉煤气1．1高炉煤气的低发热值Q d（kJ/Nm3）★ 高炉煤气的成份：CO CO2 C m Hn O2 CH4 H2 N2 H2O 合计干成分% 26 17.4 0.2 0.4 0.4 2.6 53 -- 100湿成分% 25.04 16.76 0.19 0.39 0.39 2.5 51.03 3.7 100 ★ 高炉煤气低发热值Q dQ d=126.5×25.04+108.1×2.5+359.6×0.39+650×0.19=3701（kJ/Nm3）甲方提供的参数为800～850（kcal/Nm3）,与提供的燃气成分有差别,考虑到生产余量,本次实际计算取值为3550（kJ/Nm3）。
1.2高炉煤气燃烧和空气需求量L（kJ/Nm3）所按提供的成份计算,再用热值验算。
L0=0.0476×[0.5×25.04＋0.5×2.5＋2×0.39＋3.5×0.19－0.39]=0.71 Nm3 /Nm3(理论值) 验算值：L0’=0.19×3701/1000=0.703 Nm3/ Nm3较符合；L0取值0.71 Nm3 /Nm3а取值：1.03～1.05(过剩系数),考虑到蓄热式燃烧的核心为贫氧燃烧,则а取下限较好!1.3高炉煤气燃烧生成的烟气量V(Nm3 /Nm3)所按提供的成份计算,再用低热值验算其合理性。
V=Vco 2＋V`N 2＋V`H 2O ＋V O 2＋V SO 2 (16.76＋25.04＋0.39＋2×0.19)÷100＋ 0.79×1.03×0.71＋0.51＋ (2.5＋2×0.39＋3×0.19＋3.7)÷100=1.59 Nm 3/ Nm 3验算值：V 0=1.03×0.733＋0.97－0.03×10003701=1.60 Nm 3/ Nm 3很符合则V 取1.60 Nm 3/Nm31.4高炉煤气燃烧的理论燃烧温度t 0(℃)设为冷空气设为冷空气、、冷煤气时的t 0 t 0= y k k r r d C V L t C t C Q ..2++=57.103.159.13704××=1430℃2、焦炉煤气2.1焦炉煤气的低发热值Q d （kJ/Nm 3）★ 焦炉煤气的成份：CO CO 2 C m Hn O 2 CH 4 H 2 N 2 H 2O 合计 干成分%83.62.2120.559.15.6--100 湿成分% 7.71 3.45 2.12 0.96 19.74 56.91 5.39 3.71100★ 焦炉煤气低发热值Q dQ d =126.5×7.71+650×2.12+359.6×19.74+108.1×56.91=15603（kJ/Nm 3） 甲方提供的参数为4000～4200（kcal/Nm 3）,与提供的燃气成分有差别,考虑到生产余量,本次实际计算取值为15610（kJ/Nm 3）。
煤气热值计算
燃气热值燃烧一定体积或质量的燃气所能放出的热量称为燃气的发热量，也称为燃气的热值。
其常用单位有千卡/标准立方米（kcal/Nm3）、千焦耳/标准立方米（KJ/Nm3）或兆卡/标准立方米（Mcal/Nm3）、兆焦耳/标准立方米（MJ/Nm3），以兆焦耳/标准立方米（MJ/Nm3）最为常用。
目录1、燃气热值▪简介▪常用单位▪分类2、热值小知识▪卡路里和焦耳的换算▪热值比较▪热值公式3、煤气热值计算1、燃气热值简介燃烧一定体积或质量的燃气完全燃烧所能放出的热量称为燃气的发热量，也称为燃气的热值。
完全燃烧是指燃烧产物为二氧化碳和水等不能再进行燃烧的稳定物质。
常用单位其常用单位:有千卡/标准立方米（kcal/Nm3）、千焦耳/标准立方米（KJ/Nm3）或兆卡/标准立方米（Mcal/Nm3）、兆焦耳/标准立方米（MJ/Nm3），以兆焦耳/标准立方米（MJ/Nm3）最为常用。
分类燃气热值分为高位热值和低位热值：1）高位热值是指规定量的气体完全燃烧，所生成的水蒸汽完全冷凝成水而释放出的热量。
2）低位热值是指规定量的气体完全燃烧，燃烧产物的温度与天燃气初始温度相同，所生成的水蒸汽保持气相，而释放出的热量。
燃气的高、低位热值通常相差为10%左右。
燃气燃烧时要产生水蒸气，这些水蒸气要冷却到燃烧前的燃气温度时，不但要放出温差间的热量，而且要放出水蒸气的冷凝热，所以，高位热值减去水蒸气的冷凝热就是低位热值。
在实际燃烧时，水蒸气并没有冷凝，冷凝热得不到利用，这是影响通过实验的形式测定热值的重要因素。
日本和大多数北美国家习惯于使用燃气的高位热值，我国和大多数欧洲国家习惯于用低位热值。
燃气热值理论上可以用于所有的可燃气体，但实际上更多地用于人工煤气、天然气和管道液化石油气领域，是城市燃气分析中的重要指标。
随着西气东输工程的快速拓展，燃气热值指标也正在成为重要的民生指标。
2、热值小知识卡路里和焦耳的换算1卡（cal）=4.1868焦耳（J） 1大卡=4186.75焦耳（J）1大卡=1000卡=4200焦耳=0.0042兆焦。
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一、煤气完全燃烧计算
1、燃料部分
单一可燃气
（热效应数
高炉煤气，
=3208.62kJ/Nm3
折合成千卡Q d=
766.36kcal/Nm3
或
Qd=766.36
587.13kcal/kg 3208.62kJ/Nm3÷4.1868kJ/kcal=
=10805kJ/Nm3×2.30%+12650kJ/Nm3×23.40%+35960kJ/Nm3×0.00%+59813kJ/Nm3×0.00%+86939kJ/Nm3×0.00%+90485kJ/Nm3×0.000%+117875kJ/Nm3×0.000%=
煤气燃烧计算
2、完全燃烧计
算表
设有 1.000
Nm3高炉煤
气完全燃烧
空气系数α
=
1.500
完全燃烧（α=1.500）计算表
3、
际理论燃烧
实际理论燃
烧温度t li计
式中，t li：为计算
的实际理论
V、c：实际
燃烧产物体
Q：煤气发
热量，kJ
V r、c r、
t r：煤气的
V a、c a、
t a：助燃空
n%：燃烧室
热效率，这
100%
⑴
煤气平均比
热计算
根据以上列表计算可得，这样的煤气完全燃烧时理论需氧量、理论空气量、理论烟气量以及空气过剩系数α=1.500时的实际空气量和实际烟气量如下：
注：将涉及到的单一气体平均比热计算公式列如下：单位：kJ/（Nm3·℃）（参见《炼铁设计参考资料》P776～778，《高炉炼铁工艺及计算》成兰伯主编 P524～526也有）
()%
r r r a a a
li
Q V c t V c t n
t
Vc
++⨯
=
2
326
(0.386160.22100.081810) 4.1868626.9
CO
c t t t
--
=+⨯-⨯⨯（<℃）
2
273.1
[(0.71428308.38lg153.4)] 4.18682000
1000
CO
t
c t t t
+
=--÷⨯（<℃）2
3
(0.31410.0424110) 4.1868626.9
O
c t t
-
=+⨯⨯（<℃）
2
273.1
[(0.42143113.07lg55.74)] 4.18683000
1000
O
t
c t t t
+
=--÷⨯（<℃）2
326
(0.31030.0124100.0178610) 4.1868626.9
N CO
c t t t
--
=+⨯+⨯⨯
、、空气
（<℃）
2
273.1
[(0.41844148.33lg65.28)] 4.18683000
1000
N CO
t
c t t t
+
=--÷⨯
、、空气
（<℃）3
(0.355350.031710) 4.1868100
c t t
-
=+⨯⨯
H2O(气)
（<℃）
3
1
(0.35010.0578100.26) 4.1868526.9
c t t
t
-
=+⨯+⨯⨯
H2O(气)
（<℃）
273.11000
[(0.68973850.63lg117.298.6)] 4.18683000
1000273.1
t
c t t t
t
+
=---÷⨯
+
H2O(气)
（<℃）
首先设定煤
气温度t r =20℃煤气的平均比热c r 要根
273.11000
[(0.68973850.63lg
117.298.6)] 4.186830001000273.1
t c t t t t +=---÷⨯+H2O(气)（<℃）
23
2
6
(0.31120.00375100.010410) 4.1868726.9H c t t t --=-⨯+⨯⨯（<℃）
2273.11000
[(0.4652585.93lg
111.60.6)] 4.186830001000273.1
H t c t t t t +=---÷⨯+（<℃）
43(0.36860.3310) 4.1868726.9CH c t t -=+⨯⨯（<℃）
4273.1
[(1.20533822.37lg
477.1)] 4.186811001000
CH t c t t t +=--÷⨯（<℃）
按照上表计
（单位：
均比热cr=+c CH4CH 4+c C
=1.3587
kJ/(Nm 3·
℃)⑵
实际理论燃 1.6399
kJ/(Nm 3·℃)实际理论燃
烧温度t li =
#########
=1.3026kJ/Nm3.℃×2.30%+1.3002kJ/Nm3.℃×23.40%+1.5709kJ/Nm3.℃×0.00%+1.7940kJ/Nm3.℃×0.00%+2.2432kJ/Nm3.℃×0.00%+1.6351kJ/Nm3.℃×14.60%+1.3002kJ/Nm3.℃×54.70%+1.4904kJ/Nm3.℃×5.00%+1.3186kJ/Nm3.℃×0.00%+3.9238kJ/Nm3.℃×0.000%+4.3160kJ/Nm3.℃×0.000%=烧》P268）
=[(3208.62kJ（煤气发热量）+23.87kJ（空气物理热）+27.17kJ（煤气物理热）]×100%（燃烧室热效率）÷[1.789Nm3/Nm3煤气×1.000Nm3煤气×1.6399kJ/(Nm3·℃)]=
=1110.85℃
废气平均比热=2.2912kJ/Nm3·℃×21.24%+1.7821kJ/Nm3·℃×4.08%+1.4438kJ/Nm3·℃×71.09%+1.5097kJ/Nm3·℃×3.59%=。