理论空气量
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
院系：材料科学与工程系
教师：罗伟
第三节
燃烧计算
洛阳理工学院
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
燃烧计算和热平衡
完全燃烧时的实际烟气量
1、完全燃烧时实际烟气的组成成分为： CO2、SO2、N2、O2、H2O，
不完全燃烧时的烟气量
• 当发生不完全燃烧时，烟气的成分除了CO2、SO2、 N2、O2、H2O外，还有不完全燃烧产物CO以及H2和 CmHn等。其中H和CmHn数量很少，一般工程计算中 可忽略不计。 • 因此，当燃料不完全燃烧时，可以认为烟气中不完 全燃烧产物只有CO。烟气量为：
2.化学不完全燃烧热损失q3 （1）定义：排烟中残留的可燃气体（ CO、H2、 CH4 ）未完全燃烧，残留在烟气中而造成的热 量损失。（煤粉炉：<0.5%）
（2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，易出现不完全燃烧 助燃空气量 炉膛结构：炉膛容积小，烟气流程短，q3 运行工况
3.机械不完全燃烧热损失q4 （1）定义：飞灰和灰渣中含有固体可燃物（固定碳） 在锅炉内未完全燃烧就排放出炉内而造成的热量损 失。（固态排渣煤粉炉：0.5～5%） 灰渣：含量少，只占0.5～1% 飞灰：占绝大部分 （2）主要影响因素： 燃料性质：挥发分多，灰分少，煤粉细， q4 助燃空气量：空气量，q4 炉膛结构：炉膛容积大，煤粉停留时间长，q4 运行工况，锅炉负荷
4.散热损失q5 （1）定义：因锅炉外表面（锅炉炉墙、汽包、集箱、 汽水管道、烟风管道等部件）温度高于环境温度而 散失的热量。（<0.5%） （2）主要影响因素： 锅炉外表面积 锅炉保温性能 锅炉容量 锅炉负荷
5.其它热损失q6 （1）定义：因排出炉外的灰渣温度（600～800℃） 高于环境温度而造成的热量损失。 （2）主要影响因素： 排渣方式：液体排渣大于固态排渣 燃料的灰分含量：灰分高， q6 燃料的发热量：发热量低， q6
烟气分析
锅炉设备空气动力计算
锅炉设备空气动力计算引言锅炉是工业生产中常用的热能转换设备，通过燃烧燃料产生高温高压的蒸汽或热水，用于供热或发电。
在锅炉运行过程中，空气动力计算是非常重要的一环，它可以帮助我们确定锅炉所需的空气量和风机的运行参数，保证锅炉的正常运行和热能的高效利用。
一、空气需求量计算1. 燃料燃烧所需的理论空气量燃料的燃烧需要一定的氧气参与，理论上每种燃料在完全燃烧时所需的空气量是固定的。
常见燃料的理论空气量如下：- 煤：1kg煤需要7-8kg空气；- 油：1kg燃油需要12-14kg空气；- 天然气：1m³天然气需要9-10m³空气。
2. 燃料燃烧过程中的过剩空气量过剩空气量是指燃烧过程中实际供给的空气量与理论所需空气量之间的差值。
过剩空气量的大小直接影响锅炉的热效率和燃烧产物的排放。
一般情况下，煤炭锅炉的过剩空气量为20-30%，油燃锅炉为10-20%，天然气锅炉为5-10%。
3. 锅炉的额定蒸发量和额定热负荷额定蒸发量是指锅炉在规定的工况下所能产生的蒸汽或热水的质量。
额定热负荷是指锅炉在额定工况下所需的热能输入量。
根据锅炉的额定蒸发量和额定热负荷，可以计算出锅炉的额定空气量。
4. 高效锅炉的空气需求量对于高效锅炉，由于其燃烧过程更为充分，空气需求量相对较低。
一般来说，高效锅炉的过剩空气量可以控制在10%以下。
二、风机参数计算1. 风机的静压风机的静压是指风机在运行时所产生的压力差，用于克服锅炉系统的阻力和风道的阻力。
静压的大小与锅炉的设计参数和系统的阻力特性有关。
2. 风机的风量风机的风量是指风机在单位时间内所能输送的空气体积。
风量的大小与锅炉的额定空气量和过剩空气量有关。
3. 风机的功率风机的功率是指风机在运行时所消耗的电能或热能。
风机的功率与风机的静压和风量有关。
4. 风机的效率风机的效率是指风机在工作过程中能量转换的有效性。
风机的效率与风机的设计参数、运行条件和负载特性有关。
三、锅炉空气动力计算实例以某燃煤锅炉为例，该锅炉的额定蒸发量为10吨/小时，额定热负荷为7兆瓦。
大气污染控制工程 名词解释总结
【大气污染】大气污染通常系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象。
是指大气中某种物质的【空燃比】单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，它可以由燃烧方程式直接求得。
【空气过剩系数】一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量，并把实际空气量与理论空气量之比定义为空气过剩系数。
【斯托克斯直径D】为在同一流体中与颗粒的密度相同和沉降速度相同的圆球的直径。
【筛分直径】为颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度。
【空气动力学当量直径】为在空气中与沉降速度相等的单位密度（ρ=1g/cm3）的圆球的直径。
【扩散荷电】由离子的扩散现象而导致的粒子荷电过程.【驱进速度】荷电粒子在电场力的作用下，向集尘极运动时。
电场力与空气阻力很快就达到平衡，并向集尘极做匀速运动。
【电场荷电】离子在静电力作用下做定向运动，与粒子碰撞而使粒子荷电。
【可吸入颗粒物（pm10）】指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径小于等于10um的颗粒物。
【理论空气量】单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量。
【一次污染物】是指直接从污染源排到大气中的原始污染物质。
【二次污染物】是指由一次污染物与大气中已有成分或者几种一次污染物之间经过一系列化学或者光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。
【总悬浮颗粒物（TSP）】指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径小于等于100um的颗粒物。
【燃料】是指在燃烧过程中，能够释放能量，在经济上可以取得效益的物质。
【理论烟气体积】在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积。
【粒径分布】是指不同粒径范围内的颗粒的个数所占的比例。
【粉尘的密度】单位体积粉尘的质量，单位为kg/m3或k/m3【空隙率】若将粉体颗粒间和内部空隙的体积与堆积粉体的总体积之比。
【安息角】粉尘从漏斗连续落到水平面上，自然堆积成一个圆锥体，圆锥体母线与水平面的夹角。
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
燃料燃烧的理论空气量例题
第二节 燃料燃烧过程
燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量（光和热） 的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。 1.影响燃烧过程的主要因素
– 燃烧过程及燃烧产物
完全燃烧：CO2、H2O 不完全燃烧： CO2、H2O & CO、黑烟及其他部分氧化产物 如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO 空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NOx
充分混合，混合程度取决于空气的湍流度 把温度、时间和湍流称为燃烧过程的“三T”
1.影响燃烧过程的主要因素
• 典型燃料的着火温度
1.影响燃烧过程的主要因素
• 燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以CH4为例）
1.影响燃烧过程的主要因素
• 典型锅炉热损失与过剩空气量的关系
1.影响燃烧过程的主要因素
空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成 分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分
Cad H ad Oad N ad Sad Aad W ad 100%
4.煤的分类和组成
干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥 基更能反映出灰分的多少
Cd H d Od N d Sd Ad 100%
1.影响燃烧过程的主要因素
• 燃料完全燃烧的条件（三T）
空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低 炉温，增加热损失
温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度 时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料
燃烧所需时间 燃料与空气的混合条件（Turbulence湍流）：燃料与氧
• 石油
液体燃料的主要来源 链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物 主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧 氢含量增加时，比重减少，发热量增加
大气污染控制工程复习重点
一名词解释大气污染：由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康、和福利或危害了生态环境。
温室效应：大气中的CO2和其他微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯烃、水蒸气等可以使太阳短波辐射几乎无衰减的通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球温度升高的现象。
二次污染物:是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新的污染物质空气过剩系数：一般把超过空气理论空气量而多供给的空气量称为过剩空气量，把实际空气量与理论空气量之比定义为空气过剩系数。
理论空气量：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量空燃比：单位质量燃料燃烧所需要的空气质量能见度：是指视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到或辨认出的目标物的最大水平距离，单位用（m）或（km）表示干绝热直减率：干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度通常取(100m)时，温度降低或升高的数值大气稳定度：是指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
安息角：粉尘从漏斗连续落到水平面上，自然堆成一个圆锥体，圆锥体母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角，也称动安息角或堆积角一般35o-45o滑动角：自然堆放在光滑平板上的粉尘，随平板作倾斜运动时，粉尘开始发生滑动的平板倾斜角，也称静安息角，一般40o-55o大气的组成：干燥清洁的空气、水蒸气、各种杂质酸沉降：化石燃料燃烧和汽车尾气排放的SOx和NOx，在大气中形成硫酸、硝酸及其盐类，又以雨雪雾等形式返回地面，形成酸沉降颗粒的粒径大小对人体的危害：1、粒径越小越不易沉积，长时间漂浮在大气中容易被吸入体内，且容易进肺部。
2、粒径越小，颗粒的比表面积越大，物理、化学活性越高，加剧了生理效应的发生与发展总悬浮颗粒物（TSP）:是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径<=100um的颗粒物。
理论空气量
理论空气量理论空气量理论空气量是指在室温下以标准大气压表示，所大气含有一定物质体积量的空气量。
它是用来衡量空气中含有的气体物质的容积量，是确定空气含有气体个数及其平衡比例的基础，并且也是使用燃气、原油、天然气、二氧化碳、氮气等物质计算流量单位的依据。
一、空气理论量的定义空气理论量是指在室内温度下，具有标准大气压的空气中所含有的气体物质容积量，在公制中，它的单位是立方米，其计算公式为：理论空气量(m3) = 室温下空气压力(Pa) * 空气体积(m3) / 标准大气压(Pa)二、空气理论量的应用1.它可以通过测量物理传感器感受到的一段时间内的空气量来估计未知气体含量的体积流量；2.它可以用来确定空气中含气体的物质的形成及平衡比，从而测定出对应数值；3.它可以用来测定气象状况，如气压、温度等，进而确定环境的气态状况；4.它还可以用来指标空气质量，检测空气中污染物的含量，以维护空气质量。
三、空气理论量的影响因素空气理论量受室温、大气压、湿度及空气中污染物等不同因素的影响。
1.室温：随着室温的升高，气体的温度也会上升，空气的容积也随着温度的升高而增大，理论空气量也会增大；2.大气压：随着大气压的改变，显示出的空气量也会发生变化，理论空气量也会随着压强的变化而变化；3.湿度：当空气中湿度在60%以上时，空气中水分含量会增加，空气的容量也会发生变化，因此理论空气量也会受到影响；4.空气中污染物：混入空气中的污染物会改变空气的物质组成，物质含量的变化总是伴随着理论空气量的变化。
综上所述，理论空气量是用来衡量空气中含有的气体物质的容积量，它对空气的温度、大气压、湿度以及混入污染物都有着直接的影响。
只有理解它的定义及影响，才能够更好的利用它来测量空气中的物质体积，控制环境质量，保护环境。
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【例二】某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分的质量分数为：
C88.3%，H9.5%,S1.6%,H2O 0.05%,灰分0.10%。求：燃烧1kg重油 所需要的理论空气量（标准状态）。
【例三】在例二中，若燃烧中硫全部转化为SOX（其中SO2占
97%），空气过剩系数α=1.20，空气的湿含量da近似为0.求： ⑴烟气中SO2及SO3的体积分数 ⑵干烟气中CO2的体积分数。
若燃料气中还有H2S
则1m3干燃料气（标态）燃烧需要理论氧量 (标态)和理论空气量 （标态）
3.空燃比（A/F） 单位质量燃料燃烧所需要的空气质量
2.3.1.3理论烟气量
C燃烧后产生 的CO2体积
H燃烧后产生 的H2O体积
燃料中所含 水蒸气质量
供给的理论空气量带入 的水蒸气质量
多出的干 空气量
×10.41+0.8×0 =10.94m3
标态下实际烟气量
多出空气中的水
燃烧1kg重油生成的理论干烟重量为：
α=1.2 ∴干烟气量
理论空气量
2.3.2.3理论烟气量
标态1kg燃料完全燃烧生成的燃烧产物量，加上空 气和燃料带入的水和N2的量。
标态下理论湿烟气量为
生成CO2
生成H2O
生成SO2
空气中N2 燃料中N2
空气带入的水
燃料中的水
多出的干空气量 多出的空气中的 水蒸汽量
（1）完全燃烧时
（2）不完全燃烧时
【例一】 计算辛烷（C8H18）在理论空气量条件下燃烧时的燃料 /空气质量比，并确定燃烧产物气体的组成。
4.
1.4 折 实 实
1.61 4217 4849.5mg / m3 N 1.4 1.4
生成CO2 生成H2O
空气中带来的水 燃烧带来的水
生成SO2 空气中N2 燃料中N2
=1.866×0.883+1.111×0.095+1.24(10.41×0+0.0005)+0.699×0.016+0.79
⑶燃烧时的空气过剩系数；
⑷校正至空气过剩系数α=1.4时污染物在烟气中的浓度
C8 H18 (8
18 18 18 )O2 3.76(8 ) N 2 8CO2 9 H 2O 3.76(8 ) N 2 4 4 4
C8H18+12.5O2+47.0N2=8CO2+9H2O+47.0N2 1mol C8H18~59.5mol空气
2.3 燃烧计算
2.3.1气体燃料的燃烧计算
2.3.1.1发热量 单位燃料在完全燃烧时发生的热量变化，即在反应物开 始状态和反应产物终了状态相同的情况下的热量变化。 （273K，1atm）（KJ/m3） 高位发热量：燃料完全燃烧，包括燃烧产物中的水蒸气 凝结为水时的反应热。 低位发热量：燃料完全燃烧，燃烧产物中的水蒸气仍以 气态存在时的反应热。 因为排烟温度远远超过水蒸气的凝结温度，所以按低 位发热量计算。
N2 为实际总空气量中所含氮气量
2.3.2 液体和固体燃料的燃烧计算
2.3.2.1 发热量
Wh — — 燃 料 中 H 的 质 量 分 数 （ % ） Ww——燃料中水分的质量分数（%）
标准煤的概念
因为各种煤的发热量不一样，为了比较不同设备的耗煤量 或同一设备在不同运行情况下的消耗量 标准煤收到基低位发热量为7000kcal/kg
混合气体
2.3.1.2 理论空气量和实际空气量
1.理论空气量：单位量燃料按燃烧反应方程式或完全燃烧所 需要的空气量。
由燃料的组成决定，可根据燃烧方程式计算求得。 建立燃烧反应方程式时，通常假定：
2.燃料中的固定态氧可用于燃烧。 3.燃料中的S主要被氧化成SO2。 4.温度型NOx生成量较小，燃料中含N量也较低，在计算理 论空气量时可以忽略。 5.可燃气体的分子式用CxHyOz表示
2.3.2.2理论空气量
1kg燃料完全燃烧所需的最小空气量为理论空气量 等于燃料中各可燃元素完全燃烧所需空气量的总和减 去燃料自身的含氧量 WC——燃料中C的质量分数 WH——燃料中H的质量分数 WS——燃料中S的质量分数 WO——燃料中O的质量分数
[C]所需要的O2
[H]所需要的O2
[S]所需要的O2
气体的组成以mol百分比表示，燃烧产物总 ml数8+9+47.0=64.0 ∴Xco2=8/64.0=0.125 XH2O=9/64.0=0.140
XN2=47/64.0=0.734
例4 1、污染物排放的质量流量
60 min h t 22.7kg / min 24 32.7t / d h d 1000kg
多出的空气中的 水蒸气含量
干烟气体积
多出的空气量
2.3.1.4 利用烟气分析数据计算空气过剩系数
实际工作中，经常根据奥氏烟气分析仪测定干烟气中 的 CO2 ， O2 ， CO ， SO2 的分量，来计算空气过剩系数， 及时检查和调节过剩空气量，因为实际的空气过剩系数 常与设计值不符。
（1）完全燃烧时 完全燃烧时，干烟气成分为CO2，SO2，O2，N2，
【例四】已知某电厂烟气温度为473K，压力等于96.93kPa,湿烟 气量Q=10400m3/min，含水汽6.25%（体积），奥萨特分析仪分 析结果：CO2=10.7%，O2=8.2%，不含CO，污染物排放的质量流 量是22.7kg/min。 求：⑴污染物排放的质量速率（以t/d表示）； ⑵污染物在干烟气中的浓度；