理论空气量计算
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
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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
电厂锅炉燃料燃烧计算
式中 C ar 、S ar 合并在一起，是因为 C、 S的完全燃烧反应方程式
可写成通式 RO2 RO 2 ，其中，RCar0.37Sa 5r称为1kg燃 料中“当量碳量”。此外，进行烟气分析时，一般将其的燃烧产物和的 容积一起测定。
第一节二、理实论际空供气给量空气和量过和量过空量气空系气数
系数
实际送入锅炉内的空气量要比理论空气量大些，这一空气量称为
实际空气量，用符号表示，单位是m3/kg（m3/m3）。
实际空气量与理论空气量之比称为过量空气系数，用符号 表示，
Vk VO
（3——9）
实际供给空气量与理论空气量之差称为过量空气，用符号V 表示，
过量空气系数的最佳值与燃料种类、燃烧方式及燃烧设备的完善程度有关，应通 过试验确定。各种锅炉在燃用不同燃料时的过量空气系数值见表3-1。
第二节 烟气成分及烟气容积计算
一、烟气成分 • 烟气成分是指燃料燃烧后生成的产物——
烟气及其携带的灰粒。 • 烟气携带的灰粒占容积百分比较小，通常
计算时都略去不计。 • 烟气是由多种气体成分组成的混合物，主
3.当 1 且不完全燃烧时，烟气容积是：
V y V C 2 O V S 2 O V N 2 V H 2 O V O 2 V CO m3/kg（3—13）
第二节 烟气成分及烟气容积计算
二、烟气容积计算 1.理论烟气容积 ：是指当 1 且完全燃烧时所生成的烟气容积。
V y 0 1 . 8 C 6 a 1 r 0 . 6 3 S 0 a 7 r 0 0 . 8 5 1 N a r 0 0 . 7 V O 0 9 0 . 1 H a 1 r 0 . 0 1M 1 a r 0 2 . 0V 4 1 O
李云飞版食品工程原理第四章课后习题答案
4.3 习题解答【4-1】用光滑小球在粘性流体中自由沉降可测定该液体的粘度。
测试时用玻璃筒盛满待测液体，将直径为6mm 的钢球在其中自由沉降，下落距离为200mm ，记录钢球的沉降时间。
现用此法测试一种密度为1300 kg/m 3的糖浆，记录的沉降时间为7.32秒，钢球的比重为7.9， 试求此糖浆的粘度。
解：小球的沉降速度 s m smHu t /0273.032.72.0===τ设在斯托克斯区沉降，则由斯托克斯定律：)(74.40273.01881.9)13007900()006.0(18)(2s Pa u gd tp p ⋅=⨯-=-=ρρμ校核：算出颗粒雷诺数 Re p =1045.074.413000273.0006.0<=⨯⨯=μρt p u d属斯托克斯沉降。
上述计算有效。
∴糖浆的粘度为4.74Pa.s【4-2】某谷物的颗粒粒径为4mm ，密度为1400 kg/m 3。
求在常温水中的沉降速度。
又若此谷物的淀粉粒在同样的水中的沉降速度为0.1mm/s ，试求其粒径。
解：（1） 已知：d p =4mm ，ρp =1400kg/m 3，μ=0.001Pa ·s假设谷物颗粒在滞流区沉降则())/(49.3001.01881.9)10001400()104(18232s m g d u p pt =⨯⨯-⨯=-=-μρρ但11040.1001.0100049.3104Re 43>⨯=⨯⨯⨯==-μρt p p u d∴假设不成立又假设颗粒在湍流区沉降则())/(218.0100081.9)10001400(10474.174.13s m g d u p p t=⨯-⨯=-=-ρρρ此时500872001.01000218.0104Re 3>=⨯⨯⨯==-μρt p p u d∴假设成立，颗粒沉降速度为0.218 m/s (2) u t ’=0.1mm/s ，假设沉降发生在滞流区则 )(1014.281.9)10001400(001.0101.018)(1853''m g u d p t p --⨯=⨯-⨯⨯⨯=-=ρρμ校核：100214.0001.01000101.01014.2Re 35''<=⨯⨯⨯⨯==--μρt p p u d∴ 假设成立，此谷物的淀粉粒直径为2.14×10-5m【4-3】气体中含有大小不等的尘粒，最小的粒子直径为10μm 。
污水及污染物排放量计算
污水及污染物排放量计算实际排放量（吨/年）=年排放量（吨）＊排放浓度（mg/L）/1000000 （排放浓度=全年四个季度平均值）经处理去除量（吨/年）=年排放量（吨）*(处理装置进水浓度-排放浓度）/1000000案例分析:某厂污水排放基本情况表排放量原水CODcr 出水CODcr 原水NH3—N 出水NH3—N1季度25800 1120 165 254 222季度25000 1230 190 276 263季度28600 1070 154 242 204季度27400 1110 96 265 19计算：1季度COD排放量＝25800X165/1000000=4。
257吨1季度COD去除量＝25800X(1120-165）/1000000=24。
639吨全年COD排放量＝四个季度COD排放量之和全年COD去除量＝四个季度COD去除量之和1季度NH3—N排放量＝25800X22/1000000＝0。
5676吨1季度NH3—N去除量＝25800X（254-22）/1000000 ＝5.9856吨全年NH3-N排放量＝四个季度NH3-N排放量之和全年NH3-N去除量＝四个季度NH3-N去除量之和废气及相关污染物的计算一、烟气量的计算二、燃烧废气各污染物排放量物料衡算方法三、案例分析固体燃料燃烧产生的烟气量计算一、理论空气量计算L=0。
2413Q/1000+0。
5L:燃料完全燃烧所需的理论空气量,单位是m3/kg；Q：燃料低发热值，单位是kJ/kg；二、理论烟气量计算V=0。
01（1.867C+0.7S+0.8N）+0.79LV：理论干烟气量，单位是m3/kg；C、S、N:燃料中碳、硫、氮的含量；L:理论空气量理论湿烟气量计算再加上燃料中的氢及水分含量，系数分别为11.2、1。
24固体燃料燃烧产生的烟气量计算三、实际产生的烟气量计算V0=V+ （a –1)LV0：干烟气实际排放量,单位是m3/kga: 空气过剩系数，可查阅有关文献资料选择。
燃料燃烧、空气量、烟气量计算
污染物排放量的计算
例3 普通煤的元素分析如下：C 65.7％；灰分18.1％；S 1.7％；H 3.2；水 分 9.0％；O 2.3％。（含N量不计）试计算燃煤1kg所需要的理论空气量 和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）。 解：
元素 C S H H2O O
重量（g） 657 17 32 90 23
影响燃料燃烧的主要因素
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
影响燃料燃烧的主要因素
燃料完全燃烧的条件（3T）
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
a 实际空气量 (1 a )(O2 3.76 N 2) 1 a 理论空气量 O2 3.76 N 2
考虑过剩空气校正后，实际烟气体积：
V fg V fg Va0 ( 1)
0
污染物排放量的计算
例 2 ：某重油成分分析结果如下（按质量）： C 88.3%， H 9.5%， S
7322af烟气体积计算理论烟气体积理论烟气体积vfg0co2v干烟气干烟气so2n2vh2o燃料中燃料中h燃烧生成燃烧生成h2o燃料中燃料中h2ova0带入的带入的h2o烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正转化为标态下273k1atm的体积和密度标准状态下的烟气体积标准状态下烟气的密度snnssnttppvvnssnsnttpppp烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算v过剩空气校正过剩空气校正以碳在空气中的完全燃烧为例c十o2376n2c02376n2若空气过量则燃烧方程式变为c1ao21a3
理论空气量
【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
煤燃烧需要的空气量
煤燃烧需要的空气量
煤燃烧需要的空气量有如下两种计算方式：
按质量计算。
C（12）+ O2（32）= CO2，即燃烧1kg煤需要的空气量1x（煤的碳含量）30/12（燃烧耗氧质量比）100/21（空气中氧含量）=11.9x。
按体积计算。
考虑到空气中经常含有一定量的水蒸气，一般都假定每千克空气中含10g水蒸气，因此，燃烧所需要的理论空气量为1.016m3/㎏。
空燃比是实际燃烧中需要供给过量的空气，一般锅炉为上述计算空气量的1.3倍。
若无烟煤的含碳量为90%，则燃烧1kg需要空气量10.71kg，常温标准大气压下的体积约为8.3m3，若空燃比为1.3，则需要空气10.79m3。
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
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理论空气量计算
A·
1、与C作用
C + O2 = CO2
12kg··22.4m3
12kg C 需要22.4m3的O2，产生22.4m3 CO2
1kg C 需22.4/12=1.8667 (m3)
2、H与氧作用
2 H2 + O2 = 2 H2O
4.032kg·22.4m3·22.4m3
1kg H2消耗O2 22.4/4.032=5.5556m3
3、与S作用
S + O2 = SO2
32kg·22.4m3·22.4m3
1kg S 需要O2 22.4/32=0.7m3
1kg煤中含C：C/100kg、H：H/100kg、S：S/100kg
燃烧时三种元素所需的氧气量为(1.866×C/100+5.556×H/100+0.7×S/100)m3 1kg煤中含有Q/100kg，标准状态下体积为22.4/32×Q/100=0.7×Q/100m3 这样燃烧1kg煤所需氧气为：
[(1.866×C/100+5.556×H/100+0.7×S/100)-0.7×Q/100]m3
由于空气中的氧占21%
所以当空气量为:
V=1/0.21×(1.866×C/100+5.556×H/100+0.7×S/100-0.7×Q/100)
=0.0889(C+0.375×S+0.265×H-0.033×Q)m3
实际空气量>理论计算值
B·水蒸气两的计算
标准状态下空气密度r=1.293kg/m3，空气中水蒸气含量d=10g/kg空气
水蒸气密度r水蒸气=0.804kg/m3
1kg煤在理论空气量下，燃烧后生成的烟气体积包括CO2、SO2、N2和水蒸气等，其中水蒸气有以下3个来源：
(1) 煤中氢元素的氧化
2 H2 + O2 = 2 H2O
1kg H完全燃烧后生成44.8/4.032=11.11(m3)水蒸气
所以，1kg煤总H燃烧后的水蒸气为：
V H·H2O=11.11×H/100=0.1111 H (m3/kg煤)
(2) 燃烧总的水分，其体积为
V燃烧H2O=W水/100×1/Y H2O=0.0124 W水(m3/kg煤)
(3)随空气进入的水蒸气，其体积为
V空气H2O=d×V0i×V0i/1000×1/Y H2O=10×V0i×1.293/1000×1/0.804
=0.0161 V0i (m3/kg煤)
实际空气量aV0i大于理论空气量V0i，因此随空气进入的水蒸气为：
V实际水蒸气= d×V0i×V0i/1000×1/Y H2O=0.0161 aV0i (m3/kg煤)
a+b+c得到烟气中水蒸气的体积
V H2O = 0.1111 H + 0.0124 W水 + 0.0161 (a-1)V0i/3.6
应修改为：
V H2O = B i [0.1111 H + 0.0124 W水 + 0.0161 (a-1)V0i]/3.6
北流民乐村耐火材料厂烟气量理论设计数据：
(1)种煤
烟煤：6400-6600大卡；固定硫：57；挥发份：27.5；S：2.7-3；水分：3-5 (2)隧道窑，3对窑口，目前烧2对，每天烧煤量约4吨
A、烟气总量：
V0＝理论空气量V y＝挥发份％Q y l=发热量kJ/kg
a＝过剩空气：1.3-1.5 B h＝燃料消耗量kg/h
烟气总量：V0=1.05×Q y l/4182+0.278
烟气量：V y＝1.04×Q y l/4182+0.77+1.0161 (a-1) V0
总烟气量：Q n=B h·V y
计算：V0=1.05×6600×4.1816/4182+0.278=7.216 m3/kg
V y＝1.04×6600×4.1816/4182+0.77+1.0161×0.5×7.216=11.308 m3/kg Q n=4000×11.308=45232.4 m3/d 1184.7 m3/d 0.524 m3/d
B、烟尘计算
B：耗煤量 A：灰份％d fh：烟气中烟尘占灰份的％
φfh：可燃物体体积因素取15-45% d fh：取15-25%(手烧炉)
G xl=B·A d fh(1-n)/1-φfh=0.275×0.25/1-0.15=0.08088 kg/kg·煤
总的烟气量：4000×0.08088=323.6 kg/d
浓度：323.61g/45232.4=0.00715 kg/m3
=7.15g/m3=7150mg/m3
=8.1g/m3。