燃料与燃烧计算题
例1 某厂使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，煤气温度为 28 ℃，由化验室分析的煤气成分为
求两种煤气的发热量和当焦炉煤气与高炉煤气按 3:7 混合时，混合煤气的成分和发热量。 解:
(1) 查附表5的1米3干煤气吸收的水分重量 g= 把干煤气换算成湿成分：
CO 湿2 =
1.31124.0100100
31?+?% =99
.103310%=%
同理，其余如下表：
(2) 计算发热量和成分 焦炉煤气： Q 低=???? (kcal/m 3) 高炉煤气：
Q 低=??? (kcal/m 3)
按焦比为3:7混合时，混合煤气量为，
CO 2湿=??湿=?湿=??湿=??湿=??湿=??湿=??混合煤气的发热量为:
Q 低=?+?=1875 (kcal/m 3)
例2 某厂采用焦炉煤气和高炉煤气的混合煤气，煤气成分同(例1)。该炉子的热负荷为60106 kcal/h 。计算
(1) 每小时供应给炉子多少立方米煤气
(2) 为保证完全燃烧，若要求空气消耗系数n=，每小时应供应多少立方米空气 (3) 废气量为多少 解：
由前述例题，已知该煤气的成分和发热量，则： (1) 每小时应供给炉子的煤气量为 B=
1875
10606?=3200 (m 3/h)
(2) 该煤气燃烧的理论空气需要量，按式(4-8)为：
L o =(25.20+2
75
.18+2+310076.4 (m 3/m 3)
n=时的实际空气消耗量 L o =nL o == (m 3/m 3)
则每小时供给炉子的空气量为 L=3200=5952 (m 3/h)
(3) 该煤气的理论废气生成量，按（4-18）为
L o =++3+4+++ 1001+100
79
= (m 3/m 3)
n=时V n =(m 3/m 3)则实际废气生成量为
V=3200=8512 (m 3/h)
例3 已知某烟煤成分为
C 燃=%；H 燃=%；O 燃=%；N 燃=%；S 燃=%；A 干=%；W 用=%；
求：燃料发热量；理论空气需要量；燃烧产物生成量；成分；重度和燃料发热温度(空气中水分可忽略不计)
解：首先将题给的燃料成分换算成供用成分：
%75.797.078.7100
3
10078.7A =?=-?
=用
%32.768945.032.8510055
.7310032.85C =?=--?
=用
%08.48945.056.4H =?=用
%64.38945.007.4O =?=用
%61.18945.008.1N =?=用
%80.38945.025.4S =?=用
%0.3W =用
∑=%
然后分别计算个指标如下： (1) 燃料发热量 按门捷列夫公式计算 Q 高=?+?? (kcal/kg)
Q 低=7410-6?(3+?=7172 (kcal/kg) (2) 理论空气需要量 按式(4-5a)
L=???? (kcal/kg) (3) 理论燃料产物生成量
1 kg 燃料的燃烧产物中各成分的量为
43.11004
.221232.762=?=V CO 03.0100
4.22328.32
=?V SO 5.01004
.22180.31004.22208.42=?+?=V O H 25.688.7100
79
1004.222861.12=?+?=
V N 干燃烧产物生成量
71.725.603.043.1V 2220
=++=++=V V V N SO CO 干 (m 3
/kg)
湿（总）燃料产物生成量
21.85.071.7V 200
=+=+=V V
O H 干 (m 3/kg)
(4) 理论燃烧产物的成分与重度
成份: %42.17%10021
.843.10
2'
2
=?==V V CO CO %37.0%10021
.803.0'2
=?=SO %09.6%10021
.85
.0'
2=?=O H %12.76%10021
.825.6'2
=?=N
∑=100%
重度可按(4-21)式计算
γ=100
4.222.762809.61837.06446.1744??+?+?+?= (kg/m 3)
(5) 燃料发热温度 可用以下几种方法计算 内插值近似法
每m 3干燃烧产物的初始热含量
93271
.771720
===
干低
V Q P (kcal/m 3)
P 值与表6-1资料符合。 每m 3湿产物的初始热含量
87521.87172
====V Q R i 低
(kcal/m 3)
据资料估计烟煤的发热温度在2100 ℃，故先假设t‘=2100 ℃此时燃烧产物热含量为(按附表7)
i CO 2=?.?= i SO 2=?.?= i H 2O =?.?= i N 2=?.?=
I″=（千卡/米3）
因i’
i CO 2=?.?= i SO 2=?.?= i H 2O =?.?= i N 2=?.?=
I″=
i″>i 0按内插值法式(5-7)得
t 热
=
216421001005
.8469.8905
.846875=+?-- ℃
按近似方程计算 根据表5-1，可得
∑V i A 3i =??????????????可忽略不计。代入式5-6，即
? t 3热? t 2热? t 热-7172=0
解该方程，可得t 热=2187℃
按比热近似法计算
如表5-2，估计烟煤的燃料发热温度为2100 ℃ 左右，则其燃烧产物的比热为，故
t 热=40
.021.87172?=2184℃
例4 某连续加热炉采用重油作燃料，已知重油的成分为：
C= %; H= %; O= %; N= %; S= %; A= %; W= %; 为了降低重油的粘度，燃烧前将重油加热至90 ℃。烧嘴用空气作雾化剂，空气消耗系数n=，空气不预热，空气中水蒸汽饱和温度为20 ℃，求该条件下的重油理论燃烧，温度，并估计实际可能达到的炉温(设炉温系数为。如果将空气预热至400 ℃，理论燃烧温度将达到多高 解：
(1) 先计算重油燃烧时的空气消耗量，燃烧产物生成和有关燃烧产物的成分。不估计空气中的水分时，理论空气量为：
L 0=100
1
9.02.03.1180.853821.0429.11???? ??-+?+??= (m 3/kg)
当空气温度为20 ℃时，饱和蒸汽量为g=19g/m 3，则估计到空气的水分，且n=时的实际空气需要量为：
Ln=+19= (m 3/kg) 燃烧产物生成量
V 0=5.1010079
1004.22285.0180.223.1132
2.01285?+????
??++++= (m 3/kg) V n =V 0+(L n -L 0)=+ (m 3/kg)
燃烧产物中CO 2及H 2O 的成分：
58.1100
4.22120.852=?=
V CO (m 3/kg)
V O
H2=
59
.1
9.
12
00124
.0
19
100
4.
22
18
0.2
2
3.
11
=
?
?
+
?
?
?
?
?
?+
(m3/kg)
CO2′=
%
6.
11
%
100
58
.
13
58
.1
=
?
H2O′=
%
7.
11
%
100
58
.
13
59
.1
=
?
(2)重油的发热量。
Q
低=[81+246 (kJ/kg)
(3)重油预热带入的物理热。
重油的比热在90 ℃下为：
C R=+90= (kJ/kg℃)
则重油预热带入的物理热为：
Q
燃=90=177 (kJ/kg)
可见，这项热量很小，所以简化计算时，可忽略不计。
(4) 空气预热带入的物理热。
空气不预热时其物理热可忽略不计。若将空气预热至400 ℃，则带入的物理热为：
Q
空=[+19] 400=6889 (kJ/kg)
(5)空气不预热时的理论燃烧温度和炉温。
估计理论燃烧温度在1800 ℃左右，取C
产=，C
空
=，按式计算，并在此忽略热分解的热量，则
t理=
1817
51
.1)5.
10
9.
12
(
67
.1
18
.
11
177
40340
=
-
+
?
+
(℃)
计算温度与假设相符，即取C
产和C
空
及假设
Q
分=0当。在这种情况下，如炉温系数为，则实际
炉温可达到
t炉=1817=1345 (℃)
这一炉温对于一般的钢坯加热炉是足够的。即采用重油时空气不预热炉温也可达到要求。
(6) 空气预热到400 ℃时的理论燃烧温度。
估计此时理论燃烧温度将达到2000 ℃以上，为了计算热分解的影响，先计算不估计热分解时的t’
理，取C
产
=，C
空
=，得：
t’理=
2126
51
.1
)5.
10
9.
12
(
67
.1
18
.
11
177
6889
40340
=
?
-
+
?
+
+
(℃)在不估计热分解的条件下，温度为2118 ℃，则估计热分解时的温度约为2000 ℃所以，可在2000 ℃
下求热分解的热量。
已知燃烧产物中CO2和H2O的分压分别为和，其分解度为：f
CO2= %和
f
O
H2= %，则分解
热分别为：
Q
CO2
分=10-4=2342 (kJ/kg)
Q
O
H2
分=1080010-4=686 (kJ/kg)
Q
分=2342+686=3028 (kJ/kg)
t理=
1991
51
.1
)5.
10
9.
12
(
67
.1
18
.
11
3028
177
6889
40340
=
?
-
+
?
-
+
+
(℃)
可见，空气预热后，使理论燃烧温度提高174 ℃，如果其他条件不变，炉温也将随之提高。如果炉温不需要提高，就可减少每小时供入炉内的燃料量。这样预热空气便达到了节约燃料的目的。
例5 某敞焰无氧化加热炉，采用焦炉煤气加热，空气消耗系数为，已炉气实际温度控制在1300 ℃。焦炉煤气成分(%)为:
CO2=；H2=；CO=；CH4＝；C2H4=；O2=；
N2=；H2O=。试求炉内的气体成分和烟气量(炉气成分CH4和烟粒含量可忽略不计)。
解当n=时，为不完全燃烧。根据题意，炉内烟气的组成包括CO2，H2O，CO，H2和N2。
该焦炉煤气完全燃烧的理论氧气需要量，按式(4-7)为
32
,0/(9.0100
1
39.083.238.2425.562177.821m
m L O =???? ??-?+?+?+?= 当n=时实际供给的氧量为
）332,0/(45.09.05.0m m nL O =?=
烟气中的氮含量可直接由式(4-32b)求出
）332
/(7.145.076.3100
26
.1m m V N =?+=
其余四个未知量
2CO V ；CO V ；O H V 2；2H V 可根据式(4-29b )、(4-30b )、(4-31b )和式(4-33)
列出四个方程式联立求解。水煤气反应的平衡常数由附表6当温度为1300 ℃时为K 3=。列出一组方程式为
+++2
CO CO V V +=21001
+2+2+
O H H V V 22100
1
+=
+21×+21
×+ 100
1+=O H CO CO V V V 22
2121++ =
()()
O
H CO H CO V V V V
222
/??
即
CO CO V V +2= O H H V V 22+=
O H CO CO V V V 22
2
1
21++=
()()
O
H CO H CO V V V V
222
/??=
联立求解(1)~(4)得
2CO V = (m 3/m 3)； CO V = (m 3/m 3)；
O H V 2= (m 3/m 3)； 2H V = (m 3/m 3)
烟气烟量为
n V =++++= (m 3
/m 3
)
烟气成分为
26
.310.0'
2
=CO ×100%= %；26.356.0'
2=O H ×100%= %； 26
.358.0'
=CO ×100%= %；26.358.0'
2=H ×100%= %；
26.37
.1'2
=
N ×100%= %
例6 已知天然气成分(%)：CH 4=；C 2H 4=；CO=；H 2=；CO 2=；N 2=(水分忽略不计)。
在不同燃烧条件下测得两组烟气(%)： (1)
00.8'2=CO ；00.7'2=O ；55.0'2=H ；0'4=CH ；35.84'2=N ；
10.0=CO
(2)
05.8'
2=CO ；70.0'2
=O ；40.4'2
=H ；60.0'4
=CH ；75.81'2
=N ；
;50.4'
=CO
试计算：1) 该燃料的特征系数；，大P RO K '
,2,,β 2) 验证两组烟气分析值的精确性；
3) 计算两种条件下的空气消耗系数和化学不完全燃烧热损失。 解： (1)
燃料的特征系数。根据燃料成分可计算出：
()94.1100
1
41.0335.96247.05.010.05.02
,0=??+?+?+?=O L (m 3/m 3)
23.994.176.40=?=L (m 3
/m 3
)
()97.0100
1
1.041.0235.9621.02
=?+?++=RO V (m 3/m 3)
()94.1100
1
41.0235.96247.02=??+?+=O
H V (m 3/m 3)
32.8100
46
.223.91007997.00=+?+=干
V (m 3/m 3)
41.059135.9635847.010810.04.126?+?+?+?=低Q
=34799 (kg/m 3)
可得各特性系数为：
0.297
.094.1≈=K
%7.11%10032
.897
.0',2=?=大
RO 79.07
.117.1121≈-=β
418332
.834799==P (kg/m 3
)
(1) 验证分析误差。将各烟气成分及β值带入气体分析方程， 第一组烟气成分为：
()()30
.2155.0185.000.710.079.0605.000.879.01=?-+?++?+ 分析误差为：
%41.1%1003
.2121
3.21=?- 第二组烟气成分为：
()()()2
60.079.058.040.4185.070.050.479.0605.005.879.01=?--?-+?++?+分析误差为：
%45.1%1007
.2021
7.20-=?- 由验证可以看出，两组气体分析的烟气成分的误差不大，可以认为是在工程计算允许误差范围内，
故可以作为进一步计算的原始数据。 (2) 求空气消耗系数
n 。已知燃料的K 值，可求出两组烟气成分所代表的n 值为：
()()()
41.110.000.80.210.000.80.255.05.01.05.000.71=+?+?+?+?-=
n ()()()
8
.06.005.405.80.26.050.405.80.26.0240.45.050.45.070.02=++?++?+?+?+?-=n
(3) 求化学不完全燃烧热损失。已知'
,2大RO 值、P 值和烟气成分，可直接按式(6-35)分别求出两种情
况的不完全燃烧热损失为：
%5.2%10010.000.855.010810.012641837.111=?+?+??=
化，q %7.26%10060
.050.405.860.035840.410850.412641837.112
=?++?+?+??=化，q 由以上计算可以看出，第一种情况下，n 值虽然很大，但仍有不完全燃烧，这说明混合仍不充分。
不过该种情况下的不完全燃烧损失不大，
化q 仅 %。在第二种情况下，81.0=n ，既少供给
了19 %的空气，但却造成了严重的不完全燃烧，使热量损失近1/3 。
例7 重油在空气中燃烧，测得烟气成分(%)为: RO ’2=；O ’2=；N’2=多求燃烧时的空气消耗系数。
解先验证该烟气分析的精确性 解：
先验证该烟气分析的精确性 根据表6-1，取
31.0=β 则：
()5.2164.346.1331.01=+?+
分析误差
%33.25
.2121
5.21=-
可以认为分析结果可用。由表6-3取35.1=K 则得
20.146
.1335.146.1335.164.3=??+=n
例8 已知高炉煤气在空气中燃烧，测得烟气成分(%)为RO ’2=；O ’2=；CO ’=。求燃烧时的空气消耗系数和化学不完全热损失。
先验证该烟气分析的精确性： 由表6-1，取β=，则
14+ +=
分析误差为:
%41.13
.2121
3.21=-，则误差在允许范围内。
求空气消耗系数 取K=则
n=
35.2)
2.114(41.0)
2.114(41.02.15.00.9=+?+?+?- 求不完全燃烧热损失，取RO 2′=25；P=2510kJ/m 3，则
q 化
=
%9.92
.1142
.1126251025=+?? 该例中求空气消耗系数时，则
n=
72.12
.10.90.141002
.15.00.9792121
=---?-?
-
计算结果误差很大，说明高炉煤气不能用，所以用其他式该高炉煤气成分(%)为： RO 2=；CO=；CH 4=；H 2=；N 2=。得：
n=
27
.096.2966.10)
2.114(46.57)]2.10.90.14(100[2.15.00.9792121
+++?-
++-?-?
- =
用该式的计算结果与氧平衡计算结果是相近的，只是此式比较复杂。