第4讲 燃气的燃烧计算
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第01章燃气的燃烧计算
10
第一节 燃气的热值
• 干燃气高热值与低热值的换算：
式中 Hdrh — —干燃气的高热值， kJ／Nm3；
Hdrl — —干燃气的低热值， kJ／Nm3； H2，CmHn，H2S— —氢、碳氢化合物、硫化氢的体积分数。
11
第一节 燃气的热值
• 干燃气低热值与湿燃气低热值的换算：
H
w l
= Hdl r
第三节 燃气燃烧温度
思考题
（1）什么是燃气燃烧的理论空气需要量？ （2）什么是过剩空气系数？ （3）如何计算理论空气需要量和实际空气需
要量？ （4）理论燃烧温度和实际燃烧温度分别如何
定义的？ （5）影响燃烧温度的因素有哪些？
21
第四节 完全燃烧产物的计算
• 燃烧产物——烟气。 • 理论烟气量：供给理论空气量时，燃气完
VO2 = 0.21( 1)V0 = 0.16Nm3 /Nm3干燃气
Vf =VRO2 +VH2O +VN2 +VO2 = 5.4Nm3 /Nm3干燃气
32
思考题
（1）如何计算燃气燃烧的理论烟气量？ （2）如何计算燃气燃烧的实际烟气量？
33
本章小结
燃气的燃烧计算
燃气的热值
燃烧所需 空气量
燃烧产生 烟气量
0.833 0.833+dg
思考题
（1）什么是燃气的燃烧？燃烧必须具备的条 件有哪些？
（2）什么是燃气的热值？ （3）燃气的高热值和低热值的区别是什么？ （4）多组分燃气的热值如何进行计算？
13
第二节 燃烧所需空气量
理论空气需要量：每Nm3(kg)燃气按燃烧反 应计量方程式完全燃烧所需要的空气量 （Nm3／Nm3或Nm3／kg）。 理论空气量： 完全燃烧最小空气量。 假定：空气中氧气21%，氮气79% 干空气中氮、氧体积比：
第一节 燃气的热值
• 干燃气高热值与低热值的换算：
式中 Hdrh — —干燃气的高热值， kJ／Nm3；
Hdrl — —干燃气的低热值， kJ／Nm3； H2，CmHn，H2S— —氢、碳氢化合物、硫化氢的体积分数。
11
第一节 燃气的热值
• 干燃气低热值与湿燃气低热值的换算：
H
w l
= Hdl r
第三节 燃气燃烧温度
思考题
（1）什么是燃气燃烧的理论空气需要量？ （2）什么是过剩空气系数？ （3）如何计算理论空气需要量和实际空气需
要量？ （4）理论燃烧温度和实际燃烧温度分别如何
定义的？ （5）影响燃烧温度的因素有哪些？
21
第四节 完全燃烧产物的计算
• 燃烧产物——烟气。 • 理论烟气量：供给理论空气量时，燃气完
VO2 = 0.21( 1)V0 = 0.16Nm3 /Nm3干燃气
Vf =VRO2 +VH2O +VN2 +VO2 = 5.4Nm3 /Nm3干燃气
32
思考题
（1）如何计算燃气燃烧的理论烟气量？ （2）如何计算燃气燃烧的实际烟气量？
33
本章小结
燃气的燃烧计算
燃气的热值
燃烧所需 空气量
燃烧产生 烟气量
0.833 0.833+dg
思考题
（1）什么是燃气的燃烧？燃烧必须具备的条 件有哪些？
（2）什么是燃气的热值？ （3）燃气的高热值和低热值的区别是什么？ （4）多组分燃气的热值如何进行计算？
13
第二节 燃烧所需空气量
理论空气需要量：每Nm3(kg)燃气按燃烧反 应计量方程式完全燃烧所需要的空气量 （Nm3／Nm3或Nm3／kg）。 理论空气量： 完全燃烧最小空气量。 假定：空气中氧气21%，氮气79% 干空气中氮、氧体积比：
燃气的燃烧计算课件
35
第八节 例题
已知炼焦煤气的容积成分如下：H256%，CO6%， CH422%，C2H62%，CO23%，N210%，O21%。
煤气的含湿量dg=0.0125kg/Nm3干燃气，空气的含湿量 da=0.01kg/Nm3干空气，煤气与空气的温度tg=ta=20℃。 试求：（一）高热值及低热值
（二）燃烧所需的理论空气量 （三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时) （四）燃料特性系数
19
第三节 完全燃烧产物的计算
一、烟气量
烟气:燃气燃烧后的产物。 烟气量：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧后产生 的烟气量。 单位：Nm3/ Nm3干燃气 ? =1 理论烟气量 RO2(包括CO2、SO2)、N2、H2O ? >1 实际烟气量 RO2 、N2、H2O、O2 思考：完全燃烧时，烟气中的RO2 的体积与供给的 空气量有关吗？
②
①
③
④
②
14
③ ④ 思考：
①
③
④
②
15
第二节 燃烧所需的空气量
一、空气的组成 干空气的容积成分：O221%、N279％
二、理论空气需要量 理论空气需要量V0：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧
所需的干空气量。 单位：Nm3干空气/Nm3干燃气
16
1、理论公式 V0的计算：求出每Nm3干燃气完全燃烧所需要的氧气量，
36
解: (一)高热值及低热值
37
38
（二）燃烧所需的理论空气量
（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时) a)理论烟气量(? =1)
39
b)实际烟气量(α=1.2)
40
（四）燃料特性系数
41
虽然? >1 ，但仍有可能发生不完全燃烧。工程上 常将CO含量视为烟气中的不完全燃烧产物量。
第八节 例题
已知炼焦煤气的容积成分如下：H256%，CO6%， CH422%，C2H62%，CO23%，N210%，O21%。
煤气的含湿量dg=0.0125kg/Nm3干燃气，空气的含湿量 da=0.01kg/Nm3干空气，煤气与空气的温度tg=ta=20℃。 试求：（一）高热值及低热值
（二）燃烧所需的理论空气量 （三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时) （四）燃料特性系数
19
第三节 完全燃烧产物的计算
一、烟气量
烟气:燃气燃烧后的产物。 烟气量：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧后产生 的烟气量。 单位：Nm3/ Nm3干燃气 ? =1 理论烟气量 RO2(包括CO2、SO2)、N2、H2O ? >1 实际烟气量 RO2 、N2、H2O、O2 思考：完全燃烧时，烟气中的RO2 的体积与供给的 空气量有关吗？
②
①
③
④
②
14
③ ④ 思考：
①
③
④
②
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第二节 燃烧所需的空气量
一、空气的组成 干空气的容积成分：O221%、N279％
二、理论空气需要量 理论空气需要量V0：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧
所需的干空气量。 单位：Nm3干空气/Nm3干燃气
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1、理论公式 V0的计算：求出每Nm3干燃气完全燃烧所需要的氧气量，
36
解: (一)高热值及低热值
37
38
（二）燃烧所需的理论空气量
（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时) a)理论烟气量(? =1)
39
b)实际烟气量(α=1.2)
40
（四）燃料特性系数
41
虽然? >1 ，但仍有可能发生不完全燃烧。工程上 常将CO含量视为烟气中的不完全燃烧产物量。
燃气燃烧与应用 知识点
第一章燃气的燃烧计算燃烧：气体燃料中的可燃成分（H2、 C m H n、CO 、 H2S 等）在一定条件下与氧发生激烈的氧化作用，并产生大量的热和光的物理化学反应过程称为燃烧。
燃烧必须具备的条件：比例混合、具备一定的能量、具备反应时间热值:1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的热值，单位是kJ/Nm3。
对于液化石油气也可用kJ/kg。
高热值是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。
低热值是指1m3燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。
一般焦炉煤气的低热值大约为16000—17000KJ/m3天然气的低热值是36000—46000 KJ/m3液化石油气的低热值是88000—120000KJ/m3按1KCAL=4.1868KJ 计算：焦炉煤气的低热值约为3800—4060KCal/m3天然气的低热值是8600—11000KCal/m3液化石油气的低热值是21000—286000KCal/m3热值的计算热值可以直接用热量计测定，也可以由各单一气体的热值根据混合法则按下式进行计算：理论空气需要量每立方米(或公斤)燃气按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需的空气量，单位为m3/m3或m3/kg。
它是燃气完全燃烧所需的最小空气量。
过剩空气系数:实际供给的空气量v与理论空气需要量v0之比称为过剩空气系数。
α值的确定α值的大小取决于燃气燃烧方法及燃烧设备的运行工况。
工业设备α——1.05-1.20民用燃具α——1.30-1.80α值对热效率的影响α过大，炉膛温度降低，排烟热损失增加，热效率降低；α过小，燃料的化学热不能够充分发挥，热效率降低。
应该保证完全燃烧的条件下α接近于1.烟气量含有1m3干燃气的湿燃气完全燃烧后的产物运行时过剩空气系数的确定计算目的：在控制燃烧过程中，需要检测燃烧过程中的过剩空气系数，防止过剩空气变化而引起的燃烧效率与热效率的降低。
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。
燃烧理论第四讲火焰传播理论
湍流火焰模型
(a)小尺度湍流；(b)、(c)大尺度湍流； (d)容积湍流燃烧
1—燃烧产物；2—新鲜混气；3—部分燃尽气体
三、层流火焰传播速度的测定
层流火焰传播速度不能用精确的理论公式来计算。通常是
依值靠，实有验时方也法可测依得照单经一验燃公气式或和混实合验燃数气据在计一算定混条合件气下的的火焰Sn
传播速度。
尚于缺几少乎完不全可符能合得到Sn定严义格的的测平定面方状法火。焰精面确。测量Sn的困难在 测定Sn的实验方法，一般可归纳为静力法和动力法两类。 （一）、静力法测定Sn
1、管子法 静力法中最直观的方法是常用的管子法，测定时，用电影 摄影机摄下火焰面移动的照片，已知胶片走动的速度和影
与实物的转换的比例，就可算出可见火焰传播速度Sv。在
管径越大，管壁散热对火焰传播 速度的影响越小，如焰面不发生 皱曲，则随着管径的增大火焰传
播但速实度际上上升管，径并增趋大向时于焰极面限要值发生Sn。
皱曲。管径越大，焰面皱曲越烈
，升因。而Sv值随管径的增加而不断上
当管径小到某一极限值时，向管 壁的散热大到火焰无法传播的程
度。，临这界时直的径管在径工称程为上临是界有直意径义的dc
，可利用孔径小于临界直径值的 金属网制止火焰通过。
图2-22 火焰传播速度与管径 的关系
管子法测得的可见火焰传播速度与燃气空气混
合物成分的关系(d=25.4mm)
l—氢；2—水煤气；3—一氧化碳；4—乙烯；5—炼焦煤气；6—乙烷 ；7—甲烷；8—高压富氧化煤气
2、皂泡法
将已知成分的可燃均匀混合气注入皂泡中，再在中心用电 点火化点燃中心部分的混合气，形成的火焰面能自由传播 (气体可自由膨胀)，在不同时间间隔出现半径不同的球状 焰面。用光学方法测量皂泡起始半径和膨胀后的半径，以 及相应焰面之间的时间间隔。即可计算得火焰传播速度。
《消防燃烧学》第4章 空气需要量和燃烧产物生成量
气体燃料成分表示法，体积百分数
• CO％＋H2％＋CH4％＋CnHm％＋H2S％＋CO2％＋ O2％＋N2％＋H2O％＝100％
各成分燃烧需要的氧气量之和就是气体燃
烧所需的总氧气量 由于反应方程式中各物质的系数就表示所 需的摩尔数，而认为气体的摩尔体积相同， 因此系数比就等于各气体物质的体积比
35
n>=1时的不完全燃烧
空气过剩，燃烧产物中剩余O2及相应的N2 燃烧产物中每有1m3CO，产物体积就相应
增加0.5m3 同样，燃烧产物中每有1m3H2，产物体积 就相应增加0.5m3，但水分去除将增加 1.5m3 燃烧产物中含有CH4，不会使体积增加。 但如果将水分去除，则燃烧产物中每有 1m3CH4，产物体积就相应增加2m3 36
1m3气体燃料的理论空气需要量（体积）
为
L0
L0 ,O2 21%
16
实际空气需要量
在实际设计和操作中，炉内实际消耗的空
气量与计算的理论空气量会有区别 为保证燃料完全燃烧，会增加空气量，比 理论值多一些 为得到炉内的还原性气氛，会减少空气量， 比理论值少一些
17
实际空气需要量
实际空气消耗量Ln，n值为空气消耗系数，
32
第三节 不完全燃烧产物
33
不完全燃烧
在实际炉中，有很多不完全燃烧的情况 不完全燃烧所发生的反应也是多种情况的 不完全燃烧的计算要根据具体不同的情况
进行分析，然后相应求解 并且并非所有的每一种情况都可以按静力 学方法分析求解，有时要靠实验测定
34
不完全燃烧产物生成量的变化
以成分CO、H2、CH4为例进行分析。在空
计算的实际意义
要设计炉子的燃烧装置和鼓风系统，就必
• CO％＋H2％＋CH4％＋CnHm％＋H2S％＋CO2％＋ O2％＋N2％＋H2O％＝100％
各成分燃烧需要的氧气量之和就是气体燃
烧所需的总氧气量 由于反应方程式中各物质的系数就表示所 需的摩尔数，而认为气体的摩尔体积相同， 因此系数比就等于各气体物质的体积比
35
n>=1时的不完全燃烧
空气过剩，燃烧产物中剩余O2及相应的N2 燃烧产物中每有1m3CO，产物体积就相应
增加0.5m3 同样，燃烧产物中每有1m3H2，产物体积 就相应增加0.5m3，但水分去除将增加 1.5m3 燃烧产物中含有CH4，不会使体积增加。 但如果将水分去除，则燃烧产物中每有 1m3CH4，产物体积就相应增加2m3 36
1m3气体燃料的理论空气需要量（体积）
为
L0
L0 ,O2 21%
16
实际空气需要量
在实际设计和操作中，炉内实际消耗的空
气量与计算的理论空气量会有区别 为保证燃料完全燃烧，会增加空气量，比 理论值多一些 为得到炉内的还原性气氛，会减少空气量， 比理论值少一些
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实际空气需要量
实际空气消耗量Ln，n值为空气消耗系数，
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第三节 不完全燃烧产物
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不完全燃烧
在实际炉中，有很多不完全燃烧的情况 不完全燃烧所发生的反应也是多种情况的 不完全燃烧的计算要根据具体不同的情况
进行分析，然后相应求解 并且并非所有的每一种情况都可以按静力 学方法分析求解，有时要靠实验测定
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不完全燃烧产物生成量的变化
以成分CO、H2、CH4为例进行分析。在空
计算的实际意义
要设计炉子的燃烧装置和鼓风系统，就必
民用楼燃气用气量计算公式
民用楼燃气用气量计算公式在民用楼中，燃气是一种常见的能源，用于供暖、烹饪、热水等用途。
为了合理使用燃气资源，我们需要对燃气的用量进行计算和预估。
本文将介绍民用楼燃气用气量的计算公式，并对其进行详细的解析和应用。
燃气用气量的计算公式通常包括以下几个要素，燃气消耗量、燃气热值、燃气使用时间等。
下面我们将逐个进行介绍。
1. 燃气消耗量。
燃气消耗量是指单位时间内使用的燃气量，通常以立方米（m³）为单位。
我们可以通过燃气表的读数来获得燃气的消耗量，然后根据使用时间来计算单位时间内的燃气消耗量。
例如，如果一个月的燃气表读数为100立方米，那么单位时间内的燃气消耗量为100m³/30天=3.33m³/天。
2. 燃气热值。
燃气热值是指单位燃气的热能含量，通常以千焦（kJ）或千瓦时（kWh）为单位。
不同类型的燃气其热值也会有所不同，一般来说，天然气的热值约为39-42MJ/m³，液化石油气的热值约为25-28MJ/m³。
我们可以通过查询相关的数据或询问供气公司来获得燃气的热值。
3. 燃气使用时间。
燃气使用时间是指单位时间内使用燃气的时间长度，通常以小时（h）为单位。
我们可以根据实际情况来确定燃气的使用时间，比如烹饪、供暖、热水等不同用途的使用时间会有所不同。
有了以上三个要素，我们就可以利用以下的公式来计算燃气的用气量：用气量 = 燃气消耗量×燃气热值×燃气使用时间。
例如，如果一个家庭一个月的燃气消耗量为100m³，燃气热值为40MJ/m³，燃气使用时间为300小时，那么该家庭一个月的燃气用气量为100m³× 40MJ/m³×300h = 1,200,000MJ。
在实际应用中，我们还可以根据需要对上述公式进行一些调整。
比如，如果我们想要计算某一天或某一周的燃气用气量，只需要将燃气消耗量和燃气使用时间换算成相应的单位即可。
煤气燃烧计算
一、煤气完全燃烧计算1、燃料部分3（热效应数值摘自《工业炉设计手册 第2版》P89-90，在《炼铁设计参考资料》P782也有）各种煤气成分列表如下：（成分如有变动，请相应调整）所选煤气成分列表如下： 1.3053kg/Nm 3您选择的是高炉煤气，其低位发热值Qd==3208.62kJ/Nm 3折合成千卡Q d =766.36kcal/Nm 3或Qd=766.36kcal/Nm3÷1.3053kg/Nm3=587.13=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煤气燃烧计算则所选煤气分子当量=2×2.300%+28×23.400%+16×0.000%+28×0.000%+42×0.000%+44×14.600%+28×54.700%+18×5.00%+32×0.000%+44×0.000%+58×0.000%=则所选煤气29.2380kg/kmol÷22.4Nm3/kmol=3208.62kJ/Nm3÷4.1868kJ/kcal=2、完全燃烧计算表设有 1.000Nm3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、完全燃烧实际理论燃烧温度计算实际理论燃烧温度t li 计算公式如下：式中，t li ：为计算的实际理论燃烧温度，℃V、c：实际燃烧产物体积及产物平均比热容，单位分别是：Nm 3，kJ/(Nm 3·℃)Q：煤气发热量，kJV r 、c r 、t r ：煤气的体积、平均比热和温度，单位分别是：Nm 3，kJ/(Nm 3·℃)，℃V a 、c a 、t a ：助燃空气的体积、平均比热和温度，单位分别是：Nm 3，kJ/(Nm 3·℃)，℃n%：燃烧室热效率，这里设定n%=100%⑴煤气平均比热计算注：将涉及到的单一气体平均比热计算公式列如下：单位：kJ/（Nm 3·℃）（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）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：()%r r r a a a li Q V c t V c t n t Vc++⨯=2326(0.386160.22100.081810) 4.1868626.9CO c t t t --=+⨯-⨯⨯（<℃）2273.1[(0.71428308.38lg153.4)] 4.186820001000CO t c t t t +=--÷⨯（<℃）23(0.31410.0424110) 4.1868626.9O c t t -=+⨯⨯（<℃）2273.1[(0.42143113.07lg 55.74)] 4.186830001000O t c t t t +=--÷⨯（<℃）2326(0.31030.0124100.0178610) 4.1868626.9N CO c t t t --=+⨯+⨯⨯、、空气（<℃）2273.1[(0.41844148.33lg 65.28)] 4.186830001000N CO t c t t t +=--÷⨯、、空气（<℃）3(0.355350.031710) 4.1868100c t t -=+⨯⨯H2O(气)（<℃）31(0.35010.0578100.26) 4.1868526.9c t t t-=+⨯+⨯⨯H2O(气)（<℃）273.11000[(0.68973850.63lg117.298.6)] 4.186830001000273.1t 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要根据烃类比热计算,烃类平均比热表如下：（单位：kJ/(Nm 3·℃)）（参考自《硅酸盐工业热工基础》P240 表4-14）按照插入法计算,20℃时各种烃类平均比热计算结果如下，计算结果在下列相应温度区间列出273.11000[(0.68973850.63lg117.298.6)] 4.186830001000273.1t c t t t t +=---÷⨯+H2O(气)（<℃）2326(0.31120.00375100.010410) 4.1868726.9H c t t t --=-⨯+⨯⨯（<℃）2273.11000[(0.4652585.93lg111.60.6)] 4.186830001000273.1H t c t t t t +=---÷⨯+（<℃）43(0.36860.3310) 4.1868726.9CH c t t -=+⨯⨯（<℃）4273.1[(1.20533822.37lg477.1)] 4.186811001000CH t c t t t +=--÷⨯（<℃）按照上表计算的20℃时各种烃类平均比热，来计算煤气的平均比热：3所以煤气平均比热cr=c H2H 2+c CO CO+c CH4CH 4+c C2H4C 2H 4+c C3H6C 3H 6+c CO2CO 2+c N2N 2+c H2O H 2O+c O2O 2+c C3H8C 3H 8+c C4H10C 4H 10==1.3587kJ/(Nm 3·℃)⑵实际理论燃烧温度计算由于温度小于2000℃，下表按照插入法计算的CO2的平均比热值略过，不能使用 1.6399实际理论燃烧温度t li =（Q＋V r c r t r ＋V a c a t a ）n%/（Vc）=-151.28=[(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 ℃)]==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%=（上表中2000～2500℃CO 2的平均比热值参考自《燃料与燃烧》P268=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%=29.238 0.000%=kcal/kg）（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）α=1.500时的实际空气量和实际烟气量如下：2273.1[(0.71428308.38lg153.4)] 4.186820001000CO t c t t t +=--÷⨯（<℃）2273.1[(0.42143113.07lg 55.74)] 4.186830001000O t c t t t +=--÷⨯（<℃）2273.1[(0.41844148.33lg 65.28)] 4.186830001000N CO t c t t t +=--÷⨯、、空气（<℃）31(0.35010.0578100.26) 4.1868526.9c t t t-=+⨯+⨯⨯H2O(气)（<℃）43(0.36860.3310) 4.1868726.9CH c t t -=+⨯⨯（<℃）4273.1[(1.20533822.37lg477.1)] 4.186811001000CH t c t t t +=--÷⨯（<℃）kJ/(Nm 3·℃)kJ/(Nm 3·℃)399kJ/(Nm3·2的平均比热值参考自《燃料与燃烧》P268）值插入法计算。
第4讲 燃气燃烧的火焰传播
S n ∝ T01.5~ 2
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第三节影响火焰传播速度的因素 温度影响：
火焰温度
♦ 加速明显 ♦ 机理复杂
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第三节影响火焰传播速度的因素 压力影响：
反应速度加快 压力 上升 密度增大，热容增加。
Sn ∝ p
(n − 2 ) 2
n<2: 压力↑ 传播速度↓ n>2: 压力↑ 传播速度↑ 压力↑ 燃烧强度↑
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第三节影响火焰传播速度的因素 添加气影响：
改变物理性 质，或起催 化作用； 范例： CO+H2O
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第三节影响火焰传播速度的因素 添加气影响：
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第二节法向火焰传播速度的测定 法向火焰传播速度的测定：
静力法：可燃混合物静止，火焰运动
♦ 管子法 ♦ 皂泡法
动力法：可燃混合物运动，火焰静止
♦ 本生火焰法 ♦ 平面火焰法
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第二节法向火焰传播速度的测定 管子法：
气流紊动加剧， 火焰面弯曲 管径 散热影响大， 传播减速 临界直径
管子法：
直观 可见火焰传播速度 受直径影响大
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第二节法向火焰传播速度的测定
本生火焰法： 外锥 内锥 部分 预混 气体
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cos ϕ vn = S n v=
微团的脉动速度小于层流 火焰传播速度
燃气燃烧计算
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（2）按经验公式计算
当 Hl<10500 kJ/m3
0.209 V0 = Hl 1000 0.26 V0 = H l − 0.25 1000
当 Hl>10500 kJ/m3
对于烷烃类燃气(天然气、石油伴生气、液化石油气） 对于烷烃类燃气(天然气、石油伴生气、液化石油气）
0.268 V0 = Hl 1000
(
)
(
)
Qc = qc ⋅ H l
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3.理论燃烧温度的影响因素 3.理论燃烧温度的影响因素 (1)一般而言，燃气的热值越高， (1)一般而言，燃气的热值越高，则理论燃烧温度也越 一般而言 高； (2)燃烧区过剩空气系数大小的影响； (2)燃烧区过剩空气系数大小的影响； 燃烧区过剩空气系数大小的影响 (3)预热燃气或空气，提高其物理热量， (3)预热燃气或空气，提高其物理热量，会使理论燃烧 预热燃气或空气 温度升高。 温度升高。
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0.24 V0 = Hh 1000
6
(二)实际空气需要量
V 过剩空气系数： 过剩空气系数： α = V0
工业设备 民用燃具
α = 1.05 ~ 1.20 α = 1.3 ~ 1.8
实际空气需要量： 实际空气需要量：
V = α ⋅V0
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1.理论烟气量定义 1.理论烟气量定义 1m3燃气供以理论空气量完全燃烧后产生的烟 气量。单位：m3/m3 气量。单位： 2.理论烟气成分 2.理论烟气成分 CO2 , SO2 , H2O , N2
氮气体积： 氮气体积：
V
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H O(g) 0.804 kg/ Nm 3
2
vH 2O(g) 1.243 Nm 3 /kg
思考： 热值的两个单位kJ/Nm3和kJ/kmol之间如何进行转换？
2、干燃气（混合气体）的热值
H=∑Hiri
Hi：燃气中某一可燃组分的热值，kJ/Nm3；
ri：燃气中某一可燃组分的容积百分比。
3、燃气的组分表示
燃气燃烧计 算的内容 • 燃烧所需的空气量 • 燃烧产生的烟气量 • 燃烧温度的确定 • 烟气焓的计算
第一节 燃气的热值
一、燃烧的条件
燃烧：燃气中的可燃成分在一定条件下与氧发生 激烈的氧化反应，并产生大量的热和光的 物理化学过程。
燃烧必须具 2、进行反应所需的能量 备的条件 3、具有完成反应所需的时间
O2
燃气完全燃烧时，存在
N2 100 RO2 O2
第五节
例题
已知炼焦煤气的容积成分如下：H256%，CO6%， CH422%，C2H62%，CO23%，N210%，O21%。 煤气的含湿量dg=0.0125kg/Nm3干燃气，空气的含湿量 da=0.01kg/Nm3干空气，煤气与空气的温度tg=ta=20℃。 试求：（一）高热值及低热值 （二）燃烧所需的理论空气量 （三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时)
１、理论烟气量
( Vf0 H l )
H l 12600kJ / Nm 3的燃气， H Vf0 0.173 l 1.0 1000
炼焦煤气， 0.272H l 0 Vf 0.25 1000
烷烃类燃气， Vf0 0.239 Hl a 1000
式中：天然气，a 2；石油伴生气，a 2.2；液化石油气，a 4.5。
0 3 3 VN 0 . 79 V 0 . 01 N 3 . 15 N m / N m 干燃气 0 2 2
0 0 3 3 Vf0 VRO 2 VH V 4 . 62 N m / N m 干燃气 N2 2O
Vf0
0.272 H l 0.25 4.6 Nm 3 / Nm 3干燃气 1000
所需的干空气量。 单位：Nm3干空气/Nm3干燃气
1、理论公式 V0的计算：求出每Nm3干燃气完全燃烧所需要的氧气量， 进而可求出对应的干空气量。
V0 1 1 n 3 1 [ H 2 ( m )Cm H n H 2S CO O 2 ] 21 2 4 2 2
2、近似公式
燃气的热值越高，所需的理论空气量越大。
单组分燃气的低位热值计算方法
几种常见气体在298.15K时的焓，查《纯物质热化学数据手册》
（二）燃烧所需的理论空气量
1 n [0.5H 2 0.5CO (m )Cm H n 1.5H 2S O 2 ] 21 3 4 3 3.86 Nm 干空气 / Nm 干燃气 0.26 15990 V0 H l 0.25 0.26 0.25 3.9 Nm 3干空气 / Nm 3干燃气 1000 1000 V0
b)实际烟气量(α=1.2)
VRO 2 0.01(CO 2 CO mCm H n H 2S) 0.35 Nm 3 / Nm 3干燃气
n VH 2 O 0.01[H 2 H 2S Cm H n 120(d g V0d a )] 1.13 Nm 3 / Nm 3干燃气 2
第四讲
燃气的燃烧计算
李萍 2013年5月
绪论
燃气：各种气体燃料的总称
按 制 备 方 法 分 类 天然气：纯天然气、石油伴生气 液化石油气 人造燃气 煤制气：炼焦煤气、水煤气等
油制气：热裂解～、催化裂解～
按组分分类
可燃气体：CmHn、H2、CO、H2S
不可燃气体：N2、CO2、O2、H2O（g）
• 燃气热值的确定
1、燃气和氧气按一定比例呈分子状态混合
二、燃烧反应化学计量式
CH4+2O2=CO2+2H2O+ΔH
表示物质量之间的关系。 由于各种气体的摩尔体积近似相等，故也可表示气体 容积之间的关系。 ΔH称为反应焓、燃烧焓或燃气热值，可由燃烧试验确 定或者由反应前后物系的焓差确定。
各种燃气的化学反应计量式：
高热值Hh：1Nm3或1kmol燃气完全燃烧后被冷却至 原始温度且水蒸气以凝结水状态排出时所
放出的热量。
所以
单位：kJ/Nm3或kJ/kmol
低热值Hl：～，水蒸气以蒸汽状态排出。 高热值Hh －低热值Hl ＝水蒸气的汽化潜热r
r=1959kJ/Nm3 水蒸气v=22.4Nm3/kmol 水蒸气M=18.0154kg/kmol ∴ r=2352kJ/kg
方法一：用某一组分所占燃气的容积百分比表示。
∑riw =1
方法二：某一组分占干燃气的容积百分比，外加含湿量。
含湿量dg单位：kg/Nm3干燃气
第二节 燃烧所需的空气量
一、空气的组成 干空气的容积成分：O221%、N279％
N 2 79 3.76 O 2 21
二、理论空气需要量
理论空气需要量V0：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧
VH 2O n 0.01[H 2 H 2S C m H n 1.243(d g V0 d a )] 2
VN2 0.79V0 0.01N 2
VO2 0.21( 1)V0
Vf VRO2 VH 2O VN 2 VO2
三、烟气量计算的近似公式
V0 H l
当燃气的Hl<10500kJ/Nm3时，
0.209 V0 Hl 1000
当人造燃气的Hl>10500kJ/Nm3时，
0.26 V0 化石油气）采用
0.268 V0 Hl 1000
三、实际空气需要量
实际空气需要量V>理论空气需要量V0 过剩空气系数：
V V0
工业设备中，＝1.05～1.20 ；民用燃具中＝1.3～1.8。
在保证完全燃烧的情况下，使 →1.0。
第三节 完全燃烧产物的计算
一、烟气量
烟气: 燃气燃烧后的产物。 烟气量：含有1Nm3干燃气的湿燃气完全燃烧后产生
的烟气量。
单位：Nm3/ Nm3干燃气
RO2(包括CO2、SO2)、N2、H2O RO2 、N2、H2O、O2
（三）完全燃烧时的烟气量(当α=1和α=1.2时) a)理论烟气量(=1)
VRO 2 0.01(CO 2 CO m Cm H n H 2S) 0.35 Nm 3 / Nm 3干燃气 n 0 3 3 VH 0 . 01 [ H H S C H 120 ( d V d ) ] 1 . 12 N m / N m 干燃气 O 2 2 m n g 0 a 2 2
n n Cm H n (m )O 2 mCO 2 H 2O ΔH 4 2 1 CO O 2 CO 2 ΔH 2 1 H 2 O 2 H 2O ΔH 2 3 H 2S O 2 SO 2 H 2O ΔH 2
三、燃气热值的确定
1、高热值、低热值
0 VN 0.79V0 0.01N 2 2
式中
0 0 Vf0 VRO 2 VH V N2 2O
dg，燃气含湿量，kg/Nm3干燃气
da，空气含湿量，kg/Nm3干空气
2、 α>1时的实际烟气量
VRO 2 VCO 2 VSO 2 0.01(CO 2 CO m Cm H n H 2S )
解:
(一)高热值及低热值
H h H h1 r1 H h2 r2 H h3 r3 H h4 r4 12753 0.56 12644 0.06 39842 0.22 70351 0.02 18073kJ / Nm 3干燃气
H l H l i ri 15990 kJ / Nm 3干燃气
=1 >1
理论烟气量 实际烟气量
思考：完全燃烧时，烟气中的RO2 的体积与供给的
空气量有关吗？
二、烟气量计算的理论公式
1、 =1 时的理论烟气量
VRO 2 VCO 2 VSO 2 0.01(CO 2 CO m Cm H n H 2S )
V
0 H 2O
n 0.01[H 2 H 2S C m H n ] 1.243(d g V0 d a ) 2
VN 2 0.79V0 0.01N 2 3.76 Nm 3 / Nm 3干燃气
VO 2 0.21( 1)V0 0.16 Nm 3 / Nm 3干燃气
Vf VRO 2 VH 2 O VN 2 VO 2 5.4 Nm 3 / Nm 3干燃气
Vf Vf0 ( 1)V0 5.39 Nm3 / Nm3干燃气
2、实际烟气量（ >1 ）
Vf Vf0 ( 1)V0
四、烟气的密度
标准状态下的烟气密度：
dr g 1.293V0 d g V0 d a
f0
Vf
第四节
完全燃烧时 的确定
燃气中干燃气的容积成分：
H2+CO+ΣCmHn+H2S+O2+CO2+N2=100
完全燃烧后得到的干烟气的容积成
CO2 SO2 N2 O2 100
烟气中的 RO2 和 O2 可以通过烟气分析仪测得。
α的确定
O2 21 79 N 2 RO2 N2 CO 2 CO m Cm H n H 2S 21
21 79
21
N 2 RO2 100 RO2 O2 CO 2 CO m Cm H n H 2S