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第二章 燃料及燃烧计算

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第二章 燃料及燃烧计算

第二章 燃料及燃烧计算

第二章 燃料及燃烧计算
6.常用燃料的种类、性质和用途 一、冶金生产常用煤气有高炉煤气，焦炉煤气，发生炉
煤气，天然煤气。 A、高炉煤气
• 高炉煤气是炼铁生产的副产品，冶炼每吨生铁大约得到 4000标米3的煤气 。 • 主要可燃成分为CO，含量随着炼铁生产波动而波动，一般 不超过三分之一。大量是不可燃的N2，含量超过50%，CO2 含量超过10%。 • 高炉煤气发热量很低，仅3560~3980kJ/m3，一般与焦炉煤 气混合使用。
三、固体燃料 木材、木炭、煤、焦炭、粉煤等都是固体燃料，在 冶金生产中有实用意义的是煤、焦炭和粉煤。 A、煤 • 我国煤的特点是：
煤质优良，储量丰富，分布普遍。 • 按照煤的生成过程，煤可分为四类：
泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤。 • 泥煤年龄最轻，无烟煤最老。 • 工业上应用最多的是烟煤。
24
第二章 燃料及燃烧计算
热能、、黄铁
矿硫、硫酸盐硫）存在形式。前两种硫能燃烧放热，计算中把它
们当作自由存在的硫，并统称挥发硫。最后一种硫不能燃烧，它
以各种硫酸盐的形式存在于燃料中
水分[H2O]：是有害组成物。本身不能放热，还要吸收大量 热以加热其蒸汽至燃烧产物的温度。
灰分[A]：是最有害的组成物。燃料中的灰分就是一些不能
故气体燃料的湿成分不具有代表性在一般的情况下气体燃料的化学组成用干成分表示而气体燃料在使用时所具有的实际成分为湿成分所以湿成分是气体燃料的供用成分在进行燃烧计算时必须以湿成分为依据
冶金炉热工基础
山东工业职业学院 冶金学院
1
第二章 燃料及燃烧计算
2.1冶金企业常用燃料
1.燃料的定义 凡是在燃烧时(剧烈地氧化)能够放出大量的热，并
6
第二章 燃料及燃烧计算

燃料及燃烧2 燃烧计算及燃烧理论

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。
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
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（%）
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）
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

燃料及燃烧
22.4 C 用 H 用 S 用 N 用 W 用 V0 ( ） 0.79 L0 100 12 2 32 28 18
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。

锅炉第二章题库答案

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第二章燃料与燃烧计算一、名词解释1、发热量：单位质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量。

2、高位发热量：1kg燃料完全燃烧后所产生的热量，包括燃料燃烧时所生成的水蒸气的汽化潜热。

3、低位发热量：高位发热量中扣除全部水蒸气的汽化潜热后的发热量。

4、标准煤：规定收到基低位发热量Qnet，ar =29308kJ/kg的煤。

6、煤的挥发分：失去水分的干燥煤样置于隔绝空气的环境下加热至一定温度时，煤中的有机物分解而析出的气态物质的百分数含量。

7、油的闪点：油气与空气的混合物与明火接触发生短暂的闪光时对应的油温。

8、完全燃烧：燃烧产物中不再含有可燃物的燃烧。

9、不完全燃烧：指燃料的燃烧产物中还含有某些可燃物质的燃烧。

10、理论空气量：1kg收到基燃料完全燃烧，而又无过剩氧存在时所需的空气量。

11、过量空气系数：实际供给的空气量与理论空气量的比值。

12、理论烟气量：供给燃料以理论空气量，燃料达到完全燃烧，烟气中只含有二氧化碳、二氧化硫、水蒸气及氮气四中气体时烟气所具有的体积13、烟气焓：1kg固体、液体燃料或标准状态下1m³气体燃料燃烧生成的烟气在等压下从0℃加热到某一温度所需的热量。

二、填空1、煤的元素分析法测定煤的组成成分有碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分，其中碳、氢、硫是可燃成分，硫是有害成分。

2、煤的工业分析成分有水分、挥发分、固定碳和灰分。

3、表征灰的熔融特性的四个特征温度为变形温度、软化温度、半球温度和流动温度。

4、煤的炭化程度越深，其挥发分含量越少，着火温度越高，点火与燃烧就越困难。

5、煤的成分分析基准常用的有收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基。

6、理论水蒸气体积，包括燃料中氢完全燃烧生成的水蒸气、燃料中水分受热蒸发形成的水蒸气、理论空气量带入的水蒸气三部分。

0带进烟气中的水蒸气体积为V k0 m3/kg。

7、随同理论空气量Vk8、烟气成分一般用烟气中某种气体的所占干烟气总体积的体积百分数含量来表示。

燃料燃烧计算

燃料燃烧计算

第三章 燃料及燃烧过程3-2 燃料燃烧计算一、燃料燃烧计算的内容及目的（一）计算内容：①空气需要量 ②烟气生成量 ③烟气成分 ④燃烧温度 （二）目的：通过对以上内容的计算，以便正确地进行窑炉的设计和对运行中的窑炉进行正确的调节。

二、燃烧计算的基本概念 （一）完全燃烧与不完全燃烧。

1、完全燃烧：燃料中可燃成分与完全化合，生成不可再燃烧的产物。

2、不完全燃烧：化学不完全燃烧：产物存在气态可燃物。

物理不完全燃烧：产物中存在固态可燃物。

（二）过剩空气系数 1、过剩空气系数的概念а=V a /V 0a2、影响过剩空气系数的因素：1）燃料种类：气、液、固体燃料，а值不同； 2）燃料加工状态：煤的细度、燃油的雾化粘度。

3）燃烧设备的构造及操作方法。

3、火焰的气氛：①氧化焰：а>1，燃烧产物中有过剩氧气。

②中性焰：а=1③还原焰：а<1，燃烧产物中含还原性气体（CO 、H 2）三、空气需要量、烟气生成量及烟气成分、密度的计算（一）固体、液体燃料：基准：计算时，一般以1kg 或100kg 燃料为基准，求其燃烧时空气需要量、烟气生成量。

方法：按燃烧反映方程式，算得氧气需要量及燃烧产量，然后相加，即可得空气需要量与烟气生成量。

1、理论空气量计算： 1）理论需氧量： V 0O2=12ar C +4ar H +32ar S －32ar O(Nm 3/kgr)2）理论空气量：V 0a =1004.22（12ar C +4ar H +32ar S －32ar O ）21100=0.089C ar +0.267H ar +0.033(S ar -O ar ) (Nm 3/kgr)2、实际空气量计算： V a =а×V o a3、理论烟气生成量的计算：V 0L =V CO2+V H2O +V SO2+V N2=1004.22 (12ar C +2ar H +18ar M +32ar S +28arN )×V o a +0.79V o a =0.01865C ar +0.112H ar +0.01243M ar +0.0068S ar +0.008N ar +0.79V o a4、实际烟气生成量的计算： 1）а>1时，V L = V 0L +(а-1)×V o a2）а<1时，在工程上进上近似认为其燃烧产物中只含有CO 一种可燃气体。

第二章 燃料及燃料燃烧计算

第二章 燃料及燃料燃烧计算
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(二）各类煤质的燃烧特性
烟煤 含碳量较无烟煤低 40％～70％； 挥发分含量较多 20％～40％，易点燃，燃烧快，火焰长； 氢含量较高 发热量较高。 褐煤
碳化程度低，含碳量低 约为40～50%，
水分及灰分很高 发热量低； 挥发分含量高 约40～50%，甚至60%，挥发分的析出温度 低，着火及燃烧均较容易。
热量。
约占2％～6％。 多以碳氢化合物的形式存在。
3、氧（O）和氮（N）
不可燃元素。 氧含量变化很大，少的约占1％～2％，多的占40％ 氮的含量约占0.5％～2.5％。
5
一、煤的成分及分析基准
4、硫（S）
有害成分，约占2％，个别高达8％～10％。 存在形式：
① 有机硫（与C、H、O等结合成复杂的有机物）
第二章 燃料及燃料燃烧计算
燃料的成分及其主要特性 燃料燃烧计算 烟气分析方法 空气和烟气焓的计算
1
§2.1 燃料的成分及其主要特性
燃料:
核燃料 有机燃料 固体燃料（煤、木料、油页岩等）
有机燃料 :
液体燃料（石油及其产品） 气体燃料（天然气、高炉煤气、焦炉煤气等）
电厂锅炉以煤为主要燃料，并尽量利用水分和灰分含
Q Q 226 H d , n, et p d , gr d
干燥基 高位发热量与低位发热量之间的换算： 干燥无灰基 高位发热量与低位发热量之间的换算： Q Q 226 H daf , net , p daf , gr daf
18
（一）煤的发热量
高位发热量(Qgr) 各基准间的换算采用表2-1换算系数
为反映煤的燃烧特性，电厂煤粉锅炉用煤还以VAMST及Q法 分类
28
(二）各类煤质的燃烧特性

燃料燃烧、空气量、烟气量计算

燃料燃烧、空气量、烟气量计算

元素 C
重量（g） 摩尔数（mol） 需氧量（mol）
855
71.25
71.25
H
113
56.5
28.25
S
10
0.31
0.31
O
20
0.625
—
N2
2
—
—
燃烧1kg重油所需要的氧气量为： 71.25 + 28.25 + 0.31 － 0.625 =99.185 （mol/kg）
则理论空气量Va0 =（3.78+1）×99.185×22.4/1000 = 10.62 （m3/kg）
气量和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）。
解：
元素
重量（g） 摩尔数（mol）需氧量（mol）
C
657
54.75
54.75
S
17
0.53
0.53
H
3216Leabharlann 8H2O90
5
0
O
23
0.72
-0.72
污染物排放量的计算
①理论空气量
Va 0
(54.75
0.53
8 0.72) 1000
4.76 22.4
所以实际烟气体积Vfg=V0fg + V0a(α-1) = 11.01+10.47×（1.2-1）= 13.10 m3N/kg
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
量时可以忽略； e)燃料中氮主要被转化成氮气N2； f）燃料的化学式设为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代

第2章 燃料及燃烧计算=长沙理工大学锅炉原理

第2章 燃料及燃烧计算=长沙理工大学锅炉原理

煤的可磨性系数与磨损指数
煤的可磨性系数：
国际标准：哈德格罗夫法（Hardgrove法），测定哈氏可磨性指数HGI
煤的磨损性指数 表示磨损的轻重程度；旋转磨损试验仪；冲刷式磨损试验仪：Ke＝E/At
Page 14
Principles of Boiler
2013-8-2
长沙理工大学能动学院
煤的分类
我国动力煤的分类（分类依据: Vadf）
氧)可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化学反应方程式求得
V 0 1 (1.866 C a r 5.56 H a r 0.7 S a r - 0.7 O a r ) 0.21 100 100 100 100
0.0889(Car 0.375Sar ) 0.265H ar 0.333Oar
0 O Vy0 VRO2 VN2 VH 2O
(Car 0.375Sar ) N 0.8 ar 0.79V 0 100 100 H ar M ar 11.1 1.24 0.0161V 0 , Nm3 / kg 100 100 1.866
Page 15 Principles of Boiler 2013-8-2
长沙理工大学能动学院
煤的类型
无烟煤
碳化程度高，含碳量很高，达95%，杂质很少，发热量很高,约 为25000～32500 kJ/kg；
挥发份很少，小于10%，Vdaf析出的温度较高（可达400℃），着 火和燃尽均较困难,储存时不易自燃 褐煤 碳化程度低，含碳量低，约为40～50%，水分及灰分很高，发热 量低, 约10000～21000 kJ/kg； 挥发分含量高，约40～50%，甚至60%，挥发分的析出温度低 （＜200℃），着火及燃烧均较容易

第二章 燃料与燃烧计算

第二章 燃料与燃烧计算
煤进入G.L中的一种自然的燃烧过程 1.预热、干燥：温度>100 ℃ ——水分测定： 2.挥发分析出：温度>130 ℃ ，析出—— Vdaf测定 Vdaf主要成分：CH化合物、H2、CO 、H2S等可燃气体
O2、CO2、N2等不可燃气体
Vdaf是煤分类的重要依据
三、燃料的燃烧特性（之二）
燃烧过程——是一种剧烈的氧化反应，
分析如何反应 ？
评价锅炉的好坏炉子的好坏燃料的优劣
①可燃物有哪些，有多少？
②易燃物有哪些，有多少？
③其他成分有哪些，有多少？
一、燃料元素分析：
燃料成分：C H O N S A M
C——主要可燃元素，32866kJ/㎏碳 占50－ 95％（煤）。含碳量越高,Q发热值越大，着火、 燃烧均困难。C与H、O、N、S呈结合物存在。
?不同的煤其元素成分含量不同由于成分在变不同情况下用不同的基表达?基质量百分数或体积百分数?1
第二章 燃料与燃烧计算
目的：了解燃料特性，掌握燃烧计算 要求：1.掌握燃料的元素成分的分析及其表达
（四种基的定义及换算） 2.了解燃料的分类及特点 3.掌握燃料的燃烧特性 4.熟练掌握燃料燃烧所需提供的空气量、燃
A——不可燃矿物质，10~50％（固体），随煤 的形成、 开采条件而变。（主要杂质） A越 大， 着火困难，受热面易积灰；灰熔点低，亦 易积灰；易磨损，污染。液体中不超过0.1%；
Hale Waihona Puke 一、元素分析：M——主要杂质；含量2~5％—50~60%（固体）， 1~3%（液体）。
分内在水分（Minh）、外在水分(Mf)。 外水分：附着、润湿在表面及大毛细孔中的水分； 内水分：吸附、凝聚在内部的毛细孔中的水分； 水分含量越大，发热值越低；

第2章 燃烧物理学基本方程

第2章 燃烧物理学基本方程

[
]
[
]
[
]
∂u 2 ∂v 2 ∂w 2 Φ = 2 µ + + ∂x ∂y ∂z ∂u ∂v 2 ∂v ∂w 2 ∂w ∂u 2 2 ∂u ∂v ∂w 2 + µ + + + ∂y ∂x ∂z ∂y + ∂x + ∂y − 3 µ ∂x + ∂y + ∂z
r ∂ρ + div (ρv ) = 0 ∂t
基本守恒方程
动量守恒方程 运动方程、 运动方程、Navier-Stokes方程 方程 体积力： 体积力：重力、磁力等
DV ρ = f Dt
表面力：压力、粘性力等 表面力：
基本守恒方程
动量守恒方程
∂u Du ∂u ∂u ∂u ρ = ρ + u +v +w ∂t Dt ∂x ∂y ∂z ∂p ∂ ∂u 2 ∂u ∂v ∂w = − + 2 µ − µ + ∂x ∂y + ∂z ∂x ∂x ∂x 3 ∂ ∂u ∂v ∂ ∂w ∂u + µ + + µ + + (∑ ρ i Fi )x ∂y ∂x ∂z ∂y ∂x ∂z
基本守恒方程
二维边界层守恒方程
普朗特提出了边界层的概念，假设： 普朗特提出了边界层的概念，假设：
在边界层内垂直于壁面的速度远小于平行于壁面的 速度； 平行于壁面方向的速度梯度、温度梯度以各组分浓 度梯度远小于垂直于壁面方向的相应梯度； 垂直于壁面的压力梯度近似等于零。

2第二章 燃料及燃料燃烧计算

2第二章 燃料及燃料燃烧计算

第二章 燃料及燃料燃烧计算第一节 燃料的成分及其主要特性一、煤的成分及分析基准元素分析测出煤的有机物由碳（C ）、氢（H ）、氧（O ）、氮（N ）、硫（S ）五种元素组成。

工业分析测出煤的组成成分为水分（M ）、挥发分（V ）、固定碳（FC ）和灰分（A ）。

（一）煤的组成成分及其性质煤由碳（C ）、氢（H ）、氧（O ）、氮（N ）、硫（S ）五种元素成分及灰分（A ）、水分（M ）组成。

煤中各组成成分的含量，通常以它们各自质量占总质量的百分数表示。

1、碳（C ）碳是煤中主要可燃元素，其含量约占20%～70%（指收到基，下同）。

1kg 碳完全燃烧约放出32866kJ 的热量。

碳是煤的发热量的主要来源。

煤中碳的一部分与氢、氧、硫等结合成有机物，在受热时会从煤中析出成为挥发分；另一部分则呈单质称为固定碳。

煤的地质年代越长，碳化程度越深，含碳量就越高，固定碳的含量相应也越多。

固定碳不易着火，燃烧缓慢。

因此，含碳量越高的煤，着火及燃烧越困难。

2、氢（H ）煤中氢元素含量不多，约为2%～6%，且多以碳氢化合物状态存在，但氢却是煤中发热量最高的可燃元素。

氢的含量愈高，煤就愈易着火和燃尽。

3、氧（O ）和氮（N ）氧和氮都是煤中的不可燃元素。

氧与碳、氢化合将使煤中的可燃碳和可燃氢含量减少，降低了煤的发热量；氮则是有害元素，煤在高温下燃烧时，其所含氮的一部分将与氧化合而生成X NO ，造成大气污染。

4、硫（S ）煤中硫的含量一般不超过2%，但个别煤种高达8%～10%。

硫在煤中以三种形式存在，即有机硫（与C 、H 、O 等元素结合成复杂的化合物）、黄铁矿（2FeS ）和硫酸盐硫（如4CaSO 、4MgSO 、4FeSO 等）。

硫的危害：硫的燃烧产物是2SO ，其一部分将进一步氧化成为3SO 。

3SO 与烟气中的水蒸汽结合成硫酸蒸汽，当其在低温受热面上凝结时，将对金属受热面造成强烈腐蚀；烟气中的3SO 在一定条件下还可造成过热器、再热器烟气侧的高温腐蚀。

第二章-燃料及燃料燃烧计算

第二章-燃料及燃料燃烧计算

灰分（Ash）： 煤中不可燃矿物杂质，成分十分复杂，大多数煤的灰分 含量7%~40%。
1）A 可燃物减少，Qdw ，着火困难，灰渣量增加，运行 操作繁重；
2）A 且ST ，炉内易结渣，使受热面传热恶化， D
3）A
，烟气流速wy
wy wy
对流受热面磨损严重 对流受热面积灰、堵灰，传热系数K
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100% 2.空气干燥基ad； 表示在不含外在水分的条件下，燃料各组成成分的质量 百分数总和， 是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。
Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%
3. 干燥基d； 表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质量百 分数总和 干基中各成分不受水分变化的影响
与燃烧容易。
VAMST分类标准
四、液体燃料和气体燃料
锅炉燃用的液体燃料主要是重油和渣油。
重油——是石油提炼汽油、煤油和柴油后的剩余物， 渣油——是进一步提炼后的剩余物。 重油
重油的成分与煤一样，也是由碳、氢、氧、氮、硫和灰 分、水分组成。它的主要元素成分是碳和氢，其含量甚 高(Car=81~87%，Har=11~14%)，而灰分、水分的含量很
空气中只有O2和N2成分，其容积比为： 气体容积计算的单位均为Nm3/kg。
Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100% 4. 干燥无灰基daf； 表示在不含水分和灰分的条件下，干燥无灰燃料各组成 成分的质量百分数总和， 干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分 和灰分变化的影响， 煤炭交易。

燃烧学整理内容

燃烧学整理内容

第二章燃料的燃烧计算完全燃烧与不完全燃烧燃料燃烧时所需空气量及烟气生成量烟气分析燃烧设备的热平衡计算中的简化微量的稀有气体所有气体都作为理想气体不考虑烟气的热分解和灰质的热分解产物略去空气中和CO2第一节燃料燃烧所需空气量计算一、燃料燃烧所需理论空气量理论空气量即根据化学反应式计算出来的燃料完全燃烧时所需空气量。

Nm3干空气/kg燃料，Nm3干空气/Nm3燃料，V0液体燃料与固体燃料燃烧所需理论空气量气体燃料燃烧所需理论空气量二、燃料燃烧时实际空气需要量空气系数实际空气需要量第二节完全燃烧时烟气的计算一、液体燃料与固体燃料烟气的计算理论烟气量的计算实际烟气量的计算烟气焓的计算燃料理论燃烧温度二、气体燃料烟气的计算理论烟气量的计算实际烟气量的计算第三节不完全燃烧时烟气量的计算一、液体燃料与固体燃料二、气体燃料三、燃料不完全燃烧烟气量与完全燃烧烟气量的关系第四节烟气分析计算一、成分的检验方法二、空气系数的检测计算三、燃料不完全燃烧损失计算四、奥氏烟气分析器第五节燃烧设备的热平衡第三章燃烧化学反应动力学基础化学反应动力学是研究化学反应机理和化学反应速度及其影响因素的一门学科一·基本概念单相系统与单相反应：在一个系统内各个组成都是同一物态，则称此系统为单相系统。

在此系统内进行的化学反应，则称单相反应。

多相系统与多相反应：在一个系统内各个组成不属同一物态，则称此系统为多相系统。

在多相系统内进行的化学反应，则称多相反应。

分子反应：单分子反应------化学反应时只有一个分子参与反应，I2=2I双分子反应------反应时有两个不同种类或相同种类的分子同时碰撞而发生的反应，CO2+H2 CO+H2O三分子反应------反应时有三个不同种类或相同种类的分子同时碰撞而发生的反应，2CO+O2=CO2简单反应与复杂反应：一个反应是由若干个单分子或双分子间或三分子反应相继实现，成为复杂反应；而组成复杂反应的各基本反应则称之为简单反应或基元反映级反应：一级反应、二级反应、三级反应，反应速度与反应物浓度的几次方成比例就是几级反应，或反应级数是几就是几级反应浓度：摩尔浓度、千克浓度、分子浓度、相对浓度等。

燃料及燃料燃烧计算

燃料及燃料燃烧计算
注：一般煤的元素分析、工业分析以及发热量等测定都要求煤的分 析基试样。
不同基之间的换算关系(以C元素为例)：
已知收到基，计算分析基成份：
1kg收到基： 1 100 Mar x 100 M ad
100
100
x 100 M ar 100 M ad
Car
Car
Cad

100 x
热值为8300～10500kJ/Nm3
液体燃料：锅炉燃用的油主要是重油和柴油
重油：由不同成分的炭氢化合物组成的复杂混合物，由碳、 氢、氧、氮、硫、灰份、水分等组成，Car＝81～87％，Har ＝11～14％，Sar，Oar，Nar总量约为1～3％，Mar=1～3%， Aar<1%，Qar,net,p= 37.6～42 MJ/kg
注：同一煤质，在还原性气氛中要比在非还原性气氛中的熔化温度低，是 由于Fe2O3被还原为FeO，形成了低熔点的2FeO·SiO2物质
§2－3 煤的成分基准及换算
煤的成分通常用质量百分数表示，由于灰份和水份因外界 条件而变化，为了实际应用的需要通常采用如下四种基准：
收到基（as received）：即应用基，以包含水分、灰分和可 燃质为100% 空干基（air dry）：即分析基，煤样在试验室中放置，在室温 20℃相对湿度60％（颗粒<0.2mm）的一般正常条件下，它会失 去一些水份，以这种空气干燥过的分析用试样为100% 干燥基(dry)：以除去水分之外的可燃质和灰份为100%
煤样置于105～110℃的烘箱中使干燥至恒重， 失去的水分
化合结晶水分：石膏CaSO4•2H2O，高岭土Al2O3 •2SiO2 •2H2O
水分对锅炉运行的影响
• 煤中的不可燃成分，降低煤的发热量 • 推迟着火，在燃烧过程中汽化吸热，降低炉膛温度，

2 燃料及燃烧计算

2 燃料及燃烧计算
(c (c 式中 (c ) RO 、 ) N 、 ) H
2 2

2
2
2
2
2

2
2
O
等由表2-10查取（pp.29）
3．实际烟气焓 1）烟气中过量空气的焓：
I k ( 1) I k kJ/kg 0 0 0 I 2）实际烟气的焓： y I y I k I y ( 1) I k I fh kJ/kg
0 0
2
22.4 N
y
18 100
0.79Vk 0.008 N
0
y
Nm3/kg
锅炉及锅炉房设备.ppt, 05/2003 Page 9
§2.2
第二章
0
燃料的燃烧计算
0 0 0
V y V RO 2 V H O V N V gy V H O
2 2 2
0.111H
y
0.01866(C
3）红外线烟气分析仪
2．测定：（由锅炉实验完成）
四、烟气成分测定的计算 1.
RO2 VRO
2
100%
；
2.
O2
VO
2

N2
VN
100%
V gy
；
4.
CO
VCO V gy
100%
RO2 N 2 O2 CO 100%
五、烟气分析结果的应用 1．烟气量的计算
第二章
5．水分(Water、Moisture)：燃料中的主要杂质，约占5~60%。
W 1） 水分进入炉内吸热汽化成水蒸汽，对燃烧不利； Q
y dw
l
2） 在烟气露点时，水蒸气与SO2、SO3生成亚硫酸和硫酸，造 成低温腐蚀；
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第二章 燃料及燃烧计算
A 、燃料的化学组成及其成分换算
(1)气体燃料的化学组成
气体燃料是由简单气体化合物与气体单质所组成的机械混合物。

其中：CO 、H2、CH4、C2H4、CmHn 、H2S 等是可燃性气体成分，能燃烧放出热量。

CO2、N2、SO2、H2O 、O2等则是不燃成分，不能燃烧放热，故其含量均不宜过多，以免降低燃料的发热能力。

CmHn 总称为重碳氢化合物,，包括C3H6、C2H6、C2H2 …等。

每单位体积(m2)重碳氢化合物燃烧，约放出71176 kJ 热量。

气体燃料中的氧，在高温预热的情况下，能与可燃成分作用，从而降低气体燃料燃烧时的放热量。

若氧的含量超过一定数量，则有爆炸危险。

因此，氧的含量应受到限制，一般应小于0.2%。

(2)气体燃料成分的表示方法
气体燃料成分的表示方法有两种：即湿成分和干成分。

湿成分（包括水分在内) ：
CO 湿+ H2湿+CH4湿+N2湿+〃〃〃+H2O 湿=100%
CO 湿、 N2湿〃〃〃等符号分别代表湿气体燃料中各成分的体 积百分含量
干成分(不包括水分在内)：
CO 干+ H2干+CH4干+N2干+〃〃〃=100%
CO 干、H2干〃〃〃等符号则分别代表干燥气体燃料中各成分的体积百分含量。

气体燃料的水分含量可以认为等于在该温度下的饱和水蒸汽量。

当气体燃料的温度变化时，饱和水蒸汽含量发生变化，因而整个燃料的湿成分亦将发生变化。

因此，气体燃料的湿成分只能代表某一固定温度下的气体燃料的成分。

故气体燃料的湿成分不具有代表性，在一般的情况下气体燃料的化学组成用干成分表示，而气体燃料在使用时所具有的实际成分为湿成分，所以湿成分是气体燃料的供用成分，在进行燃烧计算时必须以湿成分为依据。

3）气体燃料的化学组成及干湿成分换算
湿成分与干成分之间可以相互换算，换算的原则质量守恒。

其步骤是：
先由表查出g 干
H2O
然后由
%
10000124g .0100124g .04.22181000g 14.22181000g O H O H O
H O H O H 22222⨯+=⨯⨯+⨯⨯==干
干
干干湿气体的总体积
水蒸汽的体积湿 最后计算出水分的含量：%100O
H -100X 2湿
干湿=X
(式中X 表某成分)
6.常用燃料的种类
一、冶金生产常用煤气有焦炉煤气，发生炉煤气，天然气。

C 、发生炉煤气
• 在没有高炉煤气和焦炉煤气的地区，可以将固体燃料直接加工得到发生炉煤气，
• 主要成分是CO ，含量不到三分之一，其次是H2，含量可达10%，不燃成分主要是N2，
含量超过50%。

• 发生炉煤气发热量比较低，仅5020~6280kJ/m3。

B 、焦炉煤气
• 焦炉煤气是炼焦生产的副产品，每炼一吨焦炭大约得到300~380标米3煤气。

• 主要成分是H2，含量超过50%，其次是CH4，含量占25%，其余是少量CO 、N2、CO2、
H2S 等。

• 焦炉煤气发热量比较高，可达16750~l8840kJ/m3，一般做为民用燃料，也可与高炉煤
气混合使用。

D 、天然气
• 天然气是一种发热量很高的优质燃料。

• 主要可燃成分是甲烷CH4，含量在80%以上，发热量约为3490~37680kJ/m3，理论燃烧
温度高达1090℃。

• 有的天然气和石油产在一起，叫做伴生天然气，它的主要可燃成分除了甲烷以外，还
含有较多的不饱和烃(约占30%)，发热量高达41870kJ/m 3。

• c 、空气消耗系数
燃料中可燃物燃烧时根据化学反应计算出来的空气量，叫理论空气需要量以L0表示。

为了保证燃料完全燃烧，实际供给燃烧的空气量均大于理论空气需要量。

实际空气需要量以Ln 表示，它与理论空气需要量的比值叫空气消耗系数以n 表示，即：
• 0n
L L n
• 空气消耗系数的大小与燃料种类、燃烧方法以及燃烧装置的结构特点有关。

气体燃料
的空气消耗系数一般在1.05~1.15之间；液体燃料为l.10~1.25；固体燃料则更大一些，约为1.20~l.50；人工加煤的小炉子可达2。

• 实践证明，燃料与空气混合愈好，n 值愈小，n 值适当能得到较高的炉温，n 值
过大或过小都将影响炉温降低。

• 工程上为了适用、简便起见，燃烧计算采取以下假定：
• (l) 燃料中可燃成分完全燃烧。

元素的分子量取近似整数计算。

• (2) 气体的体积都按标准状态(0℃和101825Pa)计算。

任何气体在标准状态下的
千克分子体积(或千摩尔体积)都是22.4立方标米；
• (3) 当温度不超过2100℃时，在计算中不考虑燃烧产物的热分解，亦不考虑固
体燃料中灰分的热分解产物。

• (4) 计算空气量时，忽略空气中的微量稀有气体及CO2，认为干空气中O2和N2
的
• A 、气体燃料燃烧理论空气需要量和燃烧产物量的计算
• 气体燃料燃烧计算除上述共性外，还具有下列特殊点：
• (1)气体燃料的L0及V0指的是1m3气体燃料完全燃烧时所需要的空气量和生
成的燃烧产物量，其单位为m3/m3；
• (2)因为任何气体的千克分子体积在工程计算中都可以看成22.4 m3，所以燃
烧反应方程式中反应物与生成物之间的分子比就是体积比。

气体燃料的组成成分以体积百分数表示。

燃烧计算时用湿成分。

计算过程中取100 m3，故各成分体积百分含量的绝对值，与其体积数相等。

例如100 m3的煤气中含CO 为30%，CO 的数量就是30 m3。

气体燃料中可燃成分有CO 、H2、CH4、C2H4、H2S ，它们的化学反应式如下： CO+½O2→CO2
H2+½O2 →H2O
CH4+2O2 →CO2+2H2O
C2H4+2O2→2CO2+2H2O
H2S+3/2O2 →H2O+SO2
则燃烧所需的氧为：
3
224242m )O S H 211H 3C 2CH H 21
CO 21
(—++++ 1m3的气体燃料燃烧，理论空气需要量为：
3
2242420m )O S H 211H 3C 2CH H 21
CO 21
(100762.4L —++++= 气体燃料中的CO2、N2、 H2O 及少量SO2，燃烧过程中不反应，燃烧后直接进入废气。

故1m3气体燃料燃烧的燃烧产物量为：
330222224240/L 79.01001O)H SO N CO S 2H H 4C 3CH CO (V m m ++++++++=。