需氧量和空气量的计算

燃气燃烧所需空气量及燃烧产物燃气的燃烧计算，是按照燃气中可燃成分与氧进行化学反应的反应方程式，根据物质平衡和热量平衡的原理，来确定燃烧反应的诸参数，包括：燃烧所需要的空气量、燃烧产物的生成量及成分、燃烧完全程度、燃烧温度和烟气焓。

这些参数是燃气燃烧设备设计、热工管理必要的数据，也是评定生产操作、提高热效率、进行传热和空气动力计算不可缺少的依据。

考虑到燃气、空气和燃烧产物各组成所处的状态，可以相当精确地把它们当作理想气体来处理。

所以，燃烧计算中气体的体积都按标准状态(0℃、101325Pa)计算，其摩尔体积均为22．4L，计算基准可以用1m3的湿燃气，也可以用1m3干燃气。

必须注意的是，后者还要带入所含的饱和水汽量，这就是大多数场合下所使用的基准——含有1m3干燃气的湿燃气。

确定燃气燃烧所需空气量和燃烧产物量，属于燃烧计算的物料平衡的内容。

一、空气需要量(一)理论空气需要量V0V0是指1m3燃气按燃烧反应方程式完全燃烧所需要供给的空气量，m3空气／m3干燃气，它是燃气完全燃烧所需的最小空气量。

V0的计算方法为，先按照燃烧反应方程式和燃烧计算的氧化剂条件(假设干空气体积仅由21％的氧和79％的氮组成)，确定燃烧所需的理论氧气量，然后换算成理论空气需要量。

从单一可燃气体着手。

例如，CO的燃烧反应方程式，连同随氧带入的氮，可表示为CO+0．502+3．76×0．5N2=C02+1．88N2上式表明，1m3的C0完全燃烧，理论需氧量为0．5m3，随氧带入的氮量为1．8 8m3，相当的理论空气需要量是0．5/0．21=2.38m3。

对气态重碳氢化合物C m H n，燃烧反应方程式为C m H n+(m+n/4)O2+3．76(m+n/4)N2=mC02+ (n／2)H20+3．76(m+n／4)N2 (1—1)也清楚地表明，1m3的C m H n完全燃烧，需要(m+n／4)m3的理论氧，同时带入3．76(m+n／4)m3的氮，故理论空气需要量为(m+n／4)／0．21=4．76(m+n／4)m3。

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。

O2 = 0.001aQ(So－Se)－c△XV+b[0.001Q(Nk－Nke)－0.12△XV]－0.62b[0.001Q(Nt－Nke－Noe)－0.12△XV]O2—污水需氧量（kgO2/d）；Q—生物反应池的进水流量（m3/d）1000 So—生物反应池进水五日生化需氧量浓度（mg/L）；150 Se—生物反应池出水五日生化需氧量浓度（mg/L）20△XV—排出生物反应池系统的微生物量；（kg/d）；19.5△XV=yYtQ(So-Se)/1000Nk—生物反应池进水总凯氏氮浓度（mg/L）60（生活污水中为总氮）Nke—生物反应池出水总凯氏氮浓度（mg/L）20（生活污水中为总氮）Nt—生物反应池进水总氮浓度（mg/L）；60Noe—生物反应池出水硝态氮浓度（mg/L）；40 a—碳的氧当量，当含碳物质以BOD5计时，取1.47b—常数，氧化每公斤氨氮所需氧量（kgO2/kgN），取4.57；c—常数，细菌细胞的氧当量，取1.42。

O2—污水需氧量（kgO2/d）；342.15离开水面时氧的百分比%=21×（1-EA）/(79+21(1-EA))0.18EA曝气器的氧利用率%20%曝气器出口绝对压力Po=0.1034+△H/1000.15△H:曝气器到水面的距离，m 4.3混合液中平均氧饱和度Co2=9.17×（O%/42+10×Po/2.068）10.32标准供氧量Os=9.17×O2/0.85/(0.95*Co2-0.2)384.32所需空气量Gs=Os/0.28EA（m3/min） 4.58EA:曝气器氧的利用率%20%总氮=总凯氏氮+硝态氮+亚硝态氮，总凯氏氮=氨氮+有机氮，生活污水中硝态氮和亚硝态氮很少，故可认为生活污水中总氮=总凯氏氮=氨氮+有机氮。

生活污水中Nt-Nke-Noe=0Yt:污泥总产率系（kgMLSS/KgBOD5），0.3有初沉池时取0.3，无时则取0.6--1.0Y:MLSS中MLVSS所占比例，生活污水和城0.5市污水：0.75，工业废水0.4-0.7深蓝色为输入部分，绿色为中间结果，红色为最终结果。

作业习题解答第二章 燃烧与大气污染2.1 解：1kg 燃油含：重量（g ） 摩尔数（g ） 需氧数（g ）C 855 71.25 71.25H 113－2.5 55.25 27.625S 10 0.3125 0.3125H 2O 22.5 1.25 0N 元素忽略。

1）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg设干空气O 2：N 2体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg 重油。

即474.12×22.4/1000=10.62m 3N /kg 重油。

烟气组成为CO 271.25mol ，H 2O 55.25+11.25=56.50mol ，SO 20.1325mol ，N 23.78×99.1875=374.93mol 。

理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg 重油。

即502.99×22.4/1000=11.27 m 3N /kg 重油。

2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg 重油。

SO 2百分比浓度为%07.0%10049.4463125.0=⨯， 空气燃烧时CO 2存在最大浓度%96.15%10049.44625.71=⨯。

3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m 3N /kg 重油， 产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m 3N /kg 重油。

2.2 解：相对于碳元素作如下计算：%（质量） mol/100g 煤 mol/mol 碳C 65.7 5.475 1H 3.2 3.2 0.584S 1.7 0.053 0.010O 2.3 0.072 0.013灰分 18.1 3.306g/mol 碳水分 9.0 1.644g/mol 碳故煤的组成为CH 0.584S 0.010O 0.013， 燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为molC g /26.18475.5100=。

1. 需氧量计算① .平均时需氧量设 a ' =0.5 , b ' =0.15O 2 二 a'Q 平 S r b'VX V= 0.5 10000 80/1000 0.15 2564 2250/1000 =1265.35kgO 2/d =52.7kgO 2 / h② .最大时需氧量O 2 max= a 'Qmax S r b 'VX V= 0.5 15000 80/1000 0.15 2564 2250/1000 = 1465.35kgO 2/d = 61.1kgO 2/h③ . 最大时需氧量与平均时需氧量之比2. 供气量采用HWB-2型微孔空气曝气器，每个扩散器的服务面积为 0.35 m 2，敷设于池底0.2m 处，淹没深度为H=2.8m 计算温度定为30 C 。

查表得20 C 和30 C 时，水中饱和溶解氧值为：C S (20) ~9.17mg/L； C s (3o )= 7.63mg / L① . 空气扩散器出口处的绝对压力P b =1.013 105 9800H =1.013 105 9800 3.8 = 1.385 105Pa设空气扩散器的氧转移效率E A =12%空气离开曝气池池面时，氧的百分比O t211 E A )100% 21-(1100% =19%79 +21(1 —E A ) 79+21^(1—0.12)② . 曝气池混合液中平均氧饱和度换算为在20 C 条件下，脱氧清水的充氧量 设计中取〉=0.82，' =0.95，' =1.0，C=2.0z 2maxO 21465.35 1265.35= 1.16C sb(30) = C S(30)*10七J" P b1.385勺05 丄 19---------------------------- r -----------52.066汉 105 42二 8.6mg/L平均时需氧量为RC s ( 20)一：•「：・：「・C sb(T )—C 丨・1.024丁/°- __________ 527 2 仃 ____________ __ / h 「0.82 0.95 1 8.6 -2 丨 i 血彳心0一'h最大时需氧量为RmaxCS(20):-I'-.C sbcr) —C L1.024T '°61.6 疋 9.170.82 0.95 1 8.6-2丨 1.024心0③ .曝气池供气量曝气池平均时供气量为"=0.2；5爲2= 2241 卅巾曝气池最大时供气量为3. 所需空气压力(h 1 h 2 h 3 h 4 巾)9.81 二(0.2 3.8 0.4 0.5) 9.81 二 48kPa式中h 1h 2 =0.2m ——供风管到沿程与局部阻力之和h 3= 3.8m ——曝气器淹没水头 h 4 = 0.4m ——曝气器阻力 二h =0.5m ------ 富裕水头4. 风机选型3台，2用1备，则每台风机流量G 为： GG sma^= 262^ = 1311m 3/h2 2曝气器出口压力取为5.0mHO,根据供气量和出口压力，选TSE-200型罗茨鼓R0max= 88.1kg/hS maxR0max0.28E A88.10.28 0.1232622.0m 3/h选离心风机风机，风机有关性能参数列于表 5中:表型罗茨鼓风机性能参数5. 曝气器数量计算① .曝气器个数式中m ------- 曝气器数量，个;S -------- 好氧池平面面积，1709.3“ 3 =570m 2l ——每个曝气头的服务面积，取l=0.352 m 2② .空气管路设置设置主管道1条；在相邻的两个廊道上设置1条干管，共2条；每根干管上 设置15组曝气管，共15 12 =180组；每组曝气管上设置9个微孔曝气器，共 15 12 9 =1620个。

鼓风曝气系统空气量计算
1. 需氧量计算： O2---曝气池混合液需氧量，Kg O 2/d ；
a '---活性污泥微生物对有机物氧化分解的需氧率，即活性污泥微生物每降解单位
BOD 5的需氧量；一般生活污水的a '值为0.42~0.53。

Q---活性污泥曝气池进水流量，m 3/d;
o S ---曝气池进水五日生化需氧量浓度，以BOD 5计，kg/m 3；
e S ---曝气池出水五日生化需氧量浓度，以BOD 5计，kg/m 3；
b '---活性污泥微生物内源呼吸自身氧化过程的需氧量，即单位时间内每千克活性污
泥自身氧化需氧率，kg/(kg.d)；一般生活污水的b '值为0.188~0.11。

V---活性污泥曝气池容积，m 3；
v X ---活性污泥曝气池内混合液悬浮固体平均浓度，kg/m 3。

2 s C ---大气压为P sb C ---大气压等于一个标准大气压时的溶解氧饱和值，mg/L ；
b P ---空气扩散装置气体出口处的压强
t O ---池表面逸出气体中的含氧率。

3、标准状态下需氧量： α---溶解性有机物影响系数；20℃时=0.99；
β---溶解性盐类影响系数；20℃时s C β•=7.9；
C---大气压为P 时的溶解氧浓度，mg/L ；
R---任意状态的需氧量，m 3/h
0R ---标准状态下的需氧量，m 3/h
4、实际供气量：
s G ---鼓风曝气系统供气量，m 3/h ；
A E ---氧利用率（氧转移率）。

2()o e v R O a Q S S b X V
''==⋅⋅-+⋅⋅。

随着城市对生活垃圾处理要求的不断提高，作为垃圾处置的手段之一——垃圾焚烧处理逐渐被一些城市采用，垃圾焚烧具有选址容易，占地面积小，资源化、无害化、减量化程度较高的优点，但是垃圾焚烧技术要求高、烟气处理要求严格，对垃圾燃烧温度一般要求控制在850℃以上，从而使垃圾燃烧较彻底并防止二恶英的产生；而垃圾燃烧的关键是对燃烧空气量的调整。

我们以上海浦东国际机场的垃圾焚烧炉为例，对垃圾焚烧炉的燃烧风量进行测算。

1上海浦东机场垃圾焚烧流程上海浦东国际机场的垃圾焚烧炉采用日本月岛机械株式会社提供的回转式垃圾焚烧炉，设计垃圾处理量为30t/d，主要处理上海浦东国际机场的航空垃圾，其工艺流程如图1。

图1上海浦东机场垃圾焚烧工艺流程航空垃圾水分、可燃分、灰分、元素含量及垃圾发热量见表2。

3燃烧过程计算燃料燃烧发热量的近似计算，可采用杜隆经验公式，其公式表示为：高位发热量：HHV=33858C＋142120(H－O/8)＋10450S，(kJ/kg)。

低位发热量：LHV=33858C＋119548H－17765O＋10450S－2508W，(kJ/kg)。

其中C、H、O、S为燃料中各成分的百分比，W为燃料的水百分比。

助燃燃油助燃燃油采用0#柴油，其组成成分见表3。

其发热量：HHV=33858C＋142120(H－O/8)＋10450S=33858×＋142120－8)+10450×=(kJ/kg)。

LHV=33858C+119548H－17765O+10450S—2508W=33858×+119548×－+10450×—2508×0=(kJ/kg)。

表2垃圾水分、可燃分、灰分、元素含量及垃圾发热量(％，除低位发热量外)表30#柴油的组成成分(％)理论空气量100kg0#柴油组成成分：C：86kg，H：11kg，O：1kg，S：2kg。

其反应过程需氧量：C+O2→CO2，86/12=；2H2+O2→2H2O，11/(2×2)=；S+O2→SO2，2/32=；O2，1/32=。