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。

因为：2CO+O 2=2CO 2，因此，每缺少一个分子的O 2，烟气中就减少两个分子的CO 2，而生成两个分子的CO ，顾总烟气体积只少了相应减少的空气中的氮气部分。

V L = V 0L -(1 -а) V o a ×100795、烟气的组成及密度计算： 1）烟气百分组成： CO 2=LCO V V 2×100%, H 2O=L O H V V 2×100%SO 2=L SO V V 2×100%, N 2=LN V V2×100% O 2=L O V V 2×100% 2)烟气密度：ρ=（44CO 2+18H 2O+64SO 2+28N 2+32O 2）/（22.4*100） (kg/Nm 3)或：ρ=La ar V V A 0293.110011α+-(kg/Nm 3)（二）气体燃料 1、理论空气量V 02O =[21CO+21H 2+2CH 4+(m+4n )C m H n +23H 2S-O 2]×1001V a 0= V 02O ×211002、实际空气需要量：V a =а×V a o3、理论烟气生成量： V L o =V CO2+V H2O +V N2+V SO2 (N m 3/N m 3)4、实际烟气生成量及烟气组成计算：当а>1时， V L =V L o +(а-1)V a o (N m 3/N m 3)当а<1时， V L =аV L o +(1-а) (N m 3/N m 3) 5、烟气的密度： ρ=La g V V 0293.1αρ+ ( kg/N m 3)(三) 燃烧的近似计算法：在缺乏元素分析数据时，可由燃料的工业分析数据计算其发热量，由发热量计量理论空气量及理论烟气量，再由空气系数进一步计算出。

1、固体燃料：V a 0=0.241Q net,ar /1000+0.5 (N m 3/kg-r) V a =а×V a 0V L 0=0.213Q net,ar /1000+1.65 (N m 3/kg-r)V L = V L 0+(а-1)×V a 0 2、重油：V a 0=0.203Q net,ar /1000+2.0 (N m 3/kg-r) V L 0=0.265Q net,ar /1000 (N m 3/kg-r)3、发生炉煤气：当Q net ，ar <12560kJ/Nm 3时: 1000209.00neta Q V =aa V V α=()33/)1(11000173.0Nm NmV Q V anet -++=α当Q net ，ar >12560kJ/Nm 3时:()33/25.0100026.0Nm NmQ V neta -=()33/)1(25.01000272.0Nm NmV Q V anet -++=α4、天然气： ()33/02.01000264.0Nm Nm Q V neta +=()33/)1(02.11000264.0Nm NmV Q V anet -++=α四、根据烟气成分计算过剩空气系数1、固体或液体燃料：其燃料中含氮很少，烟气中氮可以为全部从空气引入。

根据烟气中氮与氧的含量，可以计算空气过剩系数。

α=a V Va =量理论空气用量中引入的实际空气用量中引入的22N N=量过剩空气中的量烟气中的量烟气中的222N N N -=2222179O N N - 当燃料不完全燃烧，产生有CO 时，а=CO)2-(O 21222-N N2、气体燃烧中含氮量较多时，燃料中的N 量不能忽略，而干烟气中又含CO 、H 2、C m H m 及O 2时а=2179)CmHn]}4n (m H 21CO 21[-{O -N -N N -N 222222⨯+++）燃料中的（燃料中的3、漏入空气量的计算：1) Q 漏=（а2-а1）×V a o ×B (Nm 3/h) B=燃料用量（Nm 3/h ）2) V x =O 21-O 2/21-O 21*100 (Nm 3/100Nm 3)五、燃烧温度及其计算：（一）燃烧过程的物料平衡与热平衡物料平衡：根据物质不灭定律，进入窑炉物料之和必等于排除物料质量之和，即燃料加空气等于烟气加灰分。

热平衡：根据能量不变定律，进入窑炉热量必等于支出热量。

Q net,ar +Q f +Q a =Q L +Q c +Q m +Q s（二）燃烧温度的概念：燃烧温度是指气态燃烧产物所能迟到的温度。

又分理论燃烧温度与实际燃烧温度。

1、 理论燃烧温度： 假定Q c =0,Q m =0,Q s =0 即 Q net,ar +Q f +Q a =Q L或 Q net,ar +C f t f +2V a 0*C a t a =V L *C L *t L o 所以 ()C Vc t c V t c Q t LL aa a f f ar net ︒++=,0α烟气的比热可由各组分气体的比热，按加和法算出。

2、实际燃烧温度：()()C Vc Q Q Q Q Q Q t Ls m c a f ar net L ︒++-++=,由于影响实际燃烧温度很多，很难用上式计算。

一般可从窑炉的实际操作中，总结出实际燃烧温度与理论燃烧温度t L o 的比值，称为高温系数η。

0LL t t ==理主燃烧温度实际燃烧温度η 故 0L L t t η=(三) 燃烧温度的计算方法：方法：先算出理论燃烧温度，再选取适当的高温系数，即可求得实际燃烧温度。

步骤：1）先估计一个C L 1值，计算出对应的t L 1值。

2）再假设t L1、t L2 ，要求t L1>t L 1>t L2，且t L1-t L2=100o C3）代入上式得Q 1=t L1*C L2*V L Q 2=t L2*C L2*V L4)如果Q 2 >Q> Q 1说明真正燃烧温度必定在t L2与t L1之间。

即t L1>t L >t 2 5)采用内插法即可求得真正t L 。

121121Q Q Q Q t t t t L L L L --=-- 故 ()()121211Q Q t t Q Q t t L L L L ---+=（四）影响实际燃烧温度的因素1、燃料的发热量Q net,ar ：其为主要因素，发热量越高，燃烧温度越高。

但发热量越大，烟气体积也大，所以对燃烧温度影响要看Q net,ad /(V L *C L )的比值而定。

此比值又称燃料的产热度。

产热度愈大，燃烧温度愈高。

2、烟气的体积V L ：从上述产热度可见，烟气体积愈大，燃烧温度愈低，使用正常空气势必带入相当多的氮气，而使用富氧空气或纯氧助燃可大大提高燃烧温度。

3、燃料和空气温度：如果将燃料和空气加以预热，提高反应物的温度，产物的温度自然也越高，在实际应用上通常主要采取空气预热。

4、过剩空气系数：应在保证燃料完全燃烧的条件下，尽量使过剩空气系数接近于1。

5、燃烧速度与减少散热：实际燃烧温度低于理论燃烧温度的主要原因是由于燃烧过程的热损失。

这包括减少燃烧装置的散热损失不完全燃烧损。

减少散热损失的基本措施是加强燃烧室或窑炉的保温。

解决不完全燃烧问题。