第三节燃烧计算

第三节燃烧计算 一、基本知识 1、计算目的与内容： 1）为设计窑炉需要：已知：燃料的组成及燃烧的条件计算：燃料燃烧所需要的空气量、烟气生成量、烟气组成及烟气温度。从而设计燃烧室、管道空气烟道 2）为操作窑炉需要已知：燃料的组成及烟气成分计算：燃料燃烧所需要的实际烟气量、空气量、空气过剩系数、漏气量等，从而评价燃烧的操作水平。

2、计算方法：： 1）分析计算法（设计计算）：根据燃料的成分分析进行计算 2）近似计算法：在燃料组分未知时，根据燃料的种类及发热量进行近似计算 3）估算法：在燃料组分及发热量未知时，根据经验估算。 4）操作计算（检测计算） 3、几个基本概念： 1）理论空气量（Va0 ）：理论上燃料中的可燃成分完全燃烧所需的空气量。 2）理论烟气量（V0 ）：燃料与理论空气量进行完全燃烧时所得的烟气量。 3）实际空气量（Va ）：实际燃烧过程中所加入的空气量。

4）实际烟气量（V ）： 燃料与实际空气量进行完全燃烧时所得的烟气量。 5）烟气组成（体积百分数）：烟气中各组成量与总烟气量的比值。 6）空气过剩系数（α）：实际空气量与理论空气量的比值。 α=1:空气供给恰好,烟气中无多余氧气 α>1:空气供给过剩,烟气中有多余氧气 α<1:空气供给不足,不完全燃烧

产生不完全燃烧的原因: 1)空气供给不足,不完全燃烧 2)空气供给恰好或供给过剩,但由于燃料和空气接触不好, 导致燃烧不完全空气过剩系数的选择： 1）与燃料的种类有关：燃料越细匀，α越小，α=1.05～1.15。 2）与燃烧气氛有关：氧化气氛，α>1；还原气氛，α<1。 3）与燃烧方式有关：如对于气体燃料，长焰燃烧，α=1.2～1.6；无焰燃烧，α=1.05。 4）与燃烧设备有关：对于煤粉燃烧或立窑，α较大；而对于回转窑，α较小。

二、空气量、烟气量及烟气组成的计算 （一）分析计算法 1、空气量的计算 1)固、液体燃料 ①取100kg收到基燃料为计算基准，其中各种成分的质量为：（kg）其中的可燃成分为：而Oar为助燃成分 ②确定VO20 1kmol 1kmol 1kmol 1kmol 1/2kmol 1kmol

1kmol 1kmol 1kmol • 燃料中的含O2量为：Oar/32

③理论空气量Va0 • 空气中O2含量为21%，因此 • 注意：若空气中含有水蒸气，则称为湿空气。设水蒸气含量为xkg水蒸气/kg干空气，则理论干空气Va0Bm3/kgfuel中的水蒸气量为：燃烧所需的理论湿空气量为：

④实际空气量Va • 同样，实际湿空气量： 2）气体燃料: ①取100Bm3湿基燃料为计算基准，其中各成分体积量为： • 找出可燃成分为：

②确定VO20 1Bm3 ½Bm3 1Bm3 1Bm3 ½Bm3 1Bm3 1Bm3 3/2 Bm3 1Bm3 1Bm3

1Bm3 2Bm3 1Bm3 2Bm3 1Bm3 (m+n/4) Bm3 m Bm3 n/2 Bm3

③理论空气量Va0 2、完全燃烧产生的烟气量、烟气组成的计算 ④实际空气量Va 完全燃烧理论上：完全燃烧，烟气组分CO2 、 SO2、 H2O、N2 实际上：完全燃烧，烟气组分CO2 、 SO2、 H2O、N2、O2

1）固、液体燃料： （1）理论烟气量、烟气组成取100kg应用基燃料为计算基准，其中各种成分的质量为：理论烟气量： 1kmol 1kmol 1kmol

1kmol 1/2kmol 1kmol 1kmol 1kmol 1kmol

理论烟气的组成百分含量：

(2)、实际烟气量(α>1时)、烟气组成 实际烟气量: 烟气组成量：

2）气体燃料 （1）、理论烟气量、烟气组成烟气成分: 理论烟气量：

（2）、实际烟气量(α>1时)、烟气组成 实际烟气量: • 烟气组成量：例题：P242：4-2

（二）、近似计算法 近似计算法：在燃料组分未知时，根据燃料的种类及发热量进行近似计算。书上： P245：4-15 (三）、估算法：在燃料化学成分及发热量未知时，根据燃料种类进行经验估算。书上： P245：4-16

（四）操作计算 已知：燃料的组成及烟气成分计算：燃料燃烧所需要的实际烟气量、空气量、空气过剩系数、漏气量等，从而评价燃烧的操作水平 1、实际烟气量及空气量的计算方法：根据质量守恒定律，即燃烧前后某种元素的总质量保持不变。 ①用碳平衡计算烟气量：燃料中的C=烟气中的C+灰渣中的C ②用氮平衡计算空气量：燃料中的N+空气中的N=烟气中的N ③氧平衡：燃料中的氧（包括水）+空气中的氧=烟气中的氧（包括水）

例题： 4-5： 取100kg收到基煤为基准，所产生干烟气量为vg，所需实际空气量为Va 列碳平衡计算烟气量：燃料中的C=烟气中的C+灰渣中的C 生成水蒸气量湿烟气量=954+71.7=1026（Nm3/100kgfuel) ②用氮平衡计算空气量：燃料中的N+空气中的N=烟气中的N

2、空气过剩系数α的计算 方法： 1、定义式法 2、氧平衡法若令RO2为烟气中CO2和SO2的半分含量之和，VO20‘，VO20”分别为生成每立方米RO2和H2O的需氧量，过剩氧量为O2则理论需氧量为：则：式中：

3、氮平衡法： 利用N平衡，则：同除以干烟气量V

固、液体燃料中的含氮量很少，可以忽略。此时烟气中的N2可以看成全部来自空气则：固、液体燃料中的含氮量很少，可以忽略。此时烟气中的N2可以看成全部来自空气则： • 若烟气中又有CO，则： • 若灰渣中有C，此时真正过剩的O2应该再减去灰渣中的C燃烧所需要的O2。

1 2 • 若气体燃料中的含氮量很高，且干烟气中又有可燃成分时， 3、漏入空气量的计算 • 若考虑燃料的消耗量Qf（ kg/h或Bm3/h），则例题4-6

燃烧室 燃料烟气空气三、燃烧温度的计算燃烧产物的温度基准为1kg或1Bm3燃料，温度为0℃或室温（20℃）列热量平衡：

（一）人为定义的几种燃烧温度值 1、量热计式燃烧温度tm 条件：绝热，Ql=0；完全燃烧，Qml=Qch=Qas=0；无热分解，Qdi=0。 2、理论燃烧温度tth 条件：绝热， Ql=0；完全燃烧，Qml=Qch=0，Qas=0；

对于硅酸盐窑炉，通常其温度低于1600℃，CO2、H2O很少分解，Qd=0，此时对于硅酸盐窑炉，通常其温度低于1600℃，CO2、H2O很少分解，Qd=0，此时 3、实际燃烧温度tp 考虑各种散热 • 通常认为，tp=tthη， • η为窑炉的高温系数。即在计算中先求tm, 再求tp。

（二）计算燃烧温度时应该注意的问题 因为：c=f(tp) 所以：计算时采用试算法——先求tth再求tp。步骤： ①求出收入热量：Q=Qnet+Qf+Qa ②设定一个tth’，从而可以查出对应的c’，得到Q1= Vc’ tth’，并使Q1>Q ③再设一个小一点的tth”（一般取tth’与tth”应该是两个相邻的温度间隔），从而可以查出对应的c”，得到Q2= Vc”tth”，并使Q2<Q ④可以认为，tth必定位于tth’与tyh”之间，且从而可以求出tth。 ⑤tp=tthη，即可求出实际燃烧温度tp。P252: 4-7,

（三）提高实际燃烧温度的途径 ①选用热值高的燃料，即提高Qnet。 ②选用合适当的空气过剩系数α。 • 若α<1时，有不完全燃烧热损失Qch, Qmh ； • 若α>1时，由于Va过多，导致V过多，从而tp下降。因此，在保证完全燃烧的前提下，应该使α较小。 ③预热空气和燃料，使ta和tf增大。但由于预热燃料受到一些限制，因此主要是预热空气。 ④减少各种散热损失。（四）空气预热温度的计算书上例题4-8

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