燃气燃烧时耗氧量计算

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1、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（0C、101325Pa） 计算，其摩尔体积均为22.4L，计算基准可以用lm3的湿燃气，也可以用lm3干燃 气。必须注意的

2、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V。V。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。V。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. 50 +3.76X0. 5N=C0+

3、l. 88N2 2 2 2上式表明，lm3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CH,燃烧反应方程式为mnCH+（m+n/4）O+3.76（m+n/4）Nm n22=mC0 + （n/2）H0+3. 76（m+n /4）N （11）2 2 2也清楚地表明，1m3的CH完全燃烧，需要（m+n/4）m3的理论氧，同时带入3. 7 mn6（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。以此类推，对组成为巾（CO） +巾（H） +巾（CH）

4、 +巾（CH） +巾（HS） +巾（N） +巾（0）24m n222=100%的1 m3干燃气，需要的理论氧量，用符号V（O）O表示为：2V（O）O=O. 010.5巾（CO）+0.5巾（H）+2巾（CH）+工（m+n/4）巾（CH）+1.5巾（HS）224m n2巾（0）m3 （12）2需要的理论空气量为：V=l/210. 5巾（C0）+0. 5巾（H）+2巾（CH）+工（m+n/4）巾（CH）+1. 5巾（HS）-巾（0024m n2）m3 （13）2显然，vo完全取决于燃气的组成。燃气中可燃组分含量愈多，热值愈高，燃烧 所需的V也愈多。所以在实际应用中V有基于热值或组成的各种类型的近似计

5、算0 0公式；而在粗略计算时，常常按每4186.8kJ发热量的燃料，需要1 m3V0估算。（二）实际空气需要量V为了保证燃气完全燃烧，实际供给的空气量Vm3 / m3（干燃气）均大于理论空气 需要量，这个空气量多供给的比例，就称为空气过剩系数，表示为：a=V/V （14）0即，燃气燃烧的实际空气需要量为V=aVo，m3（空气）/m3（干燃气）（15）显然，这里的V是干空气需要量，可表示为Vg。空气中的水汽含量，可比照燃气中的水汽含量的确定方法，但要考虑空气的 相对湿度巾（空气中的湿含量相对于同温度下饱和湿含量的百分比）。首先，按空 气温度由附录3查出空气的饱和湿含量da, kg/m3（干空气）

6、，则空气中实际湿含 量d二巾da, kg / m3 （干空气）。a所以实际湿空气量 V s=aV+1. 2aVd=（1+1. 2d ）aV，m3/m3 （干燃气）（16）00 aa 0如,空气20C，相对湿度0. 6时，查附录3, da=0. 0189kg/m3（干空气）， 这时空气的 d=O.6X0. 0189= 0.0113kg/m3（干空气），Vs=aV+1.2X0.0113aV a0= （1+0.0136）aV，m3（湿空气）/m3（干燃气）。00一般将10g/m3（干空气），或0. 012m3/m3（干空气），作为空气湿含量近似计算 的取值。显然，燃气燃烧的实际空气需要量V,不仅取决

7、于燃气的组成，同时与燃烧条 件。有关，影响因素主要有燃气燃烧方法、燃烧设备运行工况等。通常，a1, 在工业燃烧设备中a为1. 051. 20,在民用燃具中a为1. 301. 80。在燃气燃烧设备中，正确选择和控制空气过剩系数a是十分重要的。a过小 或过大都将导致不良后果。前者，a小于1,空气供应不足，燃气不完全燃烧， 燃气的化学热不能充分发挥，使设备的热效率下降，热耗量增加；后者a大于， 或远大于1，使燃烧产物生成量过大，增加了烟气带走的热损失，也使燃烧设备的 热效率下降，热耗增加。因此，先进的燃烧设备应在保证完全燃烧的前题下，使 a值大于并趋近于1,即采用低氧燃烧法。二、完全燃烧产物的计算燃

8、气燃烧后的产物，统称为烟气。严格地说，燃烧产物不仅限于烟气，还应 包括烟气中所携带的灰粒和未燃烬的固体碳粒，但由于它们在烟气中所占容积百 分比极小，因此，在一般的计算中都略去不计。（一）烟气量当a=1时，只供给理论空气量，如果燃气完全燃烧，产生烟气的量称为理论 烟气量Vom3（烟气）/m3（干燃气），它的组成包括：CO、SO、N、HO。f 2 2 2 2当al时，供应空气过剩，燃气完全燃烧后产生的烟气量则称之为实际烟气量Vm3（烟气）/m3（干燃气），这时烟气中除含有上述四组分之外，还含有过剩氧，f即包含CO、SO、N、0和HO。前3种组分合在一起称为干烟气Vg ；包括HO在2 2 2 2 2

9、 f 2内的烟气则称为湿烟气Vs。f烟气中CO和SO，都是三原子气体，又同属酸性氧化物，在化学吸收法进行2 2气体分析时它们的含量经常合在一起分析，因此，通常合称为三原子气体，用符 号RO表示。2 对于混合气体燃烧产生的烟气量，为各燃气组分产生烟气量之和，如表311。表3-1-1烟气量表理谐删輩甲.諾宾厢讽气fit *用三廊:严兀陣伽1工氏0】冷(CUk) “ (CD)昭卵血W （时f卄皆n 行（IV）+P缶5） 4弟号F+14寻骨 UL.HJ 1,2)=a.GiP ne)*5旳V(片)=O,Ut p (hj/ + 0 i79a 附过制抵% =0.11 k-卩性” =mi (u - 1)心炯1

10、W评=旳冲审四啊+ Wrtp怙片叫厂V呻.* V逊严叶时实际上Vo和V的差别，仅在于a=l和al相比燃烧产物生成量少一部分过 ff剩空气量，即所以片-旳=杓=“-门陆I- 7）同样，烟气量也有多种类型的近似计算式，可参考各种工具书。（二）烟气的组成烟气的组成一般也用容积成分（体积百分数巾）来表示。即 巾（R0）=V /V X100%2（RO2） f巾（N ）=V /V X100%2（N2） f巾（O ）M=V /VX100%2（O2） f巾（HO）=VHO/V X100%2 2 f烟气组成（体积百分数）：巾（R0） +巾（N） +巾（0） +巾（H0）=100 （18）2222（三）烟气的密度

11、烟气的密度Pf,kg/m3（烟气），有两种计算方法。 一种，按烟气各组分的密度，用加和法计算。时=2耐界叽轲我忸P； I -黒式中用i代表烟气中的不同组分。另一种方法，按质量守衡，用参加燃烧反应的物质总量，除以燃烧产物的总体积。三、燃料燃烧方程式及空气过剩系数（一）燃料燃烧方程式 燃料燃烧方程，或称气体分析方程，表示燃料燃烧产物各组分之间的关系。它可用来鉴定燃烧的质量；验证燃烧产物气体成分的准确性；在核实烟气分析结 果后，还可用来求某一未知组分。燃料燃烧方程式的推导是基于燃烧的物料平衡。针对燃气，可推导如下。 干燃气组成（体积）为，巾（C0） +巾（H）+工巾（CH） +巾（HS） +巾（0）

12、 +巾（N）=1002m n222从不完全燃烧产物量考虑，如前所述，当燃气不完全燃烧时，烟气中含有 C0、H、CH等可燃物，但由于H、CH的含量比CO少得多，因此工程上的不完全燃烧 2 4 2 4产物常常仅考虑CO。这样，上述燃气不完全燃烧的干烟气的组成（体积百分数）为：巾（RO ） +巾（CO） +巾（O ） +巾（N ）=1002 2 2 根据燃气燃烧过程的氮平衡，烟气中的氮只能有三个来源，即燃气带入、理 论空气带入、过剩空气带入。曲槪干伺*UP忠飙fift %时气啪巧亠旳工（te坤诧0 +氐可砧丁?d “叫式中以上标符号“”表示过剩量。而干烟气中氮含量将式中干烟气总量用烟气成分表示“ F

13、叫+加y(HO2)十 (CO) X则上述燃气不完全燃烧的干烟气的组成（体积）可改写为:汕曲* gKCM，疇；警讥曲1皿曲丄- o.5vi Lr h . mu各项乘以021，整理后得：4)+ (cy2)士 护(賈” t 秽071 UCJ 4 F I 仙(O.79ojo +60021 夙恥)IL防9密= 21Q,79c)+Q.002冷(陶)(I* 紳卑(IWJ3) + (0.60513)甲(C0J) +(0) =21这就是不完全燃烧成分只考虑co时的燃气燃烧方程式。 如果燃气完全燃烧，巾（CO）=O,就得到完全燃烧方程式:(1+B)巾(RO ) +巾(O )=21 (113)22用燃烧方程，可判别

14、燃烧过程的好坏，还可求未知组分，如，适用于多种不完全燃烧组分的燃气燃烧方程式，可以按类似方法推导。（二）燃料特性系数上述燃烧方程式中的B,为无因次系数。严格地说，它除与燃料组成有关外,还与发生不完全燃烧时的烟气成分有关。但对于完全燃烧情况，B公式第一项分 母仅有V（R02） 5于不完全燃烧，也因）、V（H2）及厂般很小，可忽略不计。因此，B的表达式也可统一为:一卄朋并且认为它只取决于燃料的组成。故称之为燃料特性系数。 燃气的B数值变化较大，有正有负，见表312。表312燃气的B值燃气氢一氧化碳甲烷天然气焦炉煤气高炉煤气发生炉煤气-0.3950.790.750.800.90-0.160.040.

15、06（三）三原子气体含量巾（RO）和它的极大值巾（R0）。2 2 max由燃气完全燃烧方程式得：当燃气完全燃烧时，烟气分析结果必然满足上述关系。上式也表明，烟气中巾（RO2）与过剩氧巾（02）含量有关，即与a有关。对 于某种燃气，B值一定，燃烧烟气的巾（R02）含量随a增大而降低。在燃烧设备 运行时，如检测发现三原于气体量巾（bo2）过小，这就意味着供应的空气量过多 或者漏风增加。如果完全燃烧时烟气中无过剩氧量，即巾（02）=0，则此的相当a=1的完全 燃烧情况，因而a（R02）达到一个最大值，式（115）可写成可以看出，巾（R0） 值只取决于燃料特定系数B。对于给定的燃气，B值2一定，因而巾

16、（R0）也一定。所以燃烧装置在实际运行中，烟气的巾（R0）值2 max 2 均小于巾（R0）。2 max（四）空气过剩系数。从前面讨论中可知，a的大小对燃烧过程有很大的影响，诸如燃料消耗、燃 烧温度、热效率等。因此，a是燃烧过程控制的重要指标，必须及时根据烟气分 析结果检查确定。在实际燃烧中，最好的办法是通过烟气中的组分来判断燃烧的质量，从而达 到控制燃烧过程的目的。烟气分析用烟气分析仪。烟气分析仪，按其工作原理可分为三类：化学吸收 式、物理检测式、物理化学分析式。按烟气组分计算a的公式很多，比较常用的有两种：氧平衡公式和氮平衡公 式。1氧平衡公式根据a的定义，可写出；式中V、V（02）实际空

17、气量和实际氧气量；下标“0”表示理论量，“” 表示过剩量。经过代换，可得到完全燃烧氧平衡公式：=2和U * %订=丨丄R斟旳甘（1 17系数K=V（ ）/V（），由燃气组成决定。（RO2）（O2）0对于不完全燃烧，氧平衡公式为：2氮平衡公式同样，根据a的定义，有:V_ 7I _ = = r _ I - v/v按氮平側 o,的uo% (N2) .Olpxlff咖-护皿)：厂八阳叫丄爭(g 乂殍0.21 21代人井讎理丫得亮全燃烧氨平衡公式貝CQj） +乎（C。）十S码沢心）+赋11泊） 在完全蠣烧悟况下，甲（陷 =ux）亠g（ko2）+ P（oy）1-王雄卩心卩00-m2 +f 0用伽卄（心唇H

18、J “网（120）已知燃气组分，巾（N2）、巾（C0）、巾（CO）,又有烟气分析结果巾（R0）、2 2巾（O）,就可确定此时的a。2当燃气中含氮量很少N20时，则 =一:科）:就阳叽W叭J +魚财）表明a仅仅与烟气成分有关，采用巾（RO2）、巾（O2）连续分析检测，就可连 续监视设备中的燃烧工况。对含屯很少的燃气，如天然气或液化石油气,烟气中巾（NF79%时,21 q (02)，只要随时对烟气进行巾（02）分析，即可随时检测到a值。 在实际操作中，由前面燃烧方程，有公式，护（ROp21-卩心），当a=1，且完全燃烧时z pqf jitir _ 爭（R0 工）J? （KO?）wi = 丽如“乎（网厂。对某种燃气，a（RO） 一定，只要连续进行巾（R0）分析，也可连续监控燃烧2 max 2设备的 a 值。 对于不完全燃烧，氮平衡公式（119）中，剩余氧还应扣除不完全燃烧的可燃组分本应消耗掉的氧。所以