过剩空气系数地计算方法

《过剩空气系数地计算方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过剩空气系数地计算方法（10页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、引言在燃气燃烧产物（烟气）的计算工作中，过剩空气系数的计算是经常遇到的。一般用于以下两方面： 一为在控制燃烧过程中，需要检测燃烧过程中的过剩空气系数，防止过剩空气变化而引起的热效率 的降低,以及燃烧工况的恶化。一为在检测燃气燃烧设备的烟气中的有害物质时，需要根据烟气样中氧含量或二氧化碳含量确定过剩空气系数，从而折算成过剩空气系数为 1 时的有害物含量。为了简化计算，通常是采用近似的计算公式。但是这些近似公式都有一定的设定条件。不考虑设定条件， 盲目地使用近似公式，往往会引起较大的偏差，甚至于出现错误。这也是在检测工作中经常发现数字矛盾 的原因之一。为了减少读者的查阅资料的时间，本文适当地重复过

2、去推导的公式，强调的是近似公式的使 用条件以及应用时应该考虑的问题。最后提出两个比较精确的过剩空气计算公式，供有关人士参考。一. 根据燃烧产物的成分计算过剩空气系数本文讨论的主要是完全燃烧情况下的过剩空气系数。这里的完全燃烧是指燃烧产物中未完全燃烧成分很低，例如CO与NOX含量属于ppm级。在计算燃烧产物 成分时可以不计入这些未完全燃烧成分。1. 过剩空气的来源在完全燃烧条件下，燃烧产物中有过剩空气，来源于两个情况。一为在燃烧过程中混入过多空 气，使燃烧后燃烧产物中有过剩的空气；另一为根据分析燃烧产物成分的需要抽取烟气样时，混入了周围 的空气。在燃烧以前混入过多的空气，会增加热损失，降低热效率

3、；混入的空气过少（过剩空气系数小于 1）也会恶化燃烧，造成污染环境与能源浪费。为此在运行过程中需要根据烟气样中的成分计算过剩空 气系数。从而做出调整燃烧工况的措施。在燃烧以后混入周围的空气大多数是在抽取烟气样时发生的。为了消除多余空气对烟气样中成分的影响，需要折算到没有多余空气时（过剩空气系数=1）烟气样的成分。这也需要计算过剩空气系数。虽然在燃烧前混入过多空气会影响燃烧工况，而燃烧后混入空气对燃烧工况没有关系。但是它们对烟气 样的成分的影响是相同的。都可以用烟气样中的氧或二氧化碳含量计算过剩空气系数。当然这个结论都是 在本文的先提条件，完全燃烧的情况下才能成立。2. 根据干烟气中的0含量计算

4、过剩空气系数在燃烧过程中，供给燃烧需要的空气往往会大于燃烧实际需要的空气量。这样，实际的空气量与燃烧理论需要的空气量的比值即为过剩空气系数。过剩空气系数a,可用下面公式计算,P_ _ bE _一竺V式书 严-軒立片米干憋气紛耶的空逐 乙 v一基注方乘不蔥的理建空气需舉気丹出 A爲堂溥米干燃汽的亦便吒健*好 完全郸嗣， too 虫0；曲e二偸Q.2Q?209 式禺v冼一毎#菲干範；茁玦卧祐甲的颗礎 1由 阳-券立右米干牺弋产生的干翩施产拘筑 曲、 g-稱Sfe产樹（或干惋汽）电8沓星l 沁讣細武眼HY干慟江申歯至迅馳的ti含更隘城械汽甲没目%1 -心尊立片米千翹吒的乜蜒产林中的贸汽ii K由干玮

5、券加蜒庚的空吒W可型由干堀汽卬此含童植捧出荡X坯将鱼貳（2）骂（S）代人公丈（1：,可潯-打3也_T1陆门心嗨上吨再询炬吃完空霸舸老越产物甲禾完幽融分含畫很匱，可或不書便.迟弃燃fife产牺中只看8- d与皿 井且-Nia = 100 COj O-贰中；ro干熠气中仍阳含蛙，百” 这祥瓷比U）可写成，209209 - 79.1r一l100-（CO3 +OJ型1 诵吒册及股用戸鮒忡的第is页措出 当干用气印瓯的客租成甘接近嗣u m 近佩憐宦捋迓哄 則垒式 心 成拘i0.5J旳. BL !- U.K -_ IL SI_ K, E-20 9-CJj因此且重测獰千熠弋中拥陪岂爲就可以用公貳【应無过杲惶

6、T系煎.根据以上公式推导,可以看出公式（6）与（7）都是有条件的,要强调指出的是使用这些公式时必须研究其特定的条件。需要经过验算与分析才能确定公式（7）的使用范围。参 1 指出的条件本文将进一步验证。3.根据干烟气中的C02含量计算过剩空气系数在有団!I至弋宗件下，吃二瑞卜2-0-“ 20. S K丈P TU有过他铢年H于战伊主的干粗吟盘.W A. 一没肖过6煙吒务年F，马*千熾吃F生供2H8汽星.皿 饱申帼氐推中朗细哙颯.c 振据企式（83可以昌出公式（10）中的C0可以根据燃气成分计算出来，所以在已知燃气成分条件下，只要测得干烟气中的C0b 2m 2含量就可以求得过剩空气系数。根据以前讨论

7、的前提条件，公式（10）是一个完全燃烧的关系式。也就是说完全燃烧必然满足公a式（10），公式（10）也是完全燃烧的判别式。aa用公式（10 ）计算出过剩空气系数a，其计算结果应该与公式（7）所得的结果是一样的。再一次b提醒读者，以上结论都是在完全燃烧（CO含量属ppm级）条件下成立的。二. 燃烧产物的成分与燃烧三角图1. 城市燃气燃烧产物中的成分由于城市燃气尤其是天然气中基本上没有氮、硫与氧的成分。在完全燃烧的条件下，燃烧产物中主要成分是CO、HO和N。在实际燃烧过程中，燃烧再完全也会有微量不完全燃烧及其他气体，也就是说在烟2 2 2气样中总会有些CO NOX等ppm级的微量的气体。另外，在燃

8、烧过程中，为了使燃气燃烧完全，要求燃气与空气充分混合，为此混入的空气量略大于燃烧需要的空气量。这就是说完全燃烧条件下，过剩空气系数大于1,烟气样中还应有氧成分O。因此 城2市燃气完全燃烧下的烟气样中的主要成分为CO H O O及N ；2 2 2 2城市燃气完全燃烧下的干烟气样中的主要成分为CO O及N。以后讨论的主要是干烟气（或干2 2 2燃烧产物）。91帧三隔国拭用 itePTKfitB GO _20 S別 9-dM此蛀用再；耳菲妇前惫她旳网的.2蹄上命阳備打，在理臀廉氓下.过创企吒荒烬1时，直式“1，中q=葩；亡q = uq卄 舉孔国彗曲人的王恬的桂加.焰捽中甘伍总国梵朝殳整芮帝二気北碗畫

9、昼氓”也会阳应蒯t”当ogjfi 2.iwd. c也掐槿直谏” ii枢可取旦別轴 三炳耳 co?/C%29.9e1无理N2. 数字分析根据表中计算，可以看出如下规律：公式算出的a值是近似值；由公式得到的a值相当于真值。由于是完全燃烧，CO 2与O必须符合完全燃烧的判别式，所以，根椐CO和O值可以算出CO。2 2m 2 2（2）当。=0%时，a=1； a =1。两者没有偏差。2（3）随着O值慢慢增加，偏差也逐渐增加。当O达到10.45%时，偏差达到5.1%。因此在O22小于11%（参1）的条件下，才适宜用公式（7）或者（10）计算过剩空气系数。2b（4）O 值越过10.45%时，过剩空气系数的偏

10、差增加很快。当O增至17.42% （即CO接近2%）2 2 2时，这偏差已经达到9.1%。很显然CO小于2%时是不宜使用公式（7）及（10 ）。2b在O小于10.45%的阶段，随着0的增加，（O -X）值逐渐加大,结果也就加大a值的偏差。 2 2 2当O超过10.45%时，（O -X）值逐渐减少，也就是说O接近X。但是虽然随着O的增长，虽然X逐 2 2 2 2步接近O 2,还是表现出O 2越大，a值的偏差越高。（6）参1指出的“当干烟气中氮的容积成分接近79%时，可以近似假定N接近79%”的条件，正是烟气 2样中氧含量非常高，并且CO与O之合接近21%的时候。此时恰是偏差比较大的条件。因为在完

11、全燃烧 2 2的条件下，烟气样中氮含量越接近79%，则氧含量越接近21%，造成的偏差也越大。从以上计算可以认为，公式（7）或（10 ）的使用范围是有限度的。只有在烟气样中氧含量小于11%， b或二氧化碳含量大于5.7%才可以使用（在允许偏差不大于6%的要求下） 。当然随着偏差要求的变化时，对烟气样中的氧的含量或二氧化碳的含量要求也应随之变化。3. 曲线分析图2是a =f （X）的曲线。如果以O 2代替X.，O 2越大，引起的偏差（a-a）越大。但是从曲线走势看，曲线的前一阶段的斜率变化比较缓慢，而后一阶段的斜率急剧增加。取公式（12）的导数da _20.9dX 20.9-2T）3由于da /d

12、X永远大于0,所以公式（12）是单调增加函数，这就证明了 X或O越大，a值越高的结2论。当da /dX=1时，X=10.45,也就是说0 =（10.45 T11）%代替X时，由于0 与X的偏差率（O -X）/X2 2 2造成的过剩空气系数的偏差率（a-a ）/a是很接近的。这个论点在计算表中可以证实，既在0 =（10.45 T211）%时，两者偏差率都在 0.0530.056 的范围内。当取二阶导数时，&怙 _ 2x20.9乔一（20勺一上尸由于X不可能大于20.9，因此其二阶导数也是大于0。这就证明了公式（12）曲线的斜率也是单增的。取“S16.333i,也就是说当叽接近回时n的瞎加率得女于

13、I .这种现塑在计算宏中dX-也表现出来.在M大于丄圖旦然占忑哉隔差率ioz-i） A在减少，但壬过来啞T系数的痛差率 所以在0 jtT 或OCT詞于2用涮已胫造成& 5%的遍岂遗已经是一测 试工作不能允讦亂-四. 正确的过剩空气系数计算方法对于天然气或城市燃气（基本不含0、N、及C0）在完全燃烧条件下，根据烟气样的成分可以用下列方2 2 2法之一计算过剩空气系数 a。1. 根据0与C0计算a2 2目前的烟气分析仪可以同时测出烟气样中的o与C0值。因此可以直接用公式（6）计算过剩空气系2 2数。建议同时用公式（10）验算是否属于完全燃烧。如果不属于完全燃烧，则应按不完全燃烧公式计算a a（见参

14、 1 与 3）。2. 根据 02计算 a2如果只需要根据0计算a时，首先要保证属于完全燃烧范围，当不能确定C0时可以用其他方法证2 2明是否属于完全燃烧，例如烟气样中co 值是否属于微量级等。当0小于11%，并且不要求a值具有较高的精度时，可用公式（7）计算a值；2当 02大于 11%时，建议按下述方法计算 a 值，2由于是完全燃烧，根据公式（10 ）可得a(13)*中 _ CO3tI（2Q9-Oa）120.9这样苜先据000出ODL然肯西代入公式朋可永出&值.也RimffiT式计畀.”亠F春14)(15) *五.简要结论或一-2090 -CO (20.9 - O)+ 20.9r9i式中的C0

15、可以根据燃气的性质决定，是已知值。这样算出过剩空气系数a,并且比直接用公式（7）2m计算精确。如果得不到C0时，只能用公式（7）计算。因为只有公式（7）才能只用一个参数O值（不需要C0 ）2m 2 2m就可以求出过剩空气系数。但是，求得的过剩空气大于 4-5 时，就要考虑此公式具有较大的偏差。同理， 当求得的过剩空气小于2 时，可以认为公式（7）的结果还是可以信任的。3.根据C0计算a值2在完全燃烧条件下，用CO 值计算a值时，建议在CO大于5.5%的条件下，用公式（10）计算a值。2 2 b当 CO 小于 5.5%时，建议用下述方法计算 a 值，21在完全燃烧的条件下，烟气样中的CO和O的含

16、量必然符合燃烧三角图，也就是说，符合公式（10）。2 22无论是用公式（7）还是用公式（10 ）计算过剩空气系数a，都应该要求烟气样中的O含量小于11%，或b2C 含量大于 5.5%。否则会引起较大的偏差。O23如果烟气样中只有0含量，并且过大时，建议用公式（15）或（14）计算过剩空气系数a；当烟气样中2只有co，并且过小时，建议用公式（18）计算过剩空气系数a。24. 参1 中（包括作者过去写过的文章和著作如参4）提到的：”当干烟气中氮的容积成分接近79%时（这相当于CO与O的含量的合接近21%）,可用公式（7）或（10 ）计算过剩空气系数a”的观点是不确切 22b的，因为此时公式的偏差很

17、大。5. EN483（参5）中建议烟气样中的CO2含量小于2%时，使用公式（7）的说法与本文有些矛盾，也是值得商榷的。我们不能不加验证直接套用国外推荐的公式。6最后要强调的是在测试过程中必须保证烟气样是干的，燃气的成分中基本上没有氮气。参考文献1. “燃气燃烧及应用” 同济大学等2. “煤气应用手册” 乌铎白歇尔著3. “煤气燃烧产物成分测定误差分析”4.“燃气燃烧产物成分计算与分析”5. EUROPEAN STANDARD prEN483中国建筑工业出版社2000. 12高等教育出版社1960.3金志刚天津土木学会论文集1983.4.January 1997.文集、测试、烟气、01在理想条件

18、下燃料完全燃烧时所必需的最少空气量称理论空气消耗量，在实际条 件下燃料完全燃烧或不完全燃烧所需的空气量是实际空气消耗量。过剩空气系数二（燃烧实际空气量-燃料理论空气量）/燃料理论空气量。剩余空气系数的计算公式如下：a=（燃烧实际空气量-燃料理论空气量）/燃料理论空气量。a过剩空气系数过剩空气系数太小，燃料燃烧不完全，浪费燃料，甚至会造成二次燃烧，但 过剩空气系数太大，入炉空气太多，炉膛温度下降，传热不好，烟道气量多，带 走热量多，也浪费燃料。锅炉燃用工业型煤最佳过剩空气系数的确定什么是最佳过量空气系数？过量空气系数大小，对机械未完全燃烧热损失、化学未完全燃烧热损失、排烟热损失均有影响。只要增大

19、 过量空气系数，排烟热损失肯定增加；适当增大过量空气系数，可使q3、q4下降，而过量空气系数过大时 将引起炉温下降，又导致q3、q4增大。因此，必然有一个最合理的过量空气系数存在。最合理的过量空气 系数，应使q2+q3+q4为最小，这个过量空气系数，称最佳过量空气系数。运行锅炉的最佳过量空气系数，是通过燃烧调整试验确定的。试验时选用不同的过量空气系数，求出对应 的各项热损失，然后作出如图 45所示的过量空气系数与热损失的关系曲线，曲线的最低点应的即为最佳 过量空气系数。什么是锅炉热效率？什么是正平衡热效率与反平衡热效率？如何计算？ 锅炉有效利用热量与单位时间内所消耗燃料的输入热量的百分比，称为

20、锅炉热效率。它表明燃料输入炉内 的热量被有效利用的程度。B锅炉燃煤量，kg/h；Qr 输入热量，kJ/kg；Q锅炉总有效利用热量，kJ/hQ相应1kg燃料的有效利用热量，kJ/kg。利用上式计算出的热效率正平衡热效率。也可先求出各项热损失，从100%中扣除各项热损失之和，所得热 效率称反平衡热效率。目前，发电厂中较多的采用反平衡法确定热效率。因为，用正平衡法计算热效率时，需要准确测知汽水流 量、参数及燃煤量。当前不少锅炉还没有测知燃煤量的手段，这就给计算带来困难。同时，计算出的效率 值较大，一旦有误差，误差绝对值就较大。另外，从正平衡效率中，也较难看出效率不高的原因何在。利 用反平衡效率，各项热损失数值较小，引起误差的绝对值不会太大，同时，还可根据各项热损失的情况， 采取提高效率的措施。一部分新安装的大容量锅炉安装了电子重力式皮给煤机，可随时批示锅炉燃煤量，这为今后利用正平衡计 算锅炉热效率及利用微机在线测定锅炉效率创造了有利条件。