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1、第二篇 燃烧反应计算1燃烧计算的内容4确定单位数量燃料燃烧所需要的氧化剂( 空气或氧气)的数量(从外界提供的)4确定燃烧产物的数量4确定燃烧产物的成分4确定燃烧温度4确定燃烧完全程度2燃烧计算中的空气4假定其仅由氧气、氮气及水蒸气组成4体积百分比氧气为21，氮气为794氧气、氮气的摩尔体积相同（在标准状态 下为22.4L/mol）,同状态下体积之比等于物 质的量之比3由体积百分比确定质量百分比4已知干空气中体积百分比氧气21，氮气79， 如何确定质量百分比4燃烧产物4其成分和数量与反应条件有关4可能完全燃烧，可能不完全燃烧4产物包含两部分： 经化学反应的产物 未经化学反应的物质（未混合的燃料和
2、空气 、过剩的空气和过剩燃料）4我们所讲的燃烧计算中，假定均匀混合， 同时允许燃料过剩和氧化剂过剩5第四章 空气需要量和燃烧产物生成量6计算的实际意义4要设计炉子的燃烧装置和鼓风系统，就必 须知道为保证一定热负荷（燃料消耗量） 所应供给的空气量 4而设计排烟系统，就必须知道燃烧产物（ 或烟气）的生成量、成分和密度 4在进行炉内热交换、压力、温度等的热工 计算、热工测试或热工分析时也需要进行 供给空气量和燃烧产物生成量、成分和密 度的计算7固体和液体燃料理论空气量的计算4固体和液体燃料的成分表示法，质量百分 比含量 CHONSAW1004按照化学反应质量守恒的原则，列出各成 分完全燃烧的反应方程
3、式。依据方程式计 算各物质的量8各成分的燃烧计算4碳元素的燃烧，方程式和质量关系 C O2 CO2 12 32 44（kg） 1 8/3 11/3（kg） 4氢元素的燃烧，方程式和质量关系 4H O2 2H2O 4 32 36（kg） 1 8 9（kg）9各成分的燃烧计算4硫元素的燃烧，方程式和质量关系 S O2 SO2 32 32 64（kg） 1 1 2 （kg） 4故，单位燃料燃烧时耗氧量为：G=（8C/3 + 8H + S）/100 (kg)4所以需要提供的空气量应该为G/23.3% (kg)10每公斤燃料需要的氧气量4需要的氧气质量为 G0,O2 = (8C/3 + 8H + S O
4、) /100（kg）4需要的氧气体积 先计算氧气的密度，按标准状态计算 密度 = 32 / 22.4 = 1.429 (kg/m3)，因此 L0,O2 = (8C/3 + 8H O + S) /100 /1.429 (m3)4上式是不考虑其他因素影响下的数值，称 为“理论氧气需要量”11理论空气需要量4已知理论氧气质量需要量G0,O2，确定理 论空气质量需要量 G0 G0,O2 / 23.3% （kg）4已知理论氧气体积需要量L0,O2，确定理论 空气体积需要量 L0 L0,O2 / 21%（m3）12气体燃料空气需要量计算4气体燃料成分表示法，体积百分数 COH2CH4CnHmH2SCO2
5、O2N2H2O100 4各成分燃烧需要的氧气量之和就是气体燃 烧所需的总氧气量 4由于反应方程式中各物质的系数就表示所 需的摩尔数，而认为气体的摩尔体积相同 ，因此系数比就等于各气体物质的体积比13各成分氧气需要量4一氧化碳燃烧，方程式和体积比 CO O2 CO2 1 (m3)4氢气燃烧，方程式和体积比 H2 O2 H2O 1 (m3)14各成分氧气需要量4碳氢化合物燃烧，方程式和体积比 CnHm (n+m/4) O2 nCO2 m/2H2O 1 (n+m/4) (m3)4硫化氢燃烧，方程式和体积比 H2S 3/2 O2 H2O SO2 1 3/2(m3)15理论氧气和空气需要量41m3气体燃
6、料的理论氧气需要量（体积） 为41m3气体燃料的理论空气需要量（体积） 为16实际空气需要量4在实际设计和操作中，炉内实际消耗的空 气量与计算的理论空气量会有区别4为保证燃料完全燃烧，会增加空气量，比 理论值多一些4为得到炉内的还原性气氛，会减少空气量 ，比理论值少一些17实际空气需要量4实际空气消耗量Ln，n值为空气消耗系数 ，（n1称空气过量系数）4n值的确定一般是在设计炉子或燃烧装置 的时候预先选取的，或根据实测确定18空气中水蒸气的考虑4查附表5可得到每m3干空气吸收的水蒸气体积 数量lH2O4L0为理论干空气需要量，L0,w为理论湿空气需要 量，则4实际湿空气消耗量Ln19第二节 燃
7、烧产物生成量、成分、密度 （完全燃烧）20燃烧产物计算4单位燃料完全燃烧后生成的燃烧产物包括 CO2，SO2，H2O，N2，O2，其中O2是当 n1时才有的4燃烧产物的生成量，当n!=1时称“实际燃 烧产物生成量”(Vn)，当n=1时称“理论燃烧 产物生成量”(V0) Vn= VCO2+ VSO2+ VH2O+ VN2+ VO2 (m3/kg)或者 (m3/m3)21n1时产物体积4V0和Vn的差别在于n1时比n1时的燃烧 产物生成量少一部分过剩空气量，因此 Vn V0 Ln L0或 Vn V0 (n-1)L0如何计算Vn？22n1各燃烧产物的生成量4对固体和液体燃料，N要考虑燃料中N和空气中
8、 的N，H2O要考虑燃料中H、W和空气中水蒸气 ，还要考虑过量空气4对1kg燃料2324总的燃烧产物生成量1.上式很好理解，等式右边括号组成的第一项 表示燃料中C、H、N、S、W燃烧后所形成 的烟气量，O已经和其他元素结合在一起了 不用考虑，A不是气体也不用考虑 右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或 所有氮气加上剩余的氧气），仍在烟气中 右边第三项是所有空气所带的水蒸气如何理解 各项的意 义25气体燃料总燃烧产物生成量1.1. 同样道理，等式右边中括号组成的第一项表示燃同样道理，等式右边中括号组成的第一项表示燃 料中各成分燃烧后所形成的烟气量，料中各成分燃烧后所形成的烟气量，OO2 2已经和
9、可已经和可 燃成分反应不用再考虑燃成分反应不用再考虑 2.2. 右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有 氮气和剩余的氧气），仍在烟气中氮气和剩余的氧气），仍在烟气中 3.3. 右边第三项是所有空气所带的水蒸气右边第三项是所有空气所带的水蒸气 26燃烧产物的成分4V0只与燃料成分有关，可燃成分越高，V0 越大。4Vn则与n有关，n越大，Vn越大27讨论Vn的有效性4对固体液体燃料，12g（1mol）的C生成 1mol的CO2，只有在标准状态下(0oC， 1atm)其体积才是22.4升，而在烟气中温度 越高体积越大。 4从上述角度理解， Vn应该指标准
10、状态下 的烟气体积 4但在标准状态(或其他冷态条件下)，烟气 中饱和水蒸气的量很少，不能将水都计为 气体，只有在100oC以上才全部是气态28讨论Vn的有效性4同样对气体燃料，只有当烟气压力温度与初 始气体燃料的压力温度一样时， 1m3的CO才 生成1m3的CO2，而在烟气中温度越高其体积 就会越大。4从上述角度理解， Vn应该指燃烧前后压力温 度相同时的烟气体积4但同样烟气中饱和水蒸气量是随压力温度变 化的，在1大气压下温度小于100oC时不能将 水都计为气态，只有在100oC以上才全部是 气态29更科学的表述方法4用体积m3来表述燃烧生成物比较直观4但更科学的方法是对燃烧生成物用摩尔 mo
11、l（或质量kg）来表述4然后利用理想气体假设，根据理想气体状 态方程，将烟气的压力温度换算成体积 PVnRT 4同时根据烟气对应温度确定饱和水蒸气量 ，同燃烧后的总水分比较，取两者间的最 小值计算水蒸气体积30燃烧产物的密度4密度用参加反应的物质（燃料与氧化剂 ）的总质量除以燃烧产物的总体积4以固体和液体燃料为例31讨论密度4密度等于烟气总质量除以烟气总体积4对分子mtotal来说，根据质量守恒燃烧前后 的总质量是不变的，但关键是要依据烟气 的压力温度确定有多少水蒸气是气态4对分母Vn来说，体积是随压力温度变化的 ，所含的水蒸气量跟燃烧后总水分和烟气 压力温度同时有关。其讨论见前面32第三节
12、不完全燃烧产物33不完全燃烧4在实际炉中，有很多不完全燃烧的情况4不完全燃烧所发生的反应也是多种情况的4不完全燃烧的计算要根据具体不同的情况 进行分析，然后相应求解4并且并非所有的每一种情况都可以按静力 学方法分析求解，有时要靠实验测定34不完全燃烧产物生成量的变化4以成分CO、H2、CH4为例进行分析。在 空气中燃烧将不反应的N2也写进方程式。 CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1.88N2 H2 +0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2 CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2 4对CO、H2等可燃成分而言，反应前的体 积数（mol数）大于反应后的体积数
13、4对CH4而言，反应前和反应后的体积数（ mol数）不变4左边：不完全燃烧产物中可燃成分 4右边：该部分完全燃烧产物成分35n=1时的不完全燃烧4空气过剩，燃烧产物中剩余O2及相应的N24燃烧产物中每有1m3CO，产物体积就相应 增加0.5m34同样，燃烧产物中每有1m3H2，产物体积 就相应增加0.5m3，但水分去除将增加 1.5m34燃烧产物中含有CH4，不会使体积增加。 但如果将水分去除，则燃烧产物中每有 1m3CH4，产物体积就相应增加2m336完全与不完全燃烧产物量变化关 系4考虑水分为气态，则4干烟气，即不考虑水分37完全与不完全燃烧产物量变化关 系4有空气过剩时的不完全燃烧，燃烧产物的 体积比完全燃烧时的体积增加4不完全燃烧程度越大，产物的体积增加越 大38n1时产物中氧气、氮 气、水蒸汽的生成量VO2、VN2、VH2O是多少？46、 n1时气体燃料燃烧产物生成量如下式，如 何理解？ 47、为什么说用体积Vn来表示燃烧产物生成量不 够科学？ 60
