1、第第三节三节 燃烧过程的计算燃烧过程的计算内容提要内容提要1.燃烧反应方程式燃烧反应方程式2.理论空气量理论空气量4.空燃比空燃比3.空气过剩系数空气过剩系数5.理论烟气体积理论烟气体积6.污染物排放量的计算污染物排放量的计算学习要求学习要求1.掌握理论空气量、理论烟气量、空气过剩系掌握理论空气量、理论烟气量、空气过剩系数和空燃比的概念；数和空燃比的概念；2.学会根据燃料组成计算理论空气量学会根据燃料组成计算理论空气量,根据空气根据空气条件计算实际空气量；条件计算实际空气量；3.掌握烟气体积和过量空气校正方法，学会计掌握烟气体积和过量空气校正方法，学会计算实际烟气量；算实际烟气量；4.熟练掌握
2、污染物排放量的计算方法。熟练掌握污染物排放量的计算方法。1.1 燃烧反应方程式燃烧反应方程式在进行燃烧计算时，经常做一些以下简化假设：在进行燃烧计算时，经常做一些以下简化假设：v假定假定 (1)空气仅是由氮和氧组成的空气仅是由氮和氧组成的,含量分别为含量分别为 79.1%和和20.9%，氮和氧的体积比为，氮和氧的体积比为 79.120.93.78；(3)燃料中的硫被氧化为燃料中的硫被氧化为 SO2；(2)燃料中的固定态氧可用于燃烧；燃料中的固定态氧可用于燃烧；(4)热力型热力型 NOx 可以忽略；可以忽略；(5)燃料中的氮在燃烧时转化为燃料中的氮在燃烧时转化为 N2；(6)燃料的化学式为燃料的
3、化学式为 CxHySzOw，其中下标，其中下标 x、y、z、w 分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。在上述假定条件下，完全燃烧反应的反应物在上述假定条件下，完全燃烧反应的反应物和生成物关系如右图：其中和生成物关系如右图：其中 Q 代表燃烧热。代表燃烧热。2222223.7842423.78242xyzwywywC H S OxzOxzNyywxCOH O zSOxzNQ 完全燃烧的化学反应方程式完全燃烧的化学反应方程式例例2：甲醇完全燃烧方程式的确定：甲醇完全燃烧方程式的确定1.2理论空气量理论空气量 单位质量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所单位质量燃料按燃烧反应方程
4、式完全燃烧所需要的空气量（体积）称为理论空气量。它由燃需要的空气量（体积）称为理论空气量。它由燃料的组成决定，可根据燃烧方程式计算求得。料的组成决定，可根据燃烧方程式计算求得。理论空气量理论空气量Va0为：为：Va0=22.44.78(x+y/4+zw/2)/(12x+1.008y+32z+16w)=107.1(x+y/4+z-w/2)/(12x+1.008y+32z+16w)m3/kg 例例3 假定煤的化学组成以质量计为：假定煤的化学组成以质量计为：C：77.2；H：5.2；N：1.2；S：2.6；O：5.9；灰分：；灰分：7.9。试计算这种煤燃烧。试计算这种煤燃烧时需要的理论空气量。时需要
5、的理论空气量。第二步：确定煤的摩尔质量，即相对于每摩尔第二步：确定煤的摩尔质量，即相对于每摩尔碳的质量，碳的质量，包括灰分包括灰分，为：，为：10015.55g/()6.43()gMmolmol碳碳一般煤的理论空气量一般煤的理论空气量 Va0=49 m3kg，液体燃料的理论空气量液体燃料的理论空气量 Va0=1011 m3kg，天然气的理论空气量天然气的理论空气量 Va0=8.019.5 m3m3fuel。1.3空气过剩系数空气过剩系数 实际空气量实际空气量 Va 与理论空气量与理论空气量 Va0 之比称为空之比称为空气过剩系数气过剩系数 ，即即0VVaa实际空气量理论空气量 通常通常 1，值
6、与燃料种类、燃烧装置型式值与燃料种类、燃烧装置型式及燃烧条件等因素有关。及燃烧条件等因素有关。表表 1 部分炉型的空气过剩系数部分炉型的空气过剩系数空气过剩系数校正计算空气过剩系数校正计算 空气过剩系数可以根据奥萨特仪监测结果空气过剩系数可以根据奥萨特仪监测结果推算。奥氏烟气分析仪测定干烟气中推算。奥氏烟气分析仪测定干烟气中 CO2、O2 和和 CO 含量，其它部分是含量，其它部分是 N2完全燃烧时，空气过剩系数为：完全燃烧时，空气过剩系数为：PPPONOa222264.01PPPPPCOONCOOa5.0264.05.01222各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。各组分的量均为奥氏分析仪
7、所测得的百分数。若燃烧不完全会产生若燃烧不完全会产生CO，须校正。即从测须校正。即从测得的过剩氧中减去得的过剩氧中减去CO氧化为氧化为CO2所需的所需的O21.4空燃比空燃比 空燃比（空燃比（AF）定义为单位质量燃料燃烧所定义为单位质量燃料燃烧所需要的空气质量需要的空气质量 AF理论理论理论空气质量理论空气质量/燃料质量燃料质量思考题：思考题：1.试推导一般燃料理论空燃比的数值？试推导一般燃料理论空燃比的数值？2.理论空然比和理论空气量有什么关系？理论空然比和理论空气量有什么关系？计算题：已知某天然气组成为计算题：已知某天然气组成为CH4:59.2%;C2H6:12.9%;N2:0.7%;CO
8、2:26.2%,试计算其试计算其完全燃烧的空燃比？完全燃烧的空燃比？图图6 空燃比和空气过剩系数关系图空燃比和空气过剩系数关系图1.5理论烟气体积理论烟气体积理论烟气成分理论烟气成分 理论烟气成分主要是理论烟气成分主要是CO2、SO2、N2 和水和水蒸气；烟气中除水蒸气以外的部分称为干烟气，蒸气；烟气中除水蒸气以外的部分称为干烟气，在标准状态下的干烟气为标准干烟气；在标准状态下的干烟气为标准干烟气；a.含水蒸气的烟气称为湿烟气；含水蒸气的烟气称为湿烟气；b.理论烟气体积等于干烟气体积和水蒸气体积之和。理论烟气体积等于干烟气体积和水蒸气体积之和。理论干烟气体积理论干烟气体积 在理论空气量下，单位
9、质量燃料完全燃烧所生在理论空气量下，单位质量燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积，以成的烟气体积称为理论烟气体积，以 Vfg0 表示。表示。根据燃烧反应方程式，理论干烟气体积为：根据燃烧反应方程式，理论干烟气体积为：03.78()4222.4(123216)fgywxzxzVxyzw 实际烟气体积实际烟气体积 体积密度校正体积密度校正 为计算标准状态下的烟气体积，需要将监测到为计算标准状态下的烟气体积，需要将监测到的排烟温度、压力下的烟气体积换算到标准状态。的排烟温度、压力下的烟气体积换算到标准状态。SNNSSNTTPPVVNSSNSNTTPPP式中，下标式中，下标N代表监测状态，下标
10、代表监测状态，下标 S 代表标准状态代表标准状态过剩空气校正过剩空气校正 空气过剩系数大于空气过剩系数大于1时，烟气中含有过剩空气，时，烟气中含有过剩空气，实际烟气体积是理论烟气体积与过剩空气量的和。实际烟气体积是理论烟气体积与过剩空气量的和。Vfg=Vfg0 +(-1)Va0其中：其中：为过剩空气系数；为过剩空气系数；V0a 为理论空气量为理论空气量例例4 已知空气过剩系数已知空气过剩系数 =1.1，试计算，试计算1mol的甲烷完全燃烧产生的烟气量。的甲烷完全燃烧产生的烟气量。解：甲烷燃烧的燃烧方程式为：解：甲烷燃烧的燃烧方程式为：CH4+2O2+7.56N2CO2+2H2O+7.56N2
11、由上式可知，由上式可知，1mol甲烷完全燃烧产生甲烷完全燃烧产生的理论烟气量为：的理论烟气量为：Vofg=1+2+7.56=10.56（mol）理论空气量理论空气量 V0a=2+7.56=9.56（mol）根据公式根据公式 Vfg=Vofg+V0a(1)得：得：Vfg=Vofg+V0a(1)=10.56+9.56(1.11)=11.52（mol）11.520.02240.258m31mol甲烷完全燃烧产生的烟气量为甲烷完全燃烧产生的烟气量为1.6 污染物排放量的计算污染物排放量的计算污染物排放量计算有两种方法污染物排放量计算有两种方法：1.根据实测的污染物浓度和排烟量来计算；根据实测的污染物浓
12、度和排烟量来计算；2.利用排放因子（利用排放因子（Emission Factor）确确定污染物排放量。定污染物排放量。表表1 机动车排放因子一览表机动车排放因子一览表例例2-8 某电厂以烟煤做为燃料，采用液态排某电厂以烟煤做为燃料，采用液态排渣的煤粉炉（也称为蒸气锅炉），并安装了湿渣的煤粉炉（也称为蒸气锅炉），并安装了湿式洗涤器，可以达到式洗涤器，可以达到98的的SO2净化效率，根净化效率，根据以下条件：据以下条件：（1）发电量）发电量1000MW（2）总体热效率总体热效率30（3）煤中）煤中S含量含量2.1，热值，热值27770kJ/Kg，灰分灰分含量含量8。估算：估算：单位时间的燃煤消耗量
13、单位时间的燃煤消耗量 依据依据AP42，估算，估算TSP、SO2、NOx、CO和和NMVOC的排放量的排放量(1)燃煤量燃煤量发电量发电量总体热效率总体热效率燃煤热值燃煤热值3027770120kg/s443t/h1000103(2)确定锅炉排放因子确定锅炉排放因子AP42（Compilation of Air Pollutant Emission Factor）污染物污染物TSPSO2NOxCONMVOC排 放 因 子排 放 因 子（Kg/t）3.5Aa19Ab160.250.02查查AP42中中1.1 Bituminous And Subbituminous Coal Combustion
14、得到液态排渣得到液态排渣粉炉的各污染物的排放因子如下：粉炉的各污染物的排放因子如下：a.A=%Ash,即即TSP的排放量为的排放量为3.5(Ash)b.S=%Sulfur,即即SO2的排放量为的排放量为19(Sulfur)TSP=3.58433/100012.12t/hSO2=192.14330.02/10000.35t/hNOX=16433/10006.93t/hCO=0.25433/10000.108t/hNMVOC=0.02433/10000.0087t/h重点重点1.掌握理论空气量、理论烟气量、空气过剩系掌握理论空气量、理论烟气量、空气过剩系数和空燃比的概念；数和空燃比的概念；2.学会根据燃料组成计算理论空气量学会根据燃料组成计算理论空气量,根据空气根据空气条件计算实际空气量；条件计算实际空气量；3.掌握烟气体积和过量空气校正方法，学会计掌握烟气体积和过量空气校正方法，学会计算实际烟气量；算实际烟气量；4.熟练掌握污染物排放量的计算方法。熟练掌握污染物排放量的计算方法。
