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。

3 、几个基本概念：1 ）理论空气量（ Va

0 ）： 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。

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）

0a

a

V

V

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

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。

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。

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

而Oar 为助燃成分

ararararararar MASNOHC ，，，，，，

，，， ararar SHC

22 COOC OHOH 222 2

1

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：

其中的可燃成分为：

② 确定 VO20

1kmol 1kmol 1kmol

1kmol 1/2kmol 1kmol

kmolCar12

kmolH ar

2kmol

Har

2kmol

H ar

4kmol

Car12 kmol

Car12

（ kg ）

)/(100

4.22)

3232412(

)100/)(3232412

(

3

0

2

kgfuelBmOSHC

kgfuelkmolOSHC

V

arararar

ararararO

22 SOOS

kmolSar32

燃料中的含 O2 量为： Oar/32

1kmol 1kmol 1kmol

kmolSar32

kmolSar32

空气中 O2 含量为 21% ，因此

)/)(3232412

(21

4.22

21

100 300

2kgfuelBm

OSHCVV ararararOa

③ 理论空气量 Va0

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 Va

0Bm3/kgfuel 中的水蒸气量为：

)/(61.118

4.2229

4.2230

0

kgfuelBmxVxV

aa

燃烧所需的理论湿空气量为：

)/)(61.11(61.1][ 30000 kgfuelBmxVxVVV aaaa

④实际空气量 Va0aa VV

同样，实际湿空气量： ][][ 0aa VV

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 2 4 2 2 2 2 2, , , , , ,v v v v v v v v v vm nCO H H S CH C H CO H O N O SO， ， ，

2 2 4 ,v v v v v

m nCO H H S CH C H， ， ，

222

1COOCO OHOH 222 2

1

OHSOOSH 2222 2

3

② 确定 VO20

1Bm3 ½Bm3 1Bm3

1Bm3 ½Bm3 1Bm3

vCO vH 2

vSH 2

vCO2

1 vCO vH 2vH 22

1

1Bm3 3/2 Bm3 1Bm3 1Bm3

vSH 2vSH 2

vSH 22

3

OHCOOCH 2224 22

OHn

mCOOn

mHC nm 222 2)4

(

)/(100

1])

4(

2

32

2

1

2

1[ 33

2240

22fuelBmBmOHC

nmSHCHHCOV vv

nmvvvv

O

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

1Bm3 2Bm3 1Bm3 2Bm3 vCH 4

vnmHC v

nmHCnm )2/( vnmHmC

vnmHC

n

2

vCH 42 vCH 4vCH 42

)/(

])4

(2

32

2

1

2

1[

21

1

21

100

33

224200

2

fuelBmBm

OHCn

mSHCHHCOVV vvnm

vvvvOa

0aa VV

③ 理论空气量 Va0

④实际空气量 Va2 、完全燃烧产生的烟气量、烟气组成的计算

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

)/( 300000

2222kgfuelBmVVVVV NOHSOCO

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：ararararararar MASNOHC ，，，，，，

)100/(

4.2212

3

0

2

kgfuelBm

CV arCO

22 COOC 1kmol 1kmol 1kmol

kmolCar12

kmolCar12

kmolCar12

OHOH 222 2

1

1kmol 1/2kmol 1kmol

kmolH ar

2kmol

H ar

2kmolH ar

4

22 SOOS

kmolSar32

1kmol 1kmol 1kmol

kmolSar32

kmolSar32

)100/(

4.22)182

(

3

0

2

kgfuelBm

MHV arar

OH

)100/(

4.2232

3

0

2

kgfuelBm

SV arSO

)100/%(794.2228

300

2kgfuelBmV

NV a

arN

)/(100

4.22)

3232412(

21

79100

4.22)

281823212(

)100/(%794.22)281823212

(

3

30

00000

2222

kgfuelBmOSHC

NMHSC

kgfuelBmVNMHSC

VVVVV

arararar

ararararar

aararararar

NOHSOCO

理论烟气的组成百分含量：

2 2

2 2

0 0

2 20 0

0 0

2 20 0

100%, 100%

100%, 100%

CO SO

f f

N O

f f

V VCO SO

V V

V VN O

V V

(2) 、实际烟气量 (α>1 时 ) 、烟气组成

过剩的空气理论烟气 00 )1( aVVV

)/(100

4.22

1230

22kgfuelBm

CVV arCOCO

)/(100

4.22

3230

22kgfuelBm

SVV arSOSO

)/(100

4.22)

182( 30

22kgfuelBm

MHVV arar

OHOH

)/(21

79

100

4.22

2830

22kgfuelBmV

NV O

arN

)/()1( 3000

2222kgfuelBmVVVV OOOO

烟气组成量：

实际烟气量 :

2222 NSOOHCO ，，，，，，

，空气，，，，，，， vvvvvvnm

vv NSHOHHCHHCCOCO 222242

)/(21

79

]23)2

([100

121

79])2

2(

)[(100

1

330

222242

0222224

42

00000

2

2

2222

fuelBmBmV

NSHOHHCHHCn

mCOCO

VNSHSHOHHCHHCn

CHHmCCOCO

VVVVV

O

vvvvvvnm

vv

Ovvvvvvv

nm

vvnm

vv

NOHSOCO

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

)/()1( 3300 fuelBmBmVVV a 过剩的空气理论烟气

)/( 330

22fuelBmBmVV COCO

)/( 330

22fuelBmBmVV SOSO

)/( 330

22fuelBmBmVV OHOH

)/(21

79

1003302

22fuelBmBmV

NV ON

)/()1( 330

22fuelBmBmVV OO

烟气组成量：

实际烟气量 :

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

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 C②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）

（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

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

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

列碳平衡计算烟气量：

燃料中的 C= 烟气中的 C+ 灰渣中的 Cg g 3f f

12 1772=v 13.6% 11.9 v 954 m /100kgfuel

22.4 83N

g 3a f av 79% v 80.7% v 8.8Bm / kgfuel

生成水蒸气量 )100/(7.71)182

( 3 kgfuelNmMH arar

湿烟气量=954+71.7=1026（Nm3/100kgfuel)

0a

a

V

V

0

0

00

2

22

2

2

O

OO

O

O

a

a

V

VV

V

V

V

V 过剩

2 、空气过剩系数 α 的计算

1 、定义式法方法：

2 、氧平衡法

若令 RO2 为烟气中 CO2 和 SO2 的半分含量之和， VO20‘

， VO2

0” 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： OHVROV OO 2

"022

'02

2

22

2"022

'02

22"022

'02 )(

kRO

OkRO

OHVROV

OOHVROV

OO

OO

式中：

则：

2

2"022

'02

RO

OHVROVk OO

量过剩空气中量燃料中量烟气中量燃料中量烟气中

222

22

NNN

NN

利用 N 平衡，则：

同除以干烟气量 V

V

VV

V

VVV

VV

V

V

O 7921

/NN

/NN

/N/N/N

/N/N

/)NNN(

/)NN(

2

22

22

222

22

222

22

量燃料中

量燃料中

量过剩空气中量燃料中量烟气中量燃料中量烟气中

量过剩空气中量燃料中量烟气中量燃料中量烟气中

量理论空气中量实际空气中量实际空气中量理论空气中量实际空气中

22

2

2

20

NN

N

N

N

%79

%79

a

a

V

V3 、氮平衡法：

7921

/NN

/NN

222

22

OV

V

f

f

量燃料中

量燃料中

2179

N

N

22

2

O

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：

2179

)21

(N

N

22

2

COO

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 。

•若气体燃料中的含氮量很高，且干烟气中又有可燃成分时，

2179

]})4

(5.05.0[{/

/

2222

22

nmHCn

mHCOOVNN

VNN

量燃料中

量燃料中

)/)(/)(( 33312

012 fuelBmBmkgfuelBmVVVQ aaa 或漏

)/)(( 312

0 hBmQVQ fa 漏

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1 2

例题 4-6

三、 燃烧温度的计算燃烧产物的温度

燃烧室

损失Q

烟气燃料

空气

, f f fQ c tnetQ

aaaa tcVQ ptcVQ

.

net f a p

l ml ch di a s

Q Q Q Vct Q

Q Q Q Q Q Q

失

失

基准为 1kg 或 1Bm3 燃料，温度为 0℃或室温（ 20℃）

列热量平衡：

cV

QQQQt afnetp

损失)(

2 、理论燃烧温度 tth

条件：绝热， Ql=0 ；完全燃烧， Qml=Qch=0 ， Qas=0；

（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。net

ca

m

Q Q Qt

V

net f i

ca d

th

Q Q Q Qt

V

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net f a

th m

Q Q Qt t

Vc

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。

net f ap

Q Q Q Qt

V c

失

3 、实际燃烧温度 tp

考虑各种散热

（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,

'1

' "1 2

th th

th th

t t Q Q

t t Q Q

net f ath

Q Q Qt

Vc

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。

cV

QQQQt afnetp

损失)(

（三）提高实际燃烧温度的途径

（四）空气预热温度的计算

书上例题 4-8