1、燃氣燃燒所需空氣量及燃燒產物   燃氣的燃燒計算，是按照燃氣中可燃成分與氧進行化學反應的反應方程式，依據物質平衡和熱量平衡的原理，來確定燃燒反應的諸參數，包括：燃燒所需要的空氣量、燃燒產物的生成量及成分、燃燒完全程度、燃燒溫度和煙氣焓。這些參數是燃氣燃燒設備制定、熱工管理必要的數據，也是評定生產操作、提升熱效率、進行傳熱和空氣動力計算不可缺少的依據。合計到燃氣、空氣和燃燒產物各組成所處的狀態，可以相當準確地把它們當作理想氣體來處理。所以，燃燒計算中氣體的體積都按標準狀態(0、101325Pa)計算，其摩爾體積均為224L，計算基準可以用1m3的濕燃氣，也可以用1m3干燃氣。必須注意的

2、是，后者還要帶入所含的飽和水汽量，這就是大多數場合下所使用的基準含有1m3干燃氣的濕燃氣。  確定燃氣燃燒所需空氣量和燃燒產物量，屬于燃燒計算的物料平衡的內容。一、空氣需要量(一)理論空氣需要量V0V0是指1m3燃氣按燃燒反應方程式完全燃燒所需要供給的空氣量，m3空氣m3干燃氣，它是燃氣完全燃燒所需的最小空氣量。V0的計算方法為，先按照燃燒反應方程式和燃燒計算的氧化劑條件(假設干空氣體積僅由21的氧和79的氮組成)，確定燃燒所需的理論氧氣量，然后換算成理論空氣需要量。從單一可燃氣體著手。例如，CO的燃燒反應方程式，連同隨氧帶入的氮，可表示為 CO+0502+376×

3、;05N2=C02+188N2 上式說明，1m3的C0完全燃燒，理論需氧量為05m3，隨氧帶入的氮量為188m3，相當的理論空氣需要量是05/021=2.38m3。對氣態重碳氫化合物CmHn，燃燒反應方程式為 CmHn+(m+n/4)O2+376(m+n/4)N2=mC02+ (n2)H20+376(m+n4)N2 (11) 也清楚地說明，1m3的CmHn完全燃燒，需要(m+n4)m3的理論氧，同時帶入376(m+n4)m3的氮，故理論空氣需要量為 (m+n4)021=476(m+n4)m3。 以此類推，對組成為(CO)+(H2)+(CH4)+(CmHn)+(H2S)+(N

4、2)+(02)=100的1m3干燃氣，需要的理論氧量，用符號V(O2)O表示為： V(O2)O=O0105(CO)+05(H2)+2(CH4)+(m+n4)(CmHn)+15(H2S)-(02)m3 (12) 需要的理論空氣量為： V0=12105(CO)+05(H2)+2(CH4)+(m+n4)(CmHn)+15(H2S)-(02)m3 (13) 顯然，V0完全取決于燃氣的組成。燃氣中可燃組分含量愈多，熱值愈高，燃燒所需的V0也愈多。所以在實際應用中V0有基于熱值或組成的各種類型的近似計算公式；而在粗略計算時，常常按每4186.8kJ發熱量的燃料，需要1m3V0估算。(二

5、)實際空氣需要量V為了保證燃氣完全燃燒，實際供給的空氣量Vm3m3(干燃氣)均大于理論空氣需要量，這個空氣量多供給的比例，就稱為空氣過剩系數，表示為： =VV0 (14) 即，燃氣燃燒的實際空氣需要量為 V=V0，m3(空氣)m3(干燃氣) (15) 顯然，這里的V是干空氣需要量，可表示為Vg。空氣中的水汽含量，可比照燃氣中的水汽含量確實定方法，但要合計空氣的相對濕度(空氣中的濕含量相關于同溫度下飽和濕含量的百分比)。首先，按空氣溫度由附錄3查出空氣的飽和濕含量d'a，kgm3(干空氣)，則空氣中實際濕含量da=d'a，kgm3(干空氣)。所以實際濕空氣量V

6、s=V0+12V0da=(1+12da)V0，m3/m3(干燃氣) (16) 如，空氣20，相對濕度06時，查附錄3，d'a=00189kg/m3(干空氣)，這時空氣的da=O6×00189= 0.0113kgm3(干空氣)，Vs=V0+12×V0=(1+00136)V0，m3(濕空氣)m3(干燃氣)。一般將10gm3(干空氣)，或0012m3/m3(干空氣)，作為空氣濕含量近似計算的取值。顯然，燃氣燃燒的實際空氣需要量V，不僅取決于燃氣的組成，同時與燃燒條件。有關，影響因素主要有燃氣燃燒方法、燃燒設備運行工況等。通常，1，在工業燃燒設備中為105120，在民用燃具

7、中為130180。在燃氣燃燒設備中，正確選擇和控制空氣過剩系數是十分重要的。過小或過大都將導致不良后果。前者，小于1，空氣供應不夠，燃氣不完全燃燒，燃氣的化學熱不能充分發揮，使設備的熱效率下降，熱耗量增加；后者大于，或遠大于1，使燃燒產物生成量過大，增加了煙氣帶走的熱損失，也使燃燒設備的熱效率下降，熱耗增加。因此，先進的燃燒設備應在保證完全燃燒的前題下，使值大于并趨近于1，即采納低氧燃燒法。二、完全燃燒產物的計算燃氣燃燒后的產物，統稱為煙氣。嚴格地說，燃燒產物不僅限于煙氣，還應包括煙氣中所攜帶的灰粒和未燃燼的固體碳粒，但由于它們在煙氣中所占容積百分比極小，因此，在一般的計算中都略去不計。(一)

8、煙氣量當=1時，只供給理論空氣量，如果燃氣完全燃燒，產生煙氣的量稱為理論煙氣量Vofm3(煙氣)m3(干燃氣)，它的組成包括：C02、S02、N2、H20。當l時，供應空氣過剩，燃氣完全燃燒后產生的煙氣量則稱之為實際煙氣量Vfm3(煙氣)m3(干燃氣)，這時煙氣中除含有上述四組分之外，還含有過剩氧，即包含CO2、S02、N2、O2和H20。前3種組分合在一起稱為干煙氣Vgf；包括H2O在內的煙氣則稱為濕煙氣Vsf。煙氣中C02和S02，都是三原子氣體，又同屬酸性氧化物，在化學汲取法進行氣體分析時它們的含量常常合在一起分析，因此，通常合稱為三原子氣體，用符號R02表示。關于混合氣體燃燒產生的煙氣

9、量，為各燃氣組分產生煙氣量之和，如表311。 表3-1-1 煙氣量表     實際上V0f和Vf的差別，僅在于=1和1相比燃燒產物生成量少一部分過剩空氣量，即所以     同樣，煙氣量也有多種類型的近似計算式，可參照各種工具書。(二)煙氣的組成煙氣的組成一般也用容積成分(體積百分數)來表示。即 (RO'2)=V(RO2)Vf×100(N'2) =V(N2)Vf×100(O'2)M=V(O2)Vf×100(H2O')=VH2OVf×100煙氣組成(體積百分數)：(R

10、02)+(N2)+(02)+(H20)=100 (18)(三)煙氣的密度煙氣的密度of,kg/m3(煙氣)，有兩種計算方法。一種，按煙氣各組分的密度，用加和法計算。    式中 用i代表煙氣中的不同組分。另一種方法，按質量守衡，用參加燃燒反應的物質總量，除以燃燒產物的總體積。    三、燃料燃燒方程式及空氣過剩系數(一)燃料燃燒方程式燃料燃燒方程，或稱氣體分析方程，表示燃料燃燒產物各組分之間的關系。它可用來鑒定燃燒的質量；驗證燃燒產物氣體成分的準確性；在核實煙氣分析結果后，還可用來求某一未知組分。燃料燃燒方程式的推導是基于燃燒的物料平衡。針對燃氣，可推導

11、如下。干燃氣組成(體積)為，(CO)+(H2)+(CmHn)+(H2S)+(O2)+(N2)=100從不完全燃燒產物量合計，如前所述，當燃氣不完全燃燒時，煙氣中含有C0、H2、CH4等可燃物，但由于H2、CH4的含量比CO少得多，因此工程上的不完全燃燒產物常常僅合計CO。這樣，上述燃氣不完全燃燒的干煙氣的組成(體積百分數)為： (RO'2)+(CO')+(O'2)+(N'2)=100 依據燃氣燃燒過程的氮平衡，煙氣中的氮只能有三個來源，即燃氣帶入、理論空氣帶入、過剩空氣帶入。    式中 以上標符號“表示過剩量。而干煙氣中氮含量 

12、   將式中干煙氣總量用煙氣成分表示     則上述燃氣不完全燃燒的干煙氣的組成(體積)可改寫為：     各項乘以021，整理后得：      這就是不完全燃燒成分只合計CO時的燃氣燃燒方程式。如果燃氣完全燃燒，(CO')=0，就得到完全燃燒方程式： (1+)(RO'2)+(O'2)=21 (113) 用燃燒方程，可判別燃燒過程的好壞，還可求未知組分，如，     適用于多種不完全燃燒組分的燃氣燃燒方程式，可以按類似方法

13、推導。(二)燃料特性系數上述燃燒方程式中的，為無因次系數。嚴格地說，它除與燃料組成有關外，還與發生不完全燃燒時的煙氣成分有關。但關于完全燃燒狀況，公式第一項分母僅有V(R02)；關于不完全燃燒，也因V(CO)、V(H2)及V(CH4)一般很小，可忽略不計。因此，的表達式也可統一為：     并且認為它只取決于燃料的組成。故稱之為燃料特性系數。燃氣的數值變化較大，有正有負，見表312。 表312燃氣的值燃氣氫一氧化碳甲烷天然氣焦爐煤氣高爐煤氣發生爐煤氣  (三)三原子氣體含量(RO'2)和它的極大值(R0'2)max。由燃氣完全燃

14、燒方程式得：     當燃氣完全燃燒時，煙氣分析結果必定滿足上述關系。上式也說明，煙氣中(RO'2)與過剩氧(O'2)含量有關，即與有關。關于某種燃氣，值一定，燃燒煙氣的(RO'2)含量隨增大而降低。在燃燒設備運行時，如檢測發現三原于氣體量(BO'2)過小，這就意味著供應的空氣量過多或者漏風增加。如果完全燃燒時煙氣中無過剩氧量，即(0'2)=0，則此的相當=1的完全燃燒狀況，因而(R0'2)達到一個最大值，式(115)可寫成     可以看出，(RO'2)一值只取決于燃料特定系數

15、。關于給定的燃氣，值一定，因而(R0'2)max也一定。所以燃燒裝置在實際運行中，煙氣的(R0'2)值均小于(RO'2)max。 (四)空氣過剩系數。從前面討論中可知，的大小對燃燒過程有很大的影響，諸如燃料消耗、燃燒溫度、熱效率等。因此，是燃燒過程控制的重要指標，必須及時依據煙氣分析結果檢查確定。在實際燃燒中，最好的辦法是通過煙氣中的組分來判斷燃燒的質量，從而達到控制燃燒過程的目的。煙氣分析用煙氣分析儀。煙氣分析儀，按其工作原理可分為三類：化學汲取式、物理檢測式、物理化學分析式。按煙氣組分計算的公式很多，比較常用的有兩種：氧平衡公式和氮平衡公式。1氧平衡公式依據的定義，

16、可寫出；     式中 V、V(02)實際空氣量和實際氧氣量；下標“0表示理論量，“表示過剩量。經過代換，可得到完全燃燒氧平衡公式：     系數K=V(RO2)V(O'2)0，由燃氣組成決定。關于不完全燃燒，氧平衡公式為：     2氮平衡公式同樣，依據的定義，有：      (120) 已知燃氣組分，(N2)、(C02)、(CO)，又有煙氣分析結果(RO'2)、(O'2)，就可確定此時的。當燃氣中含氮量很少N20時，則     說明僅僅與煙氣成分有關，采納(RO'2)、(O'2)連續分析檢測，就可連續監視設備中的燃燒工況。對含H2很少的燃氣，如天然氣或液化石油氣，煙氣中(N&