氣體燃料的燃燒計算

1、鍋爐與鍋爐房設備施工 教案模塊一：鍋爐房設備的基本知識單元四：燃料燃燒計算燃料的燃燒計算學 院 內蒙古建筑職業(yè)技術學院院 （部） 機電與暖通工程學院教 師 王思文氣體燃料的燃燒計算教學目的通過課程教學，挖掘學生潛在創(chuàng)造力，激發(fā)學生的工程設計能力。以工作任務形式組織學生進行項目訓練，培養(yǎng)學生團隊意識，組織協(xié)調能力、創(chuàng)新思維能力，溝通交流能力，自我學習能力、分析問題和解決問題的能力。通過學習，學生能夠掌握鍋爐與鍋爐房的基本知識，為今后繼續(xù)學習鍋爐打下結實的基礎。教學目標能力（技能）目標知識目標素質目標1會進行氣體燃料的燃燒計算。1 掌握燃燒所需空氣量的計算方法。2 掌握燃燒生成煙氣量的計算方法。1

2、挖掘學生潛在創(chuàng)造力，激發(fā)學生的自主學習積極性；2培養(yǎng)學生的與人交流、與人合作的能力，培養(yǎng)學生解決問題、自我學習能力。任務與案例任務：根據教學內容，掌握氣體燃料的燃燒計算。案例：1.某高爐煤氣各組分含量如下：H2=1.8%，CO=23.5%，CH4=0.3%，N2=56.9%，CO2=17.5%，含濕量dq為35 g/m³試求：完全燃燒情況下，（1） 理論空氣需要量VKO（m3/m3）；（2） 理論煙氣生成量VyO（m3/m3）；重點難點及解決方法重點：1.氣體燃料的燃燒計算難點：無參考資料鍋爐與鍋爐房設備 夏喜英主編 哈爾濱工業(yè)大學出版社鍋爐及鍋爐房設備杜漸主編 中國電力出版社工業(yè)鍋

3、爐設備 丁崇功主編 機械工業(yè)出版社工具與媒體計算機、打印機、錄像、課件、圖紙、筆、橡皮、專業(yè)相關資料等。授課教案一理論空氣量的計算理論空氣量是指標準狀態(tài)下每m³燃氣按燃燒反應計量方程式在化學當量比下完全燃燒所需的空氣量。用符號VK0表示，單位為m3/m3。1. 用理論公式計算理論空氣量氣體燃燒中的可燃組分有H2、CO、CmHn（碳氫化合物）和H2S。分別求出混合氣體中各單一可燃組分完全燃燒時所需空氣量，即可得到該種燃氣燃燒所需理論空氣量。（1） 氫的燃燒H22×2)=H2×2)即 1m3H23O23N2)=1m3H23N2)由反應式可見，1m3H2完全燃燒需要3O

4、2，因此，在計算理論空氣量時，可用氣體燃料中已知H2的體積含量表示燃燒所需的氧氣量。即燃料中所含氫完全燃燒需要H2體積的O2。（2） 一氧化碳的燃燒2CO+O22)=2CO22)即 1m33O23N2)=1m3CO23N2)由反應式可見，1m3CO完全燃燒需要3O2，因此，在計算理論空氣量時，可用氣體燃料中已知CO的體積含量表示所需的氧氣量。即燃料中所含CO全燃燒需要CO體積的O2。（3） 碳氫化合物的燃燒由方程式可見，1m3CmHn完全燃燒需要m+n4m3O2。因此，在計算理論空氣量時，可用氣體燃料中已知的CmHn的體積含量表示所需氧氣量。即燃料所含的CmHn完全燃燒時，需要m+n4CmHn

5、體積的O2。（4） 硫化氫的燃燒2H2S+3O2+(3×2)=2SO2+2H2O +(3×2)即 1m3H23O23N2)=1m3SO2+1m3H23N2)由反應式可見，1m3H2S完全燃燒需要1.5 m3O2。因此，在計算理論空氣量時，可用氣體燃料中已知的H2S的體積含量表示所需氧氣量。即燃料所含H2S完全燃燒需H2S體積的O2。所以，當燃氣組分已知，可按下式計算1m3燃氣完全燃燒所需理論空氣量。式中VK0理論空氣量（m3/m3）；H2、CO、CmHn、H2S燃氣中各種可燃組分的體積分數(shù)（%）；O2燃氣中氧的體積分數(shù)（%）。2. 用經驗公式計算理論空氣量燃氣燃燒所需理論空

6、氣量還可按以下列近似公式計算。1）當燃氣的低位發(fā)熱量Qnetg<10500kJ/m3VKo=0.2091000Qnetg2）當人工燃氣的低位發(fā)熱量Qnetg>10500kJ/m3VKo=0.261000Qnetg-0.253）對于烷烴類的燃氣（天然氣、石油伴生氣、液化石油氣）可采用VKo=0.2681000Qnetg或VKo=0.241000Qgrg二實際空氣量的計算在鍋爐燃燒過程中，如果只供給理論空氣量，燃氣與空氣不可能混合的非常均勻，就會出現(xiàn)不完全燃燒，因此，實際供給的空氣量應大于理論空氣量，即要供應一部分過量空氣。過量空氣的存在增加了燃氣分子與空氣分子碰撞的可能性，增加了相互

7、作用的機會，從而使燃燒趨于完全。實際空氣量與理論空氣量之比，稱為過量空氣系數(shù)。即= VK/ VK0或VK=VK0式中 過量空氣系數(shù)；VK實際空氣量（m3/m3）；VK0理論空氣量（m3/m3）。值的大小，與燃氣種類、燃燒方式、燃燒設備等有關。在鍋爐燃燒過程中，控制值是非常重要的，值過大或過小都會導致不良后果。值過小，燃燒不完全，燃燒的化學能未能充分發(fā)揮作用；值過大，煙氣體積增大，爐膛溫度降低，直接影響到燃料的燃燒和燃盡。因此，最理想的燃燒設備應在保證完全燃燒的條件下，盡量使值趨近于1。三理論煙氣量的計算當只供給理論空氣量時，燃料完全燃燒所產生的煙氣量稱為理論煙氣量。1. 用理論公式計算理論煙氣

8、量理論煙氣量的成分是CO2、SO2、N2和H2O。前三者合在一起稱為干煙氣；連同水蒸氣在一起的煙氣稱為濕煙氣。CO2和SO2通常稱為三原子氣體，用符號RO2表示。（1） 煙氣中三原子氣體來源于：CO、CmHn燃燒后生成CO2；氣體燃燒中含有的CO2；H2S燃燒后生成SO2。1) 由CO燃燒反應式可見，1m3CO完全燃燒生成1m3CO2。因此，在計算理論煙氣量時，可用燃料組分中已知的CO的體積含量表示燃燒產物CO2的含量。即燃料所含的CO完全燃燒時，生成與CO相同體積的CO2。2) 由CmHn燃燒反應方程式可見，1m3的CmHn完全燃燒生成m m3的CO2。因此，在計算理論煙氣量時，可用燃氣組分

9、中已知的CmHn的體積含量表示燃燒產物CO2的量。即燃料中所含的CmHn完全燃燒時，生成m CmHn體積的CO2。3) 由H2S的燃燒反應方程式可見，1m3的H2S完全燃燒時生成1m3SO2。因此，在計算理論煙氣量時，可用燃料組分中已知的H2S的體積含量表示燃燒產物SO2的量。即燃料中所含的H2S完全燃燒時，生成與H2S相同體積的SO2。綜上所述，煙氣中三原子氣體體積為VRO2= VCO2 +VSO2（CO2+CO+mCmHn+H2S）式中 VRO2三原子氣體體積（m3/m3）；VCO2二氧化碳的體積（m3/m3）； VSO2二氧化硫的體積（m3/m3）；CO2、CO 、CmHn、H2S燃氣中

10、二氧化碳、一氧化碳、碳氫化合物、硫化氫的體積分數(shù)（%）。（2） 煙氣中水蒸氣來源于：H2燃燒后生成的H2O；H2S燃燒后生成的H2O；CmHn燃燒后生成的H2O；燃氣和空氣中所含的水分，形成煙氣中的H2O蒸汽。1) 由氫的燃燒反應方程式可見，1m3H2完全燃燒時，生成1m3H2O。因此，在計算理論煙氣量時，可用燃料組分中已知的H2的含量表示燃燒產物H2O的量。即燃料中所含的H2完全燃燒時，生成與H2同體積的H2O蒸氣的量。2) 由H2S的燃燒反應方程式可見，1m3的H2S完全燃燒時生成1m3H2O。因此，在計算理論煙氣量時，可用燃料組分中已知的H2S的含量表示燃燒產物中H2O蒸氣的量。即燃料中

11、所含的H2S完全燃燒時，生成與H2S同體積的H2O蒸氣量。3) 由CmHn的燃燒反應方程式可見，1m3CmHn完全燃燒，生成n2m3的H2O蒸氣。因此，在計算理論煙氣量時，可用燃料組分中已知的CmHn的體積含量表示燃燒產物H2O蒸氣的量。即燃料中所含的CmHn完全燃燒時，生成n2CmHn的H2O蒸氣量。4) 燃氣所含的水分，燃燒后成為煙氣的一部分，煙氣中的水蒸氣按理想氣體計算22.4m318kg=22.4m318×103g=1.24×10-3m³/g5) 空氣中所含水分形成煙氣的計算方法與煤的燃燒計算相同。綜上所述，理論煙氣量中水蒸氣的體積為VH2O0=0.01H

12、2+H2S+n2CmHn+0.124dq+0.0161VK0式中VH2O0理論煙氣量中水蒸氣體積（m3/m3）；dq干燃氣的含濕量（g/m3）H2、H2S、CmHn燃氣中氫氣、硫化氫、碳氫化合物的體積分數(shù)（%）（3） 煙氣中氮氣來源于：燃氣組分中的氮氣；空氣中的氮氣。理論煙氣量中氮氣的體積為VN20=0.79VK0+0.01N2式中VN20理論煙氣量中氮氣的體積（m3/m3）；N2燃氣中氮氣的體積分數(shù)（%）。所以，1m3燃氣完全燃燒產生的理論煙氣量為Vyo=VRO2+VH2OO+VN2O式中 Vyo-理論煙氣量（m3/m3）。2. 用經驗公式計算理論煙氣量燃氣燃燒生產的理論煙氣量，還可按下列經

13、驗公式近似計算：（1） 對烷烴類燃氣 Vyo=0.239Qnetg1000+式中附加值（m3/m3），=2m3/m3（天然氣），3/m3（石油伴生氣），3/m3（液化石油氣）。（2） 對煉焦煤氣 Vyo=0.272Qnetg1000+0.25 （3） 對于低位發(fā)熱量Qnetg<12600kJ/ m3的燃氣 Vyo=0.173Qnetg1000+1.0四實際煙氣量的計算1. 用理論公式計算實際煙氣量（1） 煙氣中的三原子氣體體積。煙氣中的三原子氣體體積按式（3-67計算）。（2） 煙氣中的水蒸氣體積為VH2O=0.01H2+H2S+n2CmHn+0.124dq+0.0161VK0式中VH2

14、O實際煙氣中的水蒸氣體積（m3/m3）。（3） 煙氣中的氮氣的體積為VN2=0.79VKO+0.01N2式中VN2實際煙氣中氮氣體積（m3/m3）。（4） 煙氣中的過量氧的體積為VO2=0.21(-1)VKO式中VO2實際煙氣中氮氣體積（m3/m3）。所以，1 m3的燃氣完全燃燒產生的實際煙氣總體積為Vy=VRO2+VH2O+VN2+VO2式中Vy實際煙氣量（m3/m3）。2. 用經驗公式計算實際煙氣量燃氣燃燒生成的實際煙氣量，還可按下列經驗公式近似計算Vy= Vy0+-1VK0式中 Vy0用經驗公式計算的理論煙氣量（m3/m3）；VK0用經驗公式計算的理論空氣量（m3/m3）。五案例教學1.

15、某高爐煤氣各組分含量如下：H2=1.8%，CO=23.5%，CH4=0.3%，N2=56.9%，CO2=17.5%，含濕量dq為35 g/m³，試求：完全燃燒情況下，（1） 理論空氣量VKo；（2）理論煙氣量Vyo解：（1）計算理論空氣量VKo如下：VKo=1210.5H2+0.5CO+m+n4CmHn+1.5H2S-O2由于本題中高爐煤氣的H2S和O2含量均為零，所以：VKo=1210.5H2+0.5CO+m+n4CmHn=1210.5×1.8+0.5×23.5+1+44×0.3=0.63 m³/m³（2）計算理論煙氣量Vyo=VRO2+VH2OO+VN2O由于本題中高爐煤氣的H2S含量為零，所以：Vyo=VCO2+VH2OO+VN2O1) 煙氣中二氧化碳氣體的體積為：VRO2=VCO2（CO2+CO+mCmHn）（）0.42 m³/m³2) 煙氣中水蒸氣的體積為：VH2O0=0.01H2+n2C