二、气体燃料的燃烧产物生成量 据反应式(3-10)，每Nm'燃料的燃烧产物中各组分的体积为(a>1) a-0+2C+器 Nm'/Nm'-燃料 器 Nm'/Nm'-燃料 e-2器器器器 Nm/Nm'-燃料 V%=8品+品v Nm/Nm-燃料 Vo,=0(a-1) Nm'/Nm3-燃料 于是燃烧产物的生成量为 V,=Vco,+Vso,+Vm,o+Vn,+Vo =[c0++∑a+罗CH.+2HS+c0,+N,+H,o1d0+a-品y +0.00124 gavo Nm'/Nm3燃料 (320) 显然，若a=1,明得 =C0+H+Za+2C,H.+2H,S+00+N,+0],品 ++0.00124gVNm'/Nm'燃料 (3-21) 三、燃烧产物成分百分比 根据式(3-14)至式(321)，可求得固体，被体和气体燃料燃烧产物的体积成分如下（为区 S0',=(W0,/W,)×100 H0'-(W%,e/N,)X100 (3-22) N=(WN/W)X100 0'▣(V。.V.)X100 显然，上式左边各项之和应等于100，通常可以借此验证计算结果的可靠性。此外，燃烧时 的空气消耗系数越大，则产物中的氧浓度越高，其氧化性越强。 回、燃烧产物密度 按定义，燃烧产物的密度是指单位体积燃烧产物所具有的质量。由式(3-22)可知，每m燃 烧产物中，C02,50,,0,N和0，所占的体积分别为C0',/100,S0'/100,H,0'/100,N2/ 100和0'：/100m',它们的总质量为 2.4x10o[4C0:+64s0:+18,0+28N+320,]kg 28
因此，燃烧产物的密度可按下式计算 B=22.4X144c0+64S0,+18,0+28N:+320',】kgNm'(3-23) §3-3不完全燃烧产物及燃烧过程的质量检测 燃烧产物又称烟气。完全燃烧时，烟气中只含有C0,H,0,N,和0，等成分（若不考虑离 解过程)。但若燃烧不完全，则还会出现C0,H,和CH,等未燃成分。显然，这些气体的含量起 多，表明燃烧过程越不完善，能量损失也越大。因此，分析烟气中未燃成分的种类和数量，可以 评价燃烧过程的完普程度，为调整燃烧过程提供科学依据，此外，为了保护环境和运行安全，也 往往要限制烟气中某些有害成分(CO,NO)的含昆。因此，烟气的成分分析是燃绕过程的重要 检测内容，也是鉴别燃烧质量的重要手段。 根据现场测试条件和要求，烟气分析可分为“综合分析”和“单项分析”两种，综合分析可以 全面地测量烟气的各种成分，以便全面了解燃绕过程。用国产RGH一1型烟气全分析器可以 同时测定烟气中的RO:O,、H,CH以及C,H等成分.但这种仪器价格昂费，操作使用要求 较高，并非对所有场合都适用更多的情况下，常采用单项分析，即测量烟气中的一种成分或几 种成分，例如用磁性氧量计测定烟气中的氧含量，用奥氏烟气分析仪测定烟气中的R0:和0 等，实际燃烧装登屮，CH,和H,的含量一般比C0少得多，因此，工程上常把C0视为主要的 不完全燃绕成分，尽管如此，烟气中的C0含量通常也不超过1，理论上，可以用奥氏分析仪 测定C0的含量。但对于大多数情况，C0的含量很低，用奥氏分析仪测量误差很大。因此，一 般均以奥氏分析仪测出RO,和O:。然后，间接推算出CO,下面我们就来推导CO,RO,和O: 之问的数量关系式。 一、气体分析方程 不完全燃烧时，每g燃料产生的干烟气（奥氏分析仪仅适用于分析干烟气成分）容积可 表示为 Vn=Vmo,+Voo+Vo +Vx, (3-24) 其中V,=Vx,-气十V%,-特，分别表示来自空气和燃料的然气。 (一)燃料中碳和碗燃烧所需的氧气 燃料中的碳和硫不完全燃绕时有下列三个反应，即 C+O2+C02 C+20:→0 (3-25) S+0,→s0: 由此可见，可燃元素完全燃烧时，产生C0,和S02的体积与消耗的氧气体积是相等的.但 在不完全燃烧时，消耗的氧气体积是燃烧产物C0体积的一半。因此，碳和硫部分不完全燃烧 时所的氧气体积为(W，十Vcm), ·RO,是C0,和S2的总和、 -29
(二)燃料中氧燃烧所磐的氧气 氢的燃烧反应式可表示为 2H2+0,→2H,0 上式表明，每kg燃料中氢燃烧所需要的氧气量为 ·品=as55HNm 考患到每g燃料中合氧86g,对应的氧气容积为 24,18o=a.o70Nm 因此，每千克燃料中氢燃烧所楷要的氧气容积为 0.0555H-0.0070=0.0555H-0.1260)Nm 此外，每kg然料不完全燃烧时，由配给空气带入的氨气容积为 Vk-2-2vm,+号am+Vo,+0.0555(H-0.126O]NmN,/kg燃料 燃料中所含氨化物产生的氮气容积为 -·品-a0sN 将以上两式代入式(3-24)，得干燃烧产物的体积为 Vn=V,+Vcm+Vn,+CVo,+2Vco+Va,+0.0555(H-0.1260)+0.008N Nm'/g燃料(3-26) 上式两边各除以V,并乘以100，得 10=R0,+00+0,+9Rey+c0+0:+5.581250]+4,N (3-27) 此外，由反应式 C+0+C0, C+20:→C0 可知，每kg碳燃烧生成的C0和C0体积相等，都是22.4/12Nm,或1.866Nm,也就是说， 每kg碳部分不完全燃烧时所严生的C0和C0,体积之和仍为1.866Nm',故每kg燃料中碳 不完全燃烧时产生的C0和CO,体积之和为 Vco+Ven,=1.866 100 Nm 又据式(3-15)，每kg燃料生成S0,的体积为0.7S100Nm'.故每kg燃料生成的C0 C0,和SO的总体积为 Vo,+V+Vo-V,+Voo-1.6+0.375jNm 或写为 亦即 V上S气9Neg想料 (3-28) 30
将式(3-28)代入式(327)，整理后可得 0R01+0+.65c0+2.35H-0038.R0+c0'y-21 B=2.35(H-0.1260+0.038N C+0.375S (3-29) 称日为燃料特性系数，则有 R0':+0'2+0.605C0'+R0',+C0)=21 (3-30) C0'=21-R0)(R0,+02 0.605+3 (3-31) 式(3-30)称为“气体分析方程”，它表示燃料特性系数与燃烧产物中R0',0,和C0三者 之间的数量关系。这个方程对固体，休和气体燃料均适用，但用于气体燃料时，B值应重新定 义（详见文献[2]，48页）.该式通常有两方面的应用，一是用烟气分析法测得R0,和O:后， 用以求出CO'的值。另一是用于检验测量结果的可靠性，即实际测得0'，O',和CO'值必须 满足气体分析方程。如果差异太大，则表明测量方法或测量系统不可靠，应分析原因，采取相应 的技术措施。 式(3-29)中，燃料特性系数B是以燃料的应用基元素分析结果定义的。事实上，当分子和 分母同时乘以系数100/(100-w)或100/[100-(W+A)]时，这个计算式仍然成立.因此，计 算B值时，元素C,H,O,N和S的分析数据选用哪一种结果（应用基、干燥基或可燃基）都是可 以的。昱然，对于每种燃料，3值具有确定的数值。 当燃烧产物中含有较多的H:和CH,等未燃烧成分时，或在现场有条件利用烟气全分析 仪器同时测出C0',HCF,及0，等成分时，则可用下式代替式(3-30). 21-0'=(1+)R0'+(0.605+)C0'-0.185H:-(0.58-8CH (3-32) 这是更为完普的“气体分析方程”，其实用意义与式(330)相同。详细的推导可参阅文献[2]. 二、完全燃烧方程及其应用 当完全燃烧时，C0'=0,于是从式(330)可得 21-0-Ro1+)=0 (3-33) 此式称为“完全燃烧方程”，表示完全燃烧时成分O:及R0':之间的数量关系。 0,-4=g (3-34) 燃烧不完全时，C0>0,故有 R0<21-03 (3-35) 由此可见，O:值不仅与空气消耗系数有关，而且与燃烧完全程度有关。同一种燃料，© 值一定时，完全燃烧的R0':具有确定的值。燃烧条件下，实际测得的RO:一般总是小于按式 (3-34)计算所得的值，两者之间的差值可用于判断燃烧过程的质量，差值越小，即实际R0':值 越接近式(3-34)的计算值，表示燃烧过程越趋于完善。 当《=1且完全燃烧时，02-0。由式(3-34)可知，这时R0':达到最大值并有 91 (R0':)ar✉ 1+3 (3-36) 由于B值由燃料成分所决定，因此对于某一燃料，(RO':)具有完全确定的值。 31
§3-4空气消耗系数及运行时的风量调整 前节讨论了不完全燃烧时的烟气成分，事实上，燃烧的完全程度与空气供给量密切相关 换句话说，燃烧过程进行不完全往往是由于氧气不足或空气消耗系数太小引起的。当然，这井 不意味着a值越大越好，因为过大的α值会引起排烟热损失增加，使整个热工系统的热效率下 降。理论上可根据运行中实际供给的燃树量和空气量计算出a值。但在许多热工系统中，难以 精确计量燃料和空气的供给量.此外，由干护整不密封，也会引起实际α值的变化，因此通常在 炉瞳出口橡面，利用自动记录的烟气分析仪器直接指示：的实时值，或者用普通烟气分析仪器 测出烟气成分，然后通过计算得到a值。 下面我们先讨论烟气成分和。之间的定量关系式。 很定燃烧产物中有H2、C0,CH,等未燃成分，它们在空气中的燃烧反应式为 C0+0.50:+1.88N+C0,+1.88N, L+0.502+1.88N:→H,0+1.88N, (3-37) CH+20,+7.52N2→C02+2H,0+7.52N: 上述反应式左边为不完全燃烧产物，而右边则相当于完全燃烧产物，从这些反应式可以看 (1)完全燃烧时燃烧产物的体积小于不完全燃烧产物的体积。实际上1NmC0与 0.5Nm'02燃烧生成1Nm2C02,体积缩小0.5Nm',同样，1NmH2与0.5Nm0:燃烧生成 1NmI,0,体积也缩小0.5Nm (2)不完全燃烧产物中的氧含量高于完全燃烧产物的氧含量。即若燃绕产物中残留1Nm 的C0或H,氧的含量将相应增加0.5Nm',而残留1Nm3的CH,则相应地要增加2Nm3的 O。根据这一数量关系，就有可能推算出不完全燃烧条件下的表达式。 根据定义，空气消耗系数为 =六=YAv=1-AvW (3-38) 其中V和V分别表示实际空气供给量和理论空气需要量。而AV则表示过剩的空气供给量 不完全燃烧时，燃烧产物中所含的氧包括两部分： (1)过到中所的氧： (②)出于燃烧不完全而留下的未消耗氧，即 Ve,=品4v+0.5Yo+0.5V%+2wa △=2(V,-0.5Vco-0.5V4-2Vm 或 4v-20-0.5c0'-0.5用-2c, (3.30) 中V。,Vc@、V%,和Vcm分别表示1kg燃料不完全燃烧产物中所含氧、一氧化碳、氢和甲烷的 体 实际供绘的空气容积也可用燃烧产物中的氨气含量来表示.若不考虑燃料中的含量，则 右 -32-