【文档说明】《消防燃烧学》第4章空气需要量和燃烧产物生成量.pptx，共(60)页，263.899 KB，由精品优选上传

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第二篇燃烧反应计算1燃烧计算的内容确定单位数量燃料燃烧所需要的氧化剂(空气或氧气)的数量(从外界提供的)确定燃烧产物的数量确定燃烧产物的成分确定燃烧温度确定燃烧完全程度2燃烧计算中的空气假定其仅由氧气、氮气及水蒸气

组成体积百分比氧气为21％，氮气为79％氧气、氮气的摩尔体积相同（在标准状态下为22.4L/mol）,同状态下体积之比等于物质的量之比3由体积百分比确定质量百分比已知干空气中体积百分比氧气21％，氮气7

9％，如何确定质量百分比2222222222222222222222(%)(%)(%)(%)3221%23.3%3221%2879%OOOmONOONNOOOVOONNOVNVmMnOmmMnMnMVMOMVMVMOMN==++==++==

+%7.76%7928%2132%7928%)(%)(%)(%)(2222222=+=+=VNVOVNmNMOMNMN4燃烧产物其成分和数量与反应条件有关可能完全燃烧，可能不完全燃烧产物包含两部分：–经化学反应的产物–未经化学反应的物质（未混合的燃料和空气、过剩的空气和

过剩燃料）我们所讲的燃烧计算中，假定均匀混合，同时允许燃料过剩和氧化剂过剩5第四章空气需要量和燃烧产物生成量6计算的实际意义要设计炉子的燃烧装置和鼓风系统，就必须知道为保证一定热负荷（燃料消耗量）所应供给的空气量而设计排烟

系统，就必须知道燃烧产物（或烟气）的生成量、成分和密度在进行炉内热交换、压力、温度等的热工计算、热工测试或热工分析时也需要进行供给空气量和燃烧产物生成量、成分和密度的计算7固体和液体燃料理论空气量的计算

固体和液体燃料的成分表示法，质量百分比含量•C％＋H％＋O％＋N％＋S％＋A％＋W％＝100％按照化学反应质量守恒的原则，列出各成分完全燃烧的反应方程式。依据方程式计算各物质的量8各成分的燃烧计算碳元素的燃烧，方程式和质量关系•C＋

O2＝CO2•123244（kg）•18/311/3（kg）氢元素的燃烧，方程式和质量关系•4H＋O2＝2H2O•43236（kg）•189（kg）9各成分的燃烧计算硫元素的燃烧，方程式和质量关系•S＋O2＝SO2•323264（kg）•112

（kg）故，单位燃料燃烧时耗氧量为：G=（8C/3+8H+S）/100(kg)所以需要提供的空气量应该为G/23.3%(kg)10每公斤燃料需要的氧气量需要的氧气质量为•G0,O2=(8C/3+8H+S–O)/100（kg）需要的氧气体积•先计算氧气的密度，按标准状态计算•密度=32/22

.4=1.429(kg/m3)，因此•L0,O2=(8C/3+8H–O+S)/100/1.429(m3)上式是不考虑其他因素影响下的数值，称为“理论氧气需要量”11理论空气需要量已知理论氧气质量需要量G0,O2，确定理论空气质量需要量•

G0＝G0,O2/23.3%（kg）已知理论氧气体积需要量L0,O2，确定理论空气体积需要量•L0＝L0,O2/21%（m3）12气体燃料空气需要量计算气体燃料成分表示法，体积百分数•CO％＋H2％＋CH4

％＋CnHm％＋H2S％＋CO2％＋O2％＋N2％＋H2O％＝100％各成分燃烧需要的氧气量之和就是气体燃烧所需的总氧气量由于反应方程式中各物质的系数就表示所需的摩尔数，而认为气体的摩尔体积相同，因此系数比就等于各气体物质的体积比13各成分氧气需要量一氧化碳燃烧，方程式和体

积比•CO＋½O2＝CO2•1½(m3)氢气燃烧，方程式和体积比•H2＋½O2＝H2O•1½(m3)14各成分氧气需要量碳氢化合物燃烧，方程式和体积比•CnHm＋(n+m/4)O2＝nCO2＋m/2H2O•1(

n+m/4)(m3)硫化氢燃烧，方程式和体积比•H2S＋3/2O2＝H2O＋SO2•13/2(m3)15理论氧气和空气需要量1m3气体燃料的理论氧气需要量（体积）为1m3气体燃料的理论空气需要量（体积）为10012342121222,02

−++++=OSHHCmnHCOLmnO%212,00OLL=16实际空气需要量在实际设计和操作中，炉内实际消耗的空气量与计算的理论空气量会有区别为保证燃料完全燃烧，会增加空气量，比理论值多一些为得到炉内的还原性

气氛，会减少空气量，比理论值少一些17实际空气需要量实际空气消耗量Ln，n值为空气消耗系数，（n>1称空气过量系数）n值的确定一般是在设计炉子或燃烧装置的时候预先选取的，或根据实测确定00LLnnLLnn==18空气中水蒸气的考虑查附表5可得

到每m3干空气吸收的水蒸气体积数量lH2OL0为理论干空气需要量，L0,w为理论湿空气需要量，则实际湿空气消耗量Ln0,0)1(2LlLOHw+=0,0)1(2nLlnLLOHwn+==19第二节燃烧产物生

成量、成分、密度（完全燃烧）20燃烧产物计算单位燃料完全燃烧后生成的燃烧产物包括CO2，SO2，H2O，N2，O2，其中O2是当n>1时才有的燃烧产物的生成量，当n!=1时称“实际燃烧产物生成量”(Vn

)，当n=1时称“理论燃烧产物生成量”(V0)•Vn=VCO2+VSO2+VH2O+VN2+VO2(m3/kg)或者(m3/m3)21n>1时产物体积V0和Vn的差别在于n＝1时比n>1时的燃烧产物生成量少一部分过剩空气量，因此•Vn－V0＝

Ln－L0或•Vn＝V0＋(n-1)L0如何计算Vn？？22n>1各燃烧产物的生成量对固体和液体燃料，N要考虑燃料中N和空气中的N，H2O要考虑燃料中H、W和空气中水蒸气，还要考虑过量空气对1kg燃料)/(100124.2232kgmCVCO=)/(

100324.2232kgmSVSO=23nOHOHLlWHV++=22100184.2210024.22nNLNV10079100284.222+=)(1002102LLVnO−=24总的燃烧产物生成量)/()10021(1004.22)

183228212(302燃料kgmLlLnWSNHCVnOHn+−+++++=1.上式很好理解，等式右边括号组成的第一项表示燃料中C、H、N、S、W燃烧后所形成的烟气量，O已经和其他元素结合在一起了不用考虑，A不是气体也不用考虑右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有氮气加上剩余的氧

气），仍在烟气中右边第三项是所有空气所带的水蒸气如何理解各项的意义25气体燃料总燃烧产物生成量燃料）33022222/()10021(10012)2(2mmLlLnOHNCOSHHCmnHCOVnOHmnn+−++++++++=1.同

样道理，等式右边中括号组成的第一项表示燃料中各成分燃烧后所形成的烟气量，O2已经和可燃成分反应不用再考虑2.右边第二项是所有空气减去反应的氧气（或所有氮气和剩余的氧气），仍在烟气中3.右边第三项是所有空气所带的水蒸气26燃烧产物的成分V0

只与燃料成分有关，可燃成分越高，V0越大。Vn则与n有关，n越大，Vn越大'''222''22%%%%%100%COSOHONO++++=2'2100COnVCOV=27讨论－Vn的有效性对固体液体燃料，12g（1mol）的C生成1mol的CO2，

只有在标准状态下(0oC，1atm)其体积才是22.4升，而在烟气中温度越高体积越大。从上述角度理解，Vn应该指标准状态下的烟气体积但在标准状态(或其他冷态条件下)，烟气中饱和水蒸气的量很少，不能将水都计为气体，只有在100oC以上才全部是气态28讨论－Vn的有效性同样对气体燃料，只有当烟气

压力温度与初始气体燃料的压力温度一样时，1m3的CO才生成1m3的CO2，而在烟气中温度越高其体积就会越大。从上述角度理解，Vn应该指燃烧前后压力温度相同时的烟气体积但同样烟气中饱和水蒸气量是随压力温度变化的，在1大气压下温度小于100oC时不能将水都计为气态，只有在100oC以上才全部是

气态29更科学的表述方法用体积m3来表述燃烧生成物比较直观但更科学的方法是对燃烧生成物用摩尔mol（或质量kg）来表述然后利用理想气体假设，根据理想气体状态方程，将烟气的压力温度换算成体积•PV＝nRT同时根据烟气对应温度确定饱和水蒸气量，同燃烧后的总水分比较，取两者间的最小值计算水蒸气体积30

燃烧产物的密度密度用参加反应的物质（燃料与氧化剂）的总质量除以燃烧产物的总体积以固体和液体燃料为例3(1)1.293100(/)nnALkgmV−+=31讨论－密度密度等于烟气总质量除以烟气总体积对分子mtotal来说，根据质量守恒燃烧前后的总质量是不变的，但关键是要依

据烟气的压力温度确定有多少水蒸气是气态对分母Vn来说，体积是随压力温度变化的，所含的水蒸气量跟燃烧后总水分和烟气压力温度同时有关。其讨论见前面32第三节不完全燃烧产物33不完全燃烧在实际炉中，有很多不完全燃烧的情况不完全燃烧所发生的反应也是多种情况的不完全燃烧的计算要根据具体不同的情况进行分

析，然后相应求解并且并非所有的每一种情况都可以按静力学方法分析求解，有时要靠实验测定34不完全燃烧产物生成量的变化以成分CO、H2、CH4为例进行分析。在空气中燃烧将不反应的N2也写进方程式。•CO+0.5O2+1.88N2=CO2+1

.88N2•H2+0.5O2+1.88N2=H2O+1.88N2•CH4+2O2+7.52N2=CO2+2H2O+7.52N2对CO、H2等可燃成分而言，反应前的体积数（mol数）大于反应后的体积数对CH4而言，反应前和反应后的体积数（

mol数）不变左边：不完全燃烧产物中可燃成分右边：该部分完全燃烧产物成分35n>=1时的不完全燃烧空气过剩，燃烧产物中剩余O2及相应的N2燃烧产物中每有1m3CO，产物体积就相应增加0.5m3同样，燃烧产物中每有1m3

H2，产物体积就相应增加0.5m3，但水分去除将增加1.5m3燃烧产物中含有CH4，不会使体积增加。但如果将水分去除，则燃烧产物中每有1m3CH4，产物体积就相应增加2m336完全与不完全燃烧产物量变化关系考虑水分为气态，则干烟

气，即不考虑水分100'5.0'5.0100)(5.05.0)()(2''2HCOVVVVVuncompnHCOuncompncompn−−=−−=100'2'5.1'5.0100)(25.15.0)()(42,''',,42C

HHCOVVVVVVuncompdnCHHCOuncompdncompdn−−−=−−−=37完全与不完全燃烧产物量变化关系有空气过剩时的不完全燃烧，燃烧产物的体积比完全燃烧时的体积增加不完全燃烧程度越大，产物的体积增加越大

38n<1时的不完全燃烧第一种情况，O2没有剩余，全部参与了反应。由于燃烧1m3CO需要空气(0.5m3O2＋1.88m3N2)，生成1m3CO2＋1.88m3N2，因此每剩余1m3CO就少产生产物1.88m3同样，每剩余1m3H2就少产生产物1.

88m3每剩余1m3CH4(需要空气2m3O2＋7.52m3N2)，就少产生产物9.52m339n<1且没有氧气剩余完全燃烧与不完全燃烧产物间体积关系干烟气，即不考虑水分100'52.9'88.1'88.1100)(52.988.188.1)()(4

2'''42CHHCOVVVVVVuncompnCHHCOuncompncompn+++=+++=100'52.7'88.0'88.1100)(52.788.088.1)()(42,''',,42CHHCOVVVVVVuncompdnCHHCOuncompdncompdn

+++=+++=40n<1且有氧气剩余相比于n<1且没有氧气剩余的情况，现在烟气中多了一部分空气，空气量为•空气量＝1/0.21×VO2＝4.76VO2因此对干烟气有'''''422252.988.188.1)()(76.4)(

CHHCOcompnuncompnOOuncompnVVVVVVV−−−==−+'''',',422252.788.088.176.4)()(CHHCOOdOnucompndcompnVVVVVV+++−=+41不完全燃烧产物成分和生成量计算空气消耗系数n<1，混合是均匀的没有氧气剩

余燃烧产物除了CO2、SO2、H2O、N2外，还有可燃物，包括可燃气体及固体碳粒（烟粒）在计算燃烧产物的成分和生成量时，往往要跟实验相结合，确定产物中所存在的成分和以及可以忽略掉的成分42产物成分和生成量计算例子例如：忽略燃

烧产物中碳粒含量、H等，产物成分有CO2、CO、H2O、N2、CH4、H2，需要求VCO2、VCO、VH2O、VN2、VCH4、VH2六个未知数建立六个方程，然后求解（1）碳平衡方程•ΣCfuel＝C(VCO2+VCO+VCH4)•对1

kg固体液体则：4.2210011242CHCOCOVVVC++=43产物成分和生成量计算例子（2）氢平衡方程•ΣHfuel＝H(VH2O+VCH4+VH2)•对1kg固体液体则：（3）氧平衡方程•ΣOfuel+air＝O(VCO2+VCO+VH2O)•对

1kg固体液体则：4.222421001)182(242HCHOHVVVWH++=+4.222161001)1816(222,0OHCOCOOVVVnGWO++=++44产物成分和生成量计算例子（4）氮平衡方程•ΣNfuel+air＝N

(VN2)•对1kg固体液体则：（5）建立产物间的反应式，水煤气反应及平衡常数4.2221429.310011422,0NOVnGN=+OHCOHCOppppKHCOOHCO2221222=++45产物成分和生成量计算例子（

6）建立产物间的反应式，甲烷分解反应及平衡常数上述六个方程联立即可求出六给未知数如果CH4的含量忽略不计，那么就只有五个未知数，将式（6）去掉，五个方程即可求解22224422HCHppKCHCH=+4

6例题1有一煤样，经测定，其成分（%）表达为：Cdaf=85，Hdaf=5，Odaf=5，Ndaf=2，Sdaf=3，Ad=12.5，War=20。试求：（1）理论空气需要量L0（m3/kg）（2）理论燃烧

产物生成量V0（m3/kg）（3）若用该煤样作为燃料，需要的热负荷为1.7×104kW，空气消耗系数n=1.15，求每小时的供风量47需要明确的问题计算燃烧空气需要量的时候，所使用的成分含量是应用成分热负荷与发热量、燃料量的关系–热负荷*时间

=Q燃料低*m燃料48（1）理论空气需要量1、进行成分换算：Aar=Ad*（1-War%)=12.5*(1-0.2)=10Car=Cdaf*(1-Aar%-War%)=85*(1-0.1-0.2)=59.5同理可求H、O、N、S的应用成分分

别为3.5，3.5，1.4，2.149（1）理论空气需要量2、求各组分燃烧耗氧量之和G0,O2=(8/3C+8H+S-O)/100(kg)=(8/3*59.5+8*3.5+2.1-3.5)/100=1.8

53(kg)L0,O2=G0,O2/(32/22.4)=G0,O2/1.429=1.297(m3/kg)3、求空气需要量L0=L0,O2/0.21=6.176(m3/kg)50（2）燃烧产物生成量VCO2=11/3C%/(44/22.4)=C%*2

2.4/12VH2O=(9H%+W%)/(18/22.4)VSO2=2S%/(64/22.4)VN2=0.79L0+N%/(28/22.4)51（3）供风量1.7*104*1*3600=Q燃料低*m燃料Q燃料低的如何计算？？–门捷列夫公式4.181

6[81C+246H-26(O-S)-6W]kJ供风量=m燃料*n*L052例题2某煤气的干成分（%）为：CO-9.1，H2-57.3，CH4-26.0，C2H4-2.5，CO2-3.0，O2-0.5，N2-1.6。用含氧量30%的富氧空气燃烧，n=1.15，空气水蒸气含量0.0235m3/m

3，求（1）富氧空气消耗量Ln（m3/m3）（2）燃烧产物成分及密度53利用以下反应式CO+0.5O2=CO2H2+0.5O2=H2OCH4+2O2=CO2+2H2OC2H4+3O2=2CO2+2H2O故有：L0,O2=[0.5CO+0.5H2+2CH4+3C2H4-O2]/100=0

.922m3/m3Ln=nL0,O2/0.3=3.534m3/m354（2）求成分VCO2=(CO+CH4+2C2H4+CO2)/100=0.431m3/m3VH2O=(H2+2CH4+2C2H4)/100+0.0235Ln=1.266m3/m3VN2=N2/100+0

.7Ln=2.49m3/m3求密度时，先求总质量，利用（燃料质量+空气质量）/Vn，即可求得密度55例题3某焦炉煤气，其干成分(%)为CO-9.1，H2-57.3，CH4-26.0，C2H4-2.5，CO2-3.0，O2-0.5，N2-1.6，燃烧时的空气消耗

系数n=0.8，产物温度为1200度，设产物中O2’=0,并忽略CH4‘,已知在1200度下，水煤气反应平衡常数为0.387。试计算不完全燃烧产物的成分及生成量。56求生成量1、选择方法：六个平衡方程2、明确产物中都有哪些成分构成：CO2,CO

,H2,CH4,N2,H2O3、列方程：–a=VCO2+VCO（碳平衡）–b=VH2+VH2O（氢平衡）–c=VCO2+0.5VCO+0.5VH2O（氧平衡）–d=VN2（氮平衡）–K=(PCO2*PH2)/(PCO*PH2O)（水煤气反应）=(VCO2*VH2)/(VCO*VH2O)57如果题

目中给了煤气初始温度为20度，58思考题1、固体或液体用C、H、O、N、S、A、W表示时，1kg燃料燃烧的理论氧气需要量如何表示？2、已知理论氧气质量需要量G0,O2，如何计算理论氧气体积需要量L0,O2？3、已知

可燃气体成分为CO％＋H2％＋CH4％＋CO2％＋O2％＝100％，1m3可燃气体的理论氧气需要量L0,O2？4、实际湿空气消耗量与理论干空气需要量间的关系？59思考题5、1kg固体燃料燃烧，当n>1时产物中氧气、氮气、水蒸汽的

生成量VO2、VN2、VH2O是多少？6、n>1时气体燃料燃烧产物生成量如下式，如何理解？7、为什么说用体积Vn来表示燃烧产物生成量不够科学？燃料）33022222/()10021(10012)2(2mmLlLnOHNCOSHHCmnHCOVnOHmnn+−+

+++++++=60