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氮是一种惰性物质，不参加燃烧反应，燃料燃烧后游离出来，与空气中的氮混合，进入烟气。

氮的存在降低了可燃成分，对燃烧不利。

氧在燃料中是一种有害成分，不参加燃烧反应，由于它与可燃物质（C、H）化合成氧化物，从而降低了燃料的燃烧能力。

固、液燃料：

1～3％或更少。

④硫

硫虽然能燃烧放出热量，但燃烧产物SO2或SO3气体有毒，对人体有害，它会腐蚀设备、污染环境，是有害成分。

<

2%，液体燃料：

0.1～3.5%。

⑤水

燃料中水是指自然水分而不包括化学结合水。

水不燃烧，升温吸热，降低燃料的品质。

少量水对燃料着火、燃烧、传热等方面有益。

4～35%，液体燃料：

1～4%。

⑥灰分

灰分是指燃料中不能燃烧的矿物杂质。

化学成分：

SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、N2O、K2O、SO3。

矿物组成：

硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐等。

灰分的有害作用：

ⅰ）灰分↑，可燃成分↓，燃料发热量↓。

ⅱ）灰分↑，燃烧速度及燃烧温度↓。

ⅲ）灰分在高温下形成液相，在窑炉内结皮、结渣，排渣时造成机械不完全燃烧损失，灰分↑，排渣困难。

ⅳ）灰分造成制品污染，影响制品成分及质量。

ⅴ）灰渣破坏炉内耐火材料和堵塞炉栅。

固体燃料的灰分可达20％以上，而液体燃料中一般不超过0.3％。

（2）工业分析法

挥发分（V）、固定碳（FC）、水分（M）和灰分（A）的含量

挥发分（V）：

受热以后分解出来的可燃气态物质，主要是碳氢化合物、碳氧化合物、氢气和焦油蒸气等，是燃料中燃烧放热的重要部分，它影响火焰长度及着火温度。

一般，V↑，燃烧火焰↑，着火温度↓。

其余组成的作用与元素分析相似。

2、固体和液体燃料组成的表示方法

（1）表示煤的四种基准：

a、收到基：

实际使用的煤的组成，用下角标“ar”表示。

（燃烧计算的原始数据）

Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100％

b、空气干燥基：

是指分析实验室里所用的空气干燥煤样的组成，用下角标“ad”表示。

（实验室常用）

Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100％

实验条件：

20℃，

干燥1小时，质量变化<

0.2%。

相互关系：

C、干燥基：

绝对干燥的煤的组成，用下角标“d”表示。

（用于生产控制）

Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad+Md=100％

d、干燥无灰基：

是假想的无水无灰的煤的组成，用下角标“daf”表示。

（煤矿常用）

Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf+Adaf+Mdaf=100％

（2）四种基准的换算

【例1】已知Cdaf、Mar、Aar，求Car。

【解】Car—→Cdaf

100kg 

[100﹣（Mar+Aar）]kg

100Car=[100﹣（Mar+Aar）]

同理：

【例1】已知Cad、Mar、Mad，求Car。

【解】方法1，Car—→Cad

100Car=（100-Mar,f）Cad

而：

代入上式：

方法2：

Cad—→Cd

100Cad=（100-Mad）Cd 

（1）

Car—→Cd

100Car=（100-Mar）Cd 

（2）

（1）÷

（2）得：

即：

3、气体燃料的组成及表示方法

可燃成分主要有H2、CO、CH4、CmHn和H2S等，不可燃成分主要有N2、CO2、SO2和H2O等。

气体燃料的组成一般用体积百分含量表示。

其成分一般用吸收法分析，有“湿成分”和“干成分”二种表示方法。

（1）湿成分：

用上角标“v”表示，包括水蒸汽

COv+H2v+CH4v+CmHnv+H2Sv+CO2v+N2v+O2v+H2Ov=100％

（2）干成分：

用上角标“d”表示，不包括水蒸汽

COd+H2d+CH4d+CmHnd+H2Sd+CO2d+N2d+O2d=100％

干、湿成分的换算关系如下：

3.1.2燃料的热工性质

3.1.2.1 

发热量

1、燃料发热量的基本概念

热值：

单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量，kJ/kg（kJ/Bm3）。

（1）高位发热量Qgr：

单位燃料完全燃烧后，其燃烧产物中的水蒸气全部凝结为0℃水，其余产物冷却到反应前的室温时所放出的热量。

（2）低位发热量Qnet：

单位燃料完全燃烧后，燃烧产物冷却到反应前的室温，而燃烧产物中的水蒸气冷却为20的水蒸气时所放出的热量。

燃烧计算中以燃料收到基低位发热量为基准。

（3）高低热量间的关系：

高低热值之间的差值等于燃料中的水从0℃的液态水变成20℃的水蒸气所需要的热。

1）固体或液体燃料：

1Kg0℃的水气化成20℃的水蒸气的气化潜热：

2500KJ/Kg-H2O

故：

Qnet，ar=Qgr，ar-225Har-25Mar

Qnet，ad=Qgr，ad-225Had-25Mad

Qnet，d=Qgr，d-225Hd

Qnet，daf=Qgr，daf－225Hdaf

2）气体燃料：

Qnet=Qgr－20.1（H2+2CH4+H2S+CmHn）

高位发热量转换与组成换算方法相同，低热量四种基准的换算见书上表中的公式进行。

2、燃料发热量的计算

（1）固体和液体燃料发热量的计算

①根据元素分析计算：

Qnet，ar=339Car+1030Har-109（Oar-Sar）-25Mar

②根据工业分析计算：

无烟煤（Vdaf≤10％）：

Qnet，ad=K0-360Mad-385Aad-100Vad

烟煤（Vdaf＞10％）：

Qnet，ad=100K1-（K1+25.12）（Mad+Aad）-12.56Vad 

（2）气体燃料发热量的计算

Qnet=126CO+108H2+358CH4+590C2H4+637C2H6+806C3H6

+912C3H8+1187C4H10+1460C5H12+232H2S

【例】某厂使用煤的工业分析为：

Mad 

Mar 

Aad 

Vad

2.71 

10.05 

23.20 

26.41

焦渣特征为5，这种煤的收到基低发热量是多少？

【解】据公式：

查表可得K1=339，代入公式

Qnet，ad=100×

339-（339+25.12）（2.71+23.20）-12.56×

26.41

=24130KJ/Kg

3、标准燃料

标准煤：

Qnet，ar=29300kJ/kg

标准油：

Qnet=41820KJ/Kg的燃油为

标准气：

Qnet=41820KJ/NM3的燃气为。

换算：

【例】甲厂生产1t水泥熟料消耗甲地煤160Kg，甲地煤发热量Qnet，ar=25120KJ/Kg；

乙厂生产1t熟料消耗乙地煤150Kg，Qnet，ar=28470KJ/Kg，试比较哪个水泥厂燃料消耗低？

【解】甲厂消耗标准煤160×

=137Kg

乙厂消耗标准煤150×

=146Kg

故甲厂燃料消耗低。

3.1.2.2燃料的其他热工性质（自学）

3.1.3硅酸盐工业常用固体燃料 

3.1.3.1硅酸盐工业用固体燃料

1、褐煤

性质：

新开采水分约为20％～40％，风干后为12％～30％，Ad=0.5％～50％。

易破碎、风化及自燃，发热量较低，约为1300～17000kj/kg。

用途：

制造煤气。

2、烟煤

挥发物10％～45％；

固定碳35％～75％；

灰分7％～30％；

水分3％～18％；

发热量21000～29000kj/kg；

着火温度400～500℃。

特点：

挥发分高，在燃烧时有较长的火焰，并容易调节火焰的长度。

适合于水泥回转窑作燃料。

3、无烟煤

固定碳含量高，可达90％以上；

挥发小于10％；

水分和灰分一般也较低；

发热量一般为25000～29000kj/kg；

组织致密坚硬；

呈金属或半金属光泽，颜色为灰色或黑色；

密度较其它煤大，成块状；

无自燃危险，便于长期储存。

燃烧时煤烟少，只有很短的蓝色火焰，故不适用于外设燃烧室的窑炉。

又因其着火温度较高（一般为650～700℃），挥发分少，燃烧速度比较慢。

适用于水泥立窑作燃料。

4、劣质固体燃料

发热量低于12600kj/kg，有石煤、煤矸石、页岩、泥煤及褐煤等。

泥煤和褐煤可以同优质燃料搭配使用，石煤、煤矸石和页岩在立窑水泥厂可作为原料来配制生料。

3.1.3.2硅酸盐工业用液体燃料

液体燃料有石油及石油加工产品。

硅酸盐工业采用的液体燃料主要是重油。

重油是石油经提炼出汽油、煤油和柴油后剩下的残渣（常压渣油）及残渣加工产品（减压渣油和裂化渣油）。

3.1.3.3硅酸盐工业用气体燃料

硅酸盐工业常用气体燃料主要是天然气、液化石油气和发生炉煤气。

3.2燃料燃烧计算

（1）燃烧计算的基本概念

（2）分析计算法的依据

（3）燃烧温度的概念

（4）过剩空气系数及漏风量的计算法

（1）燃料燃烧空气量、烟气量、烟气组成的分析计算法

（2）燃烧温度的概念及计算

（3）提高燃烧温度的措施

（1）燃烧计算的目的及内容

（2）燃烧的近似计算法

（3）操作计算中实际烟气量和空气量的计算法

（2）烧空气量、烟气量、烟气组成的分析计算法

（3）过剩空气系数及漏风量的计算法

（4）燃烧温度的概念及计算法

燃烧温度的计算

讲解基本概念，讲述计算方法，分析影响因素，讲、练结合。

3.2.1燃烧计算的内容及基本概念

3.2.1.1内容及目的

主要目的：

一是为了设计窑炉的需要；

一是操作窑炉的需要。

主要内容：

①空气量的计算：

鼓风机选型计算的依据

②烟气量的计算：

排风机选型、烟道、烟囱计算的依据

③烟气成分的计算：

通过空气系数判断燃烧操作情况

④燃烧温度的计算：

分析影响因素，改进燃烧条件，提高燃烧温度

3.2.1.2几个基本概念

1、燃烧计算中的几个假设

（1）气体的体积都用标准状态（0℃、1atm）

（2）计算涉及的气体都是理想气体（22.4Bm3/Kmol）

（3）空气组成：

O2：

21％、N2：

79％

（4）计算温度的基准点：

0℃

2、燃烧计算的基本概念

（1）完全燃烧与不完全燃烧：

1）完全燃烧：

如果燃料中可燃成分与空气中的氧发生化学反应，并完全生成不再可燃产物（CO2、H2O、SO2等）。

2）不完全燃烧：

如果燃料中可燃成分与空气中的氧化合不完全，生成的产物中有可燃成分。

（2）过剩空气系数

过剩空气系数：

指实际空气量Va与理论空气量Va

的比值，用

表示。

影响

的因素：

1）燃料的种类：

燃料种类不同，与空气混合的程度不同。

气体燃料：

=1.05-1.10

液体燃料：

=.08-1.20

2）燃料燃烧前的加工状态

3）燃烧设备的构造和操作方法

（3）火焰的气氛

根据燃烧产物的气氛的性质可分：

①氧化焰：

燃烧产物中有过剩空气

②中性焰：

燃烧产物中没有过剩空气

③还原焰：

燃烧产物中含有CO、H2、CH4等可燃气体。

3.2.2空气需要量、烟气生成量及成分、密度的计算

3.2.2.1分析计算法

一、固体和液体燃料

1、空气量的计算

（1）理论空气量：

燃料完全燃烧时所需的最低空气量。

基准：

1Kg收到几基燃料其组成为：

可燃成分：

需氧量计算：

共需氧量；

需从空气中获得的氧：

理论空气量：

（2）实际空气量

2、烟气生成量的计算

（1）理论烟气量：

指单位燃料与理论空气进行完全燃烧生成的烟气量。

1Kg收到基燃料

：

SO2来源于硫的燃烧：

N2来源于燃料和空气：

（2）实际烟气量

1）当

，实际烟气量为：

烟气中VH2O、VCO2、VSO2的计算与理论烟气相同，N2、O2的计算如下：

实际烟气量：

2）当

烟气各组成：

由于空气不足，燃料不能完全燃烧生成CO2，有一部分CO生成，即CO的生成是由于氧气量不足造成。

不足氧量：

又：

SO2量：

3、烟气组成及密度计算

组成：

将烟气各成分量除以实际烟气量并乘100%，而得烟气的百分比组成。

如：

烟气密度：

或：

【例题】已知煤的收到基组成如下：

组分CarHarOarNarSarAarMar

质量（％）72.04.48.01.40.34.99.0

当α=1.2时，计算1Kg煤燃烧所需空气量，烟气量、烟气组成及烟气的密度

【解】基准：

100Kg煤，同时假设煤中的硫都以有机硫存在。

据公式得：

理论氧量：

VoO2=（+×

－）×

=（+×

－）×

=1.53（Nm3/Kg）

Va0=VO02×

=1.53×

=7.31（Nm3/Kg）

实际空气量：

Va=αVa0=1.2×

7.31=8.77（Nm3/Kg）

理论烟气量：

V0=[+（+）+]×

+V0O2×

=[+（+）+]×

+1.53×

=7.72（Nm3/Kg）

V=V0+（α-1）Va0=7.72+（1.2-1）×

7.31=9.2（Nm3/Kg）

烟气各组成量：

过剩O2量：

ＶO2＝（α－1）V0α=（1.2－1）×

1.53=0.3（Nm3/Kg）

CO2量：

VCO2=×

=×

=1.34（Nm3/Kg）

H2O量：

VH2O=（+）×

=（+）×

=0.60（Nm3/Kg）

VSO2=×

=0.002（Nm3/Kg）

N2量：

VN2=×

+αV0O2×

+1.2×

1.53×

=6.92（Nm3/Kg）

体积百分组成：

O2=×

100％=×

100％=3.26％

CO2=×

100％=14.60％

H2O=×

100％=6.52％

SO2=×

100％=0.02％

N2=×

100％=75.22％

烟气的密度：

或

二、气体燃料

1、理论空气量和实际空气量的计算

（1）理论空气量

分析计算：

2、烟气量及烟气组成的计算

烟气中

来源于燃料中

中碳的燃烧及燃料中原有

中氢的氧化及燃料中原有

3、烟所的组成及密度计算

组成的计算与固、液燃料一致。

密度：

。

3.2.2.2近似计算

1、由发热量计算空气量和烟气量

（1）固体燃料

（2）液体燃料

（3）气体燃料

2、未知发热量时，据燃料的种类估计理论空气量和烟气量

3.2.2.3操作计算

窑炉在运转时，小时空气量和烟气量可直接进行测定，但有时无测定仪器无法进行测定或需对实测数据进行校核时,可根据燃料及烟气组成计算空气量。

亦可计算过剩空气系数，了解燃料与空气的配合是否正常，分析燃烧操作是否合适。

还可测定窑炉内不同负压处的烟气组成来计算漏入窑内空气量。

1、实际烟气量和空气量的计算

已知：

燃料组成及烟气组成。

（1）利用碳平衡，即燃料中C＝烟气中C＋灰渣中C，可计算烟气量。

（2）利用氮平衡，即燃料中N2＋空气中N2＝烟气中N2，可计算空气量。

2、据烟气成分计算过剩空气系数

（1）固体和液体燃料（含氮量↓）

（2）气体燃料（含氮量↑）

根据：

:

燃料中的N2量是批燃烧后生成100B干烟气的燃料中的含氮量。

式中CO2′—烟气中CO2的成分，N2、CO2、CO、CmHn—气体燃料的成分。

3、漏入空气量的计算

（1）测窑炉排烟系统不同点的烟气组成，可计算两点漏入的空气量：

（2）通过测定二测点烟气中过剩空气系数的含量来计算成本漏风量

【例题】某窑炉用发生炉煤气为燃料，其百分比组成为：

CO：

28.0%，H2：

15.0%，CH4：

3.2%,C2H4：

0.6%,CO2：

3.6%，N2：

49.6%。

测得烟气离窑前的成分为：

18.1%，

2.3%，

79.6%,进烟囱处烟气的组成为：

12.6%，

7.9%，

79.5%。

试求烟气离窑后至烟囱间烟道中漏入的空气量（Bm3/Bm3）。

【解】

烟气离窑前：

烟气进烟囱处：

空气漏入量：

3.2.3燃烧温度的计算

3.2.3.1燃烧过程的物料平衡与热平衡

1、物料平衡

2、热量平衡

根据能量守恒定律，进入窑炉的热量必等于支出的热量，窑炉热平衡方程：

3.2.3.2燃烧温度的概念

燃烧温度：

燃料稳定燃烧时气态产物所能达到的温度。

1、理论燃烧温度：

理论燃烧温度：

燃料在燃烧过程中没有任何热损失时，烟气能达到的温度。

产热度：

tf、ta均为0且a=1时，计算出的理论燃烧温度。

2、实际燃烧温：

实际燃烧温度：

按照实际燃烧情况考虑到各种热损失时，燃料燃烧生成的烟气所能达到的温度。

高温系数：

3.2.3.3燃烧温度的计算

方法：

（1）先求出理论燃烧温度

（2）选取系数，求出实际燃烧温度。

理论燃烧温度的计算：

上式中Q为定值，求tL0关健时求cL。

c=f（tth）

为了简便计算，可采用内插法。

（

）,求得:

，求得:

tth:

【例题】某窑炉用发生炉煤气为燃料，其组成干基为：

组分：

CO2COH2CH4C2H4H2SN2

体积（％）4.529.014.01.80.20.350.2

湿煤气含水量为4％，当α=1.1，设高温系数η=0.80，发生炉煤气温度tf与空气温度ta均为20℃，计算实际燃烧温度。

【解】①根据公式xv=xd％=0.96xd换算成湿煤气组成为：

CO2vCOvH2vCH4vC2H4vH2SvN2vH2Ov

体积（％）4.3227.8413.441.730.190.2948.194.0

②计算理论空气量（V0a）和实际空气量（Va）：

V0α=0.0238（CO+H2）+0.0952CH4+0.0476（m+）CmHn+0.0714H2S

=0.0238×

（27.84+13.44）+0.0952×

1.73+0.0476×

（2+）×

0.19+0.0714

=1.191（Nm3/Nm3煤气）

Va=αVa0=1.1×

1.191=1.310（Nm3/Nm3煤气）

③计算理论烟气量和实际烟气量：

V0=[CO2+CO+H2+H2O+3CH4+（m+）CmHn+2H2S+N2]×

+V0O2×

=[4.32+27.84+13.44+4.0+3×

1.74+（2+）×

0.19+2×

0.29+48.19]×

+1.191×

=1.99（Nm3/Nm3煤气）

V=V0+（α－1）V0α=1.99+（1.1－1）×

1.191=2.11（Nm3/Nm3煤气）

④计算理论燃烧温度tth：

tth＝

煤气低位发热量：

Qnet=126CO+108H2+358CH4+590C2H4+232H2S

=126×

27.84+108×

13.44+358×

1.73+590×

0.19+232×

0.29=5758（kJ/Nm3）

查表得：

cf=1.32kJ/Nm3.℃ca=1.296kJ/Nm3.℃

2.11ctth＝5818.4

设tth１＝1700℃，c1＝1.67，则：

2.11×

1.67×

1700＝5990.3＞5818.4

设tth2＝1600℃，c2＝1.65，则：

1.65×

1600＝5570.4＜5818.4

tp=ηtth＝0.8×

1660＝1328℃

实际燃烧温度为1328℃。

3.2.3.4影响燃烧温度的因素

影响燃烧程度的因素：

（1）燃料的产热度：

↑，

↑。

（2）燃料的温度及空气温度：

固体燃料不易预热，可采用预热空气的方法，提高燃烧温度，如回转窑二次风预热800～1000℃。

重油加热，一是好雾化，二是预热，提高燃烧温度。

发生炉煤气可采取燃料和空气预热的办法使燃烧温度提高。

一般空气温度↑100℃，燃烧温度30～40℃～，带入热量相当于燃烧4%。

（3）过剩空气系数：

↓，燃烧不完全，tth↓；

↑，过多的空气吸热，tth↓。

适当的空气过剩系数，能保证较大的燃烧速度和较高的燃烧温度。

（4）燃烧速度与减少散热

燃烧损失主要是散热损失：

—单位质量燃料的燃烧时间，亦即散热时间。

因此燃烧速度快，散热时间短，或单位时间燃烧