过剩空气系数的计算方法.docx
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过剩空气系数的计算方法
过剩空气系数的计算方法
引言
在燃气燃烧产物(烟气)的计算工作中,过剩空气系数的计算是经常遇到的。
一般用于以下两方面:
一为在控制燃烧过程中,需要检测燃烧过程中的过剩空气系数,防止过剩空气变化而引起的热效率的降
低,以及燃烧工况的恶化。
一为在检测燃气燃烧设备的烟气中的有害物质时,需要根据烟气样中氧含量或二氧化碳含量确定过剩
空气系数,从而折算成过剩空气系数为1时的有害物含量。
为了简化计算,通常是采用近似的计算公式。
但是这些近似公式都有一定的设定条件。
不考虑设定条件,
盲目地使用近似公式,往往会引起较大的偏差,甚至于岀现错误。
这也是在检测工作中经常发现数字矛盾的原因之一。
为了减少读者的查阅资料的时间,本文适当地重复过去推导的公式,强调的是近似公式的使用条件以及应用时应该考虑的问题。
最后提岀两个比较精确的过剩空气计算公式,供有关人士参考。
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1.根据燃烧产物的成分计算过剩空气系数
本文讨论的主要是完全燃烧情况下的过剩空气系数。
这里的完全燃烧是指燃烧产物中未完全燃烧成分很低,例如CO与NOx含量属于ppm级。
在计算燃烧
产物成分时可以不计入这些未完全燃烧成分。
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1.过剩空气的来源
在完全燃烧条件下,燃烧产物中有过剩空气,来源于两个情况。
一为在燃烧过程中混入过多空气,使
燃烧后燃烧产物中有过剩的空气;另一为根据分析燃烧产物成分的需要抽取烟气样时,混入了周围的空气。
在燃烧以前混入过多的空气,会增加热损失,降低热效率;混入的空气过少(过剩空气系数小于1)
也会恶化燃烧,造成污染环境与能源浪费。
为此在运行过程中需要根据烟气样中的成分计算过剩空气系数。
从而做岀调整燃烧工况的措施。
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在燃烧以后混入周围的空气大多数是在抽取烟气样时发生的。
为了消除多余空气对烟气样中成分的影
响,需要折算到没有多余空气时(过剩空气系数=1)烟气样的成分。
这也需要计算过剩空气系数。
虽然在燃烧前混入过多空气会影响燃烧工况,而燃烧后混入空气对燃烧工况没有关系。
但是它们对烟气样的成分的影响是相同的。
都可以用烟气样中的氧或二氧化碳含量计算过剩空气系数。
当然这个结论都是在本文的先提条件,完全燃烧的情况下才能成立。
2.根据干烟气中的O2含量计算过剩空气系数
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在燃烧过程中,供给燃烧需要的空气往往会大于燃烧实际需要的空气量。
这样,实际的空气量与燃烧理论需要的空气量的比值即为过剩空气系数。
过剩空气系数a,可用下面公式计算,
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根据以上公式推导,可以看岀公式(6)与(7)都是有条件的,要强调指岀的是使用这些公式时必须研
究其特定的条件。
需要经过验算与分析才能确定公式(7)的使用范围。
参1指岀的条件本文将进一步验证。
3.根据干烟气中的CO2含量计算过剩空气系数
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公式(10b)中的CO2m可以根据燃气成分计算出来,所以在已知燃气成分条件下,只要测得干烟气中的
CO2含量就可以求得过剩空气系数。
根据以前讨论的前提条件,公式(10a)是一个完全燃烧的关系式。
也就是说完全燃烧必然满足公式(10a),公式(10a)也是完全燃烧的判别式。
用公式(10b)计算出过剩空气系数a,其计算结果应该与公式(7)所得的结果是一样的。
再一次提醒读者,以上结论都是在完全燃烧(CO含量属ppm级)条件下成立的。
2.燃烧产物的成分与燃烧三角图
1.城市燃气燃烧产物中的成分
由于城市燃气尤其是天然气中基本上没有氮、硫与氧的成分。
在完全燃烧的条件下,燃烧产物中主要成
分是CO2、H2O和N2。
在实际燃烧过程中,燃烧再完全也会有微量不完全燃烧及其他气体,也就是说在烟
气样中总会有些CO、NOX等ppm级的微量的气体。
另外,在燃烧过程中,为了使燃气燃烧完全,要求燃气与空气充分混合,为此混入的空气量略大于燃烧
需要的空气量。
这就是说完全燃烧条件下,过剩空气系数大于1,烟气样中还应有氧成分O20因此城市燃
气完全燃烧下的烟气样中的主要成分为CO2、H2O、O2及N2;
城市燃气完全燃烧下的干烟气样中的主要成分为CO2、。
2及N2。
以后讨论的主要是干烟气(或干燃烧
产物)。
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上式与公式(10a)相同。
可见无论是根据。
2‘或是根据CO2'计算过剩空气系数a,其结果应该是一样的。
都属于近似公式并具有相同的偏差。
3.实例计算
为了检验根据02’和CO2'计算a值的结果的准确性。
用一个实例分别用公式(6)、(7)及(10b)
计算a值。
1.实例
设燃烧一种天然气,其CO2m=12%。
燃烧后燃烧产物中CO含量COa=100ppm(相当于过剩空气系数a=1)。
由于CO含量很低,在烟气样中不考虑CO的成分,即还认为C02、。
2及N2含量的合等于100%。
根据以上条件计算在烟气样中不同。
2含量(不同的空气系数)。
2情况下,用不同公式计算a值的结果如
下表。
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2.数字分析
根据表中计算,可以看岀如下规律:
(1)公式(7)算出的a值是近似值;由公式(6)得到的a'值相当于真值。
由于是完全燃烧,CO2与O2必
须符合完全燃烧的判别式,所以,根椐CO2m和O2值可以算出CO2。
(2)当O2=0%时,a=1;a'=1两者没有偏差。
(3)随着O2值慢慢增加,偏差也逐渐增加。
当O2达到10.45%时,偏差达到5.1%。
因此在O2小于11%(参1)的条件下,才适宜用公式(7)或者(10b)计算过剩空气系数。
(4)02'值越过10.45%时,过剩空气系数的偏差增加很快。
当O2增至17.42%(即CO2接近2%)时,
这偏差已经达到9.1%。
很显然CO2小于2%时是不宜使用公式(7)及(10b)。
(5)在O'小于10.45%的阶段,随着O2的增加,(O'2-X)值逐渐加大,结果也就加大a值的偏差。
当O2超过10.45%时,(O'2-X)值逐渐减少,也就是说O2接近X。
但是虽然随着O'的