第3章　燃燒過程的熱工計算

燃燒過程實質上是燃料中的可燃物分子與氧化劑分子之間的一種快速氧化反應過程，物質在激烈快速氧化反應過程中產生光和熱，并使溫度升高。要使燃燒穩(wěn)定連續(xù)進行，需連續(xù)不斷地供給足夠的空氣，并使燃料與空氣中的氧有良好的接觸，燃料還必須加熱到一定的溫度，氧化反應才能自動加速進行。

燃料開始燃燒的最低溫度叫著火溫度，即燃燒在充足空氣供給下加熱到某一溫度，達到此溫度后不再加熱，燃料依靠自身的燃燒熱繼續(xù)燃燒（持續(xù)5min以上），此溫度即稱為著火溫度或著火點（發(fā)火點）。燃料的著火溫度隨燃料的種類、燃料的形態(tài)、燃燒時周圍環(huán)境的變化而變化，如平攤的燃料因其熱量難以集中，即使同一種類和形態(tài)的燃料，平攤燃料的著火溫度比堆積燃料的著火溫度要高。

實際燃燒裝置中，大多采用空氣作為燃燒反應的氧化劑，少數(shù)情況下，也可能選用富氧空氣或氧氣。空氣中的主要成分是氧氣和氮氣，并含有少量的氬、氦、氖、氙和二氧化碳，還含有一定量的水蒸氣。在燃燒計算中，一般只考慮空氣中的氧、氮和水蒸氣，并假定干空氣的成分為：氧占23.2%，氮占76.8%（按質量），或氧占21%，氮占79%（按體積）。大氣中水蒸氣的含量通常按相應溫度下飽和蒸氣的含量計算。在常溫和常壓條件下，習慣上也可取每千克干空氣中含水10g，或每立方米干空氣中含水0.01293kg計算。

燃燒產物的成分，與參加燃燒的空氣量有關，也取決于燃燒裝置的設計水平。當空氣充足和過程進行完善時，燃料中的可燃元素碳、氫和硫將分別與氧發(fā)生如下反應：

C+O₂ CO₂　　        （3-1）

　　        （3-2）

S+O₂ SO₂　　        （3-3）

顯然，這時燃燒產物中將包含CO₂、H₂O、SO₂、剩余氧氣和惰性氣體氮，并稱為完全燃燒產物。但當空氣不足或燃燒過程進行不夠完善時，燃燒產物中除了前述成分外，還可能生成CO、H₂、CH₄等未燃盡氣體及固態(tài)炭粒，構成所謂不完全燃燒產物。

燃料不完全燃燒的情況有兩種。

（1）氣體不完全燃燒

燃燒時燃料析出的氣體可燃物，沒有得到足夠的氧氣，或與氧接觸不良，因而燃燒產物中還含有一部分未燃盡的可燃氣體，如H₂、CO等隨燃燒產物排走，這種現(xiàn)象叫做氣體不完全燃燒現(xiàn)象。

燃燒產物中的一部分CO₂和H₂O，在1600℃以上時熱分解顯著進行，增加了燃燒產物中可燃物的含量，造成不可避免的氣體不完全燃燒。

　　        （3-4）

（2）固體不完全燃燒

燃燒時燃料中有些固體可燃物未經(jīng)燃燒就從爐柵條間掉落，有些是夾在燃渣中排掉或夾在煙氣中帶走，這種現(xiàn)象叫做固體不完全燃燒現(xiàn)象。

不論是哪種情況下的不完全燃燒，不僅意味著熱量損失、能源浪費，而且會引起環(huán)境污染，造成公害。實際燃燒裝置中一般很難達到絕對的完全燃燒，只能在裝置的設計和運行操作中力求達到最有利的燃燒，使燃燒過程盡可能完善。在少數(shù)工業(yè)爐中，由于工藝過程的特殊要求，希望爐膛內為還原性氣氛。在這種情況下，將有意識地限制空氣的供給量，使燃燒在缺氧條件下進行，生成含有CO、H₂和CH₄等未燃盡氣體的不完全燃燒產物。

燃料燃燒的理論計算主要是化學計算。根據(jù)化學反應式找出反應物和生成物相互間量的變化規(guī)律，其主要內容包括：①燃料燃燒時，所需理論空氣量、實際空氣量和過量空氣系數(shù)的計算；②燃燒產物組成量的計算，空氣與煙氣焓的計算，燃燒效率的計算等。

燃燒計算時，在準確度允許的范圍內，可作如下假設。

①燃料中可燃成分都完全燃燒。

②空氣和煙氣的所有組成成分，包括水蒸氣都可以相當準確地當做理想氣體進行計算，每摩爾氣體在標準狀態(tài)（溫度為0℃，壓力為0.1013MPa）下的容積為22.4m³。

③所有氣體的容積都折算到標準狀態(tài)，這時的容積計算單位為立方米，記為m³。

④計算空氣時，忽略空氣中的微量稀有氣體及CO₂。