3.1　燃料燃燒所需的空氣量

燃料中的可燃元素一般為碳、氫和硫，燃燒時，它們分別與氧發(fā)生反應，釋放燃燒熱。大多數燃燒裝置均從空氣中獲得氧氣。因此，通常情況下必須計算所需的空氣量，以此作為選擇風機容量的根據。

3.1.1　液體燃料和固體燃料的理論空氣需要量

計算理論空氣量，應首先從計算燃料中可燃元素完全燃燒所需的氧氣量入手。燃料完全燃燒所需的空氣量，可根據燃燒化學反應方程式中各元素完全燃燒時所需空氣量相加來求得。

一般來說，液體燃料和固體燃料以質量或物質的量表示，各可燃成分燃燒時的理論耗氧量可分別表示如下。

（1）碳燃燒所需理論空氣量

碳的燃燒化學反應方程式為：

C+O₂ CO₂　　        （3-5）

1kmol碳完全燃燒需要1kmol氧氣，并可生成1kmol的二氧化碳。1kmol碳的質量為12kg，1kg碳完全燃燒需要1/12kmol的氧氣，并可生成1/12kmol的二氧化碳。

　　        （3-6）

即1kg碳完全燃燒時需要或2.667kg氧氣。而1kg燃料中碳的含量是，故完全燃燒時其所需的氧氣量為：

　　        

碳的分子量為12，12kg的碳完全燃燒時，其反應方程式為：

12kgC+22.4m³O₂ 22.4m³CO₂　　        （3-7）

即12kg碳完全燃燒需氧22.4m³。1kg碳完全燃燒時需氧，而1kg燃料中碳的含量是，故完全燃燒時其所需的氧氣量為：

　　        （3-8）

（2）氫燃燒所需理論空氣量

氫的燃燒反應方程式為：

　　        （3-9）

同上可知，1kg燃料中氫的含量是，故完全燃燒時其所需的氧氣量為：

　　        

或

　　        

（3）硫燃燒所需理論空氣量

硫的燃燒反應方程式為：

　　        （3-10）

1kg燃料中硫的含量是，故完全燃燒時其所需的氧氣量為：

　　        

或

　　        

考慮燃料本身的氧含量（它是和燃料可燃質化合在一起的），所以在計算需要氧氣量時，就要把這部分氧氣量扣除，即有：

　　        （3-11）

或

　　        （3-12）

由上可見，所謂理論空氣需要量是指單位質量（或體積）燃料完全燃燒時，理論上應配給的最少空氣量，它是按化學反應式求得的。

3.1.2　氣體燃料的理論空氣需要量

習慣上，氣體燃料以體積計量，各可燃成分的燃燒反應式為：

　　        （3-13）

相同溫度和壓力下，每摩爾氣體的體積相同。由式（3-13）可知，每立方米CO完全燃燒需要0.5m³氧氣，每立方米氫完全燃燒需0.5m³氧氣，其余類推。因此在標準狀態(tài)下，每立方米氣體燃料完全燃燒所需的理論氧氣量為：

　　        （3-14）

將式（3-14）乘以1/0.21（或4.76），則得每立方米氣體燃料完全燃燒所需的理論空氣量為：

　　         （3-15）

3.1.3　實際空氣供給量與空氣消耗系數

大多數燃燒裝置運行時，為了實現完全燃燒，實際空氣供給量總是大于理論空氣需要量。這是因為，燃料中的可燃物分子與氧分子的相互碰撞是燃燒反應得以進行的前提。在實際燃燒裝置中，燃料和空氣往往是分別送入爐膛的。由于爐膛空間有限，燃料和空氣很難達到絕對均勻的混合，因此按理論空氣需要量運行時，必將導致爐膛內部的一些區(qū)域燃料過剩（或空氣不足），而另一些區(qū)域則燃料不足（或空氣過剩），從而使一部分燃料失去與空氣接觸的機會，導致不完全燃燒。為避免這種情況，在實際運行時，往往人為地向燃燒裝置供入過量空氣，使燃料與空氣在混合不均的條件下仍有充分的機會與空氣接觸。

習慣上，把實際空氣供給量與理論空氣需要量的比值稱為“空氣消耗系數”或“空氣系數”，并以符號α表示，即：

α=V/V⁰　　        （3-16）

式中　V——每千克（或立方米）燃料的實際空氣供給量。

顯然，空氣消耗系數存在以下三種情況。

α>1，表明實際空氣供給量大于理論空氣需要量，為貧油燃燒。

α=1，表明實際空氣供給量正好等于理論空氣需要量，為化學恰當燃燒。

α<1，表明實際空氣供給量小于理論空氣需要量，為富油燃燒。

燃燒裝置設計和運行時，應從分析整個熱工系統(tǒng)的熱損失著手，選取最為合適的空氣消耗系數，再由式（3-16）確定實際空氣供給量。一般而言，熱工系統(tǒng)中的主要熱損失有以下幾種。

①一定溫度的廢氣從煙囪排出引起的排煙熱損失q₂。

②煙氣中殘存的可燃氣體CO、H₂、CH₄等引起的化學不完全燃燒損失q₃。

③未燃盡的炭粒引起的機械不完全燃燒損失q₄。對于氣體和液體燃料可取q₄=0。

以上三項損失與空氣消耗系數有關。顯然，α值增大意味著空氣供給量增多，燃料有更多的機會與空氣相遇，因此化學不完全燃燒損失和機械不完全燃燒損失均下降，但由于排煙量同步增多，煙氣帶走的物理熱焓增加（當排煙溫度相同時）。實踐表明，不同α值時，上述三項熱損失的總和為一下凹曲線，在某一α值時具有最小值，這時經濟性最好。因此在設計和運行操作時，應盡量選用或力求接近于這個最佳空氣消耗系數。

最佳α值隨燃料性質和燃燒裝置的結構而變化。原則上，易燃燃料及設計完善的燃燒裝置，其最佳α值較小（更接近于1）。根據經驗，對于液體和氣體燃料，最佳α約為1.10，煙煤約為1.20，而貧煤和無煙煤為1.20～1.25。

必須指出，式（3-11）、式（3-12）和式（3-15）均是對干空氣而言，未計入空氣中的水分。實際上，參加燃燒的空氣總含有一定量的水蒸氣。當其含量較高，或要求精確計算時，應當把含有的水蒸氣計算在內。一般情況下，空氣中的水含量可按相應溫度下的飽和濕度計算，或按習慣，取常溫常壓下每千克干空氣中含水10g，或每立方米干空氣中含水0.01293kg。若每立方米干空氣中含水g克，則相應的水蒸氣容積為：

　　        （3-17）

于是，實際的濕空氣供給量為：

　　        （3-18）