过剩空气系数的计算方法

过剩空气系数的计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 2009年09月23日 星期三 14:19 作者:金志刚 文章来源:天津大学土木系教授 点击数: 1810 更新时间: 2008-3-9 21:34:49 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～甚至于出现错误。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。最后提出两个比较精确的过剩空气计算公式～供有关人士参考。 一.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NO含量属于Xppm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。 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。从而做出调整燃烧工况的措施。 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O含量计算过剩空气系数 2 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～ 根据以上公式推导～可以看出公式,6,与,7,都是有条件的～要强调指出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指出的条件本文将进一步验证。 含量计算过剩空气系数 3.根据干烟气中的CO2 公式,10,中的CO可以根据燃气成分计算出来～所以在已知燃气成分条b2m 件下～只要测得干烟气中的CO含量就可以求得过剩空气系数。 2 根据以前讨论的前提条件～公式,10,是一个完全燃烧的关系式。也就是a 说完全燃烧必然满足公式,10,～公式,10,也是完全燃烧的判别式。 aa 用公式,10,计算出过剩空气系数a～其计算结果应该与公式,7,所得的b 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。 二.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CO、HO和N。在实际燃烧过程中～燃烧再完全222 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、NO等ppmX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O’。因此 2 城市燃气完全燃烧下的烟气样中的主要成分为CO、HO、O 及 N, 2222 城市燃气完全燃烧下的干烟气样中的主要成分为CO、O 及N。以后讨论的222主要是干烟气,或干燃烧产物,。 上式与公式,10,相同。可见无论是根据O’或是根据 CO’计算过剩空气a22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。 三.实例计算 为了检验根据O’ 和CO’计算a值的结果的准确性。用一个实例分别用公22 式,6,、,7,及,10b,计算a值。 1.实例 设燃烧一种天然气～其CO=12%。燃烧后燃烧产物中CO含量CO=100ppm,相2ma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CO、O及N含量的合等于100%。根据以上条件计算在烟气样中不同O2222含量,不同的空气系数,O‘情况下～用不同公式计算a值的结果如下表。 2 2.数字分析 根据表中计算～可以看出如下规律: (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～CO’与O’必须符合完全燃烧的判别式～所以～根椐CO和 O’2 22m2值可以算出CO’。 2 (2)当O’=0%时～a=1 ,a’=1。两者没有偏差。 2 (3)随着O’值慢慢增加～偏差也逐渐增加。当O’达到10.45%时,偏差达22 到5.1%。因此在O’小于11%,参1,的条件下～才适宜用公式,7,或者(10)2b计算过剩空气系数。 (4)O’值越过10.45%时～过剩空气系数的偏差增加很快。当O’增至17.42%22,即CO’接近2%,时,这偏差已经达到9.1%。很显然CO’小于2%时是不宜使22 用公式,7,及,10,。 b (5)在O’小于10.45%的阶段～随着O’的增加～(O’-X)值逐渐加大,结222 果也就加大a值的偏差。当O’超过10.45%时～(O’-X)值逐渐减少～也就是22 说O’接近X。但是虽然随着O’的增长～虽然X逐步接近O’～还是表现出O’222 越大～a值的偏差越高。 2 (6)参1指出的‚当干烟气中氮的容积成分接近79%时～可以近似假定N’2接近79%?的条件～正是烟气样中氧含量非常高～并且CO’与O’之合接近21%22的时候。此时恰是偏差比较大的条件。因为在完全燃烧的条件下～烟气样中氮含量越接近79%～则氧含量越接近21%～造成的偏差也越大。 从以上计算可以认为～公式,7,或,10,的使用范围是有限度的。只有在烟气b 样中氧含量小于11%～或二氧化碳含量大于5.7%才可以使用,在允许偏差不大于6%的要求下,。当然随着偏差要求的变化时～对烟气样中的氧的含量或二氧化碳的含量要求也应随之变化。 3.曲线分析 图2是a’=f,X,的曲线。如果以O’代替X.～O’越大～引起的偏差,a-a’,22 越大。但是从曲线走势看～曲线的前一阶段的斜率变化比较缓慢～而后一阶段的斜率急剧增加。 取公式,12,的导数 由于da’/dX永远大于0～所以公式,12,是单调增加函数～这就证明了X或O’越大～a’值越高的结论。当da’/dX=1时～ 2 X=10.45～也就是说O’=(1O.45 ?11)%代替X时～由于O’与X的偏差率(O’222-X)/X造成的过剩空气系数的偏差率(a-a’)/a’是很接近的。这个论点在计算表中可以证实～既在O’=(10.45 ?11)%时～两者偏差率都在0.053—0.056的2 范围内。 当取二阶导数时～ 由于X不可能大于20.9～因此其二阶导数也是大于0。这就证明了公式,12, 曲线的斜率也是单增的。取 四.正确的过剩空气系数计算方法 对于天然气或城市燃气,基本不含O、N、及CO,在完全燃烧条件下～根222据烟气样的成分可以用下列方法之一计算过剩空气系数a。 1.根据O’与CO’计算a 22 目前的烟气分析仪可以同时测出烟气样中的O’与CO’值。因此可以直接用公22式,6,计算过剩空气系数。建议同时用公式,10,验算是否属于完全燃烧。如a果不属于完全燃烧～则应按不完全燃烧公式计算a,见参1与3,。 2.根据O’计算a 2 如果只需要根据O’计算a时～首先要保证属于完全燃烧范围～当不能确2 定CO’时可以用其他方法证明是否属于完全燃烧～例如烟气样中CO‘值是否属2 于微量级等。 当O’小于11%～并且不要求a值具有较高的精度时～可用公式,7,计算2 a值, 当O’大于11%时～建议按下述方法计算a值～ 2 由于是完全燃烧～根据公式,10,可得 a 式中的CO可以根据燃气的性质决定～是已知值。这样算出过剩空气系数a～2m 并且比直接用公式,7,计算精确。 如果得不到CO时～只能用公式,7,计算。因为只有公式,7,才能只用一2m 个参数O’值(不需要CO)就可以求出过剩空气系数。但是～求得的过剩空气大22m 于4-5时～就要考虑此公式具有较大的偏差。同理～当求得的过剩空气小于2时～可以认为公式,7,的结果还是可以信任的。 3.根据CO’计算a值 2 在完全燃烧条件下～用CO’值计算a值时～建议在CO’大于5.5%的条件22 下～用公式,10,计算a值。 b 当CO’小于5.5%时～建议用下述方法计算a值～ 2 由于是完全燃烧～根据公式,10,得～ a 五.简要结论 1.在完全燃烧的条件下～烟气样中的CO和O的含量必然符合燃烧三角图～也就22 是说～符合公式,10,。 2.无论是用公式,7,还是用公式,10,计算过剩空气系数a～都应该要求烟气b 样中的O含量小于11%～或C含量大于5.5%。否则会引起较大的偏差。 2O2 3.如果烟气样中只有O含量～并且过大时～建议用公式,15,或,14,计算过2 剩空气系数a,当烟气样中只有CO～并且过小时～建议用公式,18,计算过剩2 空气系数a。 4.参1 中,包括作者过去写过的文章和著作如参[4],提到的:?当干烟气中氮的容积成分接近79%时,这相当于CO’与O’的含量的合接近21%,,可用公式22 (7)或,10,计算过剩空气系数a? 的观点是不确切的～因为此时公式的偏差很b 大。 5. EN483(参5) 中建议烟气样中的CO2含量小于2%时～使用公式,7,的说法与本文有些矛盾～也是值得商榷的。我们不能不加验证直接套用国外推荐的公式。 6(最后要强调的是在测试过程中必须保证烟气样是干的～燃气的成分中基本上没有氮气。 参考文献 1.‚燃气燃烧及应用? 同济大学等 中国建筑工业出版社 2000. 12 2.‚煤气应用手册? 乌铎白歇尔著 高等教育出版社 1960. 3 3.‚煤气燃烧产物成分测定误差分析? 金志刚 天津土木学会论文集 1983. 4. 4.‚燃气燃烧产物成分计算与分析? 文集、测试、烟气、01 5. EUROPEAN STANDARD prEN 483 January 1997.