过剩空气系数的计算方法

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1、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

2、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。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

3、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

4、。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   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。9   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。3.根据干烟气中的CO2含量计算过剩空气系数9 公式（10b）中的CO2m可以根据燃气成分计算出来，所以在已

5、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。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CO2、H2O和N2。在实际燃烧过程中，燃烧

6、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O’2。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、O2 及N2。以后讨论的主要是干烟气（或干燃烧产物）。9上式与公式（10a）相同。可见无论是根据O2’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

7、公式并具有相同的偏差。三.实例计算   为了检验根据O2’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CO2、O2及N2含量的合等于100%。根据以上条件计算在烟气样中不同O2含量（不同的空气系数）O2‘情况下，用不同公式计算a值的结果如下表。9 2.数字分析根据表中计算，可以看出如下规律：(1)公式(7