第六章 空气消耗系数及
不完全燃烧热损失的检测计算
《工程燃烧学》
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对烟气的检测和计算
目标：通过对燃烧产物（烟气）的成分进行气体
分析，实现对空气消耗系数和燃烧完全程度的计
算
途径：气体成分的测量仪器有：奥氏气体分析器、
气体色层分析仪、气相色谱仪、光谱分析仪等
方法：然后按燃料性质和烟气成分反算各项指标
关键问题：需要掌握空气消耗系数和不完全燃烧
热损失的检测计算原理和方法
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第一节 燃烧产物气体成分的测定和验证
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气体分析方程
——判断测量烟气数据准确性
在使用仪器及相应方法测量得到烟气成分数据后，
需要验证所得数据的准确性
满足气体分析方程的数据就是有效的(误差范围内)
β 是一个燃料特征系数，决定于燃料成分。对于各种燃料其数值
列于表6－1中
RO2＝CO2＋SO2，即两种成分之和
各成分的上标 ’ ——表示是燃烧产物（烟气）成分
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气体分析方程的导出
1、定义VRO2、RO’2,max、β(存在C、S成分上限)
（1）VRO2是完全燃烧时燃烧产物中RO2（CO2＋
SO2）的数量（注意：不要求n＝1）
（2）RO’2,max定义为干理论燃烧产物中的RO2最大
理论含量（干成分%，注意n＝1）
（6－1）
（3）β由右式定义 （6－2）
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气体分析方程的导出
2、用烟气成分计算RO’2,max，要计算 VRO2和V0,d
根据VRO2的定义，可直接写出
依据烟气中成分同样可以得到V0,d和Vn,d间的关系
计算过程依据可回顾第四章
3、得气体分析方程，上两式子代入定义式(6-1)得到
RO’2,max，再将RO’2,max的表达式代入β的定义式(6-2)
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V0,d与Vn,d的关系
对于完全燃烧：Vn,d=V0,d+(Ln-L0) （此时
n>=1）
如果不完全燃烧：
如何用产物成分表示Ln-L0（过剩空气量）。一部分
是n>1过剩的，一部分是由于不完全燃烧未参加反应
而剩余的，故
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V0,d与Vn,d的关系
因此，n>=1时，
在n<1时，上式同样成立
把上式和VRO2代入RO’2,max的计算式，即可得气
体分析方程
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定义RO’2,max及β的意义
对于确定的燃料，其成分中含C、S元素的量是确定的，
因此在烟气中CO2＋SO2有理论上的最大值，这就是
RO’2,max
根据物质守恒，烟气中所有含C、S元素成分之和不能
超过RO’2,max。如果测量的数据超过了，那就是错误
的。如果相差太大那么就是测量误差大或燃烧状况很
不理想
定义β就是要依据燃料本身的特征值（与燃烧过程无
关）来判断所测量烟气成分是否具有准确性
实际上从式(6-2)看出做为检测的特征值β和RO’2,max是
一样的，两者有确定的简单关系，用β是为了简便
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气体分析方程的简化应用
1、如果H2’及CH4’很小，则可忽略不计，方
程简化为
2、利用上式，仅测得CO2’和O2’的情况下，
可计算CO’（假定没有SO2’）
3、如果完全燃烧，则没有可燃成分
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第二节 空气消耗系数的计算
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空气消耗系数的计算
1、提出问题：空气消耗系数n值是一个很重要的指标，
对燃烧过程有很大影响，需要确定
2、分析问题：正在工作的炉子，由于存在吸气和漏风
现象，很难测定实际空气消耗量Ln，也就难以用下式求n
3、解决问题：需要用烟气成分计算空气消耗系数
按氧平衡原理计算n值
按氮平衡原理计算n值
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方法1 氧平衡原理计算n值
思路：1、首先将n值用氧气量来表示
2、用烟气成分表示，L0,O2为理论需氧量，完全燃烧
后全部转化为RO2和H2O，那么必然可以用下式表示
L0,O2 =aVRO2+bVH2O=(aRO2’+bH2O’).Vn/100
完全燃烧情况下(Ln,O2－L0,O2)为烟气中剩余氧量
Ln,O2 - L0,O2=O2’. Vn/100
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方法1氧平衡原理计算n值
因此得到n值
3、引入K表示理论需氧量与燃烧产物中RO2’量的
比值
K值可根据燃料成分求得，各燃料K值查表6－3
为什么要引入参数K
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引入K的意义
在引入K前，n值用燃烧产物表示时，有H2O成分，
H2O成分有多少以气态形式存在是很不确定的，取
决于温度
在用仪器测量烟气成分时，都是检测干烟气，一般
不测量H2O成分数据（测量了也不准确）
（1）引入一个参数K就是为了避免用产物中的
H2O’成分数据
（2）并且常数K可依据燃料成分求得，跟燃烧过
程无关。
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不完全燃烧n值修正
不完全燃烧，则燃烧产物中还存在CO、H2、CH4等
可燃成分
1、修正O2’ 。n值公式中氧量应减去这些可燃气体
完全燃烧时将消耗的氧
2、修正RO2’ 。RO2’量应加上这些可燃气体如果
燃烧将生成的RO2’
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方法2 氮平衡原理求n值
1、变换n值的表达式，变换后不出现单独的L0项，
因为该值与燃料成分有关而与烟气成分无关
2、根据氮平衡有
3、（表达式中的量用烟气表示）根据氧平衡有
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方法2氮平衡原理求n值
4、（引入燃料决定量代替难测量）再利用VRO2与
Vn,d的关系
最后得
注意：Nfuel、VRO2由燃料成分确定
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n值公式讨论
特定情况的简化
1、含氮量很少的燃料（固体、液体燃料、天然气、
焦炉煤气等），Nfuel可忽略不计 ＝0，则
2、进一步，若完全燃烧，则
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n值公式讨论
3.如果进一步已知燃料中H2含量很少，比如
对于无烟煤、焦炭等，则N‘2=79，故：
如何证明
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第三节 不完全燃烧热损失的检测计算
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不完全燃烧热损失计算
(概念上)定义：当不完全燃烧时，由于烟气中存在可
燃成分，因而损失一部分化学热量，称为不完全燃烧
热损失
(数值上)q化定义：不完全燃烧热损失q化，表示单位
（质量或体积）燃料燃烧时，燃烧产物中可燃成分含
有的化学热占燃料发热量的百分数
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不完全燃烧热损失计算
(1)用烟气表达。产物发热量Q产等于烟气中各可
燃成分发热量之和，假定有CO、H2、CH4，则
Q产＝126CO’+108H2’+358CH4’
(2)消去烟气量。引入两个参数h、P，h称为烟气
冲淡系数，h越大，n越大，完全燃烧n＝1时h＝1
不完全燃烧热损失改写为
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不完全燃烧热损失计算
(3)用燃料特性参数和烟气表达。依据碳平衡有
V0,’2,max＝Vn,d.(RO2’+CO’+CH4’)
则
则不完全燃烧热损失为
RO’2,max和P只取决于燃料成分，数据查表6-1
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思考题
2、如何推导出气体分析方程？
3、在用氧平衡原理计算n值时引入K的意义是什
么 ？
4、在导出气体分析方程、空气消耗系数表达式、
不完全燃烧热损失表达式过程中，指导思想是什
么？
1、气体分析方程能起到检验测量数据准确性的依
据是什么 ？
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课堂练习1
已知某固体燃料的成分，试推导b的计算公式
推导思想：利用RO’2,max的定义式及其与b的关系
首先计算VRO2
再计算VN2
V0,d=VRO2+VN2
利用RO’2,max=21/(1+b)可得b计算公式
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课堂练习2
已知烟煤成分(%)为:Cdaf=，Hdaf=，
Odaf=，Ndaf=，Sdaf=，Ad=，
War=%，燃烧产物的成分分析结果为(%)：
RO’2=，CO’=，H’2=，O’2=，
N’2=，试计算：
1）该燃料的RO’2,max，b，K，P
2）验算产物气体分析的误差
3）求空气消耗系数n和不完全燃烧热损失q化
4)试用比热近似法和内插值近似法求理论发热温度
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计算方法
首先，将成分换算为应用成分
然后计算理论氧气需要量L0,O2和理论空气需要
量L0，VRO2，VN2，V0,d，Q低，则可完成(1)的
计算
利用气体分析方程来验算误差分析
空气消耗系数
不完全燃烧热损失
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计算方法
理论发热温度的求解：
1）比热近似法：
假设发热温度2100度，则根据表5-2，查得烟煤燃烧产物的
比热为，则t=Q低/V0·c，根据门捷列夫公式得到Q低
=30031 kJ/kg
2）内插值近似法：
根据Q低/V0=i= 3658 kJ/m3
假设温度2100度，查附表7得到各成分平均比热，求得产物
的平均比热，即得i’=3558 kJ/m3
假设温度2200度，再重复第二步计算得到i’’=3746 kJ/m3
根据内插值计算法，得到t热
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课堂练习3
某高炉煤气，干成分（%）为：; CO-
; ; ; 。煤气温度
20度。燃烧产物的成分经分析为(%)：
RO’2=, O‘2=, CO’=,N’2=。试用各
种计算公式计算n值，并比较之。
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计算方法
1.氧平衡法计算n值：
L0,O2=(++2CH4)/100=
VRO2=(CO2+CO+CH4)/100=
K=
注意：首先进行干湿成分的换算
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如何进行干湿成分换算？
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计算方法
2.氮平衡法计算：
对于气体燃料 N燃=N2
如果是固体燃料呢？？
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计算方法
计算的前提：判断成分测量是否准确，即利用
气体分析方程来检测
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课堂练习4
某天然气在纯氧中燃烧，烟气成分(%)为：
CO’2=,CO’=,O’2=,H’2=,CH’4=。
试计算氧气消耗系数
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作业1
在进行煤自燃实验时，用燃烧分析仪测到的烟气
浓度如下，O2：%，CO：2114ppm，CO2 ：
%，SO2 ：6ppm
试用气体分析方程，空气消耗系数n计算式进行分
析讨论
注意：本题没有标准答案
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作业2
已知某烟煤含碳量（%）Car=80，烟气成分经分
析为（干成分）CO’2=,CO’=,试计算其
干燃烧产物生成量
独立完成作业
下周三交
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