過剩空氣系數(shù)的計(jì)算方法稻谷書苑

1、過?？諝庀禂?shù)的計(jì)算方法引言在燃?xì)馊紵a(chǎn)物（煙氣）的計(jì)算工作中，過剩空氣系數(shù)的計(jì)算是經(jīng)常遇到的。一般用于以下兩方面：    一為在控制燃燒過程中，需要檢測燃燒過程中的過剩空氣系數(shù)，防止過?？諝庾兓鸬臒嵝实慕档?以及燃燒工況的惡化。    一為在檢測燃?xì)馊紵O(shè)備的煙氣中的有害物質(zhì)時(shí)，需要根據(jù)煙氣樣中氧含量或二氧化碳含量確定過?？諝庀禂?shù)，從而折算成過?？諝庀禂?shù)為1時(shí)的有害物含量。為了簡化計(jì)算，通常是采用近似的計(jì)算公式。但是這些近似公式都有一定的設(shè)定條件。不考慮設(shè)定條件，盲目地使用近似公式，往往會(huì)引起較大的偏差，甚至于出現(xiàn)錯(cuò)誤。這也是

2、在檢測工作中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)數(shù)字矛盾的原因之一。為了減少讀者的查閱資料的時(shí)間，本文適當(dāng)?shù)刂貜?fù)過去推導(dǎo)的公式，強(qiáng)調(diào)的是近似公式的使用條件以及應(yīng)用時(shí)應(yīng)該考慮的問題。最后提出兩個(gè)比較精確的過?？諝庥?jì)算公式，供有關(guān)人士參考。for personal use only in study and research; not for commercial use一.根據(jù)燃燒產(chǎn)物的成分計(jì)算過?？諝庀禂?shù)    本文討論的主要是完全燃燒情況下的過?？諝庀禂?shù)。這里的完全燃燒是指燃燒產(chǎn)物中未完全燃燒成分很低，例如co與nox含量屬于ppm級(jí)。在計(jì)算燃燒產(chǎn)物成分時(shí)可以不計(jì)入這些未完全燃燒成分。fo

3、r personal use only in study and research; not for commercial use1.過?？諝獾膩碓?#160;   在完全燃燒條件下，燃燒產(chǎn)物中有過?？諝?，來源于兩個(gè)情況。一為在燃燒過程中混入過多空氣，使燃燒后燃燒產(chǎn)物中有過剩的空氣；另一為根據(jù)分析燃燒產(chǎn)物成分的需要抽取煙氣樣時(shí)，混入了周圍的空氣。    在燃燒以前混入過多的空氣，會(huì)增加熱損失，降低熱效率；混入的空氣過少（過?？諝庀禂?shù)小于1）也會(huì)惡化燃燒，造成污染環(huán)境與能源浪費(fèi)。為此在運(yùn)行過程中需要根據(jù)煙氣樣中的成分計(jì)算過?？諝庀禂?shù)。從而做出調(diào)整

4、燃燒工況的措施。for personal use only in study and research; not for commercial use    在燃燒以后混入周圍的空氣大多數(shù)是在抽取煙氣樣時(shí)發(fā)生的。為了消除多余空氣對(duì)煙氣樣中成分的影響，需要折算到?jīng)]有多余空氣時(shí)（過?？諝庀禂?shù)=1）煙氣樣的成分。這也需要計(jì)算過?？諝庀禂?shù)。雖然在燃燒前混入過多空氣會(huì)影響燃燒工況，而燃燒后混入空氣對(duì)燃燒工況沒有關(guān)系。但是它們對(duì)煙氣樣的成分的影響是相同的。都可以用煙氣樣中的氧或二氧化碳含量計(jì)算過?？諝庀禂?shù)。當(dāng)然這個(gè)結(jié)論都是在本文的先提條件，完全燃燒的情況下才能成立。2.根據(jù)干

5、煙氣中的o2含量計(jì)算過?？諝庀禂?shù)for personal use only in study and research; not for commercial use    在燃燒過程中，供給燃燒需要的空氣往往會(huì)大于燃燒實(shí)際需要的空氣量。這樣，實(shí)際的空氣量與燃燒理論需要的空氣量的比值即為過剩空氣系數(shù)。    過剩空氣系數(shù)a，可用下面公式計(jì)算，for personal use only in study and research; not for commercial use 根據(jù)以上公式推導(dǎo)，可以看出公式（6）與（7）都是有

6、條件的，要強(qiáng)調(diào)指出的是使用這些公式時(shí)必須研究其特定的條件。需要經(jīng)過驗(yàn)算與分析才能確定公式（7）的使用范圍。參1指出的條件本文將進(jìn)一步驗(yàn)證。3.根據(jù)干煙氣中的co2含量計(jì)算過?？諝庀禂?shù) 公式（10b）中的co2m可以根據(jù)燃?xì)獬煞钟?jì)算出來，所以在已知燃?xì)獬煞謼l件下，只要測得干煙氣中的co2含量就可以求得過?？諝庀禂?shù)。    根據(jù)以前討論的前提條件，公式（10a）是一個(gè)完全燃燒的關(guān)系式。也就是說完全燃燒必然滿足公式（10a），公式（10a）也是完全燃燒的判別式。    用公式（10b）計(jì)算出過剩空氣系數(shù)a，其計(jì)算結(jié)果應(yīng)該與公式（7

7、）所得的結(jié)果是一樣的。再一次提醒讀者，以上結(jié)論都是在完全燃燒（co含量屬ppm級(jí)）條件下成立的。二.燃燒產(chǎn)物的成分與燃燒三角圖1.城市燃?xì)馊紵a(chǎn)物中的成分   由于城市燃?xì)庥绕涫翘烊粴庵谢旧蠜]有氮、硫與氧的成分。在完全燃燒的條件下，燃燒產(chǎn)物中主要成分是co2、h2o和n2。在實(shí)際燃燒過程中，燃燒再完全也會(huì)有微量不完全燃燒及其他氣體，也就是說在煙氣樣中總會(huì)有些co、nox等ppm級(jí)的微量的氣體。   另外，在燃燒過程中，為了使燃?xì)馊紵耆?，要求燃?xì)馀c空氣充分混合，為此混入的空氣量略大于燃燒需要的空氣量。這就是說完全燃燒條件下，過?？諝庀禂?shù)大于1，煙氣樣中

8、還應(yīng)有氧成分o2。因此 城市燃?xì)馔耆紵碌臒煔鈽又械闹饕煞譃閏o2、h2o、o2 及 n2；    城市燃?xì)馔耆紵碌母蔁煔鈽又械闹饕煞譃閏o2、o2  及n2。以后討論的主要是干煙氣（或干燃燒產(chǎn)物）。上式與公式（10a）相同?？梢姛o論是根據(jù)o2或是根據(jù) co2計(jì)算過?？諝庀禂?shù)a，其結(jié)果應(yīng)該是一樣的。都屬于近似公式并具有相同的偏差。三.實(shí)例計(jì)算    為了檢驗(yàn)根據(jù)o2 和co2計(jì)算a值的結(jié)果的準(zhǔn)確性。用一個(gè)實(shí)例分別用公式（6）、（7）及（10b）計(jì)算a值。1.實(shí)例    設(shè)燃燒

9、一種天然氣，其co2m=12%。燃燒后燃燒產(chǎn)物中co含量coa=100ppm（相當(dāng)于過?？諝庀禂?shù)a=1）。由于co含量很低，在煙氣樣中不考慮co的成分，即還認(rèn)為co2、o2及n2含量的合等于100%。根據(jù)以上條件計(jì)算在煙氣樣中不同o2含量（不同的空氣系數(shù)）o2情況下，用不同公式計(jì)算a值的結(jié)果如下表。 2.數(shù)字分析根據(jù)表中計(jì)算，可以看出如下規(guī)律： (1)公式(7)算出的a值是近似值;由公式(6)得到的a值相當(dāng)于真值。由于是完全燃燒，co2 與o2必須符合完全燃燒的判別式，所以，根椐co2m和 o2值可以算出co2。    (2)當(dāng)o2=0%時(shí)，a=1

10、60; ；a=1。兩者沒有偏差。    (3)隨著o2值慢慢增加，偏差也逐漸增加。當(dāng)o2達(dá)到10.45%時(shí),偏差達(dá)到5.1%。因此在o2小于11%（參1）的條件下，才適宜用公式（7）或者(10b)計(jì)算過?？諝庀禂?shù)。    (4)o2值越過10.45%時(shí)，過剩空氣系數(shù)的偏差增加很快。當(dāng)o2增至17.42%（即co2接近2%）時(shí),這偏差已經(jīng)達(dá)到9.1%。很顯然co2小于2%時(shí)是不宜使用公式（7）及（10b）。    (5)在o2小于10.45%的階段，隨著o2的增加，(o2-x)值逐漸加大,結(jié)果也就加大a值的

11、偏差。當(dāng)o2超過10.45%時(shí)，(o2-x)值逐漸減少，也就是說o2接近x。但是雖然隨著o2的增長，雖然x逐步接近o2，還是表現(xiàn)出o2越大，a值的偏差越高。(6)參1指出的“當(dāng)干煙氣中氮的容積成分接近79%時(shí)，可以近似假定n2接近79%”的條件，正是煙氣樣中氧含量非常高，并且co2與o2之合接近21%的時(shí)候。此時(shí)恰是偏差比較大的條件。因?yàn)樵谕耆紵臈l件下，煙氣樣中氮含量越接近79%，則氧含量越接近21%，造成的偏差也越大。從以上計(jì)算可以認(rèn)為，公式（7）或（10b）的使用范圍是有限度的。只有在煙氣樣中氧含量小于11%，或二氧化碳含量大于5.7%才可以使用（在允許偏差不大于6%的要求下）。當(dāng)然隨

12、著偏差要求的變化時(shí)，對(duì)煙氣樣中的氧的含量或二氧化碳的含量要求也應(yīng)隨之變化。3.曲線分析圖2是a=f（x）的曲線。如果以o2代替x.，o2越大，引起的偏差（a-a）越大。但是從曲線走勢看，曲線的前一階段的斜率變化比較緩慢，而后一階段的斜率急劇增加。    取公式（12）的導(dǎo)數(shù)由于da/dx永遠(yuǎn)大于0，所以公式（12）是單調(diào)增加函數(shù)，這就證明了x或o2越大，a值越高的結(jié)論。當(dāng)da/dx=1時(shí)， x=10.45，也就是說o2=(1o.45 11)%代替x時(shí)，由于o2與x的偏差率(o2-x)/x造成的過?？諝庀禂?shù)的偏差率(a-a)/a是很接近的。這個(gè)論點(diǎn)在計(jì)算表中可以證實(shí)

13、，既在o2=(10.45 11)%時(shí)，兩者偏差率都在0.0530.056的范圍內(nèi)。    當(dāng)取二階導(dǎo)數(shù)時(shí)，    由于x不可能大于20.9，因此其二階導(dǎo)數(shù)也是大于0。這就證明了公式（12）曲線的斜率也是單增的。取四.正確的過?？諝庀禂?shù)計(jì)算方法對(duì)于天然氣或城市燃?xì)猓ɑ静缓琽2、n2、及co2）在完全燃燒條件下，根據(jù)煙氣樣的成分可以用下列方法之一計(jì)算過?？諝庀禂?shù)a。1.根據(jù)o2與co2計(jì)算a目前的煙氣分析儀可以同時(shí)測出煙氣樣中的o2與co2值。因此可以直接用公式（6）計(jì)算過?？諝庀禂?shù)。建議同時(shí)用公式（10a）驗(yàn)算是否屬于完全燃燒。如果不

14、屬于完全燃燒，則應(yīng)按不完全燃燒公式計(jì)算a（見參1與3）。2.根據(jù)o2計(jì)算a如果只需要根據(jù)o2計(jì)算a時(shí)，首先要保證屬于完全燃燒范圍，當(dāng)不能確定co2時(shí)可以用其他方法證明是否屬于完全燃燒，例如煙氣樣中co值是否屬于微量級(jí)等。當(dāng)o2小于11%，并且不要求a值具有較高的精度時(shí)，可用公式（7）計(jì)算a值；當(dāng)o2大于11%時(shí)，建議按下述方法計(jì)算a值，    由于是完全燃燒，根據(jù)公式（10a）可得   式中的co2m可以根據(jù)燃?xì)獾男再|(zhì)決定，是已知值。這樣算出過?？諝庀禂?shù)a，并且比直接用公式（7）計(jì)算精確。   如果得不到co2m時(shí)，只能用公

15、式（7）計(jì)算。因?yàn)橹挥泄剑?）才能只用一個(gè)參數(shù)o2值(不需要co2m)就可以求出過?？諝庀禂?shù)。但是，求得的過?？諝獯笥?-5時(shí)，就要考慮此公式具有較大的偏差。同理，當(dāng)求得的過?？諝庑∮?時(shí)，可以認(rèn)為公式（7）的結(jié)果還是可以信任的。3.根據(jù)co2計(jì)算a值在完全燃燒條件下，用co2值計(jì)算a值時(shí)，建議在co2大于5.5%的條件下，用公式（10b）計(jì)算a值。    當(dāng)co2小于5.5%時(shí)，建議用下述方法計(jì)算a值，    由于是完全燃燒，根據(jù)公式（10a）得，五.簡要結(jié)論1.在完全燃燒的條件下，煙氣樣中的co2和o2的含量必然符合燃燒三角圖，

16、也就是說，符合公式（10）。2.無論是用公式（7）還是用公式（10b）計(jì)算過剩空氣系數(shù)a，都應(yīng)該要求煙氣樣中的o2含量小于11%，或co2含量大于5.5%。否則會(huì)引起較大的偏差。3.如果煙氣樣中只有o2含量，并且過大時(shí)，建議用公式（15）或（14）計(jì)算過?？諝庀禂?shù)a；當(dāng)煙氣樣中只有co2，并且過小時(shí)，建議用公式（18）計(jì)算過?？諝庀禂?shù)a。4.參1 中（包括作者過去寫過的文章和著作如參4）提到的：”當(dāng)干煙氣中氮的容積成分接近79%時(shí)（這相當(dāng)于co2與o2的含量的合接近21%）,可用公式(7)或（10b）計(jì)算過?？諝庀禂?shù)a” 的觀點(diǎn)是不確切的，因?yàn)榇藭r(shí)公式的偏差很大。5. en483(參

17、5) 中建議煙氣樣中的co2含量小于2%時(shí)，使用公式（7）的說法與本文有些矛盾，也是值得商榷的。我們不能不加驗(yàn)證直接套用國外推薦的公式。6最后要強(qiáng)調(diào)的是在測試過程中必須保證煙氣樣是干的，燃?xì)獾某煞种谢旧蠜]有氮?dú)狻⒖嘉墨I(xiàn)1.“燃?xì)馊紵皯?yīng)用”  同濟(jì)大學(xué)等       中國建筑工業(yè)出版社     2000. 122.“煤氣應(yīng)用手冊”  烏鐸白歇爾著       高等教育出版社   &#

18、160;     1960.  33.“煤氣燃燒產(chǎn)物成分測定誤差分析”    金志剛    天津土木學(xué)會(huì)論文集      1983.  4. 4.“燃?xì)馊紵a(chǎn)物成分計(jì)算與分析”     文集、測試、煙氣、015. european standard  pren 483                           january  1997.軟硬件僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。for personal use only in study and research; not for commercial use.nur für den p