烟气量过剩空气系数与焓值Excel计算书

烟气量过剩空气系数与焓值设计计算,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,备注

一、基础参数与燃料特性输入,,,,,,,

1,燃料类型,FuelType,设计值,1=固体/液体，2=气体,/,1,示例：燃煤取1，天然气取2

（一）固体/液体燃料收到基元素分析（质量分数%）,,,,,,,

2,收到基碳含量,Car,设计值,燃料元素分析,%,55,烟煤典型值45-65%，无烟煤60-75%

3,收到基氢含量,Har,设计值,燃料元素分析,%,3.5,烟煤典型值2-4%，油类10-14%

4,收到基硫含量,Sar,设计值,燃料元素分析,%,0.8,低硫煤<1%，中硫煤1-3%

5,收到基氧含量,Oar,设计值,燃料元素分析,%,8,烟煤典型值5-10%

6,收到基氮含量,Nar,设计值,燃料元素分析,%,1,典型值0.5-2%

7,收到基水分,Mar,设计值,燃料元素分析,%,12,烟煤典型值8-15%

8,收到基灰分,Aar,设计值,燃料元素分析,%,19.7,烟煤典型值15-30%

9,元素分析总和校验,Σ,计算值,Car+Har+Sar+Oar+Nar+Mar+Aar,%,69.30,校验不通过，请检查输入

（二）气体燃料组分分析（体积分数%，燃料类型选2时填写）,,,,,,,

10,一氧化碳含量,CO,设计值,气体燃料组分分析,%,0,发生炉煤气典型值20-30%，天然气基本为0

11,氢气含量,H₂,设计值,气体燃料组分分析,%,0,发生炉煤气典型值10-20%

12,甲烷含量,CH₄,设计值,气体燃料组分分析,%,95,天然气典型值85-98%

13,乙烷含量,C₂H₆,设计值,气体燃料组分分析,%,2.5,天然气典型值1-5%

14,丙烷含量,C₃H₈,设计值,气体燃料组分分析,%,0.4,天然气典型值0-1%

15,硫化氢含量,H₂S,设计值,气体燃料组分分析,%,0,净化天然气基本为0

16,氧气含量,O₂_gas,设计值,气体燃料组分分析,%,0.1,天然气典型值0-0.5%

17,氮气含量,N₂_gas,设计值,气体燃料组分分析,%,1.5,天然气典型值0-5%

18,二氧化碳含量,CO₂_gas,设计值,气体燃料组分分析,%,0.5,天然气典型值0-2%

19,气体组分总和校验,Σ,计算值,各组分体积分数之和,%,167.30,校验不通过，请检查输入

（三）运行通用参数,,,,,,,

20,收到基低位发热量,"Qnet,ar",实测值,燃料发热量测试,kJ/kg,21000,烟煤典型值18000-25000kJ/kg，天然气约36000kJ/Nm³

21,烟气温度,t_y,实测值,烟气温度测量,℃,200,排烟温度通常120-180℃，炉膛出口800-1000℃

22,冷空气温度,t_k,实测值,环境温度测量,℃,20,标准状态取20℃，冬季可低至0℃以下

23,实测烟气含氧量,O₂,实测值,烟气分析仪测量,%,6,燃气锅炉2-4%，燃煤锅炉6-8%

24,设计过量空气系数,α_design,设计值,按锅炉类型选取,/,1.4,层燃炉1.3-1.5，煤粉炉1.15-1.25，燃气炉1.05-1.2

25,烟道漏风系数,Δα,选用值,按烟道长度与密封情况选取,/,0.1,省煤器0.05-0.1，空预器0.1-0.15，每10米钢烟道0.01

二、理论空气量计算,,,,,,,

26,固液燃料理论空气量,V₀_sld,计算值,0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar,Nm³/kg,100.00,烟煤典型值5-7Nm³/kg，油类约10-12Nm³/kg

27,气体燃料理论空气量,V₀_gas,计算值,0.0476*(0.5CO+0.5H₂+2CH₄+3.5C₂H₆+5C₃H₈+1.5H₂S-O₂_gas),Nm³/Nm³,0.00,天然气典型值9-11Nm³/Nm³

28,理论空气量,V₀,计算值,根据燃料类型自动选择,Nm³/kg或Nm³/Nm³,7.40,为后续烟气量计算的基础参数

29,理论空气量经验公式校核,V₀_emp,计算值,"固液：0.2413*Qnet,ar/1000+0.5；气体：0.26*Qnet,ar/1000-0.25",Nm³/kg或Nm³/Nm³,-0.25,两种方法误差应小于5%

30,理论空气量误差校核,ΔV₀,计算值,ABS(V₀-V₀_emp)/V₀*100,%,100.00,误差过大，请检查输入参数

三、理论烟气量及各组分容积计算（α=1，完全燃烧）,,,,,,,

（一）三原子气体容积（RO₂=CO₂+SO₂）,,,,,,,

31,固液燃料CO₂容积,V_CO2_sld,计算值,0.01867*Car,Nm³/kg,0.00,碳燃烧反应：C+O₂=CO₂

32,固液燃料SO₂容积,V_SO2_sld,计算值,0.007*Sar,Nm³/kg,0.00,硫燃烧反应：S+O₂=SO₂

33,气体燃料RO₂容积,V_RO2_gas,计算值,0.01*(CO+CH₄+2C₂H₆+3C₃H₈+CO₂_gas+H₂S),Nm³/Nm³,0.00,包含碳氢化合物燃烧生成的CO₂

34,三原子气体总容积,V_RO2,计算值,V_CO2_sld+V_SO2_sld+V_RO2_gas,Nm³/kg或Nm³/Nm³,107.15,为辐射换热的主要组分，影响烟气黑度

（二）理论氮气容积,,,,,,,

35,固液燃料理论N₂容积,V_N2_sld,计算值,0.008*Nar+0.79*V₀,Nm³/kg,0.00,空气中N₂体积分数约79%

36,气体燃料理论N₂容积,V_N2_gas,计算值,0.01*N₂_gas+0.79*V₀,Nm³/Nm³,0.00,空气中N₂不参与燃烧反应

37,理论氮气总容积,V_N2⁰,计算值,V_N2_sld+V_N2_gas,Nm³/kg或Nm³/Nm³,0.00,约占理论干烟气量的70-75%

（三）理论水蒸气容积,,,,,,,

38,固液燃料氢燃烧生成水,V_H2O_H,计算值,0.111*Har,Nm³/kg,0.00,氢燃烧反应：2H₂+O₂=2H₂O

39,固液燃料水分汽化,V_H2O_M,计算值,0.0124*Mar,Nm³/kg,0.00,1kg水汽化后体积约1.24Nm³

40,固液燃料理论空气带入水,V_H2O_air_sld,计算值,0.0161*V₀,Nm³/kg,0.00,常规计算取0.0161Nm³/Nm³空气

41,气体燃料氢燃烧生成水,V_H2O_gas_H,计算值,0.01*(H₂+2CH₄+3C₂H₆+4C₃H₈+H₂S),Nm³/Nm³,0.00,CH₄燃烧生成2倍体积水蒸气

42,气体燃料理论空气带入水,V_H2O_air_gas,计算值,0.0161*V₀,Nm³/Nm³,0.00,与固液燃料计算方法一致

43,理论水蒸气总容积,V_H2O⁰,计算值,V_H2O_H+V_H2O_M+V_H2O_air_sld+V_H2O_gas_H+V_H2O_air_gas,Nm³/kg或Nm³/Nm³,107.15,含量过高会增加排烟热损失

（四）理论烟气量汇总,,,,,,,

44,理论干烟气量,V_gy⁰,计算值,V_RO2+V_N2⁰,Nm³/kg或Nm³/Nm³,0.00,干烟气组分主要为RO₂和N₂

45,理论湿烟气量,V_y⁰,计算值,V_gy⁰+V_H2O⁰,Nm³/kg或Nm³/Nm³,0.00,为实际烟气量计算的基础

四、实际烟气量计算,,,,,,,

46,计算截面总过剩空气系数,α,计算值,α_design+Δα,/,220.00,排烟处通常为1.4-1.8

47,基于含氧量反算过剩空气系数,α_O2,计算值,21/(21-O₂),/,0.00,该公式为完全燃烧条件下的近似公式

48,过剩空气系数偏差,Δα_diff,计算值,ABS(α-α_O2)/α*100,%,100.00,偏差正常

49,过剩空气系数合规性判定,α_judge,判断值,按TSG91-2021要求,/,不满足,层燃炉≤1.65，负压油气炉≤1.25，正压油气炉≤1.15

50,实际RO₂容积,V_RO2_act,计算值,V_RO2,Nm³/kg或Nm³/Nm³,0.00,RO₂为燃烧产物，与空气量无关

51,实际N₂容积,V_N2_act,计算值,V_N2⁰+0.79*(α-1)*V₀,Nm³/kg或Nm³/Nm³,-0.08,过量空气中79%为氮气

52,实际O₂容积,V_O2_act,计算值,0.21*(α-1)*V₀,Nm³/kg或Nm³/Nm³,-0.02,完全燃烧时理论烟气中氧气为0

53,实际水蒸气容积,V_H2O_act,计算值,V_H2O⁰+0.0161*(α-1)*V₀,Nm³/kg或Nm³/Nm³,0.00,过量空气带入少量水蒸气

54,实际干烟气量,V_gy,计算值,V_RO2_act+V_N2_act+V_O2_act,Nm³/kg或Nm³/Nm³,107.15,用于干基污染物浓度计算

55,实际湿烟气量,V_y,计算值,V_gy+V_H2O_act,Nm³/kg或Nm³/Nm³,0.00,用于烟道、风机选型计算

56,烟气量经验公式校核,V_y_emp,计算值,"固液：1.04*Qnet,ar/4187+0.77+1.0161*(α-1)*V₀；气体：1.14*Qnet,ar/4187-0.25+(α-1)*V₀",Nm³/kg或Nm³/Nm³,-0.35,两种方法误差应小于5%

57,烟气量误差校核,ΔV_y,计算值,ABS(V_y-V_y_emp)/V_y*100,%,100.00,误差过大，请检查参数

五、烟气焓值计算（基准温度0℃）,,,,,,,

（一）各气体平均定压比热容（kJ/(Nm³·℃)，工程常用插值公式）,,,,,,,

58,RO₂平均比热容,c_RO2,查表值,0.0000004*t²+0.0001*t+1.5998,kJ/(Nm³·℃),1.63,适用于0-1600℃温度范围

59,N₂平均比热容,c_N2,查表值,0.0000001*t²+0.00004*t+1.2946,kJ/(Nm³·℃),1.30,为烟气比热容的主要贡献组分

60,O₂平均比热容,c_O2,查表值,0.0000002*t²+0.0001*t+1.3059,kJ/(Nm³·℃),1.33,随温度升高略有增大

61,H₂O平均比热容,c_H2O,查表值,0.0000002*t²+0.0001*t+1.4943,kJ/(Nm³·℃),0.00,包含汽化潜热影响

62,干空气平均比热容,c_k,查表值,0.0000001*t²+0.00005*t+1.2971,kJ/(Nm³·℃),非200℃工况请忽略,用于空气焓值计算

（二）理论烟气焓值,,,,,,,

63,RO₂焓值,h_RO2,计算值,V_RO2*c_RO2*t_y,kJ/kg或kJ/Nm³,0.00,三原子气体焓值占比随温度升高而增大

64,N₂焓值,h_N2,计算值,V_N2⁰*c_N2*t_y,kJ/kg或kJ/Nm³,265.65,通常为烟气焓值的最大组成部分

65,H₂O焓值,h_H2O,计算值,V_H2O⁰*c_H2O*t_y,kJ/kg或kJ/Nm³,0.00,高水分燃料占比较大

66,理论烟气焓值,h_y⁰,计算值,h_RO2+h_N2+h_H2O,kJ/kg或kJ/Nm³,99.65,仅包含理论燃烧产物的焓

（三）空气焓值,,,,,,,

67,理论空气焓值,h_k⁰,计算值,V₀*c_k*t_y,kJ/kg或kJ/Nm³,1792.62,过量空气焓值以此为基础计算

68,冷空气焓值,h_lk,计算值,V₀*c_k_lk*t_k,kJ/kg或kJ/Nm³,0.00,冷空气温度通常为环境温度

（四）实际烟气焓值,,,,,,,

69,过量空气焓值,h_k_excess,计算值,(α-1)*h_k⁰,kJ/kg或kJ/Nm³,0.00,过剩空气系数越大，这部分焓值越高

70,实际烟气总焓值,h_y,计算值,h_y⁰+(α-1)*h_k⁰,kJ/kg或kJ/Nm³,0.00,为锅炉换热计算、热损失计算的核心参数

71,单位体积干烟气焓值,h_gy,计算值,h_y/V_gy,kJ/Nm³,0.00,用于烟气流量热量换算

72,焓值合理性校验,h_judge,判断值,按工程经验范围判定,/,-167.45,温度不同焓值差异较大，仅供参考

六、计算结果汇总与工程应用,,,,,,,

73,单位燃料理论空气量,V₀,计算值,引用前文结果,Nm³/kg或Nm³/Nm³,0.10,用于风机选型计算

74,单位燃料实际烟气量,V_y,计算值,引用前文结果,Nm³/kg或Nm³/Nm³,220.00,用于烟道、脱硫脱硝系统设计

75,运行实测过剩空气系数,α,计算值,引用前文结果,/,0.00,为运行调整提供依据

76,烟气总焓值,h_y,计算值,引用前文结果,kJ/kg或kJ/Nm³,1.33,用于换热器设计、热效率