第3章 燃烧过程的热工计算
燃烧过程实质上是燃料中的可燃物分子与氧化剂分子之间的一种快速氧化反应过程，物质在激烈快速氧化反应过程中产生光和热，并使温度升高。要使燃烧稳定连续进行，需连续不断地供给足够的空气，并使燃料与空气中的氧有良好的接触，燃料还必须加热到一定的温度，氧化反应才能自动加速进行。
燃料开始燃烧的最低温度叫着火温度，即燃烧在充足空气供给下加热到某一温度，达到此温度后不再加热，燃料依靠自身的燃烧热继续燃烧（持续5min以上），此温度即称为着火温度或着火点（发火点）。燃料的着火温度随燃料的种类、燃料的形态、燃烧时周围环境的变化而变化，如平摊的燃料因其热量难以集中，即使同一种类和形态的燃料，平摊燃料的着火温度比堆积燃料的着火温度要高。
实际燃烧装置中，大多采用空气作为燃烧反应的氧化剂，少数情况下，也可能选用富氧空气或氧气。空气中的主要成分是氧气和氮气，并含有少量的氩、氦、氖、氙和二氧化碳，还含有一定量的水蒸气。在燃烧计算中，一般只考虑空气中的氧、氮和水蒸气，并假定干空气的成分为：氧占23.2%，氮占76.8%（按质量），或氧占21%，氮占79%（按体积）。大气中水蒸气的含量通常按相应温度下饱和蒸气的含量计算。在常温和常压条件下，习惯上也可取每千克干空气中含水10g，或每立方米干空气中含水0.01293kg计算。
燃烧产物的成分，与参加燃烧的空气量有关，也取决于燃烧装置的设计水平。当空气充足和过程进行完善时，燃料中的可燃元素碳、氢和硫将分别与氧发生如下反应：
C+O2
CO2 （3-1）
（3-2）
S+O2 SO2 （3-3）
显然，这时燃烧产物中将包含CO2、H2O、SO2、剩余氧气和惰性气体氮，并称为完全燃烧产物。但当空气不足或燃烧过程进行不够完善时，燃烧产物中除了前述成分外，还可能生成CO、H2、CH4等未燃尽气体及固态炭粒，构成所谓不完全燃烧产物。
燃料不完全燃烧的情况有两种。
（1）气体不完全燃烧
燃烧时燃料析出的气体可燃物，没有得到足够的氧气，或与氧接触不良，因而燃烧产物中还含有一部分未燃尽的可燃气体，如H2、CO等随燃烧产物排走，这种现象叫做气体不完全燃烧现象。
燃烧产物中的一部分CO2和H2O，在1600℃以上时热分解显著进行，增加了燃烧产物中可燃物的含量，造成不可避免的气体不完全燃烧。
（3-4）
（2）固体不完全燃烧
燃烧时燃料中有些固体可燃物未经燃烧就从炉栅条间掉落，有些是夹在燃渣中排掉或夹在烟气中带走，这种现象叫做固体不完全燃烧现象。
不论是哪种情况下的不完全燃烧，不仅意味着热量损失、能源浪费，而且会引起环境污染，造成公害。实际燃烧装置中一般很难达到绝对的完全燃烧，只能在装置的设计和运行操作中力求达到最有利的燃烧，使燃烧过程尽可能完善。在少数工业炉中，由于工艺过程的特殊要求，希望炉膛内为还原性气氛。在这种情况下，将有意识地限制空气的供给量，使燃烧在缺氧条件下进行，生成含有CO、H2和CH4等未燃尽气体的不完全燃烧产物。
燃料燃烧的理论计算主要是化学计算。根据化学反应式找出反应物和生成物相互间量的变化规律，其主要内容包括：①燃料燃烧时，所需理论空气量、实际空气量和过量空气系数的计算；②燃烧产物组成量的计算，空气与烟气焓的计算，燃烧效率的计算等。
燃烧计算时，在准确度允许的范围内，可作如下假设。
①燃料中可燃成分都完全燃烧。
②空气和烟气的所有组成成分，包括水蒸气都可以相当准确地当做理想气体进行计算，每摩尔气体在标准状态（温度为0℃，压力为0.1013MPa）下的容积为22.4m3。
③所有气体的容积都折算到标准状态，这时的容积计算单位为立方米，记为m3。
④计算空气时，忽略空气中的微量稀有气体及CO2。