[科普中国]-过剩空气系数

计算

燃烧所用实际空气量与理论空气量之比叫做过剩空气系数α。

式中α——过剩空气系数；

V——实际空气量，Nm3/kg燃料；

Vo——理论空气量，Nm3/kg燃料。

应根据炉型、所用燃料、燃烧方式、燃烧器性能以及工艺上对炉子的特殊要求来选定理α值。一般炼油管式加热炉的过剩空气系数在烧燃料气时，α为1.05～1.15；烧燃料油时，α为1.15～1.3。

α值过小，会造成燃料燃烧不完全而降低热效率；α值过大，会降低火焰最高温度，减少三原子气体浓度，减低辐射传热能力，增大排烟的热损失，降低炉子热效率，并加剧炉管金属表面氧化腐蚀。

在进行加热炉标定、核算或控制加热炉燃烧过程中，可由烟气组成分析按下式求出过剩空气系数：

燃料完全燃烧时：

式中 O2，N2——干烟气中各组分的体积分数；

RO2——干烟气中CO2，SO2的体积分数之和。2

影响因素影响过剩空气系数的主要因素有以下几个方面：

①燃料性质

液体燃料的粘度、密度比气体燃料大得多，因此气体燃料易与空气混合均匀，α较小；液体燃料不易与空气混合均匀，α较高。

②燃烧器的性能

燃烧器的形式、性能不同，对空气与燃料混合的程度不同，因而过剩空气系数也不同。所以，大力改进燃烧器的性能，研制和使用各种高效燃烧器，是降低过剩空气系数的关键。

③炉体密封性

大多数加热炉都是在微负压条件下工作的，如果炉体密封不好，空气就被大量吸入，会使过剩空气系数激增，操作难以控制，因此，必须重视炉体的堵漏工作。近代微正压操作的加热炉则不存存漏风问颗。

④加热炉操作水平

入炉空气量是加热炉操作中可调节的参数之一，其调节直接影响α的大小。因此，生产操作中，发挥人的主观因素，管好三门一板(风门、油门、气门和烟道挡板)的调节，是保证燃料完全燃烧，降低α的有效方法。若采用电子计算机控制及配置烟气含氧分析仪、炉腔负压检测仪等完善的测控系统，就更能有效调节α，使燃烧过程最佳化，同时又可大大降低司炉操作员的劳动强度。3

意义过剩空气系数是加热炉的一个重要操作指标。在确保完全燃烧的条件下，过剩空气系数α越小越好。在相同条件下，过剩空气系数小的炉子，炉腔温度较高，若维持炉温不变，则可减少燃料消耗。入炉空气量小，烟气量也小，烟气排人大气所带走的热量就可降低，从而减少炉子的热损失，有利于提高炉子的热利用率和节约燃料。

减小过剩空气系数虽然有许多好处，但前提是：必须保证燃料完全燃烧，否则会加大化学不完全燃烧和机械不完全燃烧的损失，在表面上看来减少了α，提高了热效率，实际上加大了不完全燃烧热损失，炉子最终热效率并未得到提高，很可能燃料烧得更多了。

过剩空气系数过大除了降低热效率外，还有其他危害：①使燃烧温度下降；②使露点温度升高；③加剧炉管和炉内构件的氧化；④促使氮化物NO，增加，从而产生极不利的影响。

加热炉的过剩空气系数，烧燃料气时一般控制在1.1%～1.25%之间，烧油时过剩空气系数控制在1.2%～1.5%之间。过剩空气系数太小，燃烧不完全，浪费燃料，过剩空气系数太大，入炉空气太多，炉膛温度下降，传热不好，烟气带走热量多，炉管易氧化剥皮。过剩空气系数过大，可适当关小烟道挡板和风门。

测定测定烟气中的含氧量通常有两种方法。一种是将烟气抽出，用奥氏气体分析器进行分析；另一种是利用氧化锆直接插入烟气中进行在线分析。

将烟气抽出分析时，因烟气中所含水分冷凝，基本为干烟气；而利用氧化锆在线分析时，因烟气中含有水蒸气，故氧在烟气中所占份额会不相同。因此在按烟气含氧量确定过剩空气系数时，应根据烟气分析方法的不同，分别按干烟气和湿烟气进行确定。

烟气含氧量与过剩空气系数的关系与燃料组分和完全燃烧程度等因素有关。4