CN111666530B - 基于成分修正的燃气燃烧计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于成分修正的燃气燃烧计算方法。该方法包括：获取用于燃烧计算的原始数据，包括燃气成分的数据和烟气成分的数据；根据所述烟气成分中的未燃尽成分，将燃气成分中的所述成分分为燃烧和不燃烧两部分；根据所述烟气成分中的未燃尽成分数据，对拆分后的所有燃气成分进行修正，得到修正的燃气成分；根据修正的燃气成分，进行燃气燃烧计算。该方法保证了燃气计算结果的精确度，有效避免了传统燃气燃烧计算方法存在的误差，适用于所有气体燃料，尤其适用于燃烧产生的烟气成分中残余的可燃成分较多的情况。

Description

基于成分修正的燃气燃烧计算方法

技术领域

本发明涉及燃气燃烧技术领域，尤其涉及一种基于成分修正的燃气燃烧计算方法。

背景技术

按现行方法，在进行燃气燃烧计算时，一般根据原始的燃气成分来求解理论干空气量、理论干烟气量、实际干烟气量、过量空气系数等，这对于烟气残余可燃气体量较少的情况下是可行的。但是，对于燃烧状况不太理想，尤其是燃用中低热值燃气(高炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气)时，燃气不一定能完全燃尽，因此烟气中可能会残余不少可燃气体(主要是CO)。此时，燃烧所需理论空气量和燃烧产生理论干烟气量均不能直接按原始燃气成分计算，否则结果会偏离真实值，而现行方法对于理论空气量和理论干烟气量的求解均是基于原始燃气成分，这必然会导致燃烧计算结果存在误差，且残余可燃气体越多，误差越大。

因此，构建一种可适用于烟气中残余较多可燃气体条件下的燃气燃烧计算方法，具有显著的实用意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于成分修正的燃气燃烧计算方法，以解决采用现有技术基于原始燃气成分进行燃烧计算，结果不够精准，存在误差的问题。本发明尤其适用于烟气中残余较多可燃气体条件下。

上述目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的一种基于成分修正的燃气燃烧计算方法，包括：

步骤S10，获取用于燃烧计算的原始数据，所述原始数据包括燃气成分的数据和烟气成分的数据；

步骤S20，根据所述烟气成分中的未燃尽成分，将燃气成分中的所述成分分为燃烧和不燃烧两部分；根据所述烟气成分中的未燃尽成分数据，对拆分后的所有燃气成分进行修正，得到修正的燃气成分；

步骤S30，根据修正的燃气成分，进行燃气燃烧计算。

其中，本发明中，所述燃气成分包括CO、CO₂、H₂、C_mH_n、H₂S、N₂、O₂。所述烟气成分包括干烟气成分，干烟气成分包括O₂，CO₂，SO₂，N₂等，本发明中主要考虑烟气成分中的O₂和未燃尽CO的含量。故优选地，步骤S20中，根据所述烟气成分中的未燃尽CO，将所述燃气成分中的CO分为燃烧CO和不燃烧CO两部分；根据所述烟气成分中的未燃尽CO含量对原始数据中的所有燃气成分进行修正。需要说明的是，燃气成分中需要拆分的成分是根据烟气成分中残余的可燃成分决定的，本发明中考虑到烟气成分中主要含有CO，故将燃气成分中的CO进行拆分，但不限于此，例如若烟气成分中残余成分H₂较多，就将燃气成分中的H₂进行拆分；又或者烟气成分中残余可燃成分中主要含CO和H₂，可以同时将燃气成分中的CO和H₂进行拆分。

优选地，步骤S20中，还包括：假定一个实际干烟气量的步骤，然后根据所述假定的实际干烟气量和所述烟气成分中的未燃尽成分数据，对拆分后的所有燃气成分进行修正。

优选地，步骤S30中，根据修正的燃气成分，进行燃气燃烧计算，包括：根据修正的燃气成分，计算修正的理论干空气量和修正的理论干烟气量；根据修正的理论干空气量和修正的理论干烟气量，计算燃料特性因子；根据燃料特性因子和烟气成分中氧气的数据，计算修正的过量空气系数；根据修正的过量空气系数、修正的理论干烟气量、以及修正的理论干空气量，计算实际干烟气量。

优选地，步骤S30中，还包括：计算所述实际干烟气量与假定的实际干烟气量的差值，将差值与预设的阈值进行比较，判断差值是否小于或等于阈值；若否，则重新假定实际干烟气量，进行燃气成分修正，并根据修正的燃气成分，重新进行燃气燃烧计算；若是，则输出计算得到的实际干烟气量、修正的过量空气系数、修正的理论干烟气量和修正的理论干空气量。

优选地，步骤S20中，对拆分后的燃气成分进行修正的计算公式如下：

φ_*(CO)＝V_gy,0φ′(CO)

φ(CO)＝φ₀(CO)-φ_*(CO)

φ(CO₂)＝φ₀(CO₂)

φ(H₂)＝φ₀(H₂)

φ(C_mH_n)＝φ₀(C_mH_n)

φ(H₂S)＝φ₀(H₂S)

φ(N₂)＝φ₀(N₂)

φ(O₂)＝φ₀(O₂)

其中，V_gy,0为假定的实际干烟气量；φ′(CO)为烟气成分中的未燃尽CO的含量；φ_*(CO)、φ(CO)、φ(CO₂)、φ(H₂)、φ(C_mH_n)、φ(H₂S)、φ(O₂)分别为修正的燃气成分中不燃烧CO、燃烧CO、CO₂、H₂、C_mH_n、H₂S、O₂的含量；φ₀(CO)、φ₀(CO₂)、φ₀(H₂)、φ₀(C_mH_n)、φ₀(H₂S)、φ₀(N₂)、φ₀(O₂)分别为原始数据中燃气成分CO、CO₂、H₂、C_mH_n、H₂S、N₂、O₂的含量，其中m和n为正整数。

优选地，根据修正的燃气成分，计算修正的理论干空气量，计算修正的理论干烟气量，计算公式如下：

其中，为修正的理论干空气量；φ(CO)、φ(H₂)、φ(C_mH_n)、φ(H₂S)、φ(O₂)分别为修正的燃气中燃烧CO、H₂、C_mH_n、H₂S、O₂的含量；

其中，为修正的理论干烟气量；φ_*(CO)、φ(CO)、φ(CO₂)、φ(C_mH_n)、φ(H₂S)、φ(N₂)分别为修正的燃气中不燃烧CO、燃烧CO、CO₂、C_mH_n、H₂S、N₂的含量；/>为修正的理论干空气量。

优选地，计算燃料特性因子的计算公式为：

其中，χ为燃料特性因子；为修正的理论干烟气量；/>为修正的理论干空气量。

优选地，计算修正的过量空气系数的计算公式为：

其中，α为修正的过量空气系数；χ为燃料特性因子；φ′(O₂)为烟气成分中氧气的含量。

优选地，计算实际干烟气量的计算公式为：

其中，V_gy为计算的实际干烟气量；为修正的理论干烟气量；/>为修正的理论干空气量；α为修正的过量空气系数。

本发明基于成分修正的燃气燃烧计算方法的有益效果：本发明针对现行方法中对于燃气燃烧计算均是基于原始燃气成分，未考虑到烟气中残余可燃气体，例如CO等，对理论干空气量和理论干烟气量的影响，由此造成计算结果可靠性无法保证的问题，提出了一种新的燃气燃烧计算方法。本发明方法根据烟气成分中一种或多种残余可燃气体，将燃气成分中的一种或多种该成分拆分为燃烧和不燃烧两部分，通过烟气成分中该残余可燃气体(即未燃尽的燃气成分)的含量数据对拆分后所有燃气成分进行修正，例如根据烟气成分中未燃尽CO，将燃气成分中CO拆分为燃烧CO和不燃烧CO两部分，然后根据烟气成分中未燃尽CO的含量对拆分后所有燃气成分进行修正，然后将修正后的燃气成分作为基础数据用于后续的燃烧计算，从而保证了计算结果的精确度，有效避免了传统燃气燃烧计算方法存在的误差。本发明适用于所有气体燃料，尤其适用于燃烧产生的烟气中残余较多可燃气体的情况，例如残余气体CO较多的情况。

附图说明

图1是本发明基于成分修正的燃气燃烧计算方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，本申请以拆分燃气成分中的CO为例，进行成分修正后进行燃气燃烧计算。

图1示意性地示出了本基于成分修正的燃气燃烧计算方法的流程示意图。如图1所示，本发明提供的一种基于成分修正的燃气燃烧计算方法，包括：

步骤S10，获取用于燃烧计算的原始数据，所述原始数据包括燃气成分的数据和烟气成分的数据。其中，所述燃气成分数据是通过取样分析获得。燃气成分的数据包括CO、CO₂、H₂、C_mH_n(碳氢化合物，其中，m和n均为正整数)、H₂S、N₂、O₂的容积含量百分率。所述烟气成分的数据是通过对运行过程中烟气成分进行取样并分析得到。一般情况下考虑的是干基烟气成分，包括O₂、CO、SO₂、N₂等，本实施例中所述烟气成分的数据主要考虑的是O₂和CO的容积含量百分率。

步骤S20，根据烟气成分中的未燃尽成分(残余可燃气体)，将所述燃气成分中的该成分分为燃烧和不燃烧两部分，通过所述烟气成分中的未燃尽成分数据对拆分后的所有燃气成分进行修正，得到修正的燃气成分。考虑到大多数情况下，烟气成分中残余可燃气体成分主要是CO，所以本实施例将燃气成分中CO拆分为两部分进行燃气成分修正。需要说明的是，若烟气成分中存在残余的其他可燃气体较多，例如H₂，也可将其拆分后进行燃气成分修正，然后再计算。步骤S20中，对原始燃气成分进行修正，具体包括：

步骤S21，假定一个每立方米燃气燃烧产生的实际干烟气量V_gy,0。

步骤S22，对原始燃气成分进行修正，将燃气中的CO拆分为燃烧CO和不燃烧CO两部分，燃气成分修正计算公式如下：

φ_*(CO)＝V_gy,0φ′(CO)

φ(CO)＝φ₀(CO)-φ_*(CO)

φ(CO₂)＝φ₀(CO₂)

φ(H₂)＝φ₀(H₂)

φ(C_mH_n)＝φ₀(C_mH_n)

φ(H₂S)＝φ₀(H₂S)

φ(N₂)＝φ₀(N₂)

φ(O₂)＝φ₀(O₂)

其中，V_gy,0为假定的每立方米燃气燃烧产生的实际干烟气量，m³/m³；φ′(CO)为烟气成分中未燃尽CO的含量百分率；φ_*(CO)、φ(CO)、φ(CO₂)、φ(H₂)、φ(C_mH_n)、φ(H₂S)、φ(O₂)分别为修正的燃气中不燃烧CO、燃烧CO、CO₂、H₂、C_mH_n、H₂S、O₂的容积含量百分率；φ₀(CO)、φ₀(CO₂)、φ₀(H₂)、φ₀(C_mH_n)、φ₀(H₂S)、φ₀(N₂)、φ₀(O₂)分别为原始燃气中CO、CO₂、H₂、C_mH_n(碳氢化合物，其中，m和n均为正整数)、H₂S、N₂、O₂的容积含量百分率，％。

步骤S30，根据修正的燃气成分，进行燃气燃烧计算。进行燃气燃烧计算的具体步骤如下：

步骤S31，根据修正的燃气成分，计算修正的每立方米燃气燃烧需要的理论干空气量。计算公式为：

其中，为修正的每立方米燃气燃烧所需的理论干空气量，m³/m³；φ(CO)、φ(H₂)、φ(C_mH_n)、φ(H₂S)、φ(O₂)分别为修正的燃气中燃烧CO、H₂、C_mH_n、H₂S、O₂的容积含量百分率。

步骤S32，根据修正的燃气成分，计算修正的每立方米燃气燃烧产生的理论干烟气量。计算公式为：

其中，为修正的每立方米燃气燃烧产生的理论干烟气量，m³/m³；φ_*(CO)、φ(CO)、φ(CO₂)、φ(C_mH_n)、φ(H₂S)、φ(N₂)分别为修正的燃气中不燃烧CO、燃烧CO、CO₂、C_mH_n、H₂S、N₂的容积含量百分率；/>为修正的每立方米燃气燃烧所需的理论干空气量，m³/m³。

步骤S33，计算燃料特性因子χ。计算公式为：

其中，χ为燃料特性因子；为修正的每立方米燃气燃烧产生的理论干烟气量，m³/m³；/>为修正的每立方米燃气燃烧所需的理论干空气量，m³/m³。

步骤S34，计算修正的过量空气系数α。为只考虑燃气成分中燃烧CO燃烧所需空气量(亦即：将烟气中残余CO视为不燃烧气体)的过量空气系数，计算公式为：

其中，α为修正的过量空气系数；χ为燃料特性因子；φ′(O₂)为干烟气中O₂的容积含量百分率，％。

步骤S35，计算每立方米燃气燃烧产生的实际干烟气量V_gy。计算公式为：

其中，V_gy为计算的每立方米燃气燃烧产生的实际干烟气量，m³/m³；为修正的每立方米燃气燃烧产生的理论干烟气量，m³/m³；/>为修正的每立方米燃气燃烧所需的理论干空气量，m³/m³；α为修正的过量空气系数。

步骤S36，计算步骤S35中得到的每立方米燃气燃烧产生的实际干烟气量V_gy与步骤S21中假定的每立方米燃气燃烧产生的实际干烟气量V_gy,0两者之间的差值，即将V_gy与V_gy,0相减的绝对值|V_gy-V_gy,0|，与预设的阈值进行比较，其中预设的阈值为微小量ε，其为设定的允许误差，比如0.1％，可以上下修改设定，如设定为0.01％～0.2％。其中，若|V_gy-V_gy,0|大于设定的微小量ε，则将V_gy与V_gy,0的平均值即(V_gy+V_gy,0)/2，赋值作为新的假定的每立方米燃气燃烧产生的实际干烟气量V_gy,0，返回给步骤S21，再次执行步骤S21至步骤S36，直至|V_gy-V_gy,0|小于或等于设定的微小量ε；若|V_gy-V_gy,0|小于或等于设定的微小量ε，则进入下一步骤S37。

步骤S37，输出V_gy作为当前每立方米燃气燃烧产生的实际干烟气量，输出α作为当前过量空气系数，输出为当前每立方米燃气燃烧产生的理论干烟气量，输出/>为当前每立方米燃气燃烧产生的理论干空气量。

实施例1

该实施例考虑烟气成分中残余可燃气体CO。

以某钢铁企业高炉煤气燃烧数据为例，其原始数据如下表1所示：

表1

分别按照常规方法(不修正)和本发明提出的修正方法进行计算，结果对比如下表2所示：

表2

参数	常规方法结果	本发明结果	单位
				理论干空气量	0.6471	0.6038	Nm3/Nm3
理论干烟气量	1.4885	1.4543	Nm3/Nm3
				过量空气系数	1.5015	1.6094	——
实际干烟气量	1.8130	1.8223	Nm3/Nm3

可见，对于存在残余CO的燃烧工况，按照常规方法计算的实际干烟气量则会低于真实值。本发明基于成分修正的燃气燃烧计算方法与不修正的常规方法相比，可以显著地提高燃气燃烧计算的准确率，保证了计算结果的精准度，避免了常规方法所存在的误差。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于成分修正的燃气燃烧计算方法，其特征在于，

步骤S10，获取用于燃烧计算的原始数据，所述原始数据包括燃气成分的数据和烟气成分的数据；

步骤S20，根据所述烟气成分中的未燃尽CO，将燃气成分中的CO分为燃烧和不燃烧两部分；根据所述烟气成分中的未燃尽CO数据，对拆分后的所有燃气成分进行修正，得到修正的燃气成分；修正的计算公式如下：

φ_*(CO)＝V_gy,0φ′(CO)；

φ(CO)＝φ₀(CO)-φ_*(CO)；

φ(CO₂)＝φ₀(CO₂)；

φ(H₂)＝φ₀(H₂)；

φ(C_mH_n)＝φ₀(C_mH_n)；

φ(H₂S)＝φ₀(H₂S)；

φ(N₂)＝φ₀(N₂)；

φ(O₂)＝φ₀(O₂)

其中，V_gy,0为假定的实际干烟气量；φ′(CO)为烟气成分中的未燃尽CO的含量；φ_*(CO)、φ(CO)、φ(CO₂)、φ(H₂)、φ(C_mH_n)、φ(H₂S)、φ(N₂)、φ(O₂)分别为修正的燃气成分中不燃烧CO、燃烧CO、CO₂、H₂、C_mH_n、H₂S、N₂、O₂的含量；φ₀(CO)、φ₀(CO₂)、φ₀(H₂)、φ₀(C_mH_n)、φ₀(H₂S)、φ₀(N₂)、φ₀(O₂)分别为原始数据中燃气成分CO、CO₂、H₂、C_mH_n、H₂S、N₂、O₂的含量，其中m和n为正整数；

步骤S30，根据修正的燃气成分，进行燃气燃烧计算；包括：

步骤S31，根据修正的燃气成分，计算修正的理论干空气量和修正的理论干烟气量；

修正的理论干空气量计算公式如下：

其中，为修正的理论干空气量；φ(CO)、φ(H₂)、φ(C_mH_n)、φ(H₂S)、φ(O₂)分别为修正的燃气中燃烧CO、H₂、C_mH_n、H₂S、O₂的含量；

修正的理论干烟气量计算公式如下：

其中，为修正的理论干烟气量；φ_*(CO)、φ(CO)、φ(CO₂)、φ(C_mH_n)、φ(H₂S)、φ(N₂)分别为修正的燃气中不燃烧CO、燃烧CO、CO₂、C_mH_n、H₂S、N₂的含量；

步骤S32，根据修正的理论干空气量和修正的理论干烟气量，计算燃料特性因子；

步骤S33，根据燃料特性因子和烟气成分中氧气的数据，计算修正的过量空气系数；

计算修正的过量空气系数的计算公式为：

其中，α为修正的过量空气系数；χ为燃料特性因子；φ′(O₂)为烟气成分中氧气的含量；

步骤S34，根据修正的过量空气系数、修正的理论干烟气量、以及修正的理论干空气量，计算实际干烟气量；

步骤S35，计算所述实际干烟气量与假定的实际干烟气量的差值，将差值与预设的阈值进行比较，判断差值是否小于或等于阈值；若否，则重新假定实际干烟气量，进行燃气成分修正，并根据修正的燃气成分，重新进行燃气燃烧计算；若是，则输出计算得到的实际干烟气量、修正的过量空气系数、修正的理论干烟气量和修正的理论干空气量。

2.如权利要求1所述的基于成分修正的燃气燃烧计算方法，其特征在于，

计算燃料特性因子的计算公式为：

其中，χ为燃料特性因子；为修正的理论干烟气量；/>为修正的理论干空气量。

3.如权利要求1所述的基于成分修正的燃气燃烧计算方法，其特征在于，计算实际干烟气量的计算公式为：

其中，V_gy为计算的实际干烟气量；为修正的理论干烟气量；/>为修正的理论干空气量；α为修正的过量空气系数。