锅炉烟气体积密度计算推导

('烟气体积的及污染物排放计算热能与动力工程一．简要分析理论烟气量——标准状态下，1kg固体及液体燃料在理论空气量下完全燃烧所产生的燃烧产物的体积。分析可知，空气中主要含有N2，O2；燃料中主要含有C、H、O、N、S。各元素在空气中充分燃烧后，产物存在状态为CO2、SO2、N2、H2O（g）。因此，可用下式表示：其中：为标准状态下理论烟气量；、为标准状态下的体积；为标准状态下的N2的理论体积；为标准状态下的理论水蒸气体积，单位。二．理论空气量的计算理论空气量——1kg固体及液体燃料完全燃烧且燃烧产物（烟气）中无自由氧存在时所需要的空气量（指干空气），以标准状态下表示。假设：每千克燃料中C、H、O、N、S质量含量分别为、H/100kg、O/100kg、N/100kg、S/100kg。碳的分子量为12，每千克碳燃烧所需要的氧气量为22.4/12.而每千克燃料中C质量含量为C/100kg，因而所需的氧气为22.4/12C/100=1.866C/100。同理，氢所需氧气量为22.4/(221.008)H/100=5.55H/100;硫所需氧气量为22.4/32S/100=0.7S/100。而，每千克燃料含有氧为22.4/32O/100=0.7O/100因此，每千克燃料燃烧时所需氧量为：1.866C/100+5.55H/100+0.7S/100-0.7O/100锅炉中所需氧气来源空气，由于氧气在空气所占体积比为21%，所以1kg燃料燃烧所需理论空气量为=1/0.21(1.866C/100+5.55H/100+0.7S/100-0.7O/100)=0.08886C+0.2643H+0.033335S-0.03333O三．烟气理论体积密度的计算1.标准状态下(P=101325pa,T=273.15K)各气体的密度及气体常数的计算由PV=nRT有PV=m/MRT而ρ=m/V,带入有ρ=PM/(RT)CO2:ρ=1013254410^-3/(8.3145273.15)=1.963=R/M=8.3145/0.044=188.97J/(kgK)SO2:ρ=1013256410^-3/(8.3145273.15)=2.855=R/M=8.3145/0.064=129.9J/(kgK)N2:ρ=1013252810^-3/(8.3145273.15)=1.249=R/M=8.3145/0.028=296.95J/(kgK)H2O;ρ=1013251810^-3/(8.3145273.15)=0.8031=R/M=8.3145/0.018=461.92J/(kgK)2.各气体体积的计算（1）三原子气体C所需的氧气为22.4/12C/100=1.866C/100.S所需氧气量为22.4/32S/100=0.7S/100.三原子气体体积=+=0.01866C+0.007S=+=1.9630.01886C+2.8550.007S=0.03663C+0.019985S出口温度为T，压强为PCO2：体积=υ=0.03663CT/P=6.922CT/PSO2:体积=υ=0.019985ST/P=2.596ST/P(2)理论氮气体积分析可知，烟气中的氮气主要来自燃料中的氮以及空气中的氮气。①理论空气量中的氮，体积为0.79。②燃料本身含有的氮1kg燃料中含有N/100kg的氮元素，1kg氮气体积为22.4/28，即燃料中本身含有可产生氮气的体积为22.4/28N/100=0.008N则=0.79+0.008N=1.249(0.79+0.008N)=0.98671+0.009992N出口温度为T，压强为P体积：=υ=（0.98671+0.009992N）T/P=（0.98671+0.009992N）296.95T/P=(293+2.97N)T/P(3)理论水蒸气体积烟气中的水蒸气有三个来源：燃料中的氢元素，燃料中的水分，空气中的水分。①燃料中的氢完全燃烧标准状态下，1kg氢气完全燃烧后产生22.4/2=11.2的水蒸气，而燃料中含有氢为H/100，因此1kg燃料中氢产生11.2H/100=0.112H体积。②随燃料带入的水分1kg燃料中形成水蒸汽的体积为22.4/18M/100=0.0124M③随理论空气量带入的水蒸气体积设1kg空气中含有的水蒸气为d(g/kg),则标准状态下1.293d/1000kg.标准状态下，水蒸气密度为0.8031，即1干空气中含有水蒸气体积为0.001293d/0.8031=0.00161d.其中d为空气的绝对湿度，一般情况下可取d=10g/kg，则理论空气量带入的水蒸气为0.0161。所以，理论水蒸气体积为=0.0112H+0.0124M+0.0161质量=ρ=0.8031（0.0112H+0.0124M+0.0161）=0.08995H+0.00996M+0.0129出口温度为T，压强为P体积：=υ=（0.08995H+0.00996M+0.0129）T/P=（0.08995H+0.00996M+0.0129）461.92T/P=(41.55H+4.6M+5,96)T/P3.理论烟气量理论干烟气量=+=0.01866C+0.007S+0.79+0.008N==0.03663C+0.019985S+0.9867+0.009992Nρ=/=理论烟气量=+=0.01866C+0.007S+0.79+0.008N+0.0112H+0.0124M+0.0161=0.01866C+0.007S+0.008N+0.0112H+0.0124M+0.8061=+=0.03663C+0.019985S+0.9867+0.009992N+0.08995H+0.00996M+0.0129ρ=/=出口温度为T，压强为P烟气量=+++=6.922CT/P+2.596ST/P+(293+2.97N)T/P+(41.55H+4.6M+5,96)T/P=（6.922C+2.596S+293+2.97N+41.55H+4.6M+5,96）T/P=Ρ=/=',)