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：OHNVVVVsoco220022y0V其中：y0V为标准状态下理论烟气量；2SOV、2COV为标准状态下的体积；N20V为标准状态下的N2的理论体积；H2O0V为标准状态下的理论水蒸气体积，单位kg/m3。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0V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22.4/123m.而每千克燃料中C质量含量为C/100kg，因而所需的氧气为22.4/12*C/100=1.866C/1003m。同理，氢所需氧气量为22.4/(2*2*1.008)*H/100=5.55H/1003m;硫所需氧气量为22.4/32*S/100=0.7S/1003m。而，每千克燃料含有氧为22.4/32*O/100=0.7O/1003m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/1003m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0V=1/0.21*(1.866C/100+5.55H/100+0.7S/100-0.7O/100)=0.08886C+0.2643H+0.033335S-0.03333O3m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/M*RT而ρ=m/V,带入有ρ=PM/(RT)CO2:ρ=101325*44*10^-3/(8.3145*273.15)=1.9633m/kggR=R/M=8.3145/0.044=188.97J/(kg*K)SO2:ρ=101325*64*10^-3/(8.3145*273.15)=2.8553m/kggR=R/M=8.3145/0.064=129.9J/(kg*K)N2:ρ=101325*28*10^-3/(8.3145*273.15)=1.2493m/kggR=R/M=8.3145/0.028=296.95J/(kg*K)H2O;ρ=101325*18*10^-3/(8.3145*273.15)=0.80313m/kggR=R/M=8.3145/0.018=461.92J/(kg*K)2.各气体体积的计算（1）三原子气体C所需的氧气为22.4/12*C/100=1.866C/1003m.S所需氧气量为22.4/32*S/100=0.7S/1003m.三原子气体体积2ROV=2COV+2SOV=0.01866C+0.007S2ROm=2COm+2SOm=1.963*0.01886C+2.855*0.007S=0.03663C+0.019985S出口温度为T，压强为PCO2：体积2COV=2COmυ=0.03663C*gRT/P=6.922CT/PSO2:体积2SOV=2SOmυ=0.019985SgRT/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0.790V。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22.4/283m，即燃料中本身含有可产生氮气的体积为22.4/28*N/100=0.008Nkg/m3则N20V=0.790V+0.008N02mN=1.249*(0.790V+0.008N)=0.986710V+0.009992N出口温度为T，压强为P体积：N2V=02mNυ=（0.986710V+0.009992N）gRT/P=（0.986710V+0.009992N）*296.95T/P=(2930V+2.97N)T/P(3)理论水蒸气体积H2O0V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=11.23m的水蒸气，而燃料中含有氢为H/100，因此1kg燃料中氢产生11.2*H/100=0.112Hkg/m3体积。②随燃料带入的水分1kg燃料中形成水蒸汽的体积为22.4/18*M/100=0.0124Mkg/m3③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0.80313m/kg，即13m干空气中含有水蒸气体积为0.001293d/0.8031=0.00161d3m.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0.01610V。所以，理论水蒸气体积为H2O0V=0.0112H+0.0124M+0.01610V质量0H2Om=ρH2O0V=0.8031*（0.0112H+0.0124M+0.01610V）=0.08995H+0.00996M+0.01290V出口温度为T，压强为P体积：H2OV=OH2mυ=（0.08995H+0.00996M+0.01290V）gRT/P=（0.08995H+0.00996M+0.01290V）*461.92T/P=(41.55H+4.6M+5,960V)T/P3.理论烟气量0yV理论干烟气量0gyV=2ROV+2NV=0.01866C+0.007S+0.790V+0.008N0mgy=222mNSOCOmm=0.03663C+0.019985S+0.98670V+0.009992Nρ=0mgy/0gyV=0.008N+0.79+0.007S+0.01866C0.009992N)+0.9867+0.019985S+(0.03663C理论烟气量0yV=0gyV+H2O0V=0.01866C+0.007S+0.790V+0.008N+0.0112H+0.0124M+0.01610V=0.01866C+0.007S+0.008N+0.0112H+0.0124M+0.80610V0my=0mgy+0H2Om=0.03663C+0.019985S+0.98670V+0.009992N+0.08995H+0.00996M+0.01290Vρ=0my/0yV=0.8061+0.0124M+0.0112H+0.008N+0.007S+0.01866C0.0129+0.00996M+0.08995H+0.009992N+0.9867+0.019985S+0.03663C出口温度为T，压强为P烟气量yV=2COV+2SOV+N2V+H2OV=6.922CT/P+2.596ST/P+(2930V+2.97N)T/P+(41.55H+4.6M+5,960V)T/P=（6.922C+2.596S+2930V+2.97N+41.55H+4.6M+5,960V）T/Pym=0myΡ=ym/yV=T/P）5,96+4.6M+41.55H+2.97N+293+2.596S+6.922C（0.0129+0.00996M+0.08995H+0.009992N+0.9867+0.019985S+0.03663C