剩空气量。实际空气量Vn与理论空气量V之比定义为空气过剩系数a,即 2.12 α>1,其大小取决于燃料种类、燃烧装置型式及燃烧条件等因素。不同燃料和炉型的空气 过剩系数见表2-6。 表2-6空气过剩系数g 料 烟煤 无烟煤 重油 煤气 手烧炉和抛煤机炉 1.3~1.5 1.3-2.0 链条炉 1.3~1.4 悬燃炉 1.2 1.25 1.15-!.2 l.05-1.1 三)空燃比AF 空燃比是指单位质量燃料燃烧所需要的空气质量,可由燃烧方程式直接求得。例如,甲烷在 理论空气下完全燃烧 CH4+2O2+7.52N2-·OO2+2H2O+7.52N2 则空燃比 2×100×28.9 AF 1×16 =17.2 理论空燃比随着燃料中氢相对含量的减少,碳相对含量的增加而减小。例如汽油(-CH18) 的理论空燃比为15,纯碳的理论空燃比约11.5。根据燃烧方程式可以计算燃烧产物的生成量。 对于纯化合物,方程式2.10中的下标x、y、z和w为整数或零。对于大多数的混合物燃 料,x、y等下标可以为分数。其大小由燃料的元素分析确定。 (四)理论空气量经验计算公式 通过元素分析得出燃料中碳、氢等含量后,可用式2.11计算其理论空气量。若知道燃料的 热值,可用以下经验公式估箅理论空气量 固体燃料 Q =1.01× 0.5 2.13 4.187× 液体燃料 v=0.85×Q+2 187×10 气体燃料 当Q≤12561kJ/m3时(标态) 0.875 当Q>12561kJ/m3时(标态)
VA=1.09×4.17×103-0.25 2.16 天然气 =1.105× Q 4.187×103+0.02 2.17 式中V0—理论空气量,单位:m3/kg(标态,固液燃料)或m3(标态,气态燃料) Q1燃料的低位发热量,单位:k/kg或km2(标态,飞态燃料) 例2.3某燃烧设备用重油作燃枓,重油成分(按质量百分数)为:C88.3%,H9.S S1.6%,H2O0.5%,灰分0.10%。求燃烧1kg重油所需要的理论空气量 解:已知1kg重油中各成分的含量如下 质量/g 摩尔数/mo需氧数/mol C88373.58 H 9 47.5 23.75 0.5 0.5 H2O0.50.0278 所需理论氧气量为 3.58+23.75+0.5=9783(mol/kg) 9783×(1+3.76)=465.67(mo/k 即465.67 2,4 10.43(m3/kg)(标态)。 1000 答:燃烧lkg重油需要理论空气量10.43m3(标态)。 二、烟气量 (一)理论烟气量与实际烟气量 燃料燃烧后产生的二氧化碳等烟气体积,称为烟气量。有理论烟气量和实际烟气量之分。 在供给理论空气量(a=1)条件下,燃料完全燃烧产生的烟气体积称为理论烟气量以V表示。 烟气的主要成分是C2、SO2、N2和水蒸气等,通常分为于烟气(不含水蒸气)和湿烟气(含水蒸 气)。理论烟气量等十干烟气量和水蒸气体积之和。实际烟气量等于理论烟气量与过剩空气量 之和,即 理论烟气中的水蒸气体积由三部分构成:燃料中的氢燃烧生成的水蒸气体积,料中所含水 分汽化的水蒸气体积,以及理论空气量带入的水蒸气体积。理论烟气量可由燃烧方程式求得,例 如,CH4完全燃烧 CH4+202+7.52N2→→CO2+2H2O+7.52N2 lπgl的CH4完全燃烧产生10.52mol的烟气。根据理想气体定律,近似认为烟气中各组分的摩 尔比等于其体积比,所以1m3的甲烷完全燃烧产生10.52m3的烟气,即V=10.52。设空气过 剩系数a=1.05,由式2.18得
(a-1)v =10.52+(1.05-1)×9.52 =10.996 (二)烟气体积和密度的校正 燃烧产生的烟气温度和压力总是高于标准状态(273K,101325Pa),为便于计算和比较,往 往需要把烟气体积和密度换算成标准状态,大多数烟气被视为理想气体,可应用理想气体状态方 程式进行换算。设操作状态下的烟气温度、压力体积和密度分别以T3P3V和p表示,标准 状态的相应参数以 T,Po,v、Pn表示,则由理想气体状态方程式可以计算标准状态下的烟气 体积和密度。 P 2.19 P TTT 2.20 应该指出,美国、日本和国际全球监测系统网所说的标准状态是指298K和101325Pa在作 数据比较时需注意。 (三)过剩空气校正 实际燃烧过程是在空气过剩情况卜进行的,因此实际烟气量大于理论烟气量。用奥氏气体 分析仪测定烟气中CO2O2和CO等含量,可以确定燃烧设备运行中的烟气成分和空气过剩系 数,以碳在空气中的完全燃烧为例 C+O2+3.76 OO2+3.76N2 烟气中仅含有CO2和N2。当空气过量时,燃烧方程式为 C+(1+m)O2+(1+m)3.76N2→OO2+mO2+(1+m)3.76N 式中m是过剩空气中O2的量(单位:mol)。空气过剩系数为 实际空气量(1+m)(O2+376N2) 理论空气量 O2+3.76N 计算a,需知道过剩氧的量。设燃烧是完全燃烧,过剩空气中的氧只以O2形式存在,燃烧产物以 下标p表示,碳完全燃烧为 C+(1+m)O2+(1+m)3.76N2→ 式中O2,=mO2,即过剩氧量N2为实际空气量的总氮量。假定空气中只含氧和氮其体积含 量分别为21%和79%,则空气中的总氧量为 79 N2p=0.262p 理论需氧量为0.266N2Op 2.21 若燃烧过程产生CO,过剩氧量需加以校正,即从测得的过剩氧中减去OO氧化为CO2所需要的 氧。此时用下式计算a
O2-0.50 (O2p-0.5CO,) 式中各组分的量是用奥氏气体分析仪测得的各组分的百分数。若分析结果为:CO210%,O2 4%,CO1%,N285%,则 4=05×1 考虑过剩空气校正后,实际烟气量的计算,见式218 (四)烟气量计算的经验公式(标准状况下) 固体燃料 vk=0.894187+1.65+(a-1)v 液体燃料 V;=1.l +(a-1) 2.24 气体燃料 当Q≤12561kJm3(标态)时 Vk=0.7254187+1+(a-1v 2.25 当Q1>12561kJ/m3(标态)时, 对Q1<34543k/m3(标态)的天然气, V=1+avi 2.27 对Q1>34543J/m3(标态)的大然气 v=0.38+0.0753+av 2.28 式中Q1燃料的低位发热量,单位;k/m3,(查有关手册) 例2.4某链条炉耗煤6.5th,煤的低位发热量Q1=20935kJ/kg,a=1.5;安装有省煤器和 除尘器,Δα=0.2。求该炉每小时排放烟气量。 解:(1)由式2.13计算理论空气量 +0.5 =1.01× 20933+0.5 4187 (2)由式2.23求每kg煤燃烧产生的烟气量 Q 0.89× 4187+1.65+(a-1
0.89× +1.65+(15-1)×5.55 888(m3/kg) (3)每小时产生的烟气量 888×6500=57720m3/h 污染物排放量 计算燃烧过程产生的污染物排放量,通常有两种方法实测法和预测法。实测法是通过燃烧 时实际测量烟气中污染物浓度、排烟体积和温度等数据,计算污染物排放量。这种方法工作量 大,需要一定的仪器和条件。预测法简单方便,特别是燃烧设备建成前常常采用。该方法根据同 类燃烧设备的排污系数,燃料成分和燃烧状况,通过物料衡算预测烟气量、污染物浓度和污染物 排放量。各种污染物的排污系数与燃料种类、组成、污染物形成机理和燃烧条件有关,很难给出 个统一的公式。下面通过例题说明有关计算 例25重油组成如例2.3所示,若燃烧时重油中的硫全部转化为SO(其中SO2占97%)。 (1)计算空气过剩系数a=1.时烟气中SO2和SO3的浓度,(2)求干烟气中CO2的含量(均以体 积百分数表示)。 解:由例23知,1kg重油燃烧,理论空气量条件下烟气组成(单位:mo)为 CO273.58 H2O47.5+0.0278 SO0.5 理论烟气量(标态)为 73.58+(47.5+0.0278)+0.5+9783×3.76 =489.45(mol) 1000 10.96(m3) 实际烟气量(标态)由式2.10求得 =10.96+(1.2-1)10.43 13.05(m3) 烟气中的SO2体积(标态)为 0.5×97%×224/000=0.0109(m3) SO3的体积(标态)为 0.5×3%×22.4/1000=3.36×10-4(m3) 所以烟气中SO2和SO3的质量浓度分别为 Cao.=0.010913.05×100%=0.084% gx=3.36×107413.05×100%=0.0026% a=1.2时,干烟气量(标态)为