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：O
H N V
V
V V so co 22
22y 0
V +++=
其中：y
V 为标准状态下理论烟气量；2SO V 、2CO V 为标准状态下的体积；N2
V 为标准状态下
的N2的理论体积；H2O
V
为标准状态下的理论水蒸气体积，单位kg /m 3
。
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0
V 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22.4/123
m .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/1003
m 。 同理，氢所需氧气量为22.4/(2*2*1.008)*H/100=5.55H/1003
m ; 硫所需氧气量为22.4/32*S/100=0.7S/1003
m 。 而，每千克燃料含有氧为22.4/32*O/100=0.7O/1003
m 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/1003
m
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-0.03333O 3
m
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=n RT 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 /kg g R =R/M=8.3145/0.044=188.97J/(kg*K)
SO2:ρ=101325*64*10^-3/(8.3145*273.15)=2.8553m /kg g R =R/M=8.3145/0.064=129.9J/(kg*K)
N2:ρ=101325*28*10^-3/(8.3145*273.15)=1.2493
m /kg g R =R/M=8.3145/0.028=296.95J/(kg*K)
H2O;ρ=101325*18*10^-3/(8.3145*273.15)=0.80313m /kg g R =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/1003
m . S 所需氧气量为22.4/32*S/100=0.7S/1003
m . 三原子气体体积2RO V =2CO V +2SO V =0.01866C+0.007S
2RO m =2CO m +2SO m =1.963*0.01886C+2.855*0.007S=0.03663C+0.019985S
出口温度为T ，压强为P
CO2：体积2CO V =2CO m υ=0.03663C*g R T/P=6.922CT/P SO2:体积2SO V =2SO m υ=0.019985S g R T/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0.790
V 。 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22.4/283
m ，即燃料中本身含有可产生氮气的体积为22.4/28*N/100=0.008N kg /m 3 则N2
0V =0.790
V +0.008N
2m N =1.249*(0.790V +0.008N)=0.986710
V +0.009992N
出口温度为T ，压强为P
体积：N2V =0
2m N υ=（0.986710
V +0.009992N ）g R T/P
=（0.986710
V +0.009992N ）*296.95T/P =(2930
V +2.97N)T/P (3)理论水蒸气体积H2O
V
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=11.23
m 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=0.112H kg /m 3
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=0.0124M kg /m 3 ③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
13
m 干空气中含有水蒸气体积为
0.001293d/0.8031=0.00161d 3
m .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0.01610
V 。 所以，理论水蒸气体积为H2O
0V
=0.0112H+0.0124M+0.01610
V
质量0
H2O m =ρH2O
0V
=0.8031*（0.0112H+0.0124M+0.01610
V ）
=0.08995H+0.00996M+0.01290
V 出口温度为T ，压强为P
体积：H2O V =O H 2m υ=（0.08995H+0.00996M+0.01290
V ）g R T/P =（0.08995H+0.00996M+0.01290
V ）*461.92T/P =(41.55H+4.6M+5,960
V )T/P
3.理论烟气量0y V
理论干烟气量0
gy V =2RO V +2N V =0.01866C+0.007S+0.790
V +0.008N
m gy =222m N SO CO m m ++
=0.03663C+0.019985S+0.98670
V +0.009992N ρ=0
m gy /0
gy V =0.008N
+0.79+0.007S +0.01866C 0.009992N )
+0.9867+0.019985S +(0.03663C 理论烟气量 0
y V =0
gy V +H2O
0V
=0.01866C+0.007S+0.790
V +0.008N+0.0112H+0.0124M+0.01610
V
=0.01866C+0.007S+0.008N+0.0112H+0.0124M+0.80610
V 0m y =0m gy
+0
H2O m
=0.03663C+0.019985S+0.98670
V +0.009992N+0.08995H+0.00996M+0.01290
V ρ=0m y /0y V =
0.8061
+0.0124M +0.0112H +0.008N +0.007S +0.01866C 0.0129
+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y V =2CO V +2SO V +N2V +H2O V
=6.922CT/P+2.596ST/P+(2930V +2.97N)T/P+(41.55H+4.6M+5,960
V )T/P =（6.922C+2.596S+2930V +2.97N+41.55H+4.6M+5,960
V ）T/P y m =0
m y
Ρ=y m /y V
=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