理论烟气量和实际烟气量

4.2.1　理论烟气量和实际烟气量

标准状态下，1kg固体及液体燃料在理论空气量下完全燃烧时所产生的燃烧产物的体积称为固体及液体燃料的理论烟气量，用下式表示：

式中：为标准状态下理论烟气量，m³/kg；为标准状态下CO₂的体积，m³/kg；为标准状态下SO₂的体积，m³/kg；为标准状态下N₂的理论体积，m³/kg；为标准状态下的理论水蒸气体积，m³/kg。

（1）三原子气体体积

由碳和硫的完全燃烧反应式可知，标准状态下，1kg碳完全燃烧后产生＝1.866m³的CO₂，1kg硫完全燃烧后产生＝0.7m³的SO。所以标准状态下，1kg固体及液体燃₂料完全燃烧后产生CO₂和SO₂的体积分别为

用表示三原子气体的体积，则

由两部分组成：

①理论空气量中的氮，其体积为0.79V⁰；

②燃料本身包括的氮。由于1kg燃料含kg的氮，而1kg氮分子的体积为，因此，燃料本身含有氮的体积为＝0.008N_ar（m³/kg）。所以

于是，不含有水蒸气的理论干烟气的体积为为

（3）理论水蒸气体积

理论水蒸气有三个来源：

①燃料中氢的燃烧。由氢的燃烧反应方程可知，标准状态，1kg氢完全燃烧后产生＝11.1m³的水蒸气。故1kg燃料中氢燃烧产生的水蒸气的体积为0.111H_ar（m³/kg）。

②随燃料带入的水分蒸发后形成的水蒸气。1kg燃料中因水分蒸发形成的水蒸气的体积为＝0.0124 M_ar，（m³/kg）。

③随理论空气量带入的水蒸气的体积。设1kg干空气中含有的水蒸气为d（g/kg），则标准状态下1m³干空气中含有的水蒸气的质量为1.293d/1000（kg）。而标准状态下，水蒸气的密度为＝0.804kg/m³，亦即1m³干空气中含有的水蒸气的体积为＝0.00161d（m³）。d即为工程热力学中所讲的空气的绝对湿度，可由干球温度和湿球温度查图获得或由相应的计算公式求得。一般情况下，可取d＝10g/kg，则理论空气量V⁰带入的水蒸气的体积为0.016 1V⁰（m³/kg）。

所以，理论水蒸气体积为为

当燃用重油时，由于重油的粘度较大，常采用蒸汽进行雾化，雾化蒸汽也喷入炉内，因此，理论水蒸气容积还应考虑雾化用蒸汽。若已知相当于1kg燃料的蒸汽耗量为G_wh（kg/kg），则这部分水蒸气的体积为＝1.24G_wh（m³/kg）。所以，对于蒸汽雾化燃油的锅炉，其理论水蒸气容积为

（4）理论烟气量

实际燃烧是在过量空气（α＞1）条件下进行的，故实际烟气体积中除理论烟气量外，还有过量空气及随过量空气带入的水蒸气。

因此，实际烟气体积V_y为

式中：V_y为实际烟气体积，m³/kg；V_gy为实际干烟气体积，m³/kg，它等于理论干烟气体积与过量空气（α－1）V⁰（干空气）之和，由式（4.21）计算；为实际水蒸气体积，m³/kg，它等于理论水蒸气体积与过量空气带入的水蒸气0.0161（α－1）V⁰之和，由式（4.22）计算。

将式（4.21）、式（4.22）代入式（4.20）得

实际氮气的体积VN₂为

过量空气中的氧气体积为

因此，实际烟气体积也可写成

对于气体燃料来说，燃气中各可燃组分单独燃烧后产生的理论烟气量可通过燃烧反应式来确定。

含有标态下1m³干燃气的湿燃气完全燃烧后产生的烟气量，按以下方法计算：

（1）理论烟气量计算（当α＝1时）

①三原子气体体积按下式计算：

式中：为标态下干燃气中三原子气体体积，m³/m³；， 为标态下二氧化碳和二氧化硫的体积，m³/m³。

②水蒸气体积按下式计算：

式中：1为理论烟气中水蒸气体积（水蒸气/干燃气），m³/m³；d_g为标态下燃气的含湿量，g/m³；d_a为标态下空气的含湿量，g/m³。可取d_a＝10g/m³。

③氮气体积按下式计算：

式中：1为标态下理论烟气中氮气的体积，m³/m³。

④理论烟气总体积按下式计算：

式中：为标态下的理论烟气量，m³/m³。

各种燃料的理论烟气量可用如下经验公式来估算^［3］：

a.对于无烟煤、贫煤及烟煤：

b.对于劣质煤（Q_net，v，ar＜12500kJ/kg）：

c.对于液体燃料：

d.对于气体燃料：

当燃气的低位热值Q_net，v，ar＜10467kJ/m³时：

当Q_net，v，ar＞14654kJ/m³时：

式中：Q_net，v，ar为收到基低位热值，kJ/kg。

（2）实际烟气量计算（当α＞1时）

①三原子气体体积仍按式（4.27）计算。

②水蒸气体积按下式计算：

式中：为实际烟气中的水蒸气体积，m³/m³。

③氮气体积按下式计算：

式中：为实际烟气中氮气体积，m³/m³。

④过剩氧体积按下式计算：

式中：为实际烟气中过剩氧体积，m³/m³。

⑤实际烟气总体积按下式计算：

式中：V_y为实际烟气量，m³/m³。

由于三原子气体、水蒸气对炉内辐射换热具有明显的影响，在进行燃烧产物计算时，还需计算三原子气体、水蒸气的容积份额、分压力。

①三原子气体的容积份额为

②水蒸气的容积份额r_H2O为

根据道尔顿分压定律，三原子气体的分压力和水蒸气的分压力分别为

式中：p为烟气总压力，MPa。