大气污染控制工程第二章2

例2：甲醇完全燃烧方程式的确定
1.2 理论空气量
单位质量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所 需要的空气量（体积）称为理论空气量。它由燃 料的组成决定，可根据燃烧方程式计算求得。 理论空气量Va0为：
Va0=22.4×4.78 (x+y/4+z－w/2)/(12x+1.008y+32z+16w)
=107.1 (x+y/4+z-w/2)/ (12x+1.008y+32z+16w) m3/kg
若燃烧不完全会产生CO，须校正。即从测
得的过剩氧中减去CO氧化为CO2所需的O2
O2 P 0.5COP a 1 0.264 N 2 P O2 P 0.5COP
各组分的量均为奥氏分析仪所测得的需要的空气质量
第三节
燃烧过程的计算
内容提要
1.燃烧反应方程式 2.理论空气量 3.空气过剩系数 4.空燃比 5.理论烟气体积 6.污染物排放量的计算
学习要求
1.掌握理论空气量、理论烟气量、空气过剩系 数和空燃比的概念； 2.学会根据燃料组成计算理论空气量,根据空气 条件计算实际空气量； 3.掌握烟气体积和过量空气校正方法，学会计 算实际烟气量； 4.熟练掌握污染物排放量的计算方法。
（2）总体热效率30％
（3）煤中S含量2.1％，热值27770kJ/Kg，灰分 含量8％。 估算： 单位时间的燃煤消耗量 依据AP－42，估算TSP、SO2、NOx、CO和 NMVOC的排放量
(1) 燃煤量＝
发电量
总体热效率×燃煤热值
＝
1000×103
30％×27770
＝ 120kg/s ＝ 443t/h (2)确定锅炉排放因子AP－42（Compilation of Air Pollutant Emission Factor）
例3 假定煤的化学组成以质量计为：C： 77.2％；H：5.2％；N：1.2％；S：2.6％； O：5.9％；灰分：7.9％。试计算这种煤燃烧 时需要的理论空气量。
第二步：确定煤的摩尔质量，即相对于每摩尔 碳的质量，包括灰分，为：
100 g M ＝ 15.55g/mol (碳) 6.43mol (碳)
Vofg=1+2+7.56=10.56（mol）
理论空气量 根据公式
V0a=2+7.56=9.56（mol） Vfg=Vofg+ V0a( －1)得： Vfg=Vofg+ V0a( －1 )
=10.56+9.56×(1.1－1) =11.52（mol）
1mol甲烷完全燃烧产生的烟气量为
11.52×0.0224＝0.258m3
理论烟气成分
理论烟气成分主要是CO2、SO2、N2 和水 蒸气；烟气中除水蒸气以外的部分称为干烟气， 在标准状态下的干烟气为标准干烟气； a.含水蒸气的烟气称为湿烟气； b.理论烟气体积等于干烟气体积和水蒸气体积之和。
理论干烟气体积
在理论空气量下，单位质量燃料完全燃烧所生 成的烟气体积称为理论烟气体积，以 Vfg0 表示。 根据燃烧反应方程式，理论干烟气体积为：
PN TS PN S PS TN
式中，下标N代表监测状态，下标 S 代表标准状态
•过剩空气校正
空气过剩系数大于1时，烟气中含有过剩空气， 实际烟气体积是理论烟气体积与过剩空气量的和。 Vfg = Vfg0 + ( -1)Va0 其中： 为过剩空气系数； V0a 为理论空气量
例4 已知空气过剩系数 =1.1，试计算 1mol的甲烷完全燃烧产生的烟气量。 解：甲烷燃烧的燃烧方程式为： CH4+2O2+7.56N2→CO2+2H2O+7.56N2 由上式可知，1mol甲烷完全燃烧产生 的理论烟气量为：
y w x z 3.78 ( x z ) 0 4 2 V fg 22.4 (12 x y 32 z 16 w)
实际烟气体积
•体积密度校正 为计算标准状态下的烟气体积，需要将监测到 的排烟温度、压力下的烟气体积换算到标准状态。
PS T N V N VS PN TS
在上述假定条件下，完全燃烧反应的反应物 和生成物关系如右图：其中 Q 代表燃烧热。
完全燃烧的化学反应方程式
w w y y Cx H y S z Ow x z O2 3.78 x z N 2 2 2 4 4 y w y xCO2 H 2O zSO2 3.78 x z N 2 Q 2 2 4
查AP－42中1.1 Bituminous And Subbituminous Coal Combustion得到液态排渣 粉炉的各污染物的排放因子如下：
污染物 排 放 因 子 （Kg/t） TSP SO2 NOx CO NMVOC
3.5Aa
19Ab
16
0.25
0.02
a.A=%Ash,即TSP的排放量为3.5×(％Ash) b.S=%Sulfur,即SO2的排放量为19×(％Sulfur)
一般煤的理论空气量 Va0 = 4－9 m3／kg， 液体燃料的理论空气量 Va0 = 10－11 m3／kg， 天然气的理论空气量 Va0 = 8.0－19.5 m3／m3fuel。
1.3 空气过剩系数
实际空气量 Va 与理论空气量 Va0 之比称为空 气过剩系数 ，即

实际空气量 Va 理论空气量 V a
AF理论＝理论空气质量/燃料质量
思考题：
1.试推导一般燃料理论空燃比的数值？ 2.理论空然比和理论空气量有什么关系？
计算题：已知某天然气组成为CH4: 59.2%; C2H6:12.9%;N2:0.7%;CO2:26.2%,试计算其 完全燃烧的空燃比？
图6 空燃比和空气过剩系数关系图
1.5 理论烟气体积
1.6 污染物排放量的计算
污染物排放量计算有两种方法： 1. 根据实测的污染物浓度和排烟量来计算； 2. 利用排放因子（Emission Factor）确 定污染物排放量。
表1 机动车排放因子一览表
例2-8 某电厂以烟煤做为燃料，采用液态排 渣的煤粉炉（也称为蒸气锅炉），并安装了湿 式洗涤器，可以达到98％的SO2净化效率，根 据以下条件： （1）发电量1000MW
0
通常 ＞1， 值与燃料种类、燃烧装置型式 及燃烧条件等因素有关。
表 1 部分炉型的空气过剩系数
空气过剩系数校正计算
空气过剩系数可以根据奥萨特仪监测结果 推算。奥氏烟气分析仪测定干烟气中 CO2、O2 和 CO 含量，其它部分是 N2
完全燃烧时，空气过剩系数为：
O2 P a 1 0.264 N 2 P O2 P
TSP=3.5×8×433/1000＝12.12t/h SO2=19×2.1×433×0.02/1000＝0.35t/h NOX=16×433/1000＝6.93t/h CO=0.25×433/1000＝0.108t/h NMVOC=0.02×433/1000＝0.0087t/h
重点
1.掌握理论空气量、理论烟气量、空气过剩系 数和空燃比的概念； 2.学会根据燃料组成计算理论空气量,根据空气 条件计算实际空气量； 3.掌握烟气体积和过量空气校正方法，学会计 算实际烟气量； 4.熟练掌握污染物排放量的计算方法。
1.1 燃烧反应方程式
在进行燃烧计算时，经常做一些以下简化假设：
假定
(1)空气仅是由氮和氧组成的,含量分别为 79.1% 和20.9%，氮和氧的体积比为 79.1／20.9＝ 3.78； (2)燃料中的固定态氧可用于燃烧； (3)燃料中的硫被氧化为 SO2；
(4)热力型 NOx 可以忽略； (5)燃料中的氮在燃烧时转化为 N2； (6)燃料的化学式为 CxHySzOw，其中下标 x、y、 z、w 分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。