工业炉窑烟气湿度计算方法

工业炉窑烟气湿度计算方法

〔摘要〕本文指出国标《工业炉窑烟尘测试方法》(cb以y79一88)烟气湿度及流理计算方法的局限性，认为该方法仅适用于饱和或非饱和烟气，对于烟气中的水是汽液两相共存的情况，利用该方法计算得的烟气湿度大于实际值，并提出了解决方法。

1前言

为得到管道中流动烟气的湿度和流量，国标《工业炉窑烟尘测试方法))(gd9(为7一88)

规定了测试和计算方法，提出了相应的计算方法。通过分析，本文认为该方法在解决实际问题时存在局限性。

2国标中相应的计算公式

在国标《工业炉窑烟尘测试方法》中给出了烟气湿度、体积百分数、流量等计算公式，即

烟气湿度计算公式

式中际一为烟气的含湿量，岁纯干空气;m一为单位时间冷凝水量，岁而n;卿一为测量状态下流量计读数，时/而n;tc一为流量计前烟气的绝对温度，k;尸r为流量计前压力计的读数，姗任19;b。一为大气压力，n切任19;肠一为冷凝器后烟气的含湿量，岁kg干空气。

g柑按式(2)计算:

式中p，一为冷凝器出口烟气温度t(℃)相应的饱和水蒸气分压为，潮妇g。

烟气中水蒸气含量的体积百分数瑞计算公式

在标准状态下，干烟气密度端计算公式

式中味的单位为甲n时干烟气;c仇，仇，姚，co分别为各种烟气成分的体积百分数，%。

在标准状态下，湿烟气密度认计算公式

式中而的单位为甲n时的湿烟气。

烟气流速计算公式

式中v。为测定断面上的平均流速，m/s; icp一为皮托管修正系统;卜为管道内湿烟气的密度，kg/m3湿烟气;h一j为测定断面的烟气平均动压，}20i g为重力加速度9.81 m/护。

在测定工况下的烟气流量计算公式

式中q一为测定工况下的烟气流量，衬湿烟气/h;f为测定断面面积。

3公式中存在的问题

3.1烟气含湿量计算公式

为说明存在的问题，下面简要推导一下公式(1)、(2)。

公式(l)左这第一项为冷凝下来的水经过转化后，烟气所具有的含湿量，左边第二项为在冷凝状态下，饱和状态烟气的含湿量。管道中烟气的总含湿量为两项之和。对于左边第一项，其推导过程为

在非标定工况下，当通过流量计的流量为缪时，通过的实际流量为

根据气体状态方程

将式(8)代人式(9)，得质量流量

则与其对应的相对温度为

取re = 287j/( kg } k )(干空气气体常数)，即ba , p}. m, q}的单位分别为湘1旧g、训nfg、扩而n、衬/min，则式(n)为

可以看出，以上推导基于下列假设:

(1)烟气的气体常数接近于空气的气体常数;

(2)管道内烟气状态为饱和态和非饱和态，即烟气中的水不存在液相，而只是汽相。

如果说假设(1)引起的误差较小的话，那么假设(2)在实际中可能会引起较大的误差，即如果管道中的水是汽液两相共存，由式(12)求得的含湿量就偏大，因为这里的含湿量是指烟气中含气态水的多少，而不应包含液态的水。同质量的气态水的体积是液态水的1〕l)倍，因此，一是不应将此部分液态水换算为气态水，因而影响烟气的流速和流量，二是在计算流速和流量时，可忽略此部分液态水。

最终，由式(2)求得的烟气中水蒸汽含量体积百分数就大于实际值，由式(3)求得的湿烟气密度就小于实际值，由式(6)、(7)求得的烟气流速、流量就大于实际值。

另外，当滤筒为吸湿性材料时，应考虑部分水的质量对烟气湿度的影响。

3.2干烟气密度计算公式

公式(4)的推导过程如下

式中gi、vi、民分别为某一气体组元的质量、体积和气体常数，p、t、v分别为气体的压力、温度和总体积。上式为计算任何混合气体密度的通用公式。

在标准状态下，p二101325pa、t=273k，分别取c仇、场、n2、co、玩的气体常数为259、

2印、溯、聊、4124)/(纯·k)，代人上式得

比较式(4)和式(14)得，c仇的系数应为0.01%。

4解决问题的方法

4.1干烟气的混合气体常数计算

根据干烟气中的各气体质量百分数m;，可得混凝合气体(干烟气)的混合气体常数

式中mi、v、、y、为任一组元的质量百分数、体积百分数和摩尔百分数，ri、mi为其对应的气体常数和分子量，踢为通用气体常数，8.314kj/(kmol.k)。将式(15)代人式(11)可得烟气的部分含湿量。

4.2烟气中水蒸汽体积百分数的计算

由公式(11)计算痴，得结果一(赢)。测量出管道中的烟气静压pv和温度tv，利用湿空气焙湿图，可查得在饱和状态下湿空气的含湿量，得结果二(赢)。当痴+gvw<赢时，管道中的烟气非饱和状态，含湿量的计算公式为

当赢+阮=赢时，管道中的烟气饱和状态;当赢十gvw>赢时，烟气中的水为汽液两相共存状态，含湿量的计算公式为

此时，不需考虑冷凝器后烟气的含湿量。

5结论

(l)当烟气中为饱和非饱和态时，国标中的计算公式基本正确。

(2)当烟气中的水为汽液两相共存时，通过测得管道中的烟气静压pv和温度tv，利用湿空气焙湿图，可查得在饱和状态下烟气的含湿量91‘，总含湿量为肠=赢。