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第2章 大气污染控制技术基础
　　本章主要介绍大气污染物的基本性质、大气污染物的来源和产生机理。通过学习和掌握大气污染物的基本性质了解其来源和分类，熟悉和掌握各种燃料的种类及特性、燃料的燃烧条件对污染物产生的影响，了解清洁燃烧技术的基本知识。熟悉不同行业单位产生的大气污染物情况
学习指南：
2.4 烟气量的计算
2.4.1 理论空气量
燃料燃烧所需要的氧，一般是从空气中获得的；单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量，它由燃料的组成决定，可根据燃烧方程式计算求得。建立燃烧化学方程式时，通常假定：
1. 空气组成
20.9%O2和79.1%N2，两者体积比为：N2/ O2 = 3.78
2. 燃料中固定氧可用于燃烧
3. 燃料中硫主要被氧化为 SO2
4. 不考虑NOX的生成
5. 燃料中的N在燃烧时转化为N2
6. 燃料的化学方程式为CxHySzOw
2.4 烟气量的计算
燃烧方程式：

理论空气量:
2.4 烟气量的计算
2.4.2 空气过剩系数
一般把超过理论空气量而多供给的空气量称为过剩空气量，并把实际空气量 与理论空气量 之比定义为空气过剩系数ɑ，即
通常ɑ>1，α值的大小取决于燃料种类、燃烧装置形式及燃烧条件等因素。表2-6给出了不同燃料和炉型的空气过剩系数。
2.4 烟气量的计算
2.4.3 空燃比
空燃比（AF）定义为单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，它由燃烧方程式直接求得。
例如，甲烷在理想空气量下的完全燃烧：
CH4＋2O2＋7.56N2→CO2＋7.56N2
空燃比：
AF=2×32＋7.56×28/1×16=17.2
2. 4 烟气量的计算
2.4.4 烟气体积计算
１. 理论烟气体积
在理论空气量下，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，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。
干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；
湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。
Vfg0=V干烟气+V水蒸气
V理论水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中所含的水蒸气
+V由供给理论空气量带入的水蒸气
2. 烟气体积和密度的校正
燃烧产生的烟气其T、P总高于标态（273K、1atm）故需换算成标态。
大多数烟气可视为理气，故可应用理气方程。
设观测状态下（Ts、Ps下）：烟气的体积为Vs，密度为ρs。
标态下（Tn、Pn下）： 烟气的体积为Vn，密度为ρn。
标态下体积为：
标态下密度为：
应指出，美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是298K、1atm在作数据比较时应注意。
3.过剩空气较正
因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。
用奥氏烟气分析仪测定烟气中的CO2、O2和CO的含量，可以确定燃烧设备在运行中烟气成分和空气过剩系数。
空气过剩系数为 α=
a-----过剩空气中O2的过剩数
设燃烧是完全燃烧，过剩空气中的氧只以O2形式存在，燃烧产物用下标P表示，
若燃烧是完全的，过剩空气中的O仅能够以的o2形式存在，假定燃烧产物以下标p表示：
假设空气只有O2、N2,分别为21%、79%，则空气中总氧量为
理论需氧量： 0.266N2P-O2P
所以（燃烧完全时）
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
此时
各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。
2.4 烟气量的计算
2.4.5 污染物排放量的计算
例2-5 对例2--3给定的重油，若燃料中硫转化为SOX（其中SO2占97%），试计算空气过剩系数α=1.20时烟气中SO2及SO3的体积分数，并计算此时干烟气中CO2的含量，以体积百分比表示。
解：由例2-3可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：
CO2：73.58 H2O：47.5+0.278
SOX：0.5 NX：
理论烟气量： 73.58+0.5+(47.5+0.278)+( )=491.7mol/kg重油
即 489.45=11.01m3/kg重油
空气过剩系数a=1.2时，实际烟气量为：
11.01+10.44*0.2m3/kg（重油）=13.10m3/kg（重油）
其中10.44为理论空气量，即1Kg重油完全燃烧所需理论空气量。
烟气中SO2的体积为
烟气中SO3的体积为
所以，烟气中SO2、、SO3的浓度分别为：
当α=1.2时，干烟气量为：
CO2体积为：
所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为：
2. 4 烟气量的计算
2.4.6 发热量
燃烧过程是放热反应，释放的能量（光和热）产生于化学键的重新排列。单位燃料完全燃烧时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同的情况的热量变化，称为燃料的发热量，单位是kJ/kg（固体燃料、液体燃料）或kJ/m3（气体燃料）
高位发热量（QH）指的是燃料完全燃烧，并当燃烧产物中的水蒸气（包括燃料中所含水分生成的水蒸气和燃料中氢燃烧生成的水蒸气）凝结为水时的反应热。
低位发热量（QL）是指燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时完全燃烧过程所释放的热量。
2. 4 烟气量的计算
2.4.7 燃料燃烧产生的主要污染物
燃料的燃烧过程伴随分解和其他的氧化、聚合等过程。燃烧烟气主要由悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃烧的燃料、氧化剂以及惰性气体（主要是N2）等组成。
燃烧可能释放出的污染物有硫的氧化物、氮的氧化物、一氧化碳、二氧化碳、金属及其重金属盐类、酮、醛和稠环碳氢化合物等。
习题2.4
2. 4 烟气量的计算
　
1.计算甲烷的理论空燃比(用质量比表示)；计算H和C的理论空燃比；以H和C的分子个数比为自变量，写出燃料的理论空燃比的计算方程(假定燃料只含有C、H两种元素)
2.已知重油的元素分析结果如下:C:85. 5%,H:11.3%,O:2.0%,N:0.2%,S:1.0%，试计算:
(1)燃油1 kg所需的理论空气量和产生的理论烟气量。
(2)干烟气中SO2的浓度和CO2的最大浓度。
(3)当空气过剩系数为10%时，所需的空气量和产生的烟气量。
2. 4 烟气量的计算
3.燃料油的元素质量组成为:C 86%；H 14%。在干空气条件下燃烧，烟气分析结果(干烟气)为:O2 1. 5%；CO 600X10-6(体积分数)。试计算燃烧过程的空气过剩系数。
4.某企业需新建天然气燃气锅炉共计2台，(其中:蒸汽量相当于2t/h锅炉1台、蒸汽量相当于1 t/h锅炉1台),锅炉日运行12小时，每年工作300天，日前需申请新建天然气锅炉二氧化硫和氮氧化物总量控制指标，请参照本节例2-6计算拟新增大气排放总量:SO2=吨/年 NOx=SO2=吨/年

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