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北极星电力网技术频道 作者:盛益平 2004/8/6 0:00:00
摘 要：介绍了锅炉燃煤所需理论空气量和烟气中水蒸气量的计算公式及推导过程，认为按总空气量的水分计算，烟气中的水蒸气更符合实际，精度高。
关键词：燃煤锅炉；烟气；水蒸气量；理论空气量
Calculations of Theoretical Combustion Air Demand and Steam Vapour Amount in Flue-gas of Coal-fired Boiler
Abstract：This paper introduces the calculating formulas and their derivation process for theoretical combustion air demand and steam vapour content in flue-gas.The author believes that the calculated steam vapour content in flue-gas based on moisture in total air amount is more realistic and in higher accuracy.
Keywords：coal-fired boiler；flue-gas；steam vapour amount；theoretical combustion air demand
烟气是燃料燃烧后的产物，燃料在锅炉内燃烧时，需经过一系列的化学变化，燃烧的实质是燃料与氧气发生化学反应并生成烟气。在现代大型火力发电厂中，煤粉燃烧所用的O2直接来源于空气，为保证充分燃烧，进入炉膛的空气都是过剩的。烟气的主要成分有N2、O2、SO2、CO2、水蒸气，还有少量的CO，SO3、H2、CH4和其它碳氢化合物。
N2主要来自于空气，煤中也含有少量的氮；O2来源于过剩空气；CO2、SO2和SO3主要是煤中的碳元素、硫元素与氧化合的生成物。另外，过剩空气中也有少量的CO2。水蒸气，一部分是煤中氢元素与氧反应的生成物，而另一部分是原煤中水分的蒸发，还有一小部分是随空气带入的。CO、CH4、H2和其它碳氢化合物是由于煤的不完全燃烧造成的。SO33的生成是很少量的。在锅炉正常燃烧情况下形成的烟气中，CO、CH4、H2和其它碳氢化合物以及SO3的含量很少，在除尘器的一般工业试验研究中常常被忽略或者只考虑CO。
1 火电厂环境统计软件中关于水蒸气的计算公式
在火电厂环境统计软件指标解释一节中，水蒸气的计算公式为：
式中 Bi——每台锅炉年平均负荷下1h燃原煤量，t/h；
Har——燃煤收到基氢分；
War——燃煤收到基水分；
α——除尘器出口过剩空气系数；
VOi——燃烧1kg煤的理论空气量，m3/kg。
统计公式中，空气带入炉膛的水蒸气仅考虑了过量部分，而未考虑总空气量中的水蒸气，下面对此进行分析。
2 理论空气量的计算
假定1kg煤完全燃烧，空气中的氧和煤中能参加燃烧的氧(固有氧)全部被耗尽，此时所需要的空气量称理论空气量。
2.1 碳与氧的作用
(在标准状态下，下同)
此式表明，12kgC完全燃烧时，需消耗22.4m3O2 ，并生成22.4m3CO2 ，所以1kg碳完全燃烧消耗的O2为22.4/12=1.8667(m3 )。
2.2 氢与氧的作用
由式(2)可知,1kgH2燃烧后要消耗O222.4/4.032=5.5556(m3)。
2.3 硫与氧的作用
由式(3)可知,1kgS燃烧时,需消耗O222.4/32=0.7(m3)。
但这些氧并非完全来源于空气，因为1 kg煤中还含有的氧，这部分氧可与碳、氢、硫化合，因此，在计算空气需要量时，应将这部分氧量扣除。
由于空气中O2的容积含量为21% ，所以，1kg煤燃烧所需的理论空气量为：
这是理想状态下燃烧所需的空气量，在实际燃烧过程中所需的空气量 αVOi＞VOi。
3 水蒸气量的计算
在标准状态下，空气的密度γOi=1.293kg/m3，空气中水蒸气的含量d=10g/kg空气，水蒸气的密度γH2O=0.804kg/m3 。
1kg煤在理论空气量下燃烧所生成的烟气体积称理论烟气体积，它包括CO2 、SO2、N2和水蒸气等，在理论烟气体积中水蒸气有以下3个来源。
a.煤中氢元素的氧化 由式(2)可知，1kgH2完全燃烧后生成44.8/4.032≈11.11(m3)的水蒸气，所以1kg煤中的氢燃烧后生成的水蒸气的体积为：
c.随空气带入的水蒸气 其体积为：
式(4)、式(5)、式(6)相加即得到烟气中水蒸气的体积：
参考文献
［1］李桂中，李健宇，李锦文.电力建设与环境保护 ［M］.天津：天津大学出版社, 2000.
［2］蒋文举，宁平.大气污染控制工程［M］.重庆：四川大学出版社, 2001.
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