燃燒與大氣污染

第二章燃燒與大氣污染燃料的性質(zhì)

燃料燃燒過(guò)程

煙氣體積及污染物排放計(jì)算

燃燒過(guò)程中硫氧化物的形成

燃燒過(guò)程中顆粒物的形成

燃燒過(guò)程中其他污染物的形成

了解常見民用及工業(yè)燃料的組成和性質(zhì)；

掌握氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料的燃燒過(guò)程，學(xué)會(huì)分析影響燃燒過(guò)程的因素；

學(xué)會(huì)計(jì)算燃燒過(guò)程產(chǎn)生的煙氣量和污染物濃度；

掌握顆粒物、硫氧化物和氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理，理解通過(guò)改變?nèi)紵龡l件減少污染物生成的途徑。1第一節(jié)燃料的性質(zhì)1.

燃料的分類按獲得方法分

按物態(tài)分

天然燃料人工燃料固體燃料木柴、煤、油頁(yè)巖

木炭、焦炭、煤粉等

液體燃料

石油

汽油、煤油、柴油、重油

氣體燃料

天然氣

高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、焦?fàn)t煤氣

22.

燃料的化學(xué)組成-典型液體、氣體和固體燃料的化學(xué)組成成分32.

燃料的化學(xué)組成典型液體、氣體和固體燃料的化學(xué)組成成分（續(xù)）43.

燃料組成對(duì)燃燒的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全燃燒時(shí)，放出32,860kJ的熱量。當(dāng)不完全燃燒生成CO時(shí)，放出9,268kJ的熱量。純碳起燃溫度很高，燃燒緩慢，火焰也短。煤中的碳不是單質(zhì)狀態(tài)存在，而是與氫、氮、硫等組成有機(jī)化合物。煤形成的地質(zhì)年代越長(zhǎng)，其揮發(fā)性成分含量越少，而含碳量則相對(duì)增加。例如，無(wú)煙煤含碳量一般高于93%，無(wú)機(jī)物含量低于10%。氫：是燃料中發(fā)熱量最高的元素。固體燃料中氫的含量為2%~10%，以碳?xì)浠衔锏男问酱嬖冢?kg氫完全燃燒時(shí)能放出120,500kJ的熱量。

53.

燃料組成對(duì)燃燒的影響氧：氧在燃料中與碳和氫生成化合物，降低了燃料的發(fā)熱量。氮：燃料中含氮量很少，一般為0.5%~1.5%。硫：以四種形態(tài)存在：有機(jī)硫、硫化鐵硫、硫酸鹽硫和元素硫。前兩種能放出熱量，稱之為揮發(fā)硫。硫燃燒生成產(chǎn)物為SO2和SO3，其中SO2占95%以上。63.

燃料組成對(duì)燃燒的影響水分：水分的存在使燃料中可燃成分相對(duì)地減少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（內(nèi)部水分）組成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。內(nèi)部水分要放在干燥箱中加熱到102~105C，保持2h后才能除掉。灰分：是燃料中不可燃礦物質(zhì)，為燃料中有害成分。74.煤的分類和組成

煤的基本分類褐煤最低品味的煤，形成年代最短，熱值較低。Q=2500~4000kCal/kg.煙煤形成年代較褐煤長(zhǎng)，碳含量75%~90％。成焦性較強(qiáng)，適宜工業(yè)一般應(yīng)用。Q=5000~8000kCal/kg.無(wú)煙煤煤化時(shí)間最長(zhǎng)，含碳量最高（高于93％），成焦性差，發(fā)熱量大。Q=4600~7800kCal/kg.84.煤的分類和組成

煤的成分分析工業(yè)分析（proximateanalysis）測(cè)定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測(cè)硫含量和熱值，是評(píng)價(jià)工業(yè)用煤的主要指標(biāo)。元素分析（ultimateanalysis）用化學(xué)分析的方法測(cè)定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。94.煤的分類和組成煤的工業(yè)分析水分包括內(nèi)部水分和外部水分。一定重量13mm以下粒度的煤樣，在干燥箱內(nèi)318～323K溫度下干燥8h，取出冷卻，稱重外部水分。將失去外部水分的煤樣保持在375～380K下，約2h后，稱重內(nèi)部水分。揮發(fā)分煤在與空氣隔絕的條件下加熱分解出可燃?xì)怏w物質(zhì)。失去水分的試樣密封在坩堝內(nèi)，放在1200K的馬弗爐中加熱7min，放入干燥箱中冷卻至常溫再稱重。104.煤的分類和組成煤的工業(yè)分析（續(xù)）固定碳失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的環(huán)境中灼燒到重量不再變化時(shí)，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳。從煤中扣除水分、灰分以及揮發(fā)分后剩余的部分為固定碳?；曳置褐胁豢扇嫉V物物質(zhì)的總稱。114.煤的分類和組成煤中灰分的組成：我國(guó)煤炭的平均灰分含量為25％灰分的存在降低了煤的熱值，也增加了煙塵污染和出渣量。124.煤的分類和組成煤的元素分析碳和氫：通過(guò)燃燒后分析尾氣中CO2和H2O的生成量測(cè)定氮：在催化劑作用下使煤中的氮轉(zhuǎn)化為氨，堿液吸收，滴定硫：與氧化鎂和無(wú)水硫酸鈉混合物（艾氏劑）反應(yīng)，SSO42-，滴定134.煤的分類和組成煤中硫的形態(tài)144.煤的分類和組成煤的成分表示方法

要確切說(shuō)明煤的特性，必須同時(shí)指明百分比的基準(zhǔn)，常用的基準(zhǔn)有以下四種：收到基（應(yīng)用基）：鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分。

空氣干燥基（分析基）：以去掉外部水分的燃料作為100%的成分，即在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行燃料分析時(shí)的試樣成分。

154.煤的分類和組成干燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少干燥無(wú)灰基（可燃基）：以去掉水分和灰分的燃料作為100%的成分164.煤的分類和組成煤的成分的表示方法及其組成的相互關(guān)系174.煤的分類和組成184.煤的分類和組成我國(guó)部分煤種的分析結(jié)果19205.其他燃料

石油液體燃料的主要來(lái)源鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等多種化合物組成的混合物主要含碳和氫，還有少量硫、氮和氧氫含量增加時(shí)，比重減少，發(fā)熱量增加天然氣典型的氣體燃料一般組成為甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％215.其他燃料

非常規(guī)燃料城市固體廢棄物商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物農(nóng)產(chǎn)物和農(nóng)村廢物水生植物和水生廢物污泥處理廠廢物可燃性工業(yè)和采礦廢物天然存在的含碳和含碳?xì)涞馁Y源合成燃料

非常規(guī)燃料通常需要專門技術(shù)轉(zhuǎn)化為易于利用的形式城市固體廢物用作燃料必須考慮其大氣污染問(wèn)題226.燃料組成的表示方法:CxHySzOwNv

Sample:（假設(shè)的煤的化學(xué)組成以質(zhì)量計(jì)）

C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%andash:7.9%byweight.Determinethenormalizedmolarcomposition.ElementWt%mol/100gmol/mol(碳)C77.2012=6.436.43=1.00H5.201=5.206.43=0.808N1.2014=0.08576.43=0.013S2.6032=0.08126.43=0.013O5.9016=0.3696.43=0.057ash7.906.43=1.23g/molCThenormalizedmolarcomposition:CH0.808N0.013S0.013O0.057

23燃料的最重要的兩個(gè)屬性熱值決定燃料的消耗量雜質(zhì)污染物產(chǎn)生的來(lái)源24第二節(jié)燃料燃燒過(guò)程

1.影響燃燒過(guò)程的主要因素燃燒過(guò)程及燃燒產(chǎn)物

完全燃燒：CO2、H2O不完全燃燒：CO2、H2O&CO、黑煙及其他部分氧化產(chǎn)物如果燃料中含有S和N，則會(huì)生成SO2和NO空氣中的部分N可能被氧化成NO-熱力型NOx251.影響燃燒過(guò)程的主要因素燃料完全燃燒的條件（3T）空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過(guò)大，會(huì)降低爐溫，增加熱損失溫度條件（Temperature）：達(dá)到燃料的著火溫度時(shí)間條件（Time）：燃料在高溫區(qū)停留時(shí)間應(yīng)超過(guò)燃料燃燒所需時(shí)間燃料與空氣的混合條件（Turbulence）：燃料與氧充分混合261.影響燃燒過(guò)程的主要因素典型燃料的著火溫度271.影響燃燒過(guò)程的主要因素燃燒火焰溫度與燃料混合比的關(guān)系-以CH4為例281.影響燃燒過(guò)程的主要因素典型鍋爐熱損失與過(guò)?？諝饬康年P(guān)系291.影響燃燒過(guò)程的主要因素燃?xì)獗群突旌铣潭葘?duì)燃燒產(chǎn)物的影響302.燃料燃燒的理論空氣量建立燃燒方程式的假定：空氣僅是氮和氧組成的。20.9%O2和79.1%N2，兩者體積比為：N2/O2=3.78燃料中固定氧可用于燃燒。燃料中硫主要被氧化為SO2。不考慮NOX的生成。燃料中的N在燃燒時(shí)轉(zhuǎn)化為N2燃料的化學(xué)式為CxHySzOw312.燃料燃燒的理論空氣量燃燒方程式：燃料重量

=12x+1.008y+32z+16w分子量理論空氣量：煤

4~7m3/kg，液體燃料10~11m3/kg

322.燃料燃燒的理論空氣量332.燃料燃燒的理論空氣量空氣過(guò)剩系數(shù)實(shí)際空氣量與理論空氣量之比。以表示，通常>1部分爐型的空氣過(guò)剩系數(shù)342.燃料燃燒的理論空氣量空燃比單位質(zhì)量燃料燃燒所需要的空氣質(zhì)量例如：汽油（～C8H18）的完全燃燒：汽油的質(zhì)量：128+1.00818=114.14空氣的質(zhì)量：3212.5+283.7812.5=1723空燃比AF=1723/114.14=15.1353.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物燃燒可能釋放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、煙、飛灰、金屬及其氧化物等溫度對(duì)燃燒產(chǎn)物的絕對(duì)量和相對(duì)量都有影響燃料種類和燃燒方式對(duì)燃燒產(chǎn)物也有影響363.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物燃燒產(chǎn)物與溫度的關(guān)系373.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物燃料種類對(duì)燃燒產(chǎn)物的影響（以1000MW電站為例）：384.熱化學(xué)關(guān)系式發(fā)熱量：?jiǎn)挝蝗剂贤耆紵龝r(shí)，所放出的熱量，即在反應(yīng)物開始狀態(tài)和反應(yīng)產(chǎn)物終了狀態(tài)相同下的熱量變化（kJ/kgorkcal/kg）。高位發(fā)熱量：包括燃燒生成物中水蒸氣的汽化潛熱低位發(fā)熱量：燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣仍以氣態(tài)存在時(shí)，完全燃燒過(guò)程所釋放的熱量。394.熱化學(xué)關(guān)系式燃燒設(shè)備的熱損失排煙熱損失不完全燃燒熱損失散熱損失在充分混合的條件下，熱損失在理論空氣量條件下最低不充分混合時(shí)，熱損失最小值出現(xiàn)在空氣過(guò)剩一側(cè)404.熱化學(xué)關(guān)系式燃燒熱損失與空燃比的關(guān)系41第三節(jié)煙氣體積及污染物排放量計(jì)算1.煙氣體積計(jì)算理論煙氣體積

CO2、SO2、N2和H2O干煙氣、標(biāo)準(zhǔn)干煙氣、濕煙氣煙氣體積和密度的校正轉(zhuǎn)化為標(biāo)態(tài)下（273K、1atm）的體積和密度注意：美、日和全球監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)的標(biāo)態(tài)為298K、1atm。421.煙氣體積計(jì)算過(guò)?？諝庑Ｕ?dāng)完全燃燒時(shí)實(shí)際空氣量=（1+a）（O2+3.78N2）完全燃燒：與理論空氣量相比多a（O2+3.78N2）

此時(shí)煙氣中，O2的量為O2P=aO2，N2的量為N2P=3.78（1+a）N2

,CO2的量為CO2P=1空氣中O2=（20.9/79.1）N2=0.264N2，即進(jìn)入燃燒系統(tǒng)的空氣總氧量為0.264N2P431.煙氣體積計(jì)算過(guò)?？諝庑Ｕ碚撔柩趿?0.264N2P-O2P，空氣過(guò)剩系數(shù)

=1+[O2P/（0.264N2P-O