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1、1,第二章 燃燒與大氣污染,2,OUTLINE,2.1 燃料的性質(zhì) 2.2 燃料的燃燒過(guò)程 2.3 與燃燒相關(guān)的計(jì)算 2.4 燃燒過(guò)程中硫氧化物的形成 2.5 燃燒過(guò)程中顆粒污染物的形成 2.6 燃燒過(guò)程中其他污染物的形成,3,燃料的分類 燃料的化學(xué)組成 燃料組成對(duì)燃燒的影響 煤 其他燃料 燃料組成的化學(xué)表達(dá)式,2.1 燃料的性質(zhì),4,燃料的分類,5,燃料的化學(xué)組成,典型的氣體燃料的化學(xué)組成成分,6,典型的液體燃料的化學(xué)組成成分,7,典型的固體燃料的化學(xué)組成成分,8,燃料組成對(duì)燃燒的影響,碳 可燃元素。1 kg純碳完全燃燒時(shí)，放出7850 kcal的熱量。當(dāng)不完全燃燒生成CO時(shí)，放出2214

2、kcal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)煙煤含碳量約90-98%，一般煤的含碳量約50-95%。,9,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28780 kcal的熱量。 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%。,10,硫 以三種形態(tài)存在：有機(jī)硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前兩種能放出熱量，稱之為揮發(fā)硫。硫燃燒生成產(chǎn)物為SO

3、2和SO3，其中SO2占95%以上。 水分 其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。,11,煤,煤是重要的固體燃料，是一種不均勻的有機(jī)燃料，主要是植物的部分分解和變質(zhì)形成。 煤的可燃成分主要是碳、氫及少量氧、氮和硫等一起構(gòu)成的有機(jī)聚合物。 煤中有機(jī)成分和無(wú)機(jī)成分的含量，因煤的種類和產(chǎn)地的不同而有很大差別。,12,煤的基本分類,褐煤 最低品位的煤，是由泥煤形成的初始煤化物，形成年代最短。呈黑色、褐

4、色和泥土色，其結(jié)構(gòu)類似木材。褐煤呈現(xiàn)出粘結(jié)狀及帶狀，水分含量高，與高品位煤相比，其熱值較低。,13,煙煤 形成年代較褐煤長(zhǎng)，呈黑色，外形有可見(jiàn)條文，揮發(fā)分含量為20%-45%，碳含量為75%-90%。煙煤的成焦性較強(qiáng)，且含氧量低，水分和灰分含量一般不高，適宜于工業(yè)上的一般應(yīng)用。在空氣中，它比褐煤更能抵抗風(fēng)化。,14,無(wú)煙煤 無(wú)煙煤是碳含量最高、煤化時(shí)間最長(zhǎng)的煤。它具有明顯的黑色光澤，機(jī)械強(qiáng)度高。碳的含量一般高于93%，無(wú)機(jī)物含量低于10%，因而著火困難，儲(chǔ)存時(shí)穩(wěn)定，不易自燃。無(wú)煙煤的成焦性極差。,15,煤的詳細(xì)分類,16,工業(yè)分析（ proximate analysis ） 測(cè)定煤中水分、

5、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測(cè)硫含量和熱量，是評(píng)價(jià)工業(yè)用煤的主要指標(biāo)。 元素分析（ ultimate analysis ） 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。,煤的成分分析,17,煤的工業(yè)分析,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8小時(shí)，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。,18,揮發(fā)分 失去水分的試樣密封在坩堝內(nèi)，放在1200K的馬弗爐中加熱7分鐘，放入干燥箱中冷卻至常溫再稱重。 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。 失去水分和揮發(fā)

6、分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的環(huán)境中灼燒到重量不在變化時(shí)，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳。,19,灰分 煤中不可燃礦物物質(zhì)的總稱。我國(guó)煤炭的平均灰分含量為25?；曳值拇嬖诮档土嗣旱臒嶂?，也增加了煙塵污染和出渣量。,20,煤的元素分析,,21,碳 碳元素是組成煤的有機(jī)高分子的最主要元素。碳含量隨煤化度的升高而增加。在我國(guó)泥炭中干燥無(wú)灰基碳含量為5562；成為褐煤以后碳含量就增加到6076.5；煙煤的碳含量為7792.7；一直到高變質(zhì)的無(wú)煙煤，碳含量為88.98。個(gè)別煤化度更高的無(wú)煙煤，其碳含量多在90以上，如北京、四望峰等地的無(wú)煙煤，碳含量高達(dá)9598。 煤中還存在著少量的無(wú)機(jī)碳，

7、主要來(lái)自碳酸鹽類礦物，如石灰?guī)r和方解石等。,22,氫 煤中第二重要的組成元素。除有機(jī)氫外，在煤的礦物質(zhì)中也含有少量的無(wú)機(jī)氫。它主要存在于礦物質(zhì)的結(jié)晶水中，如高嶺土(Al2O32SiO22H2O)、石膏(CaSO42H2O )等。 在煤的整個(gè)變質(zhì)過(guò)程中，隨著煤化度的加深，氫含量隨碳含量的增加而降低。尤其在無(wú)煙煤階段尤為明顯。當(dāng)碳含量由92%增至98時(shí)，氫含量則由2.1%降到1%以下。,23,氧 煤中第三重要的組成元素。以有機(jī)和無(wú)機(jī)兩種狀態(tài)存在。有機(jī)氧如羧基(-COOH)，羥基(-OH)和甲氧基（-OCH3)等；無(wú)機(jī)氧主要存在于煤中水分、硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽和氧化物中等。 煤中有機(jī)氧隨煤化度的加

8、深而減少，甚至趨于消失。褐煤在干燥無(wú)灰基碳含量小于70時(shí)，其氧含量可高達(dá)20以上。煙煤碳含量在85附近時(shí)，氧含量幾乎都小于10。當(dāng)無(wú)煙煤碳含量在92以上時(shí)，其氧含量都降至5%以下。,24,氮 煤中的氮含量比較少，約為0.53.0。煤中有機(jī)氮化物被認(rèn)為是比較穩(wěn)定的雜環(huán)和復(fù)雜的非環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物。 動(dòng)物脂肪、植物中的植物堿、葉綠素和其他組織，相當(dāng)穩(wěn)定，在煤化過(guò)程中不發(fā)生變化，成為煤中保留的氮化物。以蛋白質(zhì)形態(tài)存在的氮，僅在泥炭和褐煤中發(fā)現(xiàn)，在煙煤很少，幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。煤中氮含量隨煤的變質(zhì)程度的加深而減少。它與氫含量的關(guān)系是，隨氫含量的增高而增大。,25,硫 煤中的硫是有害雜質(zhì)，含硫量與煤化度的深淺沒(méi)有

9、明顯的關(guān)系，無(wú)論是變質(zhì)程度高的煤或變質(zhì)程度低的煤，都存在著有機(jī)硫。,硫,無(wú)機(jī)硫,有機(jī)硫：R-SH、R-S-R、R-S-S-R、雜環(huán)硫化物等,硫化鐵硫：黃鐵礦、白鐵礦等,元素硫,硫酸鹽硫：石膏、綠礬等,,,26,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：在氧化鎂和無(wú)水碳酸鈉混合物上加熱，S SO42-，滴定 氧：通過(guò)計(jì)算求得。,,各元素的分析方法,27,Oad=100-Cad-Had-Nad-St,ad-Wad-Aad 當(dāng)空氣干燥煤樣中碳酸鹽二氧化碳含量大于2%時(shí)，則： Oad=100-Cad-Had-Nad-St,ad

10、-Wad-Aad-（CO2）ad Oad：空氣干燥煤樣的氧含量，%；St,ad：空氣干燥煤樣的全硫含量（GB214），%；Wad：空氣干燥煤樣的水分含量（GB212），%；Aad：空氣干燥煤樣的灰分含量（GB212），%；(CO2)ad：空氣干燥煤樣中碳酸鹽二氧化碳的含量（GB218），%。,28,煤的成分表示方法,收到基：,以包括全部水分和灰分的燃料作為100的成分，即鍋爐燃料的實(shí)際成分。,式中，ar表示收到基成分。Car、Har、Oar、Nar、Sar、Aar、War分別表示未干燥煤樣中碳、氫、氧、氮、硫、灰分、水分的含量。,29,空氣干燥基：,以去掉外部水分的燃料作為100的成分，即在實(shí)

11、驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行燃料分析時(shí)的試樣成分。,式中，ad表示空氣干燥基成分。Cad、Had、Oad、Nad、Sad、Aad、Wad分別表示空氣干燥煤樣中碳、氫、氧、氮、硫、灰分、水分的含量。,30,干燥基：,以去掉全部水分的燃料作為100的成分。,式中，d表示干燥基成分。Cd、Hd、Od、Nd、Sd、Ad分別表示完全干燥煤樣中碳、氫、氧、氮、硫、灰分的含量。,31,干燥無(wú)灰基：,以去掉全部水分和灰分的燃料作為100的成分。,式中，daf表示干燥無(wú)灰基成分。Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf、Sdaf分別表示干燥無(wú)灰煤樣中碳、氫、氧、氮、硫的含量。,32,33,34,35,36,其他燃料,石油 原油是天

12、然存在的易流動(dòng)的液體燃料，比重在0.78-1.00之間。它是多種化合物的混合物，主要由鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等碳?xì)浠衔锝M成。 原油通過(guò)蒸餾、裂化生產(chǎn)出各種汽油、溶劑、化學(xué)產(chǎn)品和燃料油。 原油中的硫大部分以有機(jī)硫的形式存在，原油中硫的含量變化范圍較大，一般為0.17。 原油中氮的平均含量為0.65%。,37,天然氣 天然氣是典型的氣體燃料，它的組成一般為甲烷85%、乙烷10%、丙烷3%；含碳更高的碳?xì)浠衔镆部赡艽嬖谟谔烊粴庵?。天然氣還含有碳?xì)浠衔镆酝獾钠渌M分，如H2O、CO2、N2、He和H2S等。 天然氣中的硫化氫具有腐蝕性，它的燃燒產(chǎn)物為硫的氧化物，因此許多國(guó)家規(guī)定了天然氣中總硫含量

13、和硫化氫含量的最大允許值。,38,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)品及農(nóng)村廢物 污水處理廠廢物 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,39,燃料組成的化學(xué)表達(dá)式,CxHyNzSmOn,C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%, S: 2.6%, O: 5.9% and ash: 7.9% by weight. Determine the normalized molar composition.,EXAMPLE,40,Element Wt % mol/100g mol/mol C 77.2 12 = 6.43 6

14、.43 = 1.00 H 5.20 1 = 5.20 6.43 = 0.808 N 1.20 14 = 0.0857 6.43 = 0.013 S 2.60 32 = 0.0812 6.43 = 0.013 O 5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057 ash 7.9 The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057,SOLUTION,41,燃燒過(guò)程及燃燒產(chǎn)物 燃料完全燃燒的條件 燃料過(guò)程中產(chǎn)生的污染物 熱化學(xué)關(guān)系式,2.2 燃料的燃燒過(guò)程,42,燃燒過(guò)程及燃燒產(chǎn)物 燃

15、燒是指可燃混合物的快速氧化過(guò)程，并伴隨著能量（光和熱）的釋放，同時(shí)使燃料的組成元素轉(zhuǎn)化成為相應(yīng)的氧化物。 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NOx,43,燃料完全燃燒的條件,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 溫度條件：達(dá)到燃料的著火溫度 時(shí)間條件：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：燃料與氧充分混合,44,典型燃料的著火溫度,45,Too lean to burn,燃燒火焰溫度與燃料混合比的關(guān)系（以C

16、H4為例）,46,典型鍋爐熱損失與過(guò)?？諝饬康年P(guān)系,The exhaust gas temperature,47,燃?xì)獗群突旌铣潭葘?duì)燃燒產(chǎn)物的影響,48,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、CxHy、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,49,燃燒產(chǎn)物與溫度的關(guān)系,50,燃料種類對(duì)燃燒產(chǎn)物的影響（以1000MW電站為例）,51,典型固態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物,52,典型液態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物,53,典型氣態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物,54,熱化學(xué)關(guān)系式,發(fā)熱量： 單位燃料完全燃燒時(shí)，所放出的熱量，即在反應(yīng)物

17、開(kāi)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/kg or kcal/kg ）。 高位發(fā)熱量：包括燃料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。,55,qL：低位發(fā)熱量； qH：高位發(fā)熱量； WH：燃料中氫的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)； WW：燃料中水分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。,56,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)。,57,燃料熱損失與空燃比的關(guān)系,58,燃料燃燒的空氣量計(jì)算 煙氣體積及污染物排放量計(jì)算,2.3 與燃燒相關(guān)的計(jì)算,59

18、,燃料燃燒的空氣量計(jì)算,理論空氣量Va0 燃料燃燒所需要的氧氣，一般是從空氣中獲得的；單位量燃料按燃燒反應(yīng)方程式完全燃燒所需要的空氣量稱為理論空氣量，由燃料的組成決定，可根據(jù)燃燒方程式計(jì)算求得。,60,建立燃燒化學(xué)方程式時(shí)，通常假設(shè)：,（1）空氣僅是由氮和氧組成的，其體積比為79.1:20.9=3.78 ； （2）燃料中的固態(tài)氧可用于燃燒； （3）燃料中的硫主要被氧化為SO2； （4）熱力型NOx的生成量較小，在計(jì)算理論空氣量時(shí)可以忽略； （5）燃料中的氮在燃燒時(shí)轉(zhuǎn)化為N2和NO，一般以N2為主；,61,于是，理論空氣量 (單位質(zhì)量燃料需要空氣的標(biāo)準(zhǔn)體積，m3/kg),,一般煤的理論空氣量Va

19、049m3/kg，液體燃料的Va0=10-11m3/kg,62,計(jì)算環(huán)己烷(C6H12) 燃燒時(shí)的理論空氣量，并確定燃燒產(chǎn)物氣體的組成（以百分?jǐn)?shù)表示）。,Example,63,假定煤的化學(xué)組成以質(zhì)量計(jì)為：C:77.2%，H:5.2%，N:1.2，S:2.6%，O:5.9%，灰分:7.9%。試計(jì)算這種煤燃燒時(shí)的理論空氣量，并確定燃燒產(chǎn)物氣體的組成（以百分?jǐn)?shù)表示） 。,Example,64,空氣過(guò)剩系數(shù) 實(shí)際的燃燒裝置中，“三T”條件不可能達(dá)到理想化的程度，為使燃料完全燃燒，必須供給過(guò)量的空氣。一般把超過(guò)理論空氣量多供給的空氣量稱為過(guò)?？諝饬浚褜?shí)際空氣量Va與理論空氣量Va0之比定義為空氣過(guò)剩

20、系數(shù)，即 通常1，值的大小取決于燃料種類、燃燒裝置形式及燃燒條件等因素。,65,空燃比 單位質(zhì)量燃料燃燒所需要的空氣質(zhì)量，可以由燃燒方程式直接求得。 求甲烷燃燒的空燃比。,Example,66,煙氣體積 理論煙氣量Vfg0 在理論空氣量下，燃料完全燃燒所生成的煙氣體積稱為理論煙氣體積，以Vfg0表示。煙氣成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸氣，通常分為干煙氣（不含水蒸汽）和濕煙氣（含水蒸汽）。 理論煙氣量干煙氣量水蒸氣體積 理論水蒸氣體積燃料中氫燃燒后生成的水蒸氣體積燃料中所含的水蒸氣體積由供給的理論空氣量帶入的水蒸氣體積,煙氣體積及污染物排放量計(jì)算,67,求C2H6在理想條件下完全燃燒時(shí)煙

21、氣中水蒸氣的含量。,,Example,68,煙氣體積和煙氣密度校正 燃燒裝置產(chǎn)生的煙氣的溫度和壓力總是高于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（273K、1atm），煙氣體積和密度往往需要換算成為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。假設(shè)煙氣體積和密度可應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程換算。于是，對(duì)于溫度Ts、壓力Ps的煙氣，其體積Vs、密度s，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（溫度Tn、壓力Pn）煙氣的體積為Vn，密度為n， 則標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣體積：,69,美國(guó)、日本和國(guó)際全球監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)是298K和1atm，在作數(shù)據(jù)比較或校對(duì)時(shí)需要注意。,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣的密度：,,70,實(shí)際煙氣體積Vfg 實(shí)際燃燒過(guò)程是有過(guò)?？諝獾?，因此燃燒過(guò)程中實(shí)際煙氣體積應(yīng)為理論煙氣體積與過(guò)剩空氣體

22、積之和。 若空氣不過(guò)剩，則煙氣中僅含有CO2和N2 C+O2+3.78N2CO2+3.78N2 若空氣過(guò)剩，則燃燒方程式變?yōu)椋?C+（1+a）O2+（1+a）3.78N2CO2+aO2+（1+a）3.78N2,a是過(guò)?？諝庵蠴2的過(guò)剩摩爾數(shù),則過(guò)?？諝庀禂?shù)為：,71,如果完全燃燒，燃燒產(chǎn)物以下標(biāo)p表示: C+（1+a）O2+（1+a）3.78N2CO2p+O2p+N2p,其中，O2pa O2,過(guò)剩氧氣量； N2p為總氮量,假定空氣的體積組成為20.9O2和79.1N2，則實(shí)際空氣中的總氧量為：,72,理論需氧量為：0.264 N2p - O2p ，則空氣過(guò)剩系數(shù)為：,假定燃燒過(guò)程中產(chǎn)生CO，

23、則空氣過(guò)剩系數(shù)校正為：,考慮過(guò)?？諝庑Ｕ螅瑢?shí)際煙氣體積為：,73,Example,奧薩特儀分析煙氣，結(jié)果為：CO2(10）、CO（1）、O2（4），求空氣過(guò)剩系數(shù)。,74,污染物排放量,方法： 根據(jù)實(shí)測(cè)的污染物濃度和排煙量 根據(jù)燃燒設(shè)備的排污系數(shù)、燃料組成和燃燒狀況預(yù)測(cè)煙氣量和污染物濃度,,75,已知某電廠煙氣溫度為473K，壓力等于96.93kPa，濕煙氣量Q=10400m3/min，含水汽6.25（體積），奧薩特儀分析結(jié)果是：CO210.7，O28.2，不含CO。污染物排放的質(zhì)量流量是22.7kg/min。求（1）污染物排放的質(zhì)量速率（以t/d表示） ；（2）污染物在干煙氣中的濃度以（m

24、g/m3N表示）；（3）燃燒時(shí)的空氣過(guò)剩系數(shù)。,Example,76,Solution,（1）污染物排放的質(zhì)量流量為： （2）測(cè)定條件下的干空氣量為： 測(cè)定狀態(tài)下干煙氣中污染物的濃度： 標(biāo)態(tài)下的濃度：,,,,,77,,（3）空氣過(guò)剩系數(shù)為：,78,某燃燒裝置采用重油作燃料，重油成分分析結(jié)果如下（按質(zhì)量）：C 88.3，H 9.5，S 1.6，H2O 0.05，灰分0.10%。試確定：（1）燃燒1 kg重油所需要的理論空氣量；（2）若燃料中硫全部轉(zhuǎn)化為SOx（其中SO2占97），試計(jì)算空氣過(guò)剩系數(shù)為1.20時(shí)濕煙氣中SO2及SO3的濃度，以10-6表示，并計(jì)算此時(shí)干煙氣中CO2的含量，以體積百分

25、比表示。,Example,79,以1kg重油燃燒為基礎(chǔ)，則 重量（g) 摩爾數(shù)（mol) 需氧量（mol) C 883 73.58 73.58 H 95 95 23.75 S 16 0.5 0.5 H2O 0.5 0.0278 / 灰分 1.0 / /,Solution,80,理論需氧量為73.5823.750.597.83mol/kg重油 干空氣中氮和氧的摩爾比(體積比)為3.78，則理論空氣量為97.83（3.781）467.63mol/kg重油 即467.6

26、322.4/1000=10.47m3N/kg重油 理論空氣量條件下煙氣組成為(mol)為 CO2:73.58，H2O：47.50.0278，SOx: 0.5，N2:97.833.78 理論煙氣量為： 73.58(47.50.0278)0.597.833.78491.4mol/kg重油 即 491.422.4/100011.01m3N/kg重油 空氣過(guò)剩系數(shù)1.2，實(shí)際煙氣量為 11.0110.47(1.2-1)13.10 m3N/kg重油,81,煙氣中SO2的體積為： 0.50.9722.4/1000=0.0109 m3N/kg重油 SO3的體積為： 0.50.0322.4/1000

27、3.3610-4 m3N/kg重油 所以，煙氣中SO2及SO3的濃度分別為： SO2：0.0109/13.1083210-6 SO3：3.3610-4/13.1025.7510-6 當(dāng)1.2時(shí)，干煙氣量為： 491.4-(47.5+0.0278)22.4/1000+10.470.212.04m3N CO2的體積為： 73.5822.4/1000=1.648m3N/kg重油 所以干煙氣中CO2的含量以體積百分比表示為： 1.648/12.0410013.69,82,硫的氧化機(jī)理 SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化,2.4 燃燒過(guò)程中硫氧化物的形成,83,硫的氧化機(jī)理,有機(jī)硫的分解溫度較低 無(wú)機(jī)硫的

28、分解速度較慢 含硫燃料燃燒的特征是火焰呈藍(lán)色，原因是： 在所有的情況下，它都作為一種重要的反應(yīng)中間體,84,H2S的氧化,85,CS2和COS的氧化,86,元素S的氧化,87,有機(jī)硫化物的氧化,88,SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化,反應(yīng)方程式 SO2 + O + M SO3 + M （1） SO3 + O SO2 + O2 （2） SO3 + H SO2 + OH （3） SO3 + M SO2 + O + M （4） 在熾熱反應(yīng)區(qū) ，O 濃度很高，反應(yīng)（1）和（2）起支配作用,89,SO3生成速率 當(dāng)dSO3 /dt = 0 時(shí)，SO3濃度達(dá)到最大 在富燃料條件下，

29、O濃度低得多，SO3的去除反應(yīng)主要為反應(yīng)（3）， SO3的最大濃度：,90,燃燒后煙氣中的水蒸氣可能與SO3結(jié)合生成H2SO4，轉(zhuǎn)化率: 轉(zhuǎn)化率與溫度密切相關(guān) H2SO4濃度越高，酸露點(diǎn)越高 煙氣露點(diǎn)升高極易引起管道和空氣凈化設(shè)施的腐蝕,91,92,碳粒子的形成 燃煤煙塵的形成,2.5 燃燒過(guò)程中顆粒物的形成,93,積炭的生成： 核化過(guò)程：氣相脫氫反應(yīng)并產(chǎn)生凝聚相固體碳 核表面上發(fā)生非均質(zhì)反應(yīng) 較為緩慢的凝團(tuán)和凝聚過(guò)程 燃料的分子結(jié)構(gòu)是影響積炭的主導(dǎo)因素 積炭的生成與火焰的結(jié)構(gòu)有關(guān) 提高氧氣量可以防止積炭生成 壓力越低則積炭的生成趨勢(shì)越小,碳粒子的形成,94,火焰的結(jié)構(gòu) 預(yù)混火焰：氣體燃料和空

30、氣在燃燒前充分混合 擴(kuò)散火焰：燃料和空氣分別進(jìn)入燃燒區(qū)，混合然后發(fā)生反應(yīng)（實(shí)際中應(yīng)用最多） 擴(kuò)散火焰比預(yù)混火焰產(chǎn)生的炭粒多,95,火焰的結(jié)構(gòu)： 層流火焰：Re2200，強(qiáng)烈的湍流作用，但分子擴(kuò)散仍然起作用,96,乙炔火焰中生碳反應(yīng)過(guò)程,97,石油焦和煤胞的生成 燃料油滴在被充分氧化之前，與熾熱壁面接觸，發(fā)生液相裂化和高溫分解，出現(xiàn)結(jié)焦 多組分重殘油的燃燒后期會(huì)生成煤胞，難以燃燒。 焦粒生成反應(yīng)的順序：烷烴 烯烴 帶支鏈芳烴 凝聚環(huán)系 瀝青 半圓體瀝青 瀝青焦 焦炭,,,,,,,,98,煙塵：固體燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒物，包括： 黑煙：未燃盡的碳粒 飛灰：不可燃礦物質(zhì)微粒 煤粉燃燒過(guò)程 碳表面的燃燒

31、產(chǎn)物為CO，它擴(kuò)散離開(kāi)表面并與O2反應(yīng),燃煤煙塵的形成,99,煤粉燃燒過(guò)程 理論上碳與氧的摩爾比近1.0時(shí)最易形成黑煙 在預(yù)混火焰中，C/O大約為0.5時(shí)最易形成黑煙 出現(xiàn)黑煙的燃料順序?yàn)椋簾o(wú)煙煤 焦炭 褐煤 低揮發(fā)分煙煤 高揮發(fā)分煙煤 碳粒子燃盡的時(shí)間與粒子的初始直徑、表面溫度、氧氣濃度等有關(guān),,,,,100,燃燒碳層中成分和溫度分析,101,黑煙形成的化學(xué)過(guò)程,102,高灰分燃料的擴(kuò)散燃燒,103,灰分中含有Hg、As、Se、Pb、Cu、Zn等污染元素,104,飛灰的形成過(guò)程,105,影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素： 煤質(zhì) 燃燒方式 煙氣流速 爐排和爐膛的熱負(fù)荷 鍋爐運(yùn)行負(fù)荷,106,

32、影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素煤質(zhì),107,影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素燃燒方式,108,幾種燃燒方式的煙塵百分比,109,幾種燃燒方式的煙塵顆粒概況,110,影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素?zé)嶝?fù)荷,111,有機(jī)污染物的形成 CO的形成 Hg的形成 NOx的形成,2.6 燃燒過(guò)程中其他污染物的形成,112,有機(jī)污染物的形成,形成歷程： 鏈烴分子氧化脫氫形成乙烯和乙炔 延長(zhǎng)乙炔的鏈形成各種不飽和基 不飽和基進(jìn)一步脫氫形成聚乙炔 不飽和基通過(guò)環(huán)化反應(yīng)形成C6C2型芳香族化合物 C6C2基逐步合成為多環(huán)有機(jī)物,113,CO的形成,CO的全球排放量為200t/a 燃料中的碳都先形成CO，然后進(jìn)一

33、步氧化 在火焰溫度下有足夠的氧并且停留時(shí)間足夠長(zhǎng)，可以降低CO含量。 CO的形成和破壞都由動(dòng)力學(xué)控制，反應(yīng)路線： RH R RCHO RCO CO CO+OH CO2+H CO+O2 CO2+O,,,,,,,114,115,Hg的形成,煤中Hg的析出率與燃燒條件有關(guān)： 燃燒溫度90oC時(shí)，析出率90 還原性氣氛的析出率低于氧化性氣氛 循環(huán)流化床燃煤工藝中，不加石灰石的工況下，煙氣中汞排放為0.17mg/m3N；添加石灰石的工況（Ca/S2.2）下，煙氣中汞的濃度為0.018-0.044mg/m3N。,116,NOx的形成,NOx的形成機(jī)理 燃料型NOx: 燃料中的固定氮生成的N

34、Ox 熱力型NOx： 高溫下N2與O2反應(yīng)生成的NOx 瞬時(shí)NOx：低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx,117,第二章 燃燒與大氣污染,2.1 燃料的性質(zhì) 2.2 燃料的燃燒過(guò)程 2.3 與燃燒相關(guān)的計(jì)算 2.4 燃燒過(guò)程中硫氧化物的形成 2.5 燃燒過(guò)程中顆粒污染物的形成 2.6 燃燒過(guò)程中其他污染物的形成,118,思考題,1.煤的成分分析有哪幾種方法？各自的分析內(nèi)容是什么？ 2.煤的成分分析的基準(zhǔn)有哪些？解釋它們的含義和換算關(guān)系。 3.燃燒液體燃料造成的大氣污染比燃燒固體燃料造成的大氣污染程度輕的主要原因是什么？,119,4.煤中硫的存在形態(tài)主要有哪幾種？ 5.影響燃煤飛灰排放特征

35、的因素主要有哪些？ 6.煙氣中硫氧化物主要以哪種形式存在？若SO2全部轉(zhuǎn)化為SO3，會(huì)給燃燒及后繼過(guò)程帶來(lái)哪些不利影響？,120,1.已知某種無(wú)煙煤的可燃基的組成為：C 90.0、H 2.0、O 3.5、S 3.0、N 1.5，干燥基灰分20.0，收到基水分3.0，試計(jì)算此種煤干燥基和收到基的組成以及燃燒所需的理論空氣量。,計(jì)算題,121,2. 1m3N丙烷氣體在25的富氧空氣中完全燃燒，空氣過(guò)剩系數(shù)為1.1，試求此時(shí)的干煙氣生成量。,122,3. 普通煤的元素分析結(jié)果如下：C 65.7、灰分 18.1、S 1.7、H 3.2、水分 9.0、O 2.3（含N不計(jì)）。（1）計(jì)算燃煤1kg所需要的

36、理論空氣量、產(chǎn)生的理論煙氣量和SO2在煙氣中的濃度（以體積分?jǐn)?shù)計(jì)）；（2）假定煙塵的排放因子為80，計(jì)算煙氣中灰分的濃度（以mg/m3N表示）；（3）假定用流化床燃燒技術(shù)加石灰石脫硫。石灰石中含有Ca 35。當(dāng)Ca/S為1.7（摩爾比）時(shí)，計(jì)算燃煤1t需加石灰石的量。,123,4.干煙道氣的組成為：CO2 11、O2 8、CO 2、SO2 12010-6（均為體積分?jǐn)?shù)）；顆粒物30.0 g/m3（在測(cè)定狀態(tài)下）。煙道氣流流量在700 mmHg和443 K條件下為5663.37 m3/min，水汽含量8 （體積）。試計(jì)算（1）空氣過(guò)剩系數(shù)；（2）SO2的排放濃度（g/m3）；（3）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，

37、干煙道氣的氣流流量；（4）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下顆粒物的濃度。,124,5. 某鍋爐燃燒組成成分為C 86、H 11、S 3的燃料重油，經(jīng)對(duì)煙氣組分分析得知，其組成為CO2 + SO213.0，O2=3.0%，CO0。試求（1）空氣過(guò)剩系數(shù)（2）濕煙氣中SO2的濃度（體積百分比）以及燃燒1t重油產(chǎn)生的SO2的量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積）。,125,6.用Orsat煙氣分析儀測(cè)得煙氣成分如下：CO2和SO2總計(jì)為10.7，O2為8.2，不含CO，求空氣過(guò)剩系數(shù)。若實(shí)測(cè)煙塵濃度為4200mg/m3，校正至空氣過(guò)剩系數(shù)1.8時(shí)，煙塵濃度是多少？,126,7. 城市垃圾的元素分析結(jié)果如下：H2O 28.16、C 25.62、O 21.21、H 3.45、S 0.10、N 0.64、灰分 20.82。它的熱值為9.87kJ/g，密度0.38g/cm3。濕煙氣的成分分析結(jié)果為：CO2 7.2、O2 10.9、 CO 30010-6、NOX 10010-6。計(jì)算（1）空氣過(guò)剩系數(shù)；（2）處理量為10m3/h的垃圾焚燒爐需要的空氣量（以m3N/h表示）；（3）濕煙氣中SO2的濃度。,127,The End！,