1、第二章 燃烧与大气污染(2),1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成,第四节 燃烧过程中硫氧化物的形成,1.硫的氧化机理 有机硫的分解温度较低 无机硫的分解速度较慢 含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色，由于反应：在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体,1.硫的氧化机理,H2S的氧化,1.硫的氧化机理,CS2和COS的氧化,1.硫的氧化机理,元素S的氧化,1.硫的氧化机理,有机硫化物的氧化,2. SO2和SO3之间的转化,反应方程式SO2 + O + M SO3 + M （1） SO3 + O
2、SO2 + O2 （2） SO3 + H SO2 + OH （3） SO3 + M SO2 + O + M （4）在炽热反应区 ，O 浓度很高，反应（1）和（2）起支配作用,2. SO2和SO3之间的转化,SO3生成速率 当dSO3 /dt = 0 时，SO3浓度达到最大 在富燃料条件下，O浓度低得多，SO3的去除反应主要为反应（3）， SO3的最大浓度：,2. SO2和SO3之间的转化,燃烧后烟气中的水蒸气可能与SO3结合生成H2SO4，转化率:转化率与温度密切相关 H2SO4浓度越高，酸露点越高 烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀,2. SO2和SO3之间的转化,SO3的转化率/
3、%,SO2排放因子举例-from AP-42,第五节 燃烧过程中颗粒物的形成,1.碳粒子的生成积炭的生成 核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳 核表面上发生非均质反应 较为缓慢的聚团和凝聚过程燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 积炭的生成与火焰的结构有关 提高氧气量可以防止积炭生成 压力越低则积炭的生成趋势越小,1. 碳粒子的生成,火焰的结构预混火焰：气体燃料和空气在燃烧前充分混合（ bursen burner, meeker burner）扩散火焰：燃料和空气分别进入燃烧区，混合然后发生反应（实际中应用最多），不同的区域有不同的 (0) 值,1. 碳粒子的生成,火焰的结构（续） 层流火焰
4、：Re2200，强烈的湍流作用，但分子扩散仍然起作用,1. 碳粒子的生成,乙炔火焰中生碳反应过程,1. 碳粒子的生成,石油焦和煤胞的生成燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液相裂化和高温分解，出现结焦 多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞，难以燃烧。 焦粒生成反应的顺序：烷烃 烯烃 带支链芳烃 凝聚环系 沥青 半园体沥青 沥青焦 焦炭,2. 燃煤烟尘的形成,烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：黑烟：未燃尽的碳粒 飞灰：不可燃矿物质微粒煤粉燃烧过程 碳表面的燃烧产物为CO，它扩散离开表面并与O2反应,2. 燃煤烟尘的形成,煤粉燃烧过程理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟在预混火焰
5、中，C/O大约为0.5时最易形成黑烟 易燃烧又少出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤 焦炭 褐煤 低挥发分烟煤 高灰发分烟煤 碳粒子燃尽的时间与粒子的初始直径、表面温度、氧气浓度等有关,2. 燃煤烟尘的形成,燃烧碳层中成分和温度分布,2. 燃煤烟尘的形成,黑烟形成的化学过程,2. 燃煤烟尘的形成,高灰分燃料的扩散燃烧,2. 燃煤烟尘的形成,灰分中含有Hg、As、Se、Pb、Cu、Zn等污染元素,2. 燃煤烟尘的形成,飞灰的形成过程,2. 燃煤烟尘的形成,影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素 煤质 燃烧方式 烟气流速 炉排和炉膛的热负荷 锅炉运行负荷 锅炉结构,2. 燃煤烟尘的形成,影响燃煤烟气中飞灰排放特
6、征的因素煤质,2. 燃煤烟尘的形成,燃煤颗粒大小对飞灰含量的影响,2. 燃煤烟尘的形成,影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素燃烧方式,2. 燃煤烟尘的形成,几种燃烧方式的烟尘百分比,2. 燃煤烟尘的形成,几种燃烧方式的烟尘颗粒概况,火电厂大气污染物排放标准 本标准将火电厂按年限划分为以下三个时段： 时段1992年8月1日之前建成投产或初步设计已通过审查批准的新、扩、改建火电厂； 时段1992年8月1日起至1996年12月31日期间环境影响报告书通过审查批准的新、扩、改建火电厂，包括1992年8月1日之前环境影响报告书通过审查批准、初步设计待审查批准的新、扩、改建火电厂； 时段1997年1月1日起环
7、境影响报告书待审查批准的新、扩、改建火电厂,大气污染物排放标准,火电厂大气污染物排放标准,第时段的火电厂锅炉最高允许烟尘排放浓度,火电厂大气污染物排放标准,第时段火电厂各烟囱SO2最高允许排放浓度,第时段的火电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度（mg/m3）,2. 燃煤烟尘的形成,影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素运行负荷,第六节 燃烧过程中其他污染物的形成,1.有机污染物的形成形成历程 链烃分子氧化脱氢形成乙烯和乙炔 延长乙炔的链形成各种不饱和基 不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔 不饱和基通过环化反应形成C6C2型芳香族化合物 C6C2基逐步合成为多环有机物,1.有机污染物的形成,比较活泼的碳氢化合物
8、可能是产生光化学烟雾的直接原因 碳氢化合物的产生量与燃料组成密切相关 燃料中高分子碳氢化合物浓度与POM排放水平具有相关性 燃料与空气的充分混合可降低有机物的含量，但不利于NOx的控制 同时减少CH和NOx的排放需要仔细控制混合的型式、温度水平和整个系统的停留时间,2. CO的形成,CO是所有大气污染物中量最大、分布最广的一种 CO的全球排放量为200106t/a 燃料中的碳都先形成CO，然后进一步氧化在火焰温度下有足够的氧并且停留时间足够长，可以降低CO含量。 CO的形成和破坏都由动力学控制，反应路线：RH R RCHO RCO CO,2. CO的形成,3. Hg的形成与排放,Hg对人的肾和神经系统有危害 煤碳燃烧是Hg的一大来源 煤中Hg的析出率与燃烧条件有关 燃烧温度900oC时，析出率90 还原性气氛的析出率低于氧化性气氛 Hg排放控制是燃煤污染控制的新课题之一,4. NOx的形成,NOx的形成机理燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx 热力型NOx： 高温下N2与O2反应生成的NOx 瞬时NOx：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx,4. NOx的形成,4. NOx的形成,5.二恶英的形成机理,5.二恶英的形成机理,5.二恶英的形成机理,5.二恶英的形成机理,燃烧条件的影响,PCDD/PCDF,ng/Sm3,颗粒物的影响,
