1、1,2 燃烧与大气污染(1),1.教学要求 1了解常见民用及工业燃料的组成和性质； 2掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素； 3学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度； 4掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理解通过改 变燃烧条件减少污染物生成的途径 2、教学重点重点理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理，重点掌握燃烧过程污染物排放计算。 3、教学难点燃烧过程污染物排放计算。,2,1燃料的性质,燃料的分类,燃料的定义：指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质,3,几种常规燃料 一、煤,定义：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一
2、起构成的有机聚合物。性质：煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。,4,几种常规燃料 一、煤,分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。a.褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等级最低的一类，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象木材结构。 特点：挥发分较高，析出温度低；燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量6075%，O2含量2025%。,5,几种常规燃料 一、煤,b.烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。挥发分2045%，C 7590%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。 c.无烟煤：碳含量最高，煤化时间最长的煤，具有明显的黑色光泽，机械强
3、度高。C含量93%, 无机物量10%, 着火难，不易自燃，成焦性差。,6,补充：焦炭烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。炼铁高炉采用焦炭代替木炭，为现代高炉的大型化奠定了基础,7,几种常规燃料 一、煤,2. 煤的组成 煤的组成按测定方法分为工业分析、元素分析两大
4、类。 a.工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、S含量、热值。 b. 元素分析：用化学法测定的去除掉外部水分的主要组分。C、H2、N2、S、O2等。,8,几种常规燃料 一、煤,3. 煤中硫的形态有机硫（CxHySz）硫化物硫（FeS2）煤中含硫 无机硫 元素硫 （S）硫酸盐硫（MeSO4）,9,a. 硫酸盐硫: 硫酸盐硫在燃烧时不参加燃烧，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它形态的硫能燃烧放出热量。通常所说的SOx污染物只包括有机硫、硫化物，不包括MeSO4。 b. 硫化铁硫：是主要的含硫成分，常见形态是黄铁矿硫。 黄铁矿：硬度 66.5 , 比重 4.75.2 本无磁性，但在强磁场感应下能转变为
5、顺磁性物，吸收微波能力较强，据此，可把其从煤中脱除。 c.有机硫：以各种官能团形式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分选的方法除去，需采用化学方法脱硫。,10,4. 燃料组成对燃烧的影响,碳：可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出7850 kcal的热量。当不完全燃烧生成CO时，放出2214 kcal的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约90-98%，一般煤的含碳量约50-95%。 氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为2-10%，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放
6、出28780 kcal的热量。,11,氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量 氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5-1.5% 硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。,12,水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102-105C，保持2h后才能除掉。 灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。,13,5. 煤的成分的表示方法,要确切说明煤的特性，必须同时指明百分
7、比的基准，常用的基准有以下四种： 收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分 空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分,14,干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分,15,我国部分煤种的分析结果,16,我国部分煤种的分析结果(续）,17,二、石油,石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动液体。比重0.781.00主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右。原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成
8、非碳氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为0.17%。原油通过蒸馏、裂化和重整过程生产出各种产品。,18,三、天然气,典型的气体燃料 一般组成为CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。 天然气中的H2S具有腐蚀性，它的燃烧产物为硫的氧化物，因此许多国家规定了天然气中总硫和H2S含量的最大允许值。,19,四、其他燃料,非常规燃料 城市固体废弃物 商业和工业固体废弃物 农产物和农村废物 水生植物和水生废物 污泥处理厂废物 可燃性工业和采矿废物 天然存在的含碳和含碳氢的资源 合成燃料非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式 城市固体废物用作
9、燃料必须考虑其大气污染问题,20,2 燃料燃烧过程,一.影响燃烧过程的主要因素 1.燃烧过程及燃烧产物 完全燃烧：CO2、H2O 不完全燃烧： CO2、H2O & CO、黑烟及其他部分氧化产物 如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO 空气中的部分N可能被氧化成热力型NOx,21,一.影响燃烧过程的主要因素,2.燃料完全燃烧的条件（3T） 空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失 温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度 时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间 燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分混合,22
10、,23,二.燃料燃烧的理论空气量,1.理论空气量 建立燃烧方程式的假定： 空气组成 20.9%O2和79.1%N2，两者体积比为：N2/ O2 = 3.78 燃料中固定氧可用于燃烧 燃料中硫主要被氧化为 SO2 不考虑NOX的生成 燃料中的N在燃烧时转化为N2 燃料的化学方程式为CxHySzOw,24,二.燃料燃烧的理论空气量,燃烧方程式：燃料重量 = 12x+1.008y+32z+16w,25,二.燃料燃烧的理论空气量,理论空气量:,煤 4-7 m3/kg，液体燃料10-11 m3/kg,26,27,二.燃料燃烧的理论空气量,2.空气过剩系数 实际空气量与理论空气量之比。以表示，通常1部分炉
11、型的空气过剩系数,28,二.燃料燃烧的理论空气量,3空燃比（AF） 定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。例如，甲烷在理想空气量下的完全燃烧： CH42O27.56N2CO27.56N2 空燃比： AF=（2327.5628）/16=17.2 汽油（C8H18）的理论空燃比为15 纯碳的理论空燃比约为11.5,29,二.燃料燃烧的理论空气量,例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，H2O:0.05%,灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。 解：以1kg重油燃烧为基础，则：,30,二.燃料燃
12、烧的理论空气量,31,理论需氧量为： 73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油 假定空气中N2与O2的摩尔比为3.78(体积比)则，理论空气量为：mol/kg重油即 Nm3/kg重油,二.燃料燃烧的理论空气量,32,三.燃烧过程中产生的污染物,燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响,33,三.燃烧过程中产生的污染物,燃烧产物与温度的关系：,34,四.热化学关系式,1.发热量： 单位燃料完全燃烧时，所放出的热量，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下的热量变化（ kJ/kg or kcal/kg ） 高位发热量：包括燃料生成物中水蒸气的汽化潜热 低位发热量：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,35,四.热化学关系式,2.燃烧设备的热损失 排烟热损失 不完全燃烧热损失 散热损失,36,四.热化学关系式,在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最低 不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧。,
