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 4.1 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,H2S的氧化,CS2和COS的氧化,元素S的氧化,有机硫化物的氧化,4.2 SO2和SO3之间的转化,反应方程式SO2 + O + M SO3 + M （1） SO3 + O SO2 + O2 （2） SO3 + H SO2 + OH （3）
2、 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,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：,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,SO3的转化率/%,例题,煤的元素分析结果如下：H 5%; C 75.8%; N 1.5%; S 1.6%；O 7.4%; 灰 8.7。在空气过量20的条件下燃烧，空气湿度为0.
3、0116mol(H2O)/mol(干空气)。假定完全燃烧，试计算烟气组成并估算烟气的酸露点。,列表计算1kg煤完全燃烧时各组分的摩尔数、需氧量和产生的烟气量:,因此，燃烧1kg煤需要的理论氧气量为：12.563.170.52.31373.857mol 需要的实际空气量为：73.857（13.78）（120）（10.0116）428.56mol 产生的烟气量为：（2563.1705360.5）428.5673.857443.9mol,烟气的组成为： CO2：63.17/443.910014.23 SO2 ：0.5 /443.91000.11 H2O ：（25423.640.0116）/443.9
4、6.74 O2 ：73.8570.2/443.93.33 N2 ：（73.8573.781.20.536）/443.975.59,SO2的体积分数为0.11，假定SO2向SO3的转化率为5，而全部SO3转化为H2SO4 ，则H2SO4的含量为：0.110.055.510-5。因此:lgP H2SO4 lg5.510-5 4.26查教材P53图27，可得烟气的露点约为143,第五节 燃烧过程中颗粒物的形成 5.1 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
5、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,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,火焰的结构（续） 层流火焰：Re2200，强烈的湍流作用，但分子扩散仍然起作用,乙炔火焰中生碳反应过程,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
6、,5.2 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,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,燃烧碳层中成分和温度分布,黑烟形成的化学过程,芳烃 碳氢化合物,浓缩反应,快速,烟灰（经过直接通道）,分裂反应,烟灰（经过非直接通道）,慢速,脂（肪）化合物,黑烟形成的化学途径,高灰分燃
7、料的扩散燃烧,灰分中含有Hg、As、Se、Pb、Cu、Zn等污染元素,煤燃烧产生的飞灰颗粒中颗粒尺寸及 元素浓度变化轨迹。底部坐标反应出 尺寸决定于浓度比率。,飞灰的形成过程,液化作用,燃烧，灰溶化,烧焦分裂,灰结合,雾化,难容核素晶核形成,凝结和溶解,不稳定核素浓缩及表面浓缩,凝结和链凝聚形成,燃烧完全,燃烧完全,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,影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素煤质,燃煤颗粒大小对飞灰含量的影响,煤的粒径小于Dp,影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素燃烧方式,煤粉空气,冷却墙,煤燃烧系统:(a) 煤粉燃烧；(
8、b)鼓风燃烧；(c)抛煤机炉排；(d)流化床燃烧室,煤及炉渣层,固体输出,淘洗优良的,煤石灰石,底盘,灰,几种燃烧方式的烟尘百分比,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
9、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）,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 6.1 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,比较活泼的碳氢化合物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
10、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,6.2 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,6.3 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
11、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一,6.4 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,煤粉燃烧试验（珀欣&温特，1977）。燃烧协会许可重印。,二噁英(Dioxin),多氯二苯并二恶英PCDDs,多氯二苯并呋喃 PCDFs,6.5 二噁英(Dioxin)的形成机理,二噁英（二氧杂芑）在废物、 燃料或其他饲养材料中,失败模式，例如: 火焰未烧及 温度过低 混合不均匀 微粒烧尽 熄灭,二氧(杂)芑燃烧后残余,不可毁灭的PCDD/PCDF
12、与废物或燃料反应,气体阶段形成,氯酚,下游形成的前身,用氯消毒或与有机物、氯化物反应前,烟灰中的PCDD/PCDF来自于PCB燃烧,实验室在研究PCB中，通过与氯发生作用的苯，苯酚以及脂肪族的碳产生PCDD/PCDF,产生二氧(杂)芑或有机物及氯化物的前身,复杂有机结构 木质素 木头 纸 塑料,氯化物,下游形成以前,实验室通过测试发现蔬菜、木头、煤等含有氯成分的产生PCDD/PCDF,实验室通过测试发现燃料充分，简单的碳氢化合物火焰等产生PAH,PCDD/PCDF 在垃圾流中,PCDD/PCDF形成颗粒,反应后PCDD/PCDF形成颗粒,PCDD/PCDF 从气体中形成,燃烧条件的影响,PCDD/PCDF,ng/Sm3,颗粒物的影响,魁北克,不可控（回收）飞灰,不可回收CDD/CDF,第二章 课 外 习 题,1. 名词解释空燃比 高位发热量 低位发热量 同相燃烧 异相燃烧 2. 影响粉煤燃烧过程的因素有哪些？ 3. 煤的应用基成分有哪些? 4. 燃料完全燃烧需要哪些条件？ 5. 燃烧过程产生哪些大气污染物？ 6. 什么叫理论烟气量？它包括哪几部分？ 7. 气体燃料燃烧过程有几种燃烧状态？ 可分为哪几个阶段？哪些阶段起控制作用？ 8. 液体燃料燃烧过程有几种燃烧状态？ 可分为哪几个阶段？哪些阶段起控制作用？ 9. 计算题P62 22。 10.论过剩空气系数（思考题）,
