燃燒課件第十二章 燃燒產(chǎn)生的污染與防治

1、燃料與燃燒第九章固體燃料燃燒由于人類活動和自然過程，引起某種物質(zhì)進入大氣中呈現(xiàn)出足夠濃度、達到足夠時間，因而危害了人體健康、舒適感和環(huán)境的，都叫做空氣污染。能引起空氣污染的物質(zhì)，叫做空氣污染物?？諝馕廴疚餄舛鹊膬煞N方法表示方式：1、以氣體污染物占體積的百萬分之一，縮寫為ppm2、單位體積內(nèi)空氣污染物的重量，g/m3，每立方米中多少微克，ppmmg24.4510/133分子量在標準溫度（25）和壓力1atm時，兩者換算關(guān)系為：第九章固體燃料燃燒成分清潔空氣污染空氣so20.001-0.01ppm0.02-2ppmco2310-330ppm350-370ppmco1ppm5-200ppmnox0.

2、001-0.01ppm0.01-0.5ppmcmhn1ppm1-20ppm氧化劑0.02ppm0.2-0.4ppm顆粒物質(zhì)10-20g/m370-700 g/m3清潔空氣與污染空氣載某些成分的含量：第九章固體燃料燃燒1、按形成過程分類：1)原始污染物：直接從污染源排放到大氣中的有害物質(zhì)，常見的原始污染物有：so2、co、nox及顆粒物2)次生污染物：進入大氣中原始污染物之間相互作用，或它們與大氣中正常組分發(fā)生一系列化學或光化學反應而后生成新的污染物，最常見的次生污染物有臭氧、醛類（甲醛、乙醛和丙烯醛等），過氧乙酰硝酸酯（pan）以及硫酸煙霧和硝酸煙霧。第九章固體燃料燃燒2、按存在狀態(tài)分類：1)

3、顆粒狀污染物：除了純水以外的任何一種以液態(tài)或固態(tài)形式存在于大氣中的物質(zhì)如塵、煙、霧塵：散布在氣體中的固體微粒（粒徑1-200m）煙：較高濃度的過飽和蒸氣凝結(jié)形式的小顆粒（0.01-1 m）霧：水蒸氣凝結(jié)生成的懸浮小液滴煙霧：具有煙、霧的二重性，即當煙霧同時形成時為煙霧硫酸煙霧：燃燒產(chǎn)生的so2與so3遇水合成硫酸霧煙硝酸煙霧：汽車排放中nox及hc遇水合成硝酸霧煙第九章固體燃料燃燒2、按存在狀態(tài)分類：2)氣態(tài)污染物：以so2為主的含硫化合物，以no和no2為主的含氮化合物，碳的氧化物，碳氫化合物及鹵素化合物等類別原始污染物次生污染物人為源含硫化合物so2、h2sso3、h2so4、mso4燃燒

4、含硫燃料含氮化合物no、nh3no2、mno3高溫燃燒碳氫化合物hc醛、酮、過氧乙酰、基硝酸酯（pan）燃燒、精煉石油碳的化合物co、co2無燃燒鹵素化合物hf、hcl無冶金作業(yè)第九章固體燃料燃燒1)燃料燃燒過程2)工業(yè)生產(chǎn)過程3)交通運輸過程我國對煙塵、sox、nox和co四種污染物的統(tǒng)計分析表明：燃燒料燃燒產(chǎn)生的空氣污染物約占70%，其中煤燃燒污染占95%工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的約占20%，機動車產(chǎn)生約10%。第九章固體燃料燃燒1、空氣污染對大氣性質(zhì)的影響降低能見度形成霧及降水減少太陽輻射改變溫度和風的分布2、空氣污染對原材料的影響3、空氣污染對植物的影響酸性或堿性顆粒會腐蝕原材料（如油漆、石質(zhì)、金

5、屬）臭氧極易損壞橡膠制品破壞葉綠素，致使光合作用無法進行第九章固體燃料燃燒4、空氣污染對人類健康的影響第九章固體燃料燃燒4、空氣污染對人類健康的影響第九章固體燃料燃燒我國于1982年制定了第一個大氣環(huán)境質(zhì)量標準（gb309582），規(guī)定大氣環(huán)境質(zhì)量標準分為三級：三級標準：為保護自然生態(tài)和人民健康，在長期接觸情況下，不發(fā)生任何危害性影響的空氣質(zhì)量要求。一級標準：二級標準：為保護人民健康以及城市、鄉(xiāng)村和動、植物在長期或短期接觸情況下，不發(fā)生傷害的空氣質(zhì)量要求。為保護人體不發(fā)生急性或慢性中毒以及城市一般動、植物能正常生長的空氣質(zhì)量要求。第九章固體燃料燃燒燃料燃燒時生成的煙塵，按其生成機理可分為氣相析

6、出型、剩余型煙塵和粉塵三種：（1）氣相析出型氣相析出型的煙塵來源于氣體燃料、已蒸發(fā)的液體燃料氣和固體燃料的揮發(fā)分氣體，在空氣不足的高溫條件下熱分解所生成的固體煙塵。粒徑很小，一般在0.02-0.05m范圍內(nèi)?；鹧嬷泻羞@種炭黑后，輻射力增強，發(fā)出亮光，形成發(fā)光焰，由于其粒子細，容易粘附于物體而難于清除。研究表明，氣相析出型煙塵是經(jīng)過一系列氫聚合反應面生成的。第九章固體燃料燃燒（1）氣相析出型242hcch2622426232hchchhchc炭黑炭黑多環(huán)芳烴多環(huán)芳烴（炭黑）（炭黑）26642222242332hhchcchhhchc甲烷在缺氧條件下進行熱分解：乙烷的熱分解：一次反應：二次反應：

7、500：9001100：第九章固體燃料燃燒（2）剩余型煙塵液體燃料燃燒時剩余下來的固體顆粒，它是由重質(zhì)油霧化滴在高溫下蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽的同時，發(fā)生聚縮反應，一面激烈地發(fā)泡，一面固化，從而生成絮狀空心微珠，通常稱之為油灰或煙炱，油灰粒徑較大，約100-300m。積炭也是剩余型煙塵的一種，它是重質(zhì)油滴附著在噴口、爐壁上，并在爐內(nèi)高溫加熱氣化而殘留下來的固體殘渣，它的顆粒較大，形狀不定。第九章固體燃料燃燒（3）粉塵粉塵是固體燃料燃燒時產(chǎn)生的飛灰，其主要成分是碳和灰，固體燃料在燃燒之后，一部分變成爐渣，一部分以飛灰形式排入大氣中。以煤粉爐為例，有85-95%的灰分以飛灰排入大氣。第九章固體燃料燃燒（1）燃

8、料種類的影響c/h越大，產(chǎn)生炭黑數(shù)量越多；碳原子數(shù)越多就越容易產(chǎn)生炭黑；液體燃料的殘?zhí)己吭蕉?，產(chǎn)生碳黑就越大。揮發(fā)分多的煤，其炭黑生成量要比揮發(fā)分少的煤多得多，但煤燃燒時產(chǎn)生的煙塵主要以飛灰形式出現(xiàn)。對碳氫化合物燃料而言第九章固體燃料燃燒（2）氧氣濃度和過?？諝庀禂?shù)的影響碳黑是在富燃缺氧條件下產(chǎn)生，因此如果碳氫化合物燃燒與足夠的氧氣充分混合，能防止碳黑產(chǎn)生，防止產(chǎn)生煙塵所需要的氧氣量，隨著燃燒種類而異。第九章固體燃料燃燒（3）燃料粒徑的影響燃料粒徑大，其燃燼時間也長，因而在爐內(nèi)有限的停留時間內(nèi)燃料滴不易燃盡，使煙塵濃度急劇增加。而且燃料滴粒徑大，所生成的空心微珠也大，當燃料滴碰到爐壁時，如果

9、爐壁溫度低，則燃料滴焦化成炭塊，它們可能會脫落而隨煙塵排入大氣中，使煙塵濃度增加。（4）溫度與燃燒時間的影響爐內(nèi)溫度越高，燃燒時間越長，產(chǎn)生煙塵越少。溫度越高，燃燒時間越長，直徑小的炭黑、炭和飛灰可以燃燼。第九章固體燃料燃燒（5）惰性氣體的影響空氣加入惰性氣體時，碳黑濃度降低，如加入co2效果較好。第九章固體燃料燃燒1、改進燃燒方式及改善燃燒過程（1）供給足夠的空氣，而燃燒溫度又不能太低選用合適的燃燒空氣量十分重要，一般都采用過?？諝獗M可能少的情況下進行燃燒。（2）燃料和空氣要在燃燒室內(nèi)良好混合燃料與空氣的良好混合，是組織燃燒非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，因此必須掌握好空氣流動、燃料噴霧特性，使送風方式

10、和燃料的供給相搭配，燃料和空氣能充分地接觸和混合。第九章固體燃料燃燒1、改進燃燒方式及改善燃燒過程（3）提高燃燒室溫度提高燃燒溫度對防止產(chǎn)生炭黑有顯著的效果。從炭黑反應速度可知，溫度從1200時燒掉炭黑需要0.1s，則在1600時只需不到0.01s就可以了。因此，預熱空氣、保持爐膛溫度，保證有足夠的燃燒時間與空間，都可以減少炭黑的生成。第九章固體燃料燃燒2、加裝除塵裝置應根據(jù)塵粒的性質(zhì)、煙氣的性質(zhì)、除塵的工作特性以及其通用范圍來進行，在能滿足排煙標準的前提下，應盡量選用阻力小的除塵設(shè)備，以免安裝風機，節(jié)約費用。第九章固體燃料燃燒空氣中的硫氧化物主要來源于含硫燃料的燃燒。燃料中的硫，除少量非燃燒

11、性硫(510%)殘留在灰分中外，絕大部分都氧化成so2。不過即使空氣過量，也只有0.52%的so2轉(zhuǎn)化成so3。煤炭中的可燃硫有兩種：有機硫：硫茂、硫醇和二硫化物無機硫：fes2有機硫構(gòu)成煤分子的一部分，在煤中均勻分布，而無機硫顆粒尺寸較小，在煤中通常呈獨立相彌散分布。低硫煤中主要是有機硫，約為無機硫的8倍；高硫煤中主要是無機硫，約為有機硫的3倍。第九章固體燃料燃燒煤受熱后分解時，煤中有機硫和無機硫同時被揮發(fā)出來，結(jié)合松散的有機硫在低溫（700k）下分解，結(jié)合緊密的有機硫在較高溫度（800k）下分解釋出，遇氧全部氧化成so2，在還原性氣氛下，揮發(fā)分主要氣體h2s反應路線為：22sosohssh

12、無機硫的分解速度很慢，在還原性氣氛和溫度800k以及足夠停留時間的條件下，無機硫?qū)⒎纸獬蒮es、s2和h2s，其中fes必須在更高溫度（1700k）和更長時間下才能分解成fe、s2等，并氧化成so2，在氧化氣氛下，fes2直接生成so2：232282114sofeoofes第九章固體燃料燃燒（1）在火焰高溫區(qū)內(nèi)：322soosoooo火焰溫度越高，氧原子濃度越大，則so3生成量越大2352444222342252222sosoovvosovosoovososoovsoov（2）受熱面積上灰和氧化膜的催化作用so3除了從so2與o2直接反應生成外，還可由下列兩個途徑產(chǎn)生：第九章固體燃料燃燒（1）

13、燃料中含硫量越多，so2和so3生成量也越多（2）過?？諝庀禂?shù)越大，so3生成量也越多（3）火焰區(qū)溫度高，氧分子離解成氧原子多，因而so3生成量也多第九章固體燃料燃燒1、燃料脫硫2、爐內(nèi)固硫3、煙氣脫硫第九章固體燃料燃燒1、燃料脫硫（1）物理凈化法通過煤的粉碎，使非化學鍵結(jié)合的不純物質(zhì)與煤脫離，利用fes2的密度與煤密度的相差，用水洗除fes2，也可利用二者表面潤濕、磁性或?qū)щ娦圆煌右苑蛛x。此法不能除去有機硫（2）化學凈化法如用堿液浸煤后通過微波照射，使有機硫和黃鐵礦的化學鍵被微波打斷，生成硫化氫，它與堿反應而被去除?？沙?0%的無機硫和70%有機硫。（3）煤的氣化將煤進行氣化，使煤中硫轉(zhuǎn)

14、變成h2s，然后再將其去除。第九章固體燃料燃燒2、爐內(nèi)固硫噴鈣脫硫：先將脫硫劑破碎成一定粒度，然后送入爐膛，在溫度800-1000范圍下脫硫劑受熱分解，把燃燒過程中產(chǎn)生的部分so2固化：2223)(cocaoohcacocaocaco脫硫劑分解：3242221casosocaocasoosocao硫化反應：22421osocaocaso再生反應：第九章固體燃料燃燒3、煙氣脫硫煙氣脫硫是目前防止sox污染大氣的有效方法。煙氣脫硫的技術(shù)基礎(chǔ)主要是由于很多金屬氧化物（如堿金屬、堿土金屬、金屬氧化物）以及活性炭具有吸附或吸收so2能力。把這些金屬氧化物作為吸收劑吸收so2后生成中間產(chǎn)物，再將含硫中間產(chǎn)

15、物進行再生，再生后的吸收劑可循環(huán)使用，再生過程中釋放出的so2可做成硫制品加以利用?；厥辗ǎ簰仐壏ǎ旱诰耪鹿腆w燃料燃燒3、煙氣脫硫（1）濕法煙氣脫硫可固結(jié)95%so2以及90%的氯化物和氟化物第九章固體燃料燃燒（2）再生洗滌煙氣脫硫使用來硫酸鈉為吸收劑，在預先洗滌操作中除去灰塵和hcl后在吸收裝置里洗滌so2并形成硫酸氫鈉，在再生裝置中熱力分解硫酸氫鈉，產(chǎn)生的so2可加工成液態(tài)的so2、硫酸鈉和元素硫。第九章固體燃料燃燒（3）煙氣同時脫流脫硝技術(shù)活性炭吸附nh3法來同時脫硫脫硝，在溫度為80-130下用活性炭作so2的吸收劑，把吸收了so2的活性炭進行再分解，并進一步處理成硫酸和元素硫。第九章

16、固體燃料燃燒燃燒過程中所產(chǎn)生的氮的氧化物：xnono（占95%）no2（占5%）1.燃燒所用的空氣中氮（分子氮）的氧化；（大多數(shù)燃燒裝置中，這是no的主要來源）2.燃料中含氮化合物（燃料氮）在火焰中熱分解后再氧化（在燒原油或煤的燃燒裝置中，燃料氮是no的主要來源）3.燃燒生成no按來源不同可分為：熱力no瞬發(fā)no燃料no第九章固體燃料燃燒熱力no：燃燒所用的空氣中氮高溫氧化生成no，稱為熱力no，它的生成機理（鏈鎖反應）是zeldovich于1946年提出的：)2()1(22211222onoonnnonomomokkkk222121onokonknnokonkdtnod第九章固體燃料燃燒ze

17、dovich熱力no生成率，與貧燃料預混火焰的實驗結(jié)果吻合。)/91000exp(101 . 4)/135000exp(10913142/1222/12tktkonokonkdtnodbfbf)3(33hnoohnkkfenimore指出富燃料燃燒還與下列反應有關(guān)：第九章固體燃料燃燒熱力no排放量與反應溫度的關(guān)系第九章固體燃料燃燒熱力no：限制熱力no的生成，主要是降低溫度，具體措施可歸納為：（1）降低燃燒溫度，避免局部高溫；（2）降低氧氣濃度；（3）縮短在高溫區(qū)的停留時間；（4）在偏離1的條件下進行燃燒；第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no：大氣壓力下甲烷與空氣預混火焰中no的生成第九章固體燃料燃燒瞬

18、發(fā)no：燃燒時燃料中碳氫化合物分解生成的ch和c等原子團，與空氣中n2進行反應而生成氰化物：cnncncnncncnhnchnhhcnnchnhcnnch2222222222onoonhnoohnncoocnhncoohcnohcnohhcn222氰化物生成反應活化能小，反應快，氰化物又與火焰中大量的o、oh等原子團生成no：第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no：第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no：研究表明，在火焰中不僅有hcn等存在，而且還有胺化物（nh、nh2、nh3）存在，同樣與oh、n等原子團反應生成no：onoonhnoohnohnonhohnohnh22第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no：瞬發(fā)no生成與下列

19、三個因素有關(guān)：)4(102nhcnnchk（1）ch原子團的濃度及其形成過程（2）n2分子反應生成氮化物的速率與下列反應有關(guān)：（3）氮化物間相互轉(zhuǎn)化率此反應對no的生成起重要作用（富燃料及貧燃料），可以認為：210nchkdthcnddtnod瞬發(fā)瞬發(fā)第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no形成的主要途徑：nocnoohohohohhnnnhncohcnnchcnohho22222在溫度t2000k時，no生成率主要取決于chn2反應，即瞬發(fā)no，隨著溫度增加，瞬發(fā)no比例減小，熱力no增加，當t2500k時，no生成主要按zeldovich的熱力no生機理控制。第九章固體燃料燃燒燃料no：試驗表明：燃燒裝

20、置中所用的燃料含有氮化合物時，排出燃氣中含有大量的no，且隨著燃料中n含量增加而增加。燃料中n與各種碳氫化合物結(jié)合成環(huán)狀或鏈狀化合物，與空氣中n相比，其結(jié)合鍵較小，燃燒時易分解生成低分子含氮化合物，氧化后生成no第九章固體燃料燃燒燃料no：燃料平均含氮量（重量%）含氮量范圍（重量%）原油0.065瀝青2.32.152.5重餾分1.40.62.15輕餾分0.070.06煤1.512.5不同燃料中含氮量第九章固體燃料燃燒燃料no的形成途徑：nonhhcnnoo222nnhnorh2h3nh第九章固體燃料燃燒影響燃料no的因素：（1）燃料含n量的影響：實際燃燒過程中只有部分燃料n轉(zhuǎn)化為no，實際生成

21、no與全部燃料n之比稱為燃料n轉(zhuǎn)換率 ，影響燃料n轉(zhuǎn)換率的因素：n當1.3時，no隨著燃料n含量增加而增加，但卻下降。n當0.8時，no隨著燃料n含量增加先增加后飽和，而下降。n第九章固體燃料燃燒（2）過?？諝庀禂?shù)的影響：第九章固體燃料燃燒（2）過?？諝庀禂?shù)的影響：第九章固體燃料燃燒影響燃料no的因素：（3）燃燒溫度的影響：試驗結(jié)果表明，燃料no與熱力no不同，它受溫度影響較小，這是因為燃料中n的熱分解溫度比火焰溫度低，當燃燒達到分解溫度而進行分解，生成no與火焰溫度關(guān)系不大。第九章固體燃料燃燒ohnohonok22152216onoonok燃燒生成的no可與與含氮原子中間產(chǎn)物反應使no還原成

22、n2，也可以與各種含氮化合物或氧化物反應生成no2，如在火焰面附近存在下列反應：另外在燃燒區(qū)由于氧原子增加，no2又轉(zhuǎn)變成no，導致no2含量較少：第九章固體燃料燃燒主要途徑：1.選用n含量較低的燃料，包括燃料脫氮和轉(zhuǎn)變成低氮燃料2.降低過?？諝庀禂?shù)，組織過濃燃燒，以降低燃料周圍氧濃度3.在過?？諝獾臈l件下，降低溫度峰值以減少熱力no4.在氧濃度較低情況下，增加可燃物在火焰前鋒和反應區(qū)中的停留時間。減少nox的形成和排放的具體方法為：分級燃燒、再燃燒法、低氧燃燒、濃淡偏差燃燒和煙氣再循環(huán)等。第九章固體燃料燃燒分級燃燒：將燃燒所需的空氣量分成兩級送入，一級空氣所用的過剩空氣系數(shù)：氣體燃料0.7，油0.8，煤0.80.9，其余空氣在燃燒器附近適當位置送入，使燃燒分兩級完成。一級燃燒區(qū)：燃料在過濃情況下燃燒，因缺氧富燃料使得燃燒速度和溫度降低，從而抑制了揮發(fā)分燃燒生成的熱力