內(nèi)蒙科大大氣污染控制工程課件第02章 燃燒與大氣污染1

1、第二章 燃燒與大氣污染1. 燃料的性質(zhì)2. 燃料的燃燒過(guò)程3. 煙氣體積計(jì)算4. 燃燒過(guò)程中硫氧化物的形成5. 顆粒污染物的形成6. 其他污染物的形成2.1 燃料的性質(zhì)一.燃料的分類 按獲得方法分 按物態(tài)分 天然燃料 人工燃料 固體燃料 木柴、煤、油頁(yè)巖 木炭、焦炭、煤粉等 液體燃料 石油 汽油、煤油、柴油、重油 氣體燃料 天然氣 高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、焦?fàn)t煤氣 二.煤的分類和組成 1.煤的基本分類褐煤最低品味的煤，形成年代最短，熱值較低煙煤形成年代較褐煤長(zhǎng)，碳含量75%90。成焦性較強(qiáng)，適宜工業(yè)一般應(yīng)用無(wú)煙煤煤化時(shí)間最長(zhǎng)，含碳量最高（高于93），成焦性差,發(fā)熱量大煤的詳細(xì)分類2.煤的成分分析

2、工業(yè)分析（ proximate analysis ） 測(cè)定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測(cè)硫含量和熱值，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)318323K溫度下干燥8h，取出冷卻，稱重 外部水分將失去外部水分的煤樣保持在375380K下，約2h后，稱重 內(nèi)部水分揮發(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7min，放入干燥箱中冷卻至常溫再稱重 煤的工業(yè)分析（續(xù)）固定碳失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分（焦

3、炭）放在80020C的環(huán)境中灼燒到重量不再變化時(shí)，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳灰分：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煤中灰分的組成：我國(guó)煤炭的平均灰分含量為25灰分的存在降低了煤的熱值，也增加了煙塵污染和出渣量煤的元素分析碳和氫：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：與氧化鎂和無(wú)水硫酸鈉混合物反應(yīng)，S SO42-，滴定煤中硫的形態(tài)煤的成分的表示方法 要確切說(shuō)明煤的特性，必須同時(shí)指明百分比的基準(zhǔn)，常用的基準(zhǔn)有以下四種：收到基：鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分 空氣干燥基：以去掉外部水分的燃料作為100%

4、的成分，即在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行燃料分析時(shí)的試樣成分 干燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少 干燥無(wú)灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為100%的成分煤的成分的表示方法及其組成的相互關(guān)系 我國(guó)部分煤種的分析結(jié)果 我國(guó)部分煤種的分析結(jié)果(續(xù)） 三.其他燃料 石油液體燃料的主要來(lái)源鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等多種化合物組成的混合物主要含碳和氫，還有少量硫、氮和氧氫含量增加時(shí)，比重減少，發(fā)熱量增加天然氣典型的氣體燃料一般組成為甲烷85、乙烷10、丙烷3四、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)物和農(nóng)村廢物水生植物和水生廢物污泥處理廠廢物可燃性工業(yè)和采礦廢物天然存在的含

5、碳和含碳?xì)涞馁Y源合成燃料 非常規(guī)燃料通常需要專門(mén)技術(shù)轉(zhuǎn)化為易于利用的形式城市固體廢物用作燃料必須考慮其大氣污染問(wèn)題2.2 燃料燃燒過(guò)程 一、影響燃燒過(guò)程的主要因素燃燒過(guò)程及燃燒產(chǎn)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NOx1.燃料完全燃燒的條件（3T）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，增加熱損失溫度條件（Temperature）：達(dá)到燃料的著火溫度時(shí)間條件（Time）：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（Turbule

6、nce）：燃料與氧充分混合典型燃料的著火溫度燃燒火焰溫度與燃料混合比的關(guān)系（以CH4為例）典型鍋爐熱損失與過(guò)剩空氣量的關(guān)系燃?xì)獗群突旌铣潭葘?duì)燃燒產(chǎn)物的影響二.燃料燃燒的理論空氣量1.理論空氣量建立燃燒方程式的假定：空氣組成 20.9%O2和79.1%N2，兩者體積比為：N2/ O2 = 3.78燃料中固定氧可用于燃燒燃料中硫主要被氧化為 SO2不考慮NOX的生成燃料中的N在燃燒時(shí)轉(zhuǎn)化為N2燃料的化學(xué)式為CxHySzOw燃燒方程式：燃料重量 = 12x+1.008y+32z+16w理論空氣量：煤 47 m3/kg，液體燃料1011 m3/kg例題：2.空氣過(guò)剩系數(shù)實(shí)際空氣量與理論空氣量之比。以表

7、示，通常1部分爐型的空氣過(guò)剩系數(shù)3.空燃比單位質(zhì)量燃料燃燒所需要的空氣質(zhì)量 例如：汽油（C8H18）的完全燃燒：汽油的質(zhì)量：128+1.00818 = 114.14 空氣的質(zhì)量：3212.5+283.7812.5 = 1723空燃比 AF=15.11三、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、CH、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)物也有影響燃燒產(chǎn)物與溫度的關(guān)系：燃料種類對(duì)燃燒產(chǎn)物的影響（以1000MW電站為例）：典型固態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：四.熱化學(xué)關(guān)系式1.發(fā)熱量：?jiǎn)挝蝗剂贤耆紵龝r(shí)，所放出的熱量，即在反

8、應(yīng)物開(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：包括燃燒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2.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)燃燒熱損失與空燃比的關(guān)系2.3 煙氣體積及污染物排放量計(jì)算 一.煙氣體積計(jì)算 1.理論煙氣體積 CO2、SO2、N2和H2O干煙氣、標(biāo)準(zhǔn)干煙氣、濕煙2.煙氣體積和密度的校正轉(zhuǎn)化為標(biāo)態(tài)下（273K、1atm）的體積和密度注意：美、日和全球監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)的標(biāo)態(tài)為298K、1atm。3.過(guò)?？諝庑Ｕ龑?shí)際空氣量 = （1+ ）（O2 + 3.78N2）完全燃燒：與理論空氣量相比多（O2+ 3.78N2） 此時(shí)煙氣中，O2的量為O2P= O2，N2的量為N2P = 3.78（1+）N2空氣中O2=（20.9/79.1）N2=0.264N2，即進(jìn)入燃燒系統(tǒng)的空氣總氧量為 0.264N2P過(guò)?？諝庑Ｕ碚撔柩趿?= 0.264 N2P - O2P，空氣過(guò)剩系數(shù) = 1 + O2P /（ 0.264 N2P - O2P ）假如燃燒過(guò)程中產(chǎn)生CO，過(guò)剩氧量必須加以校正： O2P - 0.5 COP = 1 + （ O2P -