第二章燃燒與大氣污染

第二章燃燒與大氣污染第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)燃料的性質(zhì)1.

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煤氣第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.燃料的化學(xué)組成典型液體、氣體和固體燃料的化學(xué)組成成分第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.燃料的化學(xué)組成典型液體、氣體和固體燃料的化學(xué)組成成分第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月液體燃料與固體燃料相比具有的特征：(1)液體燃料的發(fā)熱值高，容易貯藏和運(yùn)輸；(2)一般來說燃燒液體燃料所產(chǎn)生的煤煙比燃煤時(shí)少；(3)燃燒含硫高的重質(zhì)油將會產(chǎn)生較多的SO2氣態(tài)污染物；(4)燃料油中灰分含量較少；(5)液體燃料種類很多，根據(jù)要求采用適宜的燃料油組織燃燒。第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體燃料具有如下特征：(1)燃燒效率較高，用少量過?？諝饩统浞秩紵?，煙量很少；(2)大多數(shù)氣體燃料含硫量很低；(3)氣體燃料不含有灰分，因此，煙氣中沒有煙塵。第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.燃料組成對燃燒的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全燃燒時(shí)，放出7850kcal的熱量。當(dāng)不完全燃燒生成CO時(shí)，放出2214kcal的熱量。純碳起燃溫度很高，燃燒緩慢，火焰也短。煤中的碳不是單質(zhì)狀態(tài)存在，而是與氫、氮、硫等組成有機(jī)化合物。煤形成的地質(zhì)年代越長，其揮發(fā)性成分含量越少，而含碳量則相對增加。例如，無煙煤含碳量約90-98%，一般煤的含碳量約50-95%。氫：是燃料中發(fā)熱量最高的元素。固體燃料中氫的含量為2-10%，以碳?xì)浠衔锏男问酱嬖冢?kg氫完全燃燒時(shí)能放出28780kcal的熱量。第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

燃料組成對燃燒的影響

氧：氧在燃料中與碳和氫生成化合物，降低了燃料的發(fā)熱量氮：燃料中含氮量很少，一般為0.5-1.5%硫：以三種形態(tài)存在：有機(jī)硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前兩種能放出熱量，稱之為揮發(fā)硫。硫燃燒生成產(chǎn)物為SO2和SO3，其中SO2占95%以上。第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.燃料組成對燃燒的影響水分：水分的存在使燃料中可燃成分相對地減少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（內(nèi)部水分）組成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。內(nèi)部水分要放在干燥箱中加熱到102-105

C，保持2h后才能除掉?；曳郑菏侨剂现胁豢扇嫉V物質(zhì)，為燃料中有害成分。第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成

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，碳含量75-90％。成焦性較強(qiáng)，適宜工業(yè)一般應(yīng)用無煙煤煤化時(shí)間最長，含碳量最高（高于93％），成焦性差,發(fā)熱量大第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成

煤的成分分析工業(yè)分析（proximateanalysis）

測定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測硫含量和熱量，是評價(jià)工業(yè)用煤的主要指標(biāo)。元素分析（ultimateanalysis）

用化學(xué)分析的方法測定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成煤的工業(yè)分析水分：一定重量13mm以下粒度的煤樣，在干燥箱內(nèi)318-323K溫度下干燥8小時(shí)，取出冷卻，稱重

外部水分將失去外部水分的煤樣保持在375-380K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7分鐘，放入干燥箱中冷卻至常溫再稱重

第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成煤的工業(yè)分析（續(xù)）固定碳失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分（焦炭）放在800

20

C的環(huán)境中灼燒到重量不在變化時(shí)，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳灰分：煤中不可燃礦物質(zhì)的總稱第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成煤中灰分的組成：我國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第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成煤的元素分析碳和氫：通過燃燒后分析尾氣中CO2和H2O的生成量測定氮：在催化劑作用下使煤中的氮轉(zhuǎn)化為氨，堿液吸收，滴定硫：與氧化鎂和無水硫酸鈉混合物反應(yīng)，SSO42-，滴定第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成煤中硫的形態(tài)第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成煤的成分的表示方法

要確切說明煤的特性，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%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

第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成干燥基：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灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為100%的成分第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成煤的成分的表示方法及其組成的相互關(guān)系

第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成我國部分煤種的分析結(jié)果

第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.煤的分類和組成我國部分煤種的分析結(jié)果(續(xù)）

第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月5.其他燃料

石油液體燃料的主要來源鏈烷烴、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％第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月5.其他燃料

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題第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月6.燃料組成的表示方法:CxHySzOwNv

Sample:C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%andash:7.9%byweight.Determinethenormalizedmolarcomposition.ElementWt%mol/100gmol/molC77.2

12=6.43

6.43=1.00H5.20

1=5.20

6.43=0.808N1.20

14=0.0857

6.43=0.013S2.60

32=0.0812

6.43=0.013O5.90

16=0.369

6.43=0.057ash7.9

6.43=1.23g/molCThenormalizedmolarcomposition:CH0.808N0.013S0.013O0.057

第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月燃料的最重要的兩個(gè)屬性熱值決定燃料的消耗量雜質(zhì)污染物產(chǎn)生的來源第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)燃料燃燒過程

1.影響燃燒過程的主要因素燃燒過程及燃燒產(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，則會生成SO2和NO空氣中的部分N可能被氧化成NO－熱力型NOx第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.影響燃燒過程的主要因素燃料完全燃燒的條件（3T）空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會降低爐溫，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)超過燃料燃燒所需時(shí)間燃料與空氣的混合條件（Turbulence）：燃料與氧充分混合第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.影響燃燒過程的主要因素典型燃料的著火溫度第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.影響燃燒過程的主要因素燃燒火焰溫度與燃料混合比的關(guān)系（以CH4為例）第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.影響燃燒過程的主要因素典型鍋爐熱損失與過?？諝饬康年P(guān)系第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.影響燃燒過程的主要因素燃?xì)獗群突旌铣潭葘θ紵a(chǎn)物的影響第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.燃料燃燒的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(可替代一部分氧氣)燃料中硫主要被氧化為SO2不考慮NOX的生成燃料中的N在燃燒后以N2形式存在燃料的化學(xué)方程式為CxHySzOw第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.燃料燃燒的理論空氣量燃燒方程式：1mol燃料的重量=12x+1.008y+32z+16w燃燒1Kg燃料需要的理論空氣量：經(jīng)驗(yàn)值：煤4-7m3/kg，液體燃料10-11m3/kg

第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.燃料燃燒的理論空氣量例題：第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.燃料燃燒的理論空氣量空氣過剩系數(shù)實(shí)際空氣量與理論空氣量之比。以

表示，通常>1部分爐型的空氣過剩系數(shù)第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.燃燒過程中產(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燃燒產(chǎn)物的絕對量和相對量都有影響燃料種類和燃燒方式對燃燒產(chǎn)物也有影響第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物燃燒產(chǎn)物與溫度的關(guān)系：第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物燃料種類對燃燒產(chǎn)物的影響（以1000MW電站為例）：第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物典型固態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物典型液態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物典型氣態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.熱化學(xué)關(guān)系式發(fā)熱量：單位燃料完全燃燒時(shí)，所放出的熱量，即在反應(yīng)物開始狀態(tài)和反應(yīng)產(chǎn)物終了狀態(tài)相同下的熱量變化（kJ/kgorkcal/kg）高位發(fā)熱量：包括燃料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)，完全燃燒過程所釋放的熱量第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.熱化學(xué)關(guān)系式燃燒設(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)在空氣過剩一側(cè)。第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4.熱化學(xué)關(guān)系式燃燒熱損失與空燃比的關(guān)系第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)煙氣體積及污染物排放量計(jì)算1.煙氣體積計(jì)算理論煙氣體積

CO2、SO2、N2和H2O干煙氣、標(biāo)準(zhǔn)干煙氣、濕煙氣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)測系統(tǒng)網(wǎng)的標(biāo)態(tài)為298K、1atm。第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.煙氣體積計(jì)算過?？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第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月1.煙氣體積計(jì)算過剩空氣校正充分燃燒理論需氧量=0.264N2P-O2P，空氣過剩系數(shù)

=1+O2P/（0.264N2P-O2P）假如燃燒過程中產(chǎn)生CO，過剩氧量必須加以校正：O2P-0.5COP

=1+（O2P-0.5COP）/[0.264N2P-（O2P-0.5COP）]以上組分的量均可由煙氣分析儀測定。

第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.污染物排放量計(jì)算方法：根據(jù)實(shí)測的污染物濃度和排煙量根據(jù)燃燒設(shè)備的排污系數(shù)、燃料組成和燃燒狀況預(yù)測煙氣量和污染物濃度排放因子（EmissionFactor）第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.污染物排放量計(jì)算排放因子舉例（煙煤、次煙煤－SOx、NOx、CO）第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2.污染物排放量計(jì)算排放因子舉例（煙煤、次煙煤－PM）第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作