大气污染治理 第二章2

1、第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染内容简介内容简介:燃料的性质燃料的性质燃料燃烧过程燃料燃烧过程烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算燃烧过程污染物的形成燃烧过程污染物的形成第一节第一节 燃料的性质燃料的性质用以产生热量或动力的用以产生热量或动力的可燃性可燃性物质物质煤、石油和天然气统称为常规燃料煤、石油和天然气统称为常规燃料燃料燃料固体燃料固体燃料液体燃料液体燃料气体燃料气体燃料一一. 煤煤（一）煤的分类（一）煤的分类由植物的部分分解和变质而形成的一种不均匀的有机燃料由植物的部分分解和变质而形成的一种不均匀的有机燃料植物性原料变成煤的过程称之为煤化过程植物性原料变成煤的

2、过程称之为煤化过程1. 褐煤：褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物，形成年代短，呈黑色、是由泥煤形成的初始煤化物，形成年代短，呈黑色、褐色或泥土色，其结构类似木材，呈现出黏结状及带状，水分褐色或泥土色，其结构类似木材，呈现出黏结状及带状，水分含量高，热值较低，是最低品位的煤含量高，热值较低，是最低品位的煤2. 烟煤：烟煤：形成年代较褐煤为长，呈黑色，外形有可见条纹，形成年代较褐煤为长，呈黑色，外形有可见条纹，挥发分含量为挥发分含量为20-45，碳含量为，碳含量为75-90，成焦性较强，含氧，成焦性较强，含氧量低，水分和灰分含量不高，比褐煤更能抵抗风化量低，水分和灰分含量不高，比褐煤更能抵抗风化3.

3、无烟煤：无烟煤：含碳量最高，含碳量高于含碳量最高，含碳量高于93，煤化时间最长，煤化时间最长，具有明亮的黑色光泽，机械强度高，无机物含量低于具有明亮的黑色光泽，机械强度高，无机物含量低于10，着，着火困难，储存时稳定，不易自燃，成焦性极差火困难，储存时稳定，不易自燃，成焦性极差（二）煤的工业分析（二）煤的工业分析1. 水分水分（1） 外部水分：外部水分：称取一定量的称取一定量的13mm以下粒度的煤样，置于干燥箱内，以下粒度的煤样，置于干燥箱内，在在318-323K温度下干燥温度下干燥8h，取出冷却，干燥后所失去的水分质量占煤样原，取出冷却，干燥后所失去的水分质量占煤样原有质量的百分数就是煤的外

4、部水分有质量的百分数就是煤的外部水分(ww)（2） 内部水分：内部水分：将上述失去外部水分的煤样继续在将上述失去外部水分的煤样继续在375-380K下干燥下干燥约约2h，所失去的水分质量占试样原来质量的百分数即为内部水分，所失去的水分质量占试样原来质量的百分数即为内部水分(wn)2. 灰分：灰分：煤中不可燃矿物物质的总称煤中不可燃矿物物质的总称3. 挥发分：挥发分：煤在与空气隔绝的条件下加热分解出的可燃气体煤在与空气隔绝的条件下加热分解出的可燃气体物质，通过将风干的煤样在物质，通过将风干的煤样在1200K的炉中加热的炉中加热7min而测定而测定4. 固定碳：固定碳：从煤中扣除水分、灰分及挥发分

5、后剩下的部分从煤中扣除水分、灰分及挥发分后剩下的部分（三）煤的元素分析（三）煤的元素分析用化学方法测定去掉外部水分的煤中主要用化学方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧等的含量组分碳、氢、氮、硫和氧等的含量1. 煤中碳和氢的测定：煤中碳和氢的测定：碳和氢是通过燃烧后分析尾气中碳和氢是通过燃烧后分析尾气中CO2和和H2O的生成量而测定的。的生成量而测定的。3. 煤中氮的测定：煤中氮的测定：在催化剂作用下使煤中氮转变为氨，继而在催化剂作用下使煤中氮转变为氨，继而用碱吸收，最后用酸滴定。用碱吸收，最后用酸滴定。4. 煤中硫的测定：煤中硫的测定：将空气干燥基样与艾氏剂将空气干燥基样与艾氏

6、剂(氧化镁和无水氧化镁和无水碳酸钠碳酸钠)混匀，缓慢燃烧，使硫化物转变为硫酸盐，再加入热水混匀，缓慢燃烧，使硫化物转变为硫酸盐，再加入热水使之溶解。在一定酸度下加入氯化钡使之转化为硫酸钡沉淀，使之溶解。在一定酸度下加入氯化钡使之转化为硫酸钡沉淀，过滤灼烧后称量硫酸钡质量反算出煤中全硫含量。过滤灼烧后称量硫酸钡质量反算出煤中全硫含量。2. 煤中氧的测定煤中氧的测定（1）直接法：在氮气流和）直接法：在氮气流和105110下干燥煤样，然后使之在下干燥煤样，然后使之在(112525)下分解，用纯碳将挥发产物中的氧转化为下分解，用纯碳将挥发产物中的氧转化为CO，并，并进一步氧化为进一步氧化为CO2，用滴

7、定法或重量法测定。，用滴定法或重量法测定。（2）间接法：通过其他元素测定结果间接计算。）间接法：通过其他元素测定结果间接计算。（四）煤中硫的形态（四）煤中硫的形态1. 硫化铁硫：硫化铁硫：主要代表是黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分，主要代表是黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分，黄铁矿比煤重的多，可在强磁场感应下能够转变为顺磁性物质，黄铁矿比煤重的多，可在强磁场感应下能够转变为顺磁性物质，吸收微波能力比煤炭强。故可用不同的物理或化学方法把黄铁吸收微波能力比煤炭强。故可用不同的物理或化学方法把黄铁矿从煤中脱除。矿从煤中脱除。2. 有机硫：有机硫：有机硫是以各种官能团形式存在的，与煤中有机有机硫是以各种官

8、能团形式存在的，与煤中有机质构成复杂的分子，不宜用一般重力分选的方法除去，需要采质构成复杂的分子，不宜用一般重力分选的方法除去，需要采用化学方法脱硫。用化学方法脱硫。3. 硫酸盐硫：硫酸盐硫：主要以钙、铁、和锰的硫酸盐形式存在，较前主要以钙、铁、和锰的硫酸盐形式存在，较前两种硫含量少得多。两种硫含量少得多。低硫煤中主要是有机硫，约为无机硫的的低硫煤中主要是有机硫，约为无机硫的的8倍倍高硫煤中主要为无机硫，约为有机硫的高硫煤中主要为无机硫，约为有机硫的3倍倍煤中全硫煤中全硫无机硫无机硫硫化铁硫硫化铁硫单质硫单质硫硫酸盐硫硫酸盐硫黄铁矿硫黄铁矿硫FeS2白铁矿硫白铁矿硫FeS2砷黄铁矿硫砷黄铁矿硫

9、石膏石膏CaSO42H2O绿矾绿矾FeSO47H2O有机硫有机硫硫醇或醚基化合物硫醇或醚基化合物RSH硫醚硫醚RSR二硫醚二硫醚RSSR噻吩类杂环硫化物噻吩类杂环硫化物硫醌化合物硫醌化合物（五）煤的成分表示方法（五）煤的成分表示方法1. 收到基收到基：以包括全部水分和灰分的燃料作为以包括全部水分和灰分的燃料作为100的成分，的成分，亦即锅炉燃料的实际成分，以上角亦即锅炉燃料的实际成分，以上角“ar”表示。表示。w(Car)+w(Har)+w(Oar)+w(Nar)+w(Sar)+w(Aar)+w(War)=100%2. 空气干燥基空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为以去掉外部水分的燃料作为10

10、0的成分，亦的成分，亦即在实验室内进行燃料分析时的试样成分，以上角即在实验室内进行燃料分析时的试样成分，以上角“ad”表示。表示。3. 干燥基干燥基：以去掉全部水分的燃料作为以去掉全部水分的燃料作为100的成分，以上角的成分，以上角“d”表示。表示。4. 干燥无灰基干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为以去掉水分和灰分的燃料作为100的成分，的成分，以上角以上角“daf”表示。表示。w(Cad)+w(Had)+w(Oad)+w(Nad)+w(Sad)+w(Wad)+w(Aad)=100%w(Cd)+w(Hd)+w(Od)+w(Nd)+w(Sd)+w(Ad)=100%w(Cdaf)+w(Hdaf

11、)+w(Odaf)+w(Ndaf)+w(Sdaf)=100%1-5 设人肺部气体含设人肺部气体含CO为为2.210-4，平均含氧量为，平均含氧量为19.5%。如果这种浓度保持不变，求。如果这种浓度保持不变，求COHb浓度最终达浓度最终达到饱和水平的百分率。到饱和水平的百分率。解：取解：取M210，则可得到：，则可得到：HbOCOHbCOHbCO2COHb达到饱和水平时：达到饱和水平时：22OCOppMHbOCOHbHbOCOHbHbOCOHb22/1/%2 . 91237. 01237. 0237. 01019.5102.2210241-7 粉尘密度粉尘密度1400kg/m3，平均粒径，平均粒

12、径1.4m ，在大气，在大气中的浓度为中的浓度为0.2kg/m3，对光的散射率为，对光的散射率为2.2，计算大，计算大气的最大能见度。气的最大能见度。解：解：KdLppv6 . 2m115822 . 02 . 24 . 114006 . 2第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程一一. 影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素（一）燃烧过程及燃烧产物一）燃烧过程及燃烧产物1. 燃烧定义：燃烧定义：可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量（光和热）的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化（光和热）的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物的过程。物的

13、过程。2. 燃烧产物燃烧产物（1）多数化石燃料完全燃烧的产物是二氧化碳和水蒸气；）多数化石燃料完全燃烧的产物是二氧化碳和水蒸气；（2）不完全燃烧过程将产生黑烟、一氧化碳和其他部分氧化产）不完全燃烧过程将产生黑烟、一氧化碳和其他部分氧化产物等大气污染物；物等大气污染物；（3）若燃料中含有硫和氮，则会生成）若燃料中含有硫和氮，则会生成SO2和和NO；（4）当燃烧室温度较高时，空气中的部分氮也会被氧化成）当燃烧室温度较高时，空气中的部分氮也会被氧化成NOx，常称为热力型氮氧化物（常称为热力型氮氧化物（thermal NOx）。）。（二）燃料完全燃烧的条件（二）燃料完全燃烧的条件1. 空气条件空气条件

14、2. 温度条件温度条件着火温度：着火温度：在氧存在下可燃物质开始燃烧所必须达到的最低温度。在氧存在下可燃物质开始燃烧所必须达到的最低温度。4. 燃料与空气的混合条件燃料与空气的混合条件燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间3. 时间条件时间条件（1）对于蒸气相的燃烧，湍流可加速液体燃料的蒸发；）对于蒸气相的燃烧，湍流可加速液体燃料的蒸发；（2）对于固体燃料的燃烧，湍流有助于破坏燃烧产物在燃料）对于固体燃料的燃烧，湍流有助于破坏燃烧产物在燃料颗粒表面形成的边界层，从而提高表面反应的氧利用率，并使颗粒表面形成的边界层，从而提高表面反应的氧利

15、用率，并使燃烧过程加速。燃烧过程加速。燃料在燃烧室中的停留时间燃料在燃烧室中的停留时间湍流度湍流度适当的控制这四个因素适当的控制这四个因素空气与燃料之比、温度、时间和空气与燃料之比、温度、时间和湍流度，是在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧所湍流度，是在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧所必须的，通常把必须的，通常把温度、时间和湍流温度、时间和湍流称为燃烧过程的称为燃烧过程的“3T”。二二. 燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量（一）理论空气量：（一）理论空气量：1. 定义：定义：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量，它可由燃

16、料的组成决定，可根据燃烧方程式计算求得。气量，它可由燃料的组成决定，可根据燃烧方程式计算求得。2. 燃烧化学反应方程式燃烧化学反应方程式（1）建立方程式的假定）建立方程式的假定 空气仅是由氮和氧组成的，其体积比为空气仅是由氮和氧组成的，其体积比为79.1/20.93.78； 燃料中的固定态氧可用于燃烧；燃料中的固定态氧可用于燃烧； 燃料中的硫主要被氧化为燃料中的硫主要被氧化为SO2； 热力型热力型NOx的生成量较小，计算理论空气量时可忽略；的生成量较小，计算理论空气量时可忽略； 燃料中的氮在燃烧时转化为燃料中的氮在燃烧时转化为N2和和NO，一般以，一般以N2为主；为主； 燃料的化学式为燃料的化

17、学式为CxHyNvSzOw，其中下标，其中下标x、y、z、w、v分别代表分别代表C、H、S、O和和N的原子数。的原子数。（2）燃料与空气中氧完全燃烧的化学反应方程式）燃料与空气中氧完全燃烧的化学反应方程式QNvwzyxzSOOHyxCONwzyxOwzyxOSNHCwzvyx22222222478.322478.324其中其中Q代表燃烧热。代表燃烧热。（3）理论空气量）理论空气量Va0 (m3/kg)Va0=22.44.78(x+y/4+z-w/2)/(12x+1.008y+32z+16w+14v) =107.1(x+y/4+z-w/2)/(12x+1.008y+32z+16w+14v) m3

18、/kg 例例2-1 计算辛烷计算辛烷(C8H18)在理论空气量条件下燃烧时的燃料在理论空气量条件下燃烧时的燃料/空空气质量比，并确定燃烧产物气体的组成。气质量比，并确定燃烧产物气体的组成。 解：辛烷在理论空气量条件下燃烧，可表示为解：辛烷在理论空气量条件下燃烧，可表示为 C8H18+12.5(O2+3.78N2) 8CO2+9H2O+47.25N2辛烷的摩尔质量为辛烷的摩尔质量为114，因此，在理论空气量下燃烧时燃料，因此，在理论空气量下燃烧时燃料/空气的质量比为空气的质量比为 mf ma = 114 12.5(32+3.7828)= 0.0662气体的组成通常以摩尔分数表示，它不随气体温度和

19、压力变化。燃烧产物总气体的组成通常以摩尔分数表示，它不随气体温度和压力变化。燃烧产物总摩尔数为：摩尔数为：8+9+47.25=64.25。因此，辛烷燃烧产生的烟气组成为。因此，辛烷燃烧产生的烟气组成为yCO2=8/64.25=0.125=12.5%yH2O=9/64.25=0.140=14.0%yN2=47.65/64.25=0.735=73.5% 例例2-2 假定煤的化学组成以质量计为：假定煤的化学组成以质量计为：C:77.2%;H:5.2%; N:1.2%;S:2.6%;O:5.9%;灰分灰分:7.9%。试计算这种煤燃烧时的理论。试计算这种煤燃烧时的理论空气量。空气量。 解：首先由煤的质量

20、组成确定其摩尔组成。为了计算简便，相对于解：首先由煤的质量组成确定其摩尔组成。为了计算简便，相对于C原子原子标准化其摩尔组成。标准化其摩尔组成。对于该种煤，其组成可表示为：对于该种煤，其组成可表示为：CH0.808N0.013S0.013O0.057 燃料的摩尔质量，即相对于每摩尔碳的质量，包括灰分为燃料的摩尔质量，即相对于每摩尔碳的质量，包括灰分为M= =15.55g/mol(C)1006.43gmol(碳碳)对于这种燃料的燃烧，则有对于这种燃料的燃烧，则有CH0.809N0.013S0.013O0.057+a(O2+3.78N2) CO2+0.404H2O+0.013SO2+(3.78a+

21、0.0065)N2其中其中a=1+0.808/4+0.013-0.057/2=1.19因此，理论空气条件下燃料因此，理论空气条件下燃料/空气的质量比：空气的质量比：mf ma = 15.55 g/mol 1.19(32+3.7828) g/mol= 0.0948若以单位质量燃料（例如若以单位质量燃料（例如1kg）需要空气的标准体积）需要空气的标准体积Va0表示，则有表示，则有Va0= 1.19(1+3.78) mol 15.55g1000g 1kg 22.4 10-3m3/mol=8.19m3/kg一般煤的理论空气量一般煤的理论空气量Va049m3/kg，液体燃料的，液体燃料的Va01011m

22、3/kg例例2-3 某燃烧装置采用煤作燃料，化学组成以质量计为：某燃烧装置采用煤作燃料，化学组成以质量计为：C:85%;H:3%;N:2%;S:3%;O:4%;灰分灰分:3%。确定该种煤燃烧时。确定该种煤燃烧时的理论空气量。的理论空气量。解解1：由煤的质量百分比组成确定其摩尔组成。为了计算简便，相对于：由煤的质量百分比组成确定其摩尔组成。为了计算简便，相对于C原子原子标准化其摩尔组成。标准化其摩尔组成。对于该种煤，其组成可表示为：对于该种煤，其组成可表示为：CH0.424N0.020S0.013O0.035 燃料的摩尔质量，即相对于每摩尔碳的质量，包括灰分为燃料的摩尔质量，即相对于每摩尔碳的质

23、量，包括灰分为M= =14.12g/mol(碳碳)1007.08gmol(碳碳)对于这种燃料的燃烧，则有对于这种燃料的燃烧，则有CH0.424N0.020S0.013O0.035+a(O2+3.78N2) CO2+0.212H2O+0.013SO2+(3.78a+0.010)N2其中其中a=1+0.424/4+0.013-0.035/2=1.10Va0= 1.10(1+3.78) mol 14.12g1000g 1kg 22.4 10-3m3/mol=8.34m3/kg解解2：以：以1kg煤燃烧为基础，则煤燃烧为基础，则 所以理论需氧量为所以理论需氧量为 则则1kg煤完全燃烧所需要的理论空气量

24、为煤完全燃烧所需要的理论空气量为 78.02(3.78+1)=372.94mol/kg煤煤 即即Va0=372.9422.4/1000=8.35m3/kg煤煤70.83+7.5+0.938-1.25=78.02mol/kg煤煤（二）空气过剩系数（二）空气过剩系数一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量，并一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量，并把实际空气量把实际空气量Va与理论空气量与理论空气量Va0之比定义为空气过剩系数之比定义为空气过剩系数= VaVa0（三）空燃比（三）空燃比 AF单位质量燃料燃烧所需要的空气质量单位质量燃料燃烧所需要的空气质量例如，甲烷在理论空气下的

25、完全燃烧：例如，甲烷在理论空气下的完全燃烧：CH4+2O2+7.56N2 CO2+2H2O+7.56N2空燃比：空燃比：AF= =17.2232+7.5628116随着燃料中氢相对含量的减少，碳相对含量的增加，理论空燃比随之随着燃料中氢相对含量的减少，碳相对含量的增加，理论空燃比随之减少。例如汽油（减少。例如汽油（C8H18）的理论空燃比为）的理论空燃比为15，纯碳的约为，纯碳的约为11.5QNvwzyxzSOOHyxCONwzyxOwzyxOSNHCwzvyx22222222478. 322478. 324对于纯的化合物对于纯的化合物,方程式中的下标方程式中的下标x、y、z、w和和v为整数和

26、零。而大多数为整数和零。而大多数燃料为可燃物质的混合物，燃料为可燃物质的混合物，x、y等下标可以取成分数。燃料的通用分子等下标可以取成分数。燃料的通用分子式仅表示各种原子的相对丰度，而不是实际的分子结构，但方程式仍然式仅表示各种原子的相对丰度，而不是实际的分子结构，但方程式仍然可以应用。对于混合燃料，其下标可以应用。对于混合燃料，其下标x、y等可由燃料的元素分析确定。等可由燃料的元素分析确定。三三. 燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物二氧化碳、一氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、烟、飞灰、二氧化碳、一氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物等金属及

27、其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物等四四. 燃料设备的热损失燃料设备的热损失(一一) 发热量发热量1. 定义定义: 单位燃料完全燃烧时发生的热量变化单位燃料完全燃烧时发生的热量变化,即在反应物即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同的情况下开始状态和反应产物终了状态相同的情况下(通常为通常为298K和和101325Pa)的热量变化，称为燃料的发热量，单位是的热量变化，称为燃料的发热量，单位是kJ/kg(固体、液体燃料固体、液体燃料)，或，或kJ/m3(气体燃料气体燃料)。2. 高位发热量高位发热量qH : 包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热的发热量

28、。的发热量。3. 低位发热量低位发热量qL: 燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时完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。全燃烧过程所释放的热量。qL=qH-25(9wH+wW)式中：发热量以式中：发热量以kJ/kg表示；表示；wH，wW是燃料中氢和水分的质量分数是燃料中氢和水分的质量分数（二）燃料设备的热损失（二）燃料设备的热损失1. 排烟热损失排烟热损失（1）一般锅炉排烟热损失为）一般锅炉排烟热损失为612；（2）影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟体积。）影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟体积。2. 不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失（1）化学不完全燃烧热损失）化

29、学不完全燃烧热损失（2）机械不完全燃烧热损失）机械不完全燃烧热损失灰渣损失灰渣损失飞灰损失飞灰损失漏煤损失漏煤损失由于烟气中含有残余的可燃气体（由于烟气中含有残余的可燃气体（CO,H2,CH4）所造成）所造成损失量煤粉炉不超过损失量煤粉炉不超过0.5，油炉和气体炉为，油炉和气体炉为1-1.5，层燃炉，层燃炉1由于灰中含有未燃尽的碳所造成由于灰中含有未燃尽的碳所造成损失量煤粉炉损失量煤粉炉1-1.5，层燃炉，层燃炉5-15，液体和气体炉，液体和气体炉0烟温每升高烟温每升高1215K，排烟热损失可增加，排烟热损失可增加1第三节第三节 烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算一一. 烟气

30、体积计算烟气体积计算1. 理论烟气体积理论烟气体积（1）定义：）定义：在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积，以积，以Vfg0表示。表示。（2）烟气组成：）烟气组成：CO2、SO2、N2和水蒸气。和水蒸气。（3）把烟气中除了水蒸气以外的部分称为）把烟气中除了水蒸气以外的部分称为干烟气干烟气，把，把包括水蒸气在内的烟气称为包括水蒸气在内的烟气称为湿烟气湿烟气。（4）理论水蒸气体积包括：）理论水蒸气体积包括：燃料中氢燃烧后生成的水蒸汽体积燃料中氢燃烧后生成的水蒸汽体积燃料中所含的水蒸汽体积燃料中所含的水蒸汽体积由供给的理论空气量带入的水蒸汽体积由供给

31、的理论空气量带入的水蒸汽体积2. 烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正 若设观测状态下（温度若设观测状态下（温度Ts、压力、压力ps）烟气的体积）烟气的体积为为Vs、密度为、密度为s，在标准状态下（，在标准状态下（温度温度TN、压力、压力pN）烟气的体积为烟气的体积为VN、密度为、密度为N，则标准状态下的烟气体，则标准状态下的烟气体积：积： 标准状态下的烟气密度：标准状态下的烟气密度：sNNssNTTppVVNssNsNTTpp3. 过剩空气校正过剩空气校正C+O2+3.78N2 CO2+3.78N2若空气过量，则燃烧方程式变为若空气过量，则燃烧方程式变为C+(1+a)O2+(1+a)3.

32、78N2 CO2+aO2+(1+a)3.78N2其中其中a是过剩空气中是过剩空气中O2的过剩摩尔数。则空气过剩系数的过剩摩尔数。则空气过剩系数若燃烧完全，假如燃烧产物以下标若燃烧完全，假如燃烧产物以下标p表示，则表示，则C+(1+a)O2+(1+a)3.78N2 CO2p+O2p+N2p其中其中O2p=aO2理论空气量实际空气量aNMOMNMOMa1)(78. 3)()(78. 3)()1 (2222)()(22OOapN2p为实际空气量中所含的总氮量。那么实际空气量中所含的的总为实际空气量中所含的总氮量。那么实际空气量中所含的的总氧量为：氧量为：理论需氧量则为理论需氧量则为0.264(N2p

33、)- (O2p)，因此空气过剩系数：，因此空气过剩系数：假如燃烧不完全产生了假如燃烧不完全产生了CO，过剩氧量必须加以校正，即从测得的，过剩氧量必须加以校正，即从测得的过剩的氧中减去氧化过剩的氧中减去氧化CO为为CO2所需要的氧。即所需要的氧。即式中各组分的量均为奥萨特仪所测得的各组分的体积分数。式中各组分的量均为奥萨特仪所测得的各组分的体积分数。)(264. 0)(1 .799 .2022ppNNa1)()(122OOp)()(264. 0)(1222pppONO)(5 . 0)()(264. 0)(5 . 0)(1222pppppCOONCOO例如，奥萨特仪分析烟气的结果为：例如，奥萨特仪

34、分析烟气的结果为：CO2=10，O2=4，CO=1，那么，那么N2=85，则，则所以考虑到过剩空气校正，实际烟气体积：所以考虑到过剩空气校正，实际烟气体积：Vfg=Vfg0+Va0 (-1)(5 . 0)()(264. 0)(5 . 0)(1222pppppCOONCOO18. 1) 15 . 04(85264. 015 . 041二二. 污染物排放量的计算污染物排放量的计算 例例2-4 某燃料装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下某燃料装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下(按质量按质量)：C88.3%；H9.5%；S1.6%；H2O0.05%；灰分；灰分0.1%。若燃料中硫全部转化为若

35、燃料中硫全部转化为SOx(其中其中SO2占占97%)。 求：求：1）燃烧）燃烧1kg重油所需要的理论空气量；重油所需要的理论空气量； 2）当空气过剩系数）当空气过剩系数=1.2时烟气中时烟气中SO2和和SO3浓度，以浓度，以10-6表示；表示； 3）此时干烟气中）此时干烟气中CO2的含量，以体积分数表示。的含量，以体积分数表示。 解：以解：以1kg重油燃烧为基础，则重油燃烧为基础，则 所以理论需氧量为所以理论需氧量为 73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油重油 则则1kg重油完全燃烧所需要的理论空气量为重油完全燃烧所需要的理论空气量为 97.83(3.78+1)=467.6

36、3mol/kg重油重油 即即Va0=467.6322.4/1000=10.47m3/kg重油重油 理论烟气量为理论烟气量为73.58+(47.5+0.0278)+0.5+97.833.78=491.4mol/kg重油重油 即即Vfg0=491.422.4/1000=11.01m3/kg重油重油 那么实际烟气体积那么实际烟气体积Vfg=Vfg0+Va0 (-1) =11.01+10.47(1.2-1)=13.10m3/kg重油重油烟气中烟气中SO2的体积为的体积为:SO3体积为体积为:所以烟气中所以烟气中SO2 和和SO3的浓度分别为：的浓度分别为：SO2=(0.0109/13.10)106=8

37、3210-6SO3=(3.3610-4/13.10)106=25.610-6当当=1.2时，干烟气量为：时，干烟气量为：491.4-(47.5+0.0278) +10.47(1.2-1)=12.04m3/kg重油重油22.41000 CO2的体积为：的体积为：22.41000 所以干烟气中所以干烟气中CO2的含量以体积计为：的含量以体积计为：1.64812.040.50.9722.4/1000=0.0109m3/kg重油重油0.50.0322.4/1000=3.3610-4m3/kg重油重油73.58 =1.648m3/kg重油重油100=13.69%作业：某城市某日的大气污染物监测结果如下：

38、作业：某城市某日的大气污染物监测结果如下：PM10=0.08mg/m3，SO2=0.58mg/m3，NO2=0.45mg/m3，CO=4mg/m3，O3=0.15mg/m3。请预报该城市空气污染状况。请预报该城市空气污染状况。解：解：jkjkjkjkjkjkkkIIII,1,1,)(首先计算各污染指标首先计算各污染指标API分指数分指数PM10,1=0.050mg/m3,PM10,2=0.150mg/m3,IPM10,1=50,IPM10,2=100;SO2,2=0.150mg/m3,SO2,3=0.800mg/m3,ISO2,2=100,ISO2,3=200;NO2,3=0.280mg/m3

39、,NO2,4=0.565mg/m3,INO2,3=200,INO2,4=300;CO,0=0，CO,1=5mg/m3，ICO,0=0，ICO,1=50;O3,1=0.120mg/m3,O3,2=0.200mg/m3,IO3,1=50,IO3,2=100。查表查表1-6可知可知6550)50100(050. 0150. 0050. 008. 0)(1 ,101 ,102,101 ,102,101 ,101010PMPMPMPMPMPMPMPMIIII167100)100200(150. 0800. 0150. 058. 0)(2,22,23,22,23,22,222SOSOSOSOSOSOSOS

40、OIIII260200)200300(280. 0565. 0280. 045. 0)(3,23,24,23,24,23,222NONONONONONONONOIIII405054)(001010COCOCOCOCOCOCOCOIIII6950)50100(120. 0200. 0120. 015. 0)(1 ,31 ,32,31 ,32,31 ,333OOOOOOOOIIII该城市空气污染指数该城市空气污染指数API=260，NO2为该城市的首要污染物，为该城市的首要污染物，空气污染级别为空气污染级别为级，属于中度污染。级，属于中度污染。 例例2-5 已知某电厂烟气温度为已知某电厂烟气温度为

41、473K，压力为，压力为96.93kPa，湿烟，湿烟气量气量Q=10400m3/min，含水汽，含水汽6.25%(体积体积)，奥萨特仪分析结果是：，奥萨特仪分析结果是：CO2=10.7%, O2=8.2%, 不含不含CO。污染物排放的质量流量是。污染物排放的质量流量是22.7kg/min。 求：求：1）污染物排放的质量流量（以）污染物排放的质量流量（以t/d表示）；表示）； 2）污染物在烟气中的浓度；）污染物在烟气中的浓度； 3）燃烧时的空气过量系数）燃烧时的空气过量系数; 4）校正至空气过剩系数）校正至空气过剩系数=1.4=1.4时时污染物在烟气中的浓度。污染物在烟气中的浓度。 解：解：1）

42、污染物排放的质量流量：）污染物排放的质量流量： 22.7 24 =32.7t/dkgmin60minhhdt1000kg 2）干烟气量）干烟气量 污染物浓度污染物浓度Qd=10400(1-0.0625)=9750m3/min=22.7106/97502328.2mg/m3 修正为标准状态下的浓度：修正为标准状态下的浓度： 3）空气过剩系数：）空气过剩系数： 4）校正至空气过剩系数）校正至空气过剩系数= =1.4条件下的污染物浓度：条件下的污染物浓度： 根据近似推算校正根据近似推算校正3/0 .421727347393.96325.1012 .2328NNNNmmgTTpp)()(264. 0)

43、(1222pppONO621. 12 . 81 .81264. 02 . 81(N2p)=100-10.7-8.2=81.1折实实折3/7 .48824 . 1621. 10 .4217Nmmg第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成一一. 燃料中硫的氧化机理燃料中硫的氧化机理（一）燃料中硫的氧化（一）燃料中硫的氧化（1） 挥发出的有机硫遇到氧气时，全部氧化为挥发出的有机硫遇到氧气时，全部氧化为SO2和少量的和少量的SO3。（2）还原气氛下，挥发出的主要是）还原气氛下，挥发出的主要是H2S、COS和和CS2，燃烧过，燃烧过程中也会氧化为程中也会氧化为SO2。1. 有机硫有机硫

44、自学为主自学为主2. 无机硫无机硫（1）还原气氛、温度）还原气氛、温度苯苯炔炔双烯双烯单烯单烯烷烷芳香烃芳香烃炔烃炔烃烯烃烯烃烷烃烷烃（2）预混火焰中的碳生成顺序：）预混火焰中的碳生成顺序：萘萘苯苯醇醇烷烷烯烯醛醛炔炔4. 如何防止积炭产生如何防止积炭产生（1）尽量使用预混火焰）尽量使用预混火焰（2）碳氢化合物燃料与足量的氧混和）碳氢化合物燃料与足量的氧混和（3）降低燃烧炉的压力）降低燃烧炉的压力（4）在燃料油中加入镍或碱土金属盐）在燃料油中加入镍或碱土金属盐燃料和氧化剂在进入火焰区之前已经均匀混合的火焰称为燃料和氧化剂在进入火焰区之前已经均匀混合的火焰称为预混火焰预混火焰 燃料和氧化剂的混合

45、在燃烧过程中进行，即边混合边燃烧所产生的火焰称为燃料和氧化剂的混合在燃烧过程中进行，即边混合边燃烧所产生的火焰称为扩散火焰扩散火焰 （二）（二） 石油焦和煤胞的生成石油焦和煤胞的生成1. 燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，会导致液相裂化，接着发生高温分解，最后出现结焦。会导致液相裂化，接着发生高温分解，最后出现结焦。由此出现的碳粒叫由此出现的碳粒叫石油焦石油焦。2. 煤胞的产生煤胞的产生（1）多组分重残油燃料液滴燃烧的后期生成的难以燃烧的焦粒）多组分重残油燃料液滴燃烧的后期生成的难以燃烧的焦粒称为称为煤胞煤胞。外形为微小空心的球形粒子，粒径

46、。外形为微小空心的球形粒子，粒径10-300m。（2）生成反应顺序：）生成反应顺序：烷烃烷烃 烯烃烯烃 带支链芳香烃带支链芳香烃 凝聚环系凝聚环系 柏油柏油 沥青沥青 半圆体沥青半圆体沥青 沥青焦沥青焦 焦炭焦炭二二. 燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成固体燃料燃烧产生的颗粒物称为烟尘，包括固体燃料燃烧产生的颗粒物称为烟尘，包括黑烟黑烟和和飞灰飞灰。黑烟主要是未燃尽的炭粒，飞灰则主要。黑烟主要是未燃尽的炭粒，飞灰则主要是燃料所含的不可燃矿物质微粒。是燃料所含的不可燃矿物质微粒。（一）（一） 煤粉燃烧过程煤粉燃烧过程图图2-5 在表面燃烧碳层中，气体成分和温度的分布在表面燃烧碳层中，气体成分和温度的分

47、布0.5-0.01.02000质量百分比质量百分比/T/KTCOCO2O2CO2 + C 2CO（二）（二） 黑烟的产生黑烟的产生1. 若燃烧条件理想，煤可以完全燃烧，完全氧化为若燃烧条件理想，煤可以完全燃烧，完全氧化为CO2等气体，余下的为灰分。如果燃烧不理想，煤不但燃烧等气体，余下的为灰分。如果燃烧不理想，煤不但燃烧不好，且在高温下发生热解，易产生黑烟。不好，且在高温下发生热解，易产生黑烟。2. 当碳与氧的摩尔比接近当碳与氧的摩尔比接近1.0时，最易产生黑烟。时，最易产生黑烟。3. 影响黑烟产生的因素影响黑烟产生的因素（1）燃烧装置：手烧炉）燃烧装置：手烧炉下饲式加煤机下饲式加煤机链条炉链

48、条炉煤粉炉和沸腾煤粉炉和沸腾炉炉（2）煤的种类和质量：无烟煤）煤的种类和质量：无烟煤焦炭焦炭褐煤褐煤低挥发分烟煤低挥发分烟煤高挥高挥发分烟煤发分烟煤（3）灰分层：增加空气扩散阻力）灰分层：增加空气扩散阻力4. 减少黑烟的主要途径减少黑烟的主要途径（1） 改善燃料和空气的混合改善燃料和空气的混合（2） 保证足够高的燃烧温度保证足够高的燃烧温度（3） 保证碳粒在高温区必要的停留时间保证碳粒在高温区必要的停留时间（三）影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素（三）影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素1. 燃烧方式燃烧方式表表2-7 几种燃烧方式的烟尘占灰分比几种燃烧方式的烟尘占灰分比表表2-6 几种燃烧方式的烟

49、尘颗粒概况几种燃烧方式的烟尘颗粒概况2. 煤质（灰分和水分含量以及颗粒大小）煤质（灰分和水分含量以及颗粒大小）灰分越高，含水量越小，颗粒越细，则排尘浓度就越高灰分越高，含水量越小，颗粒越细，则排尘浓度就越高3. 锅炉引风类型锅炉引风类型自然引风锅炉的烟气流速较低，排尘浓度也较低自然引风锅炉的烟气流速较低，排尘浓度也较低4. 炉排和炉膛的热负荷炉排和炉膛的热负荷每平方米炉排面积上和每立方米炉膛容积内每小时燃料燃烧所释放出的热量每平方米炉排面积上和每立方米炉膛容积内每小时燃料燃烧所释放出的热量5. 锅炉运行负荷锅炉运行负荷锅炉每小时蒸发量与该锅炉额定蒸发量的百分比锅炉每小时蒸发量与该锅炉额定蒸发量

50、的百分比热负荷越大，飞灰含量越大热负荷越大，飞灰含量越大运行负荷越大，飞灰含量越大运行负荷越大，飞灰含量越大0405060708090 100 110 1200.51.01.52.02.53.03.54.04132负荷负荷/烟尘排放浓度烟尘排放浓度/g.m-3图图2-6 不同锅炉运行负荷的排尘浓度不同锅炉运行负荷的排尘浓度1，2，3. 往复炉；往复炉；4. 链条炉链条炉第六节第六节 燃烧过程中其他污染物的形成燃烧过程中其他污染物的形成一一. 有机污染物形成有机污染物形成（一）碳氢化合物的形成（一）碳氢化合物的形成未燃尽的碳氢化合物，是燃料燃烧不完全的结果未燃尽的碳氢化合物，是燃料燃烧不完全的结果1. 含有较大浓度烯烃和芳香烃的燃料，燃烧尾气含有含有较大浓度烯烃和芳香烃的燃料，燃烧尾气含有较高浓度的碳氢化合物和较高浓度的碳氢化合物和POM。活泼的碳氢化合物、多核有机化合物活泼的碳氢化合物、多核有机化合物(POM)3. 存在于燃烧尾气中大部分碳氢组分是在低温条件存在于燃烧尾气中大部分碳氢组分是在低温条件（T1000K）下形成的。）下形成的。2. 燃料中含有较大浓度