第二章 燃烧与大气污染

1、1第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染 Chp.2 Combustion and Air Pollution在工业革命之前在工业革命之前木材木材充当了人类的主要能源；充当了人类的主要能源；20世纪初，世纪初，煤炭煤炭取代了木材而成为主要的燃料；取代了木材而成为主要的燃料；95%石油石油的发现及大规模开采极大的改变了能源结构，以的发现及大规模开采极大的改变了能源结构，以至于整个运输业都依赖于石油；至于整个运输业都依赖于石油；20世纪世纪60年代初石油年代初石油(气气)的产量与消费量超过煤炭，世界能源进入的产量与消费量超过煤炭，世界能源进入“石油石油时代时代” 天然气天然气-相对清洁能源。相

2、对清洁能源。可以认为可以认为大气污染大气污染主要是主要是燃料燃烧燃料燃烧造成的造成的2Beyond PetroleumBritish Petroleumhttp:/ 燃料的性质燃料的性质2-2 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2-3 烟气体积及污染物排放量的计算烟气体积及污染物排放量的计算2-4 燃烧过程中污染物的形成及控制燃烧过程中污染物的形成及控制第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染 Chp.2 Combustion and Air Pollution62 21 1燃料的性质燃料的性质燃料：燃烧过程中释放热量且经济上可行的燃料：燃烧过程中释放热量且经济上可行的物质。煤物质。煤Coal、石油、

3、石油oil、天然气、天然气NG统称为统称为常规燃料常规燃料，还有一些，还有一些非常规燃料非常规燃料。燃料的性质燃料的性质影响燃烧设备设计和各种操作条影响燃烧设备设计和各种操作条件，也件，也影响大气污染物的形成影响大气污染物的形成。7一、一、煤煤1. 煤的分类煤的分类-不同种类的植物及不同的不同种类的植物及不同的腐蚀程度，形成不同成分的煤。腐蚀程度，形成不同成分的煤。煤是一种不均匀的有机燃料，煤的可燃组分主要是煤是一种不均匀的有机燃料，煤的可燃组分主要是由由C、H及少量的及少量的O、N、S一起构成的一起构成的有机聚合物有机聚合物。8种类种类主要性质主要性质褐煤褐煤形成年代最短，呈黑色、褐色或泥土

4、色，结构类形成年代最短，呈黑色、褐色或泥土色，结构类似木材，挥发分较高，析出温度较低，干燥后无似木材，挥发分较高，析出温度较低，干燥后无灰的褐煤中碳的含量为灰的褐煤中碳的含量为60%-75%，氧含量为，氧含量为20%-25%，褐煤的，褐煤的水分和灰分水分和灰分含量都较高，燃含量都较高，燃烧烧热值较低热值较低，不能用于制焦碳，易于破裂。，不能用于制焦碳，易于破裂。烟煤烟煤形成历史较褐煤更长，呈黑色，外形有可见条纹，形成历史较褐煤更长，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%。烟煤的成焦性较强，且含氧量低，水分和灰分含烟煤的成焦性较强，且含氧量

5、低，水分和灰分含量一般不高，适于量一般不高，适于工业上的一般应用工业上的一般应用。无烟煤无烟煤煤化时间最长，具有明亮的黑色光泽，机械强度煤化时间最长，具有明亮的黑色光泽，机械强度高。高。碳的含量一般高于碳的含量一般高于93%，无机物含量一般低，无机物含量一般低于于10%，着火困难，储存时不稳定，不易自燃，着火困难，储存时不稳定，不易自燃，成焦性极差。成焦性极差。92. 煤的工业分析煤的工业分析(1)水分水分u一定重量一定重量13mm的煤样，在干燥箱内的煤样，在干燥箱内318323K温度下干燥温度下干燥8h，取出冷却，称重，取出冷却，称重外部水分外部水分u将失去外部水分的煤样保持在将失去外部水分

6、的煤样保持在375380K下，约下，约2h后，称重后，称重内部水分内部水分u水分降低煤热值，影响燃烧稳定水分降低煤热值，影响燃烧稳定，一般控制在，一般控制在10%13%左右左右测定煤中测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳水分、灰分、挥发分和固定碳，及，及估测估测硫含量和热值硫含量和热值，这是评价工业用煤的主，这是评价工业用煤的主要指标要指标10(2)挥发分：挥发分：主要由主要由H2、HC、CO及少量及少量H2S等组成等组成u挥发分越高，越容易燃着，但挥发分含量过高，挥发分越高，越容易燃着，但挥发分含量过高，易造成不完全燃烧，形成黑烟易造成不完全燃烧，形成黑烟u失去水分的试样密封在坩埚内，放在失去

7、水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中加热的马弗炉中加热7min，放入干燥箱中冷却至，放入干燥箱中冷却至常温再称重常温再称重(3)固定碳：固定碳：失去水分和挥发分后的剩余部分失去水分和挥发分后的剩余部分(焦炭焦炭)放在放在80020的环境中灼烧的环境中灼烧到恒重，取到恒重，取出冷却。出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳焦炭所失去的重量为固定碳。11(4)灰分：灰分：从煤中扣除水分、固定碳以及挥发从煤中扣除水分、固定碳以及挥发分后剩余的部为灰分分后剩余的部为灰分,由不可燃的矿物组分由不可燃的矿物组分构成，如构成，如Si, Al, Fe, Ca等。其含量和组成因等。其含量和组成因煤种及粗加工

8、的不同而异，我国煤炭的平煤种及粗加工的不同而异，我国煤炭的平均灰分约为均灰分约为25%。灰分降低煤的热值，增灰分降低煤的热值，增加烟尘污染及出渣量。加烟尘污染及出渣量。高灰分、低熔点的高灰分、低熔点的煤极易结渣，使煤不能充分燃烧，从而影煤极易结渣，使煤不能充分燃烧，从而影响热效率。响热效率。12(5)S含量含量(0.5-3%) 、热值、热值单位量单位量燃料完全燃烧燃料完全燃烧产生的热量产生的热量。即反应。即反应物开始状态和反应物终了状态相同情况下物开始状态和反应物终了状态相同情况下(298K，101325Pa)的热量变化值，称为燃的热量变化值，称为燃料的发热量料的发热量/kJ/kg(固体固体)

9、 、 KJ/m3(气体气体)高位高位发热量发热量：包括包括燃料燃烧生成物中水蒸燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽的汽化潜热汽化潜热，Qh低位低位发热量发热量：燃料燃烧生成物中水蒸汽仍：燃料燃烧生成物中水蒸汽仍以气态存在时，完全燃烧释放的热量，以气态存在时，完全燃烧释放的热量，Ql133. 煤的煤的元素分析元素分析-用化学方法测定去掉外部用化学方法测定去掉外部水分的煤中主要组分水分的煤中主要组分C、H、N、S和和O等的含量。等的含量。vC和和H:燃烧后分析尾气中燃烧后分析尾气中CO2和和H2O的生成量的生成量测定。测定。vN:是在催化剂作用下使煤中氮转变为是在催化剂作用下使煤中氮转变为氨氨，继，继而用碱

10、吸收，酸滴定。而用碱吸收，酸滴定。vS的含量的含量:将样品放在氧化镁和无水碳酸钠的将样品放在氧化镁和无水碳酸钠的混合物上加热，使硫化物转变为混合物上加热，使硫化物转变为硫酸盐硫酸盐，再，再以重量法测定硫酸钡沉淀而决定的。以重量法测定硫酸钡沉淀而决定的。144. 煤中硫的形态煤中硫的形态黄铁矿黄铁矿可通过磁选脱硫，也可可通过磁选脱硫，也可根据重力差异重力分选根据重力差异重力分选有机硫：有机硫：需化学脱硫。需化学脱硫。低硫煤低硫煤中以中以有机硫有机硫为主，为主，高硫煤中以无机硫高硫煤中以无机硫为主。为主。一般含硫量在一般含硫量在0.110%。S%3.0%-高硫煤。高硫煤。我国我国1/3的煤含硫量的

11、煤含硫量2%，即，即使是陕西神木的出口优使是陕西神木的出口优质煤仍含质煤仍含0.280.45%的硫，南的硫，南方某些煤方某些煤S%高达高达10%。15ASsSoSpMfMinhCHON收到基收到基 ar空气干燥基空气干燥基 ad干燥基干燥基 d干燥无灰基干燥无灰基 daf干燥无矿物基干燥无矿物基 dmmf灰分灰分可燃质可燃质矿物质矿物质有机质有机质全全 硫，硫， St16二、石油二、石油多种化合物的混合物，主要有多种化合物的混合物，主要有链烷烃、环烷烃和链烷烃、环烷烃和芳香烃芳香烃等。主要含有等。主要含有C、H，及少量，及少量S、N、O，可，可能受到能受到氯、砷、铅氯、砷、铅的污染。的污染。处

12、于经济和安全的考虑，一般将原油经过蒸馏、裂处于经济和安全的考虑，一般将原油经过蒸馏、裂化等过程，生产出汽油、溶剂化学产品和燃料油。化等过程，生产出汽油、溶剂化学产品和燃料油。原油中的原油中的S约有约有80-90%留于重馏分中。硫以复杂留于重馏分中。硫以复杂的环状结构存在，不能用物理方法分离，的环状结构存在，不能用物理方法分离，化学脱硫化学脱硫费用很高费用很高。三、天然气三、天然气:85%CH4，10%C2H6，3%C3H8，还可，还可能有含碳量更高的能有含碳量更高的HC，也含有，也含有H2O、CO2、N2、H2S。17四、非常规燃料四、非常规燃料-除了煤、石油和天然气等常规燃除了煤、石油和天然

13、气等常规燃料外，所有可燃性物质都包括在非常规燃料之列。料外，所有可燃性物质都包括在非常规燃料之列。 城市固废城市固废商业和工业固废商业和工业固废农产物和农村废物农产物和农村废物水生植物和水生废物水生植物和水生废物污泥处理厂废物污泥处理厂废物可燃性工业和采矿废物可燃性工业和采矿废物天然存在的含碳和含碳氢的资源天然存在的含碳和含碳氢的资源合成燃料合成燃料18四、非常规燃料四、非常规燃料能够在某些领域代替日益减少的化石燃料能够在某些领域代替日益减少的化石燃料的供应，同时也是处理废物的有效方式。的供应，同时也是处理废物的有效方式。-经济效益和环境效益经济效益和环境效益非常规燃料比常规燃料燃烧非常规燃料

14、比常规燃料燃烧污染严重污染严重非常规燃料常需要一些非常规燃料常需要一些专门的制备技术专门的制备技术，如纯化，或者化学变化如纯化，或者化学变化192-1燃料的性质燃料的性质2-2 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2-3 烟气体积及污染物排放量的计算烟气体积及污染物排放量的计算2-4 燃烧过程中污染物的形成及控制燃烧过程中污染物的形成及控制第二章第二章 燃料与大气污染燃料与大气污染2022燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程燃烧燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴随是可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量的释放，同时使燃料组成元素转化为着能量的释放，同时使燃料组成元素转化为相应的氧化物。相应的氧化物。多数化石燃料

15、多数化石燃料完全燃烧完全燃烧的产物是的产物是CO2和和H2O。不完全燃烧过程不完全燃烧过程将会产生黑烟、将会产生黑烟、CO等。等。如果燃料中含有如果燃料中含有N和和S还会生成还会生成SO2和和NO，以，以污染物的形式排入大气。污染物的形式排入大气。21一、固体燃料的燃烧一、固体燃料的燃烧以煤为例以煤为例三阶段三阶段-挥发分挥发分燃烧阶段、燃烧阶段、焦炭焦炭燃烧阶段和燃烧阶段和燃尽燃尽阶段阶段M在燃烧过程中随着温度的上升煤粉中的在燃烧过程中随着温度的上升煤粉中的各种挥发分各种挥发分(H2、CO、HC、H2S)逐渐释放出来逐渐释放出来，同时被氧化，挥发分完，同时被氧化，挥发分完全释放后剩余焦炭。全

16、释放后剩余焦炭。M焦炭燃烧得好坏，焦炭燃烧得好坏，直接决定着热损失直接决定着热损失。因此焦炭燃烧阶。因此焦炭燃烧阶段应采取措施以保证焦炭的完全燃烧。段应采取措施以保证焦炭的完全燃烧。M随着焦炭的继续燃烧，随着焦炭的继续燃烧，灰渣最终因高温而变软或熔化灰渣最终因高温而变软或熔化，将焦炭紧裹，使之不能很好地与空气接触，造成固体不将焦炭紧裹，使之不能很好地与空气接触，造成固体不完全燃烧，增大热损失。完全燃烧，增大热损失。2223二、影响燃烧过程的因素二、影响燃烧过程的因素1. 燃料种类和性质燃料种类和性质z水分水分在燃烧过程中蒸发，吸收热量，降低燃料在燃烧过程中蒸发，吸收热量，降低燃料发热量。因此水

17、分多导致炉内温度降低、着火发热量。因此水分多导致炉内温度降低、着火困难，影响燃烧速度，不易达到完全燃烧。水困难，影响燃烧速度，不易达到完全燃烧。水分还增加烟气体积，从而增加烟气从锅炉中带分还增加烟气体积，从而增加烟气从锅炉中带走的热量，降低热效率走的热量，降低热效率z灰分灰分不仅增加了燃料的重量，使开采、运输和不仅增加了燃料的重量，使开采、运输和煤粉制备费用增加，且在炉内熔化时还会黏附煤粉制备费用增加，且在炉内熔化时还会黏附在炉壁和炉箅上，引起结渣在炉壁和炉箅上，引起结渣24二、影响燃烧过程的因素二、影响燃烧过程的因素1. 燃料种类和性质燃料种类和性质z碳碳的含量越多，则燃料的的含量越多，则燃

18、料的发热量发热量越大，炉内的越大，炉内的温度越高，有利于燃料的加热、干燥以及析出温度越高，有利于燃料的加热、干燥以及析出挥发物，从而也就有利于燃料的燃烧，使燃烧挥发物，从而也就有利于燃料的燃烧，使燃烧过程稳定。过程稳定。z燃料燃料黏结性黏结性(影响飞灰的生成影响飞灰的生成)、热稳定性热稳定性也影也影响燃烧过程响燃烧过程252. 空气条件空气条件Excess air空气不足，燃烧就不完全；空气量过大，降低炉空气不足，燃烧就不完全；空气量过大，降低炉温，增加锅炉的排烟损失温，增加锅炉的排烟损失3. 温度条件温度条件Temperature燃料只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。燃料只有达到着火温度

19、，才能与氧化合而燃烧。当温度高于着火温度时，放热速率高于散热速率，当温度高于着火温度时，放热速率高于散热速率，燃烧过程才能继续燃烧过程才能继续4. 时间条件时间条件Time燃料在高温区的停留时间应超过燃烧所需时间燃料在高温区的停留时间应超过燃烧所需时间5. 燃料与空气的混合条件燃料与空气的混合条件Turbulance混合程度取决于空气的湍流度混合程度取决于空气的湍流度燃烧燃烧“三三T-E”条件条件26三、燃料燃烧的理论空气量三、燃料燃烧的理论空气量1. 理论空气理论空气单位量燃料按照燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空单位量燃料按照燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量，气量称为理论空

20、气量，它是由它是由燃料的组成燃料的组成决定的，根决定的，根据据燃烧方程式燃烧方程式计算。建立燃烧方程式时，通常假定：计算。建立燃烧方程式时，通常假定：0aV空气仅由空气仅由O2、N2组成，体积比组成，体积比79.1：20.93.78；燃料中固定态燃料中固定态O可以用于燃烧；可以用于燃烧；燃料中的燃料中的S主要被氧化成主要被氧化成SO2；热力型热力型NOX的生产量很小，燃料含的生产量很小，燃料含N量忽略；量忽略；27完全燃烧的化学反应方程式：完全燃烧的化学反应方程式：Q QN N2 2w wz z4 4y yx x3 3. .7 78 8z zS SO OO OH H2 2y yx xC CO

21、ON N2 2w wz z4 4y yx x3 3. .7 78 8O O2 2w wz z4 4y yx x2 22 22 22 22 22 2 wzyxOSHC / /k kg gmm1 16 6w w3 32 2z z1 1. .0 00 08 8y y1 12 2x x/ /2 2w wz z4 4y yx x1 10 07 7. .1 11 16 6w w3 32 2z z1 1. .0 00 08 8y y1 12 2x x/ /2 2w wz z4 4y yx x4 4. .7 78 82 22 2. .4 4V V3 30 0a a 理论空气量理论空气量28例例1：某燃烧装置采

22、用重油作燃料，重油成分分析结某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下果如下(按质量按质量)C:88.3%,H:9.5%,S:1.6%,水分水分:0.05%，灰分灰分:0.10%。试确定燃烧试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。重油所需的理论空气量。解：以解：以1kg重油燃烧为基础，理论需氧量为：重油燃烧为基础，理论需氧量为：73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油重油理论空气量为：理论空气量为： 97.83*(3.78+1)=467.63mol/kg重油重油即即467.63*22.4/1000=10.47m3N/kg重油重油重量重量(g) 摩尔数摩尔数(mol)理论需

23、氧量理论需氧量(mol)C88373.5873.58H959523.75S160.50.5H2O0.50.0278029种类种类理论空气量理论空气量煤炭煤炭褐煤褐煤3.66.0m3/kg无烟煤无烟煤7.58.5m3/kg烟煤烟煤910m3/kg液体燃料液体燃料 燃料油燃料油10-11m3/kg煤气煤气煤炉煤炉4.55.5 m3/m3液化气液化气2.97 m3/m3高炉高炉0.7 m3/m3天然气天然气干干8.849.01 m3/m3湿湿11.412.1 m3/m3302. 空气过剩系数空气过剩系数实际的燃烧设备中，实际的燃烧设备中，“三三T”条件不可能达到理想程条件不可能达到理想程度，所以为了

24、实现燃料完全燃烧，必须提供过量的度，所以为了实现燃料完全燃烧，必须提供过量的空气，空气，一般把超过理论空气量多供给的空气量称作一般把超过理论空气量多供给的空气量称作过剩空气量过剩空气量，实际空气量实际空气量Va与理论空气量与理论空气量Va0之比之比定义为空气过剩系数定义为空气过剩系数：3. 空燃比空燃比定义为定义为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，可以，可以由燃烧方程式直接求到。由燃烧方程式直接求到。Va/ Va031四、燃烧设备的热损失四、燃烧设备的热损失1. 排烟热损失：排烟热损失：排烟带走一部分热量，一排烟带走一部分热量，一般约为般约为612%。影响因素：

25、影响因素：排烟温度和排烟温度和排烟体积排烟体积。锅炉尾部设置省煤器和空气。锅炉尾部设置省煤器和空气预热器。工业锅炉的排烟温度选取预热器。工业锅炉的排烟温度选取433-473K，大、中型锅炉的排烟温度选取，大、中型锅炉的排烟温度选取383-453K32四、燃烧设备的热损失四、燃烧设备的热损失2. 不完全燃烧热损失：不完全燃烧热损失：化学不完全燃烧热损失：化学不完全燃烧热损失：由于烟气中含有由于烟气中含有残余的可燃气体造成的，主要是残余的可燃气体造成的，主要是CO及少及少量量H2、CH4等。较小等。较小机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损失：由于灰中含有未：由于灰中含有未燃烧的碳造成的。较大，煤

26、粉炉约为燃烧的碳造成的。较大，煤粉炉约为1-5%；液体、气体炉可为零。；液体、气体炉可为零。33四、燃烧设备的热损失四、燃烧设备的热损失3. 散热损失：散热损失：由于锅炉炉墙、汽水管道等部由于锅炉炉墙、汽水管道等部分温度高于周围空气温度，因而有部分热分温度高于周围空气温度，因而有部分热量散失到空气中造成的损失。取决于锅炉量散失到空气中造成的损失。取决于锅炉外表面积的大小、绝热层质量的优劣外表面积的大小、绝热层质量的优劣342-1燃料的性质燃料的性质2-2 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2-3 烟气体积及污染物排放量的计算烟气体积及污染物排放量的计算2-4 燃烧过程中污染物的形成及控制燃烧过程中污染物

27、的形成及控制第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染 Chp.2 Combustion and Air Pollution3523烟气体积及污染物排放量的计算烟气体积及污染物排放量的计算一、烟气体积计算一、烟气体积计算1. 理论烟气体积理论烟气体积Vfg0在理论空气量下，燃料完全燃烧所产生的烟气体积在理论空气量下，燃料完全燃烧所产生的烟气体积烟气主要成分是烟气主要成分是CO2、SO2、N2和水蒸气。和水蒸气。通常把烟气中除水蒸气以外的部分称作通常把烟气中除水蒸气以外的部分称作干烟气干烟气，包括水蒸气在内的烟气称作包括水蒸气在内的烟气称作湿烟气湿烟气。pVfg0=V干烟气干烟气+V水蒸气水蒸气

28、pV水蒸气水蒸气=V燃料中燃料中H燃烧燃烧后的水蒸气后的水蒸气+V燃料中所燃料中所含含水分水分+V理论理论空气空气量带入水分量带入水分36Vfg0湿烟气湿烟气CO2V干烟气干烟气SO2N2VH2O燃料中燃料中H燃烧生成燃烧生成H2O燃料中燃料中H2OVa0带入的带入的H2O烟气组成烟气组成372. 烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正燃烧装置产生的烟气的燃烧装置产生的烟气的T和和P总是高于总是高于标态标态(273K、1atm)，在计算中需，在计算中需换算成换算成标态标态。大多数烟气可以视为。大多数烟气可以视为理想气体理想气体，所以可应用理想气体状态方程。所以可应用理想气体状态方程。设观测状

29、态下设观测状态下(温度温度Ts、压力、压力Ps)的烟的烟气体积为气体积为Vs、密度为、密度为s，在标态下，在标态下(Tn、Pn)的烟气体积为的烟气体积为Vn、密度为、密度为n。382. 烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正snnssnTTPPVVnssnsnTTPP标准状态下的烟气体积：标准状态下的烟气体积：标准状态下烟气的密度：标准状态下烟气的密度：393. 过剩空气系数校正过剩空气系数校正实际实际过程中是有过程中是有过剩空气过剩空气的，所以燃烧过的，所以燃烧过程中的实际程中的实际烟气体积烟气体积应该是应该是理论烟气体积理论烟气体积与与过剩空气量过剩空气量之和。之和。Vfg=Vfg0+V

30、过剩空气过剩空气用奥氏烟气分析仪测定干烟气中用奥氏烟气分析仪测定干烟气中CO2、O2、CO的含量，可以确定燃烧设备运行时的烟气的含量，可以确定燃烧设备运行时的烟气成分和空气过剩系数。成分和空气过剩系数。40以碳在空气中燃烧为例：以碳在空气中燃烧为例：C+O2+3.78N2CO2+3.78N2aNONOa178. 3)78. 3)(1 (12222理论过剩理论过剩理论理论空气量实际空气量烟气中仅含有烟气中仅含有CO2和和N2，若空气过剩，则燃，若空气过剩，则燃烧方程式变为烧方程式变为C+(1+a)O2+3.78 (1+a) N2 CO2+aO2+3.78(1+a)N2a是氧气的过剩摩尔数，根据定

31、义是氧气的过剩摩尔数，根据定义41若燃烧是完全的，过剩空气中的氧气仅能以若燃烧是完全的，过剩空气中的氧气仅能以O2的形的形式存在，假如燃烧式存在，假如燃烧产物以下标产物以下标p表示表示:其中其中O2P=aO2，表示过剩氧量，表示过剩氧量，N2P为实际空气量中所含的总氮量，为实际空气量中所含的总氮量，则则实际空气中所含的总氧量实际空气中所含的总氧量为为:PPNN22264.01 .799 .20PPPONOa222264.01理论需氧量为理论需氧量为0.264N2P-O2P，因此空气过剩系数：，因此空气过剩系数：42假如燃烧过程中产生假如燃烧过程中产生CO，空气过剩系数必须，空气过剩系数必须加以

32、校正，即从测得的过剩氧中减掉氧化加以校正，即从测得的过剩氧中减掉氧化CO为为CO2需要的氧。因此：需要的氧。因此：PPPPPCOONCOOa5.0264.05.01222式中各组分均为奥萨特仪所测得的各组分式中各组分均为奥萨特仪所测得的各组分CO2、CO、O2、N2的百分数。的百分数。43二、污染物排放量的计算二、污染物排放量的计算z根据燃料组成和燃烧状况，可根据燃料组成和燃烧状况，可预测预测烟烟气量和污染物浓度气量和污染物浓度z根据污染物浓度根据污染物浓度C及实际排烟量及实际排烟量Q，可可计算计算污染物排放量污染物排放量44例例1：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结某燃烧装置采用重油作

33、燃料，重油成分分析结果如下果如下(按质量按质量)C:88.3%,H:9.5%,S:1.6%,水分水分:0.05%，灰分灰分:0.10%。试确定燃烧试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。重油所需的理论空气量。解：以解：以1kg重油燃烧为基础，则理论需氧量为：重油燃烧为基础，则理论需氧量为：73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油重油理论空气量为：理论空气量为： 97.83*(3.78+1)=467.63mol/kg重油重油即即467.63*22.4/1000=10.47m3N/kg重油重油重量重量(g)摩尔数摩尔数(mol)理论需氧量理论需氧量(mol)C88373.5873

34、.58H959523.75S160.50.5H2O0.50.0278045例例2：对例对例1给定的重油，若燃料中硫会转化为给定的重油，若燃料中硫会转化为SOX(其其中中SO2占占97%)，试计算空气过剩系数，试计算空气过剩系数=1.20时烟气中时烟气中SO2及及SO3的浓度，以的浓度，以ppm表示，并计算此时干烟气中表示，并计算此时干烟气中CO2的含量，以体积百分比表示。的含量，以体积百分比表示。解：由例解：由例1可知，理论空气量条件下烟气组成可知，理论空气量条件下烟气组成(mol)为：为：CO2：73.58 H2O：47.5+0.0278SOX：0.5 N2： 97.833.78理论烟气量：

35、理论烟气量：即即 491.40*22.4/1000=11.01m3N/kg重油重油73.58+0.5+(47.5+0.0278)+(97.833.78)= 491.40mol/kg重油重油46重油KgmN/10.13) 12 . 1 (47.1001.113KgmN/0109. 010004 .2297. 05 . 03KgmN/1036. 310004 .2203. 05 . 034ppmCSO06.8321010.130109. 062 1kg燃料燃烧生成的烟气中燃料燃烧生成的烟气中SO2的体积为的体积为 1kg燃料燃烧生成的烟气中燃料燃烧生成的烟气中SO3的体积为的体积为所以，烟气中所以

36、，烟气中SO2、SO3的浓度分别为：的浓度分别为：ppmCSO65.251010.131036. 3643空气过剩系数空气过剩系数=1.2时，实际烟气量为时，实际烟气量为47当当=1.2时，干烟气量为：时，干烟气量为：KgmN/04.122 . 047.1010004 .22)0278. 05 .47(4 .4913重油KgmN/648. 110004 .2258.733%69.1310004.12648. 1 1kg燃料燃烧生成的燃料燃烧生成的CO2 的体积为的体积为：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： 48例例3：已知某电厂烟气温度为已知某电厂烟气温度为47

37、3K，压力为，压力为96.93Kpa,湿烟气流量湿烟气流量Q=10400m3/min,含水含水汽汽6.25%(体积体积)，奥萨特仪烟气分析结果：，奥萨特仪烟气分析结果：CO2占占10.7%，O2占占8.2%，不含，不含CO，污染，污染物排放的质量流量为物排放的质量流量为22.7kg/min。(1)污染物排放的质量速率污染物排放的质量速率(以以t/d表示表示)(2)污染物在干烟气中浓度污染物在干烟气中浓度(3)烟气中空气过剩系数烟气中空气过剩系数49d/ t.KgtdhhminminKg.73210002460722解：解：(1)污染物排放的质量流量为：污染物排放的质量流量为：(2)测定条件下的

38、测定条件下的干烟气量干烟气量为：为：36mg/m2328.210975022.7Cmin/m).(Qd3975006250110400测定状态下干烟气中污染物的浓度：测定状态下干烟气中污染物的浓度：50 NmmgTTPPCCNNN30421727347393963310122328/.621. 12 . 81 .81264. 02 . 81264. 01222PPPONQ(3)空气过剩系数：空气过剩系数：标态下的浓度：标态下的浓度：C1/V，V1/P ，VT ，CP，C1/T51作业作业1已知重油元素分析结果如下：已知重油元素分析结果如下：C:85.5% ,H:11.3% ,O:2.0%,N:

39、0.2% ,S:1.0%，H2O:2.25%，试计算：，试计算：1)燃油燃油1kg 所需理论空气量和产生的理论烟所需理论空气量和产生的理论烟气量；气量；2)干烟气中干烟气中SO2 的浓度和的浓度和CO2 的的最大最大浓度；浓度；3)当空气的过剩量为当空气的过剩量为10%时，所需空气量及时，所需空气量及产生的烟气量。产生的烟气量。52作业作业2 煤的元素分析如下：煤的元素分析如下：C65.7%；灰分；灰分18.1%；S1.7%； H3.2%；水分；水分9.0%；O2.3%。1)计算燃煤计算燃煤1kg 所需理论空气量和所需理论空气量和SO2 的体的体积浓度；积浓度；2)假定烟尘的假定烟尘的排放因子

40、为排放因子为80%，计算烟气中，计算烟气中灰分的浓度灰分的浓度 (mg/m3 )；3)假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。石假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。石灰石中含灰石中含Ca35%当当Ca/S 为为1.7(摩尔比摩尔比)时，计时，计算燃煤算燃煤1t 需加石灰石的量。需加石灰石的量。53作业作业3干烟气的组成为：干烟气的组成为：CO2=11%，O2=8%，CO=2%，SO2=12010-6，颗粒物，颗粒物30.0g/m3 (测定状态测定状态)，烟气流量在，烟气流量在700mmHg 和和443K 条件下为条件下为5663.37m3/min，水汽含量，水汽含量8%(体积体积)。试计算：试计算：1

41、)过量空气百分比；过量空气百分比；2)SO2 的排放浓度的排放浓度(mg/m3 )；3)标态下标态下(1atm 和和273K)，干烟气的排放量；，干烟气的排放量；4)在标准状态下颗粒物的浓度。在标准状态下颗粒物的浓度。542-1燃料的性质燃料的性质2-2 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2-3 烟气体积及污染物排放量的计算烟气体积及污染物排放量的计算2-4 燃烧过程中污染物的形成及控制燃烧过程中污染物的形成及控制第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染 Chp.2 Combustion and Air Pollution55燃料燃烧产生燃料燃烧产生的大气污染物的大气污染物黑烟黑烟(炭黑炭黑) 粉尘粉

42、尘氮氧化物氮氧化物一氧化碳一氧化碳碳氢化合物碳氢化合物铅化合物铅化合物二氧化硫二氧化硫燃料不完全燃烧燃料不完全燃烧含铅汽油含铅汽油灰分灰分燃料硫燃料硫空气氮和燃料氮空气氮和燃料氮来自燃烧过程的主要大气污染物来自燃烧过程的主要大气污染物56电厂非正常工况排放57秸秆燃烧5824燃烧过程中污染物的形成与控制燃烧过程中污染物的形成与控制一、烟尘的生成与控制一、烟尘的生成与控制1. 烟尘的生成烟尘的生成z煤粉燃烧过程产生的颗粒物称为烟尘，它包括煤粉燃烧过程产生的颗粒物称为烟尘，它包括黑黑烟和飞灰烟和飞灰两部分。两部分。z黑烟黑烟主要是主要是未燃尽的碳粒未燃尽的碳粒，飞灰飞灰则主要是燃料所则主要是燃料所

43、含含不可燃矿物质不可燃矿物质。z若若燃烧不够理想燃烧不够理想，则煤在高温下发生热解作用，则煤在高温下发生热解作用，极易形成多环化合物，即形成黑烟，黑烟中含有极易形成多环化合物，即形成黑烟，黑烟中含有芘、蒽、苯并芘等有害物质。芘、蒽、苯并芘等有害物质。燃烧过程中产生的大气污染物主要是烟尘、燃烧过程中产生的大气污染物主要是烟尘、SOX、NOX和和CO等。等。592. 影响烟尘生成量的因素影响烟尘生成量的因素（了解）（了解） （1） 燃料种类的影响燃料种类的影响 a. 气体燃料：气体燃料：t氢气、甲醇、乙醇燃烧时不产生烟尘；氢气、甲醇、乙醇燃烧时不产生烟尘；t烯烃比烷烃易产生黑烟；烯烃比烷烃易产生黑

44、烟；t乙炔、芳香族、链状碳氢化合物易产生黑烟；乙炔、芳香族、链状碳氢化合物易产生黑烟；t 碳氢比越高，产生黑烟愈多；碳氢比越高，产生黑烟愈多；t 碳原子数愈多，愈容易产生碳黑。碳原子数愈多，愈容易产生碳黑。 b. 液体燃料：液体燃料： 与残留碳含量有关，油质愈重，残留碳越多，烟与残留碳含量有关，油质愈重，残留碳越多，烟尘越多。尘越多。60C.固体燃料与煤的种类和质量固体燃料与煤的种类和质量(灰分、挥发份灰分、挥发份)有关有关易于燃烧又不易出现黑烟的燃料顺序为：易于燃烧又不易出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤、焦炭、褐煤、烟煤无烟煤、焦炭、褐煤、烟煤飞灰中含有飞灰中含有Hg、As、Se、Pb、Cu、Z

45、n、Cl、Br、S，属污染元素，这些污染物在飞灰中富集了数百，属污染元素，这些污染物在飞灰中富集了数百至数千倍。至数千倍。Hg、Se、Pb、Cu、Zn属重金属元素，在原煤中属重金属元素，在原煤中均属痕量元素。均属痕量元素。61（2） 燃料粒度的影响燃料粒度的影响（3） 氧气浓度和空气过剩系数的影响氧气浓度和空气过剩系数的影响l重油燃烧时，油滴的直径越大，残留性烟尘重油燃烧时，油滴的直径越大，残留性烟尘浓度急剧增大。浓度急剧增大。l固体燃料粒度越大，燃烧可能越不充分，可固体燃料粒度越大，燃烧可能越不充分，可能使黑烟增多。能使黑烟增多。62（4） 燃烧方式及其它因素的影响燃烧方式及其它因素的影响

46、a. 对气体燃料燃烧而言，预混燃烧生成烟尘量少，对气体燃料燃烧而言，预混燃烧生成烟尘量少，但扩散燃烧易于控制。故大多采用扩散燃烧。但扩散燃烧易于控制。故大多采用扩散燃烧。 b.对固体燃料而言，对固体燃料而言，燃烧炉型燃烧炉型、燃烧温度及煤质、燃烧温度及煤质情况均有影响情况均有影响632. 烟尘的控制烟尘的控制|首先应考虑烟尘成机理，首先应考虑烟尘成机理，尽可能在燃烧过程中减尽可能在燃烧过程中减少烟尘的生成少烟尘的生成。|黑烟是不完全燃烧的产物，故可通过改善燃烧条黑烟是不完全燃烧的产物，故可通过改善燃烧条件减少排放量。控制燃烧过程中产生烟尘的最重件减少排放量。控制燃烧过程中产生烟尘的最重要措施可

47、分为三类：要措施可分为三类：|改善燃料与空气的混合；改善燃料与空气的混合；|维持足够高的燃烧温度与足够长的燃烧时间；维持足够高的燃烧温度与足够长的燃烧时间；|加入抑制积炭生成的添加剂。加入抑制积炭生成的添加剂。64|煤质，特别是煤的煤质，特别是煤的灰分和水分、颗粒大小灰分和水分、颗粒大小对含对含尘浓度影响较大。尘浓度影响较大。灰分越高，水分越少，烟气含尘浓度就越高。灰分越高，水分越少，烟气含尘浓度就越高。因此，通过洗选，降低煤的灰分含量，保持适因此，通过洗选，降低煤的灰分含量，保持适当的水分和粒度，可以降低排烟含尘浓度。当的水分和粒度，可以降低排烟含尘浓度。|已经生成的烟尘通过已经生成的烟尘通

48、过除尘设备除尘设备减少排放量减少排放量65二、硫氧化物的形成与控制二、硫氧化物的形成与控制燃料中的氧化机理燃料中的氧化机理煤中的煤中的有机硫有机硫(700-800K)SO2,SO3(有氧条件有氧条件)H2S,COS (缺氧条件缺氧条件)煤中的煤中的无机硫无机硫FeS,S2,H2S(1700K,缺氧条件缺氧条件)SO2,SO3(有氧条件有氧条件)O+SOSO2+h661. 燃料脱硫（燃料脱硫（煤炭加工和煤炭转化煤炭加工和煤炭转化）(1)煤炭加工煤炭加工 v重力分选法重力分选法广泛采用，含硫量降低广泛采用，含硫量降低40%90%。不能除去煤中的有机硫，煤中的黄铁矿嵌布很细不能除去煤中的有机硫，煤中

49、的黄铁矿嵌布很细时，效果也不好。时，效果也不好。v此外，浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学此外，浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫、微波脱硫、磁力脱硫等方法破碎法、细菌脱硫、微波脱硫、磁力脱硫等方法工业上实际应用很少。工业上实际应用很少。v型煤固硫型煤固硫经济有效，适合中国国情。根据不经济有效，适合中国国情。根据不同煤种，用无粘结剂或加入沥青、粘土等粘结剂，同煤种，用无粘结剂或加入沥青、粘土等粘结剂，以碳酸钙作固硫剂，制得各种型煤。以碳酸钙作固硫剂，制得各种型煤。67(2)煤炭转化煤炭转化 v煤的气化和液化煤的气化和液化，即对煤进行脱碳或加氢改变，即对煤进行脱碳或加氢改变其

50、原有碳氢比，把煤变成清洁的二次燃料。其原有碳氢比，把煤变成清洁的二次燃料。v煤气主要是煤气主要是H2、CO、CH4等煤中硫的等煤中硫的H2S形式形式存在，我国规定标准存在，我国规定标准20mg/m3；v煤的液化时耗水量很大，排水含高浓度煤的液化时耗水量很大，排水含高浓度COD，要求大规模水处理设施。要求大规模水处理设施。682. 燃烧炉内脱硫燃烧炉内脱硫燃烧炉内脱硫采用沸腾炉，使煤和脱硫剂燃烧炉内脱硫采用沸腾炉，使煤和脱硫剂在沸腾炉内处于流体状态，边燃烧边进行在沸腾炉内处于流体状态，边燃烧边进行脱硫反应。脱硫反应。将将白云石白云石(CaCO3MgCO3)或石灰石或石灰石(CaCO3)与煤同时加

51、入炉内，在与煤同时加入炉内，在8501050下燃烧，下燃烧，在燃烧室内在燃烧室内CaCO3和和MgCO3受热分解生成的受热分解生成的CaO和和MgO与烟气中的与烟气中的SO2结合成硫酸盐随结合成硫酸盐随灰分排掉。灰分排掉。693. 烟气脱硫烟气脱硫FGDFlue-Gas Desulfurization 7071 石灰石石膏法 简易湿法烟气脱硫 磷铵复肥法 旋转喷雾干燥 炉内喷钙尾部增湿 海水脱硫 技术性能指标 工艺流程简易情况 主流程简单石灰浆制备要求较高，流程也复杂 流程较简单 脱硫流程简单， 制肥部分较复杂 流程较简单 流程简单 流程较简单 工艺技术指标 脱硫率80%,钙硫比1.1 脱硫率

52、70钙硫比1.1 脱硫率95%以上 脱硫率80钙硫比1.5 脱硫率70%,钙硫比2 脱硫率90% 脱硫副产品 脱硫渣主要为CaSO4,目前未利用 脱硫渣主要为CaSO4,目前未利用 脱硫产品为含N+P2O5的氮磷肥 脱硫渣为烟尘和Ca的混合物 脱硫渣为烟尘和Ca的混合物 脱硫渣主要为硫酸盐, 排放 推广应用前景 燃高,中硫煤锅炉,当地有石灰石矿 燃烧高,中硫煤锅炉,当地有石灰石矿 燃烧高硫煤锅炉,附近有磷矿资源 燃烧高,中,低硫煤锅炉都可使用 燃烧中,低硫煤锅炉 燃烧中,低硫煤锅炉, 沿海地区 电耗占总发电量的比例 1.5%2% 1% 1%1.5% 1% 0.5% 1% 烟气再热 需再加热 需

53、再加热 需再加热 不需再加热 不需再加热 需再加热 占地情况 多 少 多 少 少 较大 技术成熟度 国内通过引进已商业化 国内正在引进 国内已进行中试 国内已进行中试 国内已进行工业示范 国内正在引进 环境特性 很好 好 很好 好 好 好 经济性能 FGD占电厂总投资的比例 13%19% 8%11% 12%17% 8%12% 3%5% 7%8% 脱硫成本 元/吨SO2脱除 7501550 7301480 14002000 7201230 7901290 400700 72三、三、NOX生成与控制生成与控制NOX 危害：对人体及植物有毒害作用；酸雨危害：对人体及植物有毒害作用；酸雨前提物；与前提

54、物；与HC形成光化学烟雾；参与臭氧层形成光化学烟雾；参与臭氧层的破坏。的破坏。我国大气污染物中我国大气污染物中NOX约约60%来自煤的燃烧，来自煤的燃烧，火电厂发电用煤又占了全国燃煤的火电厂发电用煤又占了全国燃煤的50%左右。左右。2012年中国年中国NOX排放总量达排放总量达2337.8万万t73三、三、NOX生成与控制生成与控制我国我国1991年制定了第一部年制定了第一部火电厂污染物排放标火电厂污染物排放标准准，此后，历经三次修订，此后，历经三次修订(1996、2003、2013) ，排放标准日益严格。排放标准日益严格。2004年年1月月1日执行的标准规定日执行的标准规定NOX最高排放浓度

55、最高排放浓度为为450mg/Nm3，并要求，并要求“第第3时段火力发电机组时段火力发电机组锅炉须预留烟气脱除锅炉须预留烟气脱除NOX装置空间装置空间”。同时，国。同时，国家环境保护总局在相关排污收费的文件中明确指家环境保护总局在相关排污收费的文件中明确指出：出：“从从2004年年7月月1日起，日起，NOX按每污染当量数按每污染当量数0.6元收取排污费元收取排污费”。74三、三、NOX生成与控制生成与控制我国我国1991年制定了第一部年制定了第一部火电厂污染物排火电厂污染物排放标准放标准，三次修订，三次修订(1996、2003、2013) 。2004年年1月月1日执行的标准规定日执行的标准规定NOX最高排放最高排放浓度为浓度为450mg/Nm3，并要求，并要求“第第3时段火力发时段火力发电机组锅炉须预留烟气脱除电机组锅炉须预留烟气