第二章-燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件

第二章

燃烧与大气污染第一节

燃料与燃烧过程第二节

燃烧计算第三节

燃烧污染物的形成与控制重点：（二）燃烧计算１．

理论空气量２．

烟气量３．

污染物排放量第二章燃烧与大气污染第一节

燃料与燃烧过程1§1.燃料的性质

燃料的定义：指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。

§1.燃料的性质燃料的定义：2燃料的分类：

（1）常规燃料如煤（coal）、petroleum、天然气(rudegas)等。

（2）非常规燃料

按其物理状态分为：

（1）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）。

（2）液体燃料：由蒸发过程控制（气态形式燃烧）。

(3)

气态燃料：由扩散或混合控制。燃料的分类：3几种常规燃料

一、煤定义：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起构成的有机聚合物。

性质：煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。几种常规燃料

4几种常规燃料

一、煤

分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。

a.褐煤：又名柴煤，煤的一类。煤化程度仅高于泥煤的精煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。由于它富含挥发份，所以易于燃烧并冒烟。剖面上可以清楚地看出原来木质的痕迹。是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等级最低的一类，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象木材结构。特点：①挥发分较高，析出温度低；②燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量60—75%，O2含量20—25%。，几种常规燃料

5几种常规燃料

几种常规燃料

6第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件7

一、煤b.烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。挥发分20—45%，C75—90%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。c.无烟煤：碳含量最高，煤化时间最长的煤，具有明显的黑色光泽，机械强度高。C含量>93%,无机物量<10%,着火难，不易自燃，成焦性差。

8几种常规燃料

几种常规燃料

9

一、煤2.

煤的组成煤的组成按测定方法分为工业分析；元素分析两大类。a.工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、S含量、热值。b.元素分析：用化学法测定的去除掉外部水分的主要组分。C、H2、N2、S、O2等。

10几种常规燃料

一、煤3.

煤中硫的形态有机硫（CxHySz）

硫化物硫（FeS2）

煤中含硫无机硫元素硫（S）

硫酸盐硫（MeSO4）几种常规燃料

11a.硫酸盐硫:硫酸盐硫在燃烧时不参加燃烧，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它形态的硫能燃烧放出热量。通常所说的SOx污染物只包括有机硫、硫化物，不包括MeSO4。b.硫化铁硫：是主要的含硫成分，常见形态是黄铁矿硫。黄铁矿：硬度6—6.5,比重4.7—5.2本无磁性，但在强磁场感应下能转变为顺磁性物，吸收微波能力较强，据此，可把其从煤中脱除。c.有机硫：以各种官能团形式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分选的方法除去，需采用化学方法脱硫。a.硫酸盐硫:硫酸盐硫在燃烧时不参加燃烧，留在灰渣里，是12几种常规燃料

二、石油石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动液体。比重0.78—1.00

主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右。

原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成非碳氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为0.1—7%。原油通过蒸馏、裂化和重整过程生产出各种产品。原油中的S约有80—90%留于重馏分中。硫以复杂的环状结构存在，而需去除的仅是硫原子，故不能用物理方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏C—S—C键形成H2S气体，可达目的，但费用很高。几种常规燃料

13几种常规燃料

三、天然气一般组成为CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。几种常规燃料

14§2-2燃料燃烧过程一、影响燃烧过程的主要因素1．燃烧过程及燃烧产物2．燃料完全燃烧的条件3．发热量及热损失4.燃烧产生的污染物

§2-2燃料燃烧过程一、影响燃烧过程的主要因素151．燃烧过程及燃烧产物燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。若燃料中含S、N会生成SO2和NOx，燃烧温度较高时，空气中的部分氮会被氧化成NOx。

FuelNOx(燃料型NOx)——燃料中的NNOx生成量

ThermalNOx(热型NOx)——高温时空气中1．燃烧过程及燃烧产物162．燃料完全燃烧的条件燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混合。（1）

空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。（2）

温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃料的着火温度见表2-3。P282．燃料完全燃烧的条件17（3）

时间条件：燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需时间。（4）

燃烧与空气的混合条件：燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件下,实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度、时间、湍流度。(三T)（3）

时间条件：183．发热量及热损失（1）

发热量单位量燃料完全燃烧产生的热量。即反应物开始状态和反应物终了状态相同情况下（常温298K,101325Pa）的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是KJ/Kg。（固体）KJ/m3(气体)。发热量有高位、低位之分。高位：包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热，Qh低位：指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。Q13．发热量及热损失（1）

发热量19（2）

热损失

排烟热损失：热损失为6—12%：

不完全燃烧热损失：化学不完全燃烧、机械不完全燃烧。

散热损失：由于设备管道温度高于周围空气温度造成热损失。（2）

热损失204．

燃烧产生的污染物硫氧化物SOx：随温度变化不大，主要是煤中S。粉尘：随燃烧温度而变化(增高、不变、降低均有变化)。CO及HC化合物：随燃烧温度而变化(增高、不变、降低均有变化)。NOx：随燃烧温度而变化(增高、不变、降低均有变化)。4．

燃烧产生的污染物21二、燃料燃烧的理论空气量1．理论空气量（Vg0）

单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量。理论空气量获得:（1）可由燃烧反应方程式（2）经验公式（由热值）

固体燃料液体燃料气体燃料天然气（式2.17）二、燃料燃烧的理论空气量22建立燃烧化学方程式时，假定：1.空气仅由N2和O2组成，其体积比为79/21=3.76；２.

燃料中的固态氧可用于燃烧；３.燃料中的硫被氧化成SO2；４.计算理论空气量时忽略NOX的生成量；５.

燃料的化学时为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代表C、H、S、O的原子数。建立燃烧化学方程式时，假定：23完全燃烧的化学反应方程式：第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件24理论空气量：

理论空气量：253.6~6.0褐煤一般煤的理论空气量7.5~8.5无烟煤

9~10烟煤液体燃料（燃料油）的煤炉：4.5~5.5煤气液化气：2.97高炉：~0.7干:8.84~9.01天然气湿：11.4~12.1

262．空气过剩系数a实际空气量Va与理论空气量Va0之比为空气过剩系数a通常a>13．空燃比（AF）定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。4．理论空气量的经验计算公式已知元素分析可用式2.11计算；若知燃料的热值可用式2.13~2.17计算。2．空气过剩系数a27例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。解：以1kg重油燃烧为基础，则：例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）28

重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5H2O0．50．02780

重量（g）摩尔数需氧量C88373．5873．58H95429理论需氧量为：73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油假定空气中N2与O2的摩尔比为3.76(体积比)则，理论空气量为：mol/kg重油即Nm3/kg重油理论需氧量为：30§2-3烟气体积及污染物排放量计算一．烟气体积计算１.理论烟气体积在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积。以Vfg0表示，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。Vfg0=V干烟气+V水蒸气V理水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中+V理论空气量带入的§2-3烟气体积及污染物排放量计算一．烟气体积计算312．实际烟气体积Vfg0

Vfg=Vfg0+(a-1)Va03.烟气体积和密度的校正

燃烧产生的烟气其T、P总高于标态（273K、1atm）故需换算成标态。大多数烟气可视为理气，故可应用理气方程。设观测状态下（Ts、Ps下）：烟气的体积为Vs，密度为ρs。标态下（TN、PN下）：烟气的体积为VN，密度为ρN。标态下体积为：标态下密度为：应指出，美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是298K、1atm在作数据比较时应注意。2．实际烟气体积Vfg0Vfg=325.过剩空气较正因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。用奥氏烟气分析仪测定烟气中的CO2、O2和CO的含量，可以确定燃烧设备在运行中烟气成分和空气过剩系数。空气过剩系数为a=m-----过剩空气中O2的过剩系数设燃烧是完全燃烧，过剩空气中的氧只以O2形式存在，燃烧产物用下标P表示，5.过剩空气较正33假设空气只有O2、N2,分别为21%、79%，则空气中总氧量为理论需氧量：0.266N2P-O2P所以（燃烧完全时）若燃烧不完全会产生CO，须校正。即从测得的过剩氧中减去CO氧化为CO2所需的O2

此时各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。6．

标况下烟气量计算的经验式：P362.23~2.28。假设空气只有O2、N2,分别为21%、79%，则空气中总氧量34二．污染物排放量的计算例2对例1给定的重油，若燃料中硫转化为SOX（其中SO2占97%），试计算空气过剩系数a=1.20时烟气中SO2及SO3的浓度，以ppm表示，并计算此时烟气中CO2的含量，以体积百分比表示。二．污染物排放量的计算例2对例1给定的重油，若燃料中35解：由例1可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：CO2：73.58H2O：47.5+0.0278SOX：0.5NX：理论烟气量：73.58+0.5+(47.5+0.0278)+()=489.45mol/kg重油即489.45=10.96m3/kg重油空气过剩系数a=1.2时，实际烟气量为：其中10.43为理论空气量，即1Kg重油完全燃烧所需理论空气量。解：由例1可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：36烟气中SO2的体积为烟气中SO3的体积为所以，烟气中SO2、、SO3的浓度分别为：

烟气中SO2的体积为37当α=1.2时，干烟气量为：

CO2体积为：所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为：

当α=1.2时，干烟气量为：38例3：已知某电厂烟气温度为473K，压力为96.93Kpa,湿烟气量Q=10400m3/min，含水汽6.25%（体积），奥萨特仪分析结果是：CO2占10.7%，O2占8.2%，不含CO，污染物排放的质量流量为22.7Kg/min。（1）

污染物排放的质量速率（以t/d表示）（2）

污染物在烟气中浓度（3）

烟气中空气过剩系数（4）校正至空气过剩系数α=1.8时污染物在烟气中的浓度。例3：已知某电厂烟气温度为473K，压力为96.93Kpa,39解：（1）污染物排放的质量流量为：

（2）测定条件下的干空气量为：

测定状态下干烟气中污染物的浓度：

标态下的浓度：

解：（1）污染物排放的质量流量为：40（3）空气过剩系数：（4）校正至α=1.8条件下的浓度：（3）空气过剩系数：41§2-4燃烧过程SOx的形成及控制一、燃料中硫的氧化机理

燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应，主要产物是SO2和SO3，但SO3的浓度相当低，即使在贫燃料状态下，生成的SO3也只占SO2生成量的百分之几。在富燃料状态下，除SO2外，还有一些其它S的氧化物，如SO及其二聚物（SO）2，还有少量一氧化二硫S2O。这些产物化学反应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现。燃烧时：故一般主要生成SO2,计算时可忽略SO3。§2-4燃烧过程SOx的形成及控制一、燃料中硫的氧化机理42二、SOx的控制（1）重油脱硫重油脱硫常用的方法：在钼、钴和镍等的金属氧化物催化剂作用下，通过高压加氢反应，加断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时氢与硫作用形成H2S，从重油中分离出来。重油脱硫的困难:(1)要彻底加工燃料，破坏了原来的组织。（2）产生新的产物：固、液、气态物。二、SOx的控制432．

燃料脱硫１）

煤炭的固态加工国外要求用于发电、冶金、动力的煤质标准是：炼焦煤：硫分<1%，灰分6~8%；动力煤：硫分0.5~1%，灰分15~20%；故原煤必经分选以除去煤中的矿物质。

目前选煤工艺普遍应用的是重力分选法（可降低40~90%的S）,此法对有机硫含量较大或精炼还不能达到环保条例的要求。

正在研究的新脱硫法有：浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫法、微波脱硫法、磁力脱硫及溶剂精炼等，工业上应用的很少。型煤固硫是控制SO2的一条经济有效途径。

第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件442）

煤炭的转化煤炭的转化主要是气化、液化。即对煤进行脱硫或加氢改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。A.煤的气化煤的气化技术发展很快：“第一代”干式排灰的鲁奈加压气化（已商业化）和科柏斯-托切克气化；“第二代”液态排渣气化、Hygas气化、Cogas气化等未商业化；“第三代”处于实验阶段的煤催化气化。煤气主要是H2、CO、CH4等，煤中硫的H2S形式存在。生产出煤气中H2S含量几百到几千mg/m3。去除方法有干法、湿式法。B.

煤的液化直接液化SRC-Ⅱ法间接液化鲁奈气化-弗托合成法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。

2）

煤炭的转化45

3.煤燃烧二氧化硫的控制

分为燃前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫和煤转化过程中脱硫，其中烟气脱硫被认为是最有效的脱硫方式。燃前脱硫:1）逃汰选煤是各种密度、粒度和形状的物料在不断变化的流体中运动过程。属于物理选煤，主要利用煤中各种成分比例不同，而去处部分灰份和黄铁矿，不能去有机硫。2）重介质选煤采用磁铁矿和水配置的悬浮液作为选煤的介质，利用不同浮力进行选煤，属于物理方法。3）浮选选煤是气、液固三相界面的分选过程，包括水中矿物颗粒粘附在气泡，然后上浮到煤浆液体表面。因为煤的湿润性较好而矿物的湿润性较差。4）高梯度强磁分离煤脱硫技术煤中有机硫为逆磁性而大部分无机硫为顺磁性，利用磁性不同分离。3.煤燃烧二氧化硫的控制465）微波辐射法煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机硫次之，煤基质基本不吸收微波。微波吸收后削弱化学键，采用浸取液洗涤煤中硫，可以去无机硫，也可以去有机硫，目前在实验室状态。6）化学处理法，如在煤中加入碱溶液，在一定反应条件下，脱去无机和有机硫，但该工艺成本高，对煤质有一定影响，在工程上应用少。7）生物脱硫利用微生物破坏煤中无机硫和有机硫，可以达到经济、有效的脱硫，但目前的难点是找到能破坏煤中硫而不影响碳结构的高效菌种。国外准备进行半工业实验，国内目前处于起步阶段。5）微波辐射法煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机硫次之，47

二氧化硫国家排放标准（mg/m3）

二氧化硫国家排放标准（mg/m3）

48第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件498）型煤固硫技术将不同原料经过筛分按照一定比例配煤，粉碎后同经过预处理的粘结剂和固硫剂混合，经过机械设备成型与干燥，得到具有一定形状和成品的工业固硫型煤。固硫剂按照化学形态分为钙系、钠系及其他。8）型煤固硫技术50石灰石、大理石粉、电石渣是工业上较好的固硫剂，应用废液做粘结剂，如碱性纸浆黑液，也有一定的固硫作用。盐泥、糖泥、钙渣、烟道灰等可以作为粘结剂和脱硫剂。型煤燃烧烟气中粉尘、二氧化硫、CO浓度及烟气黑度明显下降，但由于型煤增加了原煤成本，可能使某些炉型的锅炉出力受到一些影响，目前还处于工业示范阶段。石灰石、大理石粉、电石渣是工业上较好的固硫剂，应用废液做粘结51第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件52第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件53(2)燃烧中脱硫(2)燃烧中脱硫54LIFAC：炉内喷钙增湿活化脱硫在锅炉尾部烟道上安装活化反应器,将烟气增湿,延长滞留时间,使剩余的吸收剂和ＳＯ2发生反应。石灰石中的CaCO3含量应超过90％，石灰石的颗粒度应是80％以上的颗粒尺寸小于40μm。此时炉内脱硫反应所能达到的脱硫效率为20～30％活化反应器的烟气进口温度一般在110～140℃，当将活化反应器出口处烟温控制在比露点温度高5～10℃、Ca/S＝2时，有可能使活化反应器的脱硫效率达到60％，从而使总脱硫效率达到80％。LIFAC：炉内喷钙增湿活化脱硫在锅炉尾部烟道上安装活化反55第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件56炉内喷钙增湿活化脱硫流程示意图炉内喷钙增湿活化脱硫流程示意图57第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件583．流化床燃烧脱硫

流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫的优点，故普遍受到重视。原理：流化床燃烧是一低温燃烧过程。炉内存在局部还原气氛，热型Nox基本上不产生，因而NOx的气成量减少。流化床燃烧脱硫常用的脱硫剂是石灰石或白云石。石灰石粉碎至与煤同样的粒度（dp2mm左右）与煤同时加入炉内。在1073—1173K下燃烧：（CaO为多孔）达固硫目的。3．流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫的59影响脱硫效率的因素有：沸腾床温度、流化速度、脱硫剂用量等。脱硫剂用量以Ca/S比表示。脱硫率与β和硫化速度的关系：当硫化速率一定时，η随Ca/S的增大而增大；当Ca/S比一定时，η随硫化速度的增加而降低。影响脱硫效率的因素有：沸腾床温度、流化速度、脱硫剂用量等。脱60循环流化床燃烧脱硫最大的特点是炉内具有强烈的传热传质特性，有利于燃料燃烧，不仅适用于煤燃烧，还可以适用于热值小的燃料，如煤矸石、城市垃圾的燃烧。循环流化床炉内燃烧温度保持在900℃左右，有利于燃烧过程脱硫。石灰石在该温度下分解形成氧化钙，与二氧化硫和氧反应形成硫酸钙，而硫酸钙在这个温度下不容易再次分解，比一般的其他锅炉1200℃有优势。从工业运行的经验来看，但炉内钙/硫摩尔比在1.8-2.5时，脱硫效率可以达到90%以上。循环流化床燃烧脱硫最大的特点是炉内具有强烈的传热传质特61第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件62第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件63第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件64烟气脱硫技术

目前主要有吸收法和吸附法，以吸收法应用最为广泛，另外还有许多物理方法，如电子辐射法、等离子法等正在积极发展中。吸收法中又分为湿法和干法脱硫，其中湿法脱硫是商业应用最为广泛的方法，如石灰（石）-石膏法，海水脱硫、钠碱法、氨吸收法等，干法中有旋转喷雾吸收法、烟气循环流化床脱硫等。烟气脱硫技术

目前主要有吸收法和吸附法，以吸收法应用最为广泛65石灰（石）-石膏法湿法烟气脱硫湿法烟气脱硫的过程：烟气以120℃左右的温度进入脱硫吸收塔（预先除尘和加热），在吸收塔内与含20～30%的石灰石粉浆料或20%左右的Ca(OH)2乳浊液接触，SO2被吸收反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙又被氧化成硫酸钙。由于石灰石的溶解度及活性受限制，以石灰石为脱硫剂的方法其脱硫率一般在85%左右，适用于脱硫SO2浓度为中等偏低的烟气。而熟石灰（Ca(OH)2）有较强的碱性，较易吸收SO2，所以石灰乳湿法脱硫能达到95%以上的脱硫效率，并且适应于SO2浓度较高的烟气。吸收塔底槽的石膏浆先在水力旋流分离器中稠化到固体浓度约为40%，然后排出反应塔，经过带式真空过滤机过滤，脱除其中的大部分水分。由此制得的副产石膏可回收利用，亦可抛弃处置。石灰（石）-石膏法湿法烟气脱硫66第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件67不同脱硫塔主体的比较不同脱硫塔主体的比较68反应塔中发生如下化学反应：SO2（气）+H2O→SO2（液）+H2OSO2（液）+H2O→H++HSO3—

→2H++SO32—HSO3—+1/2O2

→HSO4—(部分)SO32—+1/2O2

→SO42—(部分)Ca(OH)2

→Ca2++2OH—(部分)Ca2++SO32—→CaSO3(部分)Ca2++SO42—+2H2O

→CaSO4.2H2O(部分)H++OH—→H2O反应塔中发生如下化学反应：69在循环氧化槽中发生如下反应：HSO3—+1/2O2

→HSO4—→H++SO42—SO32—+1/2O2

→SO42—Ca2++SO42—+2H2O

→CaSO4.2H2O在循环氧化槽中发生如下反应：70由于亚硫酸钙的结垢和管路堵塞问题，脱硫反应中的PH值并不是越大约好。工业实验表明脱硫区的PH值范围为5~8，氧化池中的PH值范围为3.5~5.5。为了增强氧化槽内的氧化速率，适当的催化剂，如Mn2+等对氧化是有利的。为了减少结垢和堵塞，在氧化槽内布置结晶种子，采用大的液气比等。为了减缓由于石灰浆的加入，溶液PH发生较大波动，加入一些弱酸如已二酸对系统的运行是有利的。由于亚硫酸钙的结垢和管路堵塞问题，脱硫反应中的PH值并不是越71第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件72其它湿法烟气脱硫海水烟气脱硫基本原理：海水中含有碳酸盐和碳酸氢盐海水的PH值为7.5-8.3天然碱度约为2.0-2.9mg/L可吸收SO2为亚硫酸脱硫海水中SO2的氧化（1）亚硫酸易分解SO2容易重新排到大海（气液平衡分压理论）（2）加入稀释的海水3-4倍于脱硫海水（抑制亚硫酸分解，稀释SO2浓度）PH由3-4到6.5-7（3）鼓入空气氧化亚硫酸根到硫酸根其它湿法烟气脱硫海水烟气脱硫73海水脱硫的主要特点：）工艺简单，无需脱硫剂的制备，系统可用率高（100%）。）脱硫效率高，可达95％以上。）不需要添加脱硫剂，也无废水废料，管理容易。）与其他湿法工艺相比，投资低，运行费用也低。）只能用于海边电厂，需要常年对海水碱度进行监测。）只能适用于燃煤含硫量小于1.5%的中低硫煤。海水脱硫的主要特点：74第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件75它先用碱金属盐类如钠盐的水溶液吸收SO2，然后在另一个石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收了SO2的吸收液再生，再生的吸收液返回吸收塔再用，而SO2还是以亚硫酸钙和石膏的形式沉淀出来。由于其固体的产生过程不是发生在吸收塔中的，所以避免了石灰石/石灰法的结垢问题。它先用碱金属盐类如钠盐的水溶液吸收SO2，然后在另一个石灰反76第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件77氨法氨法原理是采用氨水为脱硫吸收剂，与进入吸收塔的烟气接触混合，烟气中SO2与氨水反应，生成亚硫酸铵，经与鼓入的强制氧化空气进行氧化反应，生成硫酸铵溶液，经结晶、离心机脱水、干燥器干燥后即制得化学肥料硫酸铵由于氨水与SO2反应速度要比石灰石（或石灰）与SO2反应速度大得多，同时氨法不需吸收剂再循环系统，因而系统要比石灰石—石膏法小、简单，其投资费用比石灰石—石膏法低得多。氨法氨法原理是采用氨水为脱硫吸收剂，与进入吸收塔的烟气接触混78）在工艺中不存在石灰石作脱硫剂时的结垢和堵塞现象）氨水来源也是选择此工艺必要条件。）氨法工艺无废水排放，除化肥硫酸铵外也无废渣排放。由于只采用NH3一种吸收剂，只要增加一套脱硝装置的情况下就能高效地控制SO2和NOx的排放。）在工艺中不存在石灰石作脱硫剂时的结垢和堵塞现象79第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件80.电子束辐射脱硫．主要原理：）自由基的产生电子束照射，能量被氮、氧、水蒸气吸收,生成自由基OH，O，HO2,反应的活性强（）SO2与NOx的氧化SO2（OH作用）－>HSO3（OH作用）－>H2SO4SO2（O作用）－>SO3（H2O作用）－>H2SO4NO（OH作用）—>HNO2（O作用）－>HNO3NO（HO2作用）－>NO2＋OHNO（O作用）—>NO2（OH作用）—>HNO3NO2（O作用）—>NO3（O作用）—>N2O5（H2O作用）－>2HNO3）硫铵和硝铵的生成注入氨发生中和生成硫氨与硝铵的气溶胶微颗粒,反应时间仅为1秒左右.电子束辐射脱硫81．工艺流程烟气在冷却塔中由130℃变为适合脱硫脱硝的65℃，并且冷却水全部汽化。氨肥在电除尘器中被捕获净化后的烟气由引风机增压与未处理烟气混合升温排到烟囱。．工艺流程82主要特点有：）是一种干法处理过程，不产生废水废渣。）可达到90％以上的脱硫率和80％以上的脱硝率。）系统简单，操作方便，过程易于控制。）对于不同含硫量的烟气和烟气量的变化有较好的适应性和负荷跟踪性。）副产品为硫铵和硝铵混合物，可用作化肥。）脱硫成本低于石灰石/石膏，约为850元/tSO2。主要特点有：83第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件84e德国鲁奇公司在70年代开发了循环流化床脱硫技术。．原理是在循环流化床中加入脱硫剂－石灰石已达到脱硫的目的．特点）由于流化床具有传质和传热的特性，所以在有效的吸收SOx的同时还能除掉HCI和HF等有害气。）可通过喷水将床稳控制在最佳反应温度下，通过物料的循环使脱硫剂的停留时间增长，大大提高钙利用率和反应器的脱硫效率。用此法可处理高硫煤，在Ca/S为1-1.5时，能达到90-97%的脱硫效率。）与湿法相比，结构简单，造价低，约为湿法投资的50%。）运行可靠，由于采用干式运行，产生的最终固态产物易于处理。e德国鲁奇公司在70年代开发了循环流化床脱硫技术。85第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件86第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件87第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件88第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件89第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件90旋转喷雾干燥法（SDA法）．旋转喷雾烟气脱硫反应过程包含有四个步骤，即：）吸收剂制备。旋转喷雾烟气脱硫工艺一般用生石灰（主要成分是CaO）作吸收剂。生石灰经熟化变成具有较好反应能力的熟石灰（主要成分是Ca（OH）2）浆液。）吸收剂浆液雾化。熟石灰浆液经装在吸收塔顶部的高达15000-20000r/min的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾粒直径可小于100um。）雾粒和烟气混合，吸收二氧化硫并被干燥Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

Ca(OH)2+SO2→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O如反应时有氧气，则Na2CO3和CaSO3会氧化生成硫酸钠和硫酸钙：Na2SO3＋1/2O2→Na2SO4

Na2CO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+CO2

Ca(OH)2＋SO2+1/2O2+H2O→CaSO4·2H2O

旋转喷雾干燥法（SDA法）91第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件92这些具有很大表面积的分散微粒，一经与烟气接触，便发生强烈的热交换和化学反应，迅速地将大部分水分蒸发，形成含水量少的固体灰渣。如果吸收剂颗粒没有完全干燥，则在吸收塔之后的烟道和除尘器中仍可继续发生吸收二氧化硫的化学反应。）废渣排出。3．特点旋转喷雾干燥法其系统相对简单、投资低、运行费用也不高，而且运行相当可靠，不会产生结垢和堵塞，只要控制好干燥吸收器的出口烟气温度，对于设备的腐蚀性也不高。由于其干式运行，最终产物易于处理，但脱硫效率略低于湿法。这些具有很大表面积的分散微粒，一经与烟气接触，便发生强烈的热93脱硫工艺比较脱硫工艺比较942.4洁净燃烧技术2燃料与燃料燃烧2.4洁净燃烧技术2燃料与燃料燃烧952.1燃料的分类燃料指燃烧过程中能放出热量且经济上可行的物质。按来源：天然燃料和加工燃料；按物态：固体燃料、液体燃料和气体燃料；按使用多少：常规燃料和非常规燃料；2.1.1固体燃料天然固体燃料：矿物燃料(煤)、生物质燃料(林木)。煤的主要组成和元素：C、H、O、N、S及一些非可燃性矿物如灰分和水分等。碳是煤发热主要来源，32700kJ/kg碳。煤含氢3%～5%，结合氢和氧结合成稳定化合物不能燃烧，可燃氢与碳、硫结合成有机物。灰分是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。2.1燃料的分类96煤中的硫分有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫（硫醇、硫醚等）两种形态。分为低硫煤（<1.5%）、中硫煤（<1.5%～2.4%）、高硫煤（<2.4%～4%）和富硫煤（>4%）。2.1.2液体燃料天然液体燃料主要指石油，人工液体燃料指汽油、煤油、柴油和重油（经石油的直馏和裂化作用得到）等。燃料乙醇是替代（部分汽油）能源，又能有效解决玉米等陈化粮的转化问题。乙醇几乎能够完全燃烧，不会产生对人体有害的物质，降低汽车尾气有害物质的排放。水煤浆由70%的煤、30%水及少量化学添加剂制成。浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，具有燃烧效率高、减少环境污染等优点。煤中的硫分有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫（硫醇、硫醚等）972.1.3气体燃料气体燃料属于清洁燃料，主要包括天然气、液化石油气(LPG)、裂化石油气和焦炉煤气。天然气的主要成分是甲烷，其次为乙烷等饱和烃，还有少量的CO2、N2、O2、H2S和CO等。液化石油气的主要成分是C2、C3和C4组分，输送和贮存是液体状态，燃烧是气体状态，广泛用于居民生活和汽车等燃料。裂化石油气是用水蒸气、空气或氧气等作气化剂，将石油和重油等油类裂化而得，一般作民用燃料。焦炉煤气是炼焦生产的副产物，主要成分是H2、CH4和CO，还有少量的N2、CO2，广泛用作工业和民用燃料。2.1.3气体燃料982.2燃料的燃烧过程2.2.1燃烧及燃烧产物燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO等。若燃料中含S、N会生成SO2和NOx。燃烧产生的污染物：硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、烟尘、金属氧化物、碳氢化合物及多环有机物。2.2燃料的燃烧过程992.2.2燃烧产生污染物的机制2.2.2.1硫氧化物的形成机制硫氧化物是指SO2和SO3。当燃料中的可燃性硫进行燃烧时，就生成了SO2。元素硫燃烧S+O2=SO2

硫化物硫燃烧SO2+1/2O2=SO34FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2SO2+1/2O2=SO3（1%～5%）有机硫CH3CH2SCH2CH3→H2S+2H2+2C+C2H4H2S+3O2=2SO2+2H2OSO2+1/2O2=SO3一般主要生成SO2，SO3可忽略。2.2.2燃烧产生污染物的机制1002.2.2.2氮氧化物的形成机制大气中的NOx90%以上产生于燃烧过程。1.热力型NOx热力型NOx是高温燃烧时N2和O2反应生成的NOx；与燃烧温度、氧气的浓度及气体在高温区的停留时间有关。燃烧温度低于1300℃时，只有少量NO生成，燃烧温度高于1500℃时，NO的生成量显著增加。N2+O2=2NO2NO+O2=2NO2减少热力型NOx的生成量措施：降低燃烧温度，减少过量空气，缩短气体在高温区停留的时间。2.2.2.2氮氧化物的形成机制1012.燃料型NOx燃料型NOx燃料中有机氮经过化学反应生成的NOx。燃料型NOx的发生机制：一般认为，燃料中的氮化合物首先发生热分解形成中间产物，然后再经氧化生成NO。燃料中的氮经过燃烧约有20%～70%转化成燃料型NOx，主要是NO，在一般锅炉烟道气中只有不到10%的NO氧化成NO2。旋风燃烧炉因炉温高，使燃料中的氮大部分转化为NOx，热力型NOx生成量也增加，限制了使用。2.燃料型NOx1022.2.2.3颗粒污染物的形成机制燃烧过程中产生的颗粒污染物主要是燃烧不完全形成的炭黑、结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。1.燃煤粉尘的形成煤在非常理想的燃烧条件下，可以完全燃烧，即挥发分和固定炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。燃烧条件不够理想，在高温时会发生热解作用，形成多环化合物而产生黑烟。随烟气一起排出的固体颗粒物一般都称为飞灰，包括未燃尽的煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成的炭黑等。2.气、液燃料燃烧形成的碳粒子气态燃料燃烧的颗粒污染物为积碳，液态燃料高温分解形成颗粒污染物为结焦和煤胞。2.2.2.3颗粒污染物的形成机制1032.2.3燃料完全燃烧的条件1）空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。2）温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃烧的着火温度见表2-2，P26。3）时间条件燃料在燃烧室中的停留时间影响燃烧完全的程度。反应速度随温度升高而加快，T↑——t↓。4）燃烧与空气的混合条件燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度(temperature)、时间(time)和湍流(torrent)，后三者通常称为燃烧过程的“三T”。2.2.3燃料完全燃烧的条件1042.2.3发热量与热损失1.发热量单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相同情况下(通常指298K和101325Pa)的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是kJ／kg，或KJ／m3。2.热损失(1)排烟热损失排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为6%～12%。减少措施：设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排烟温度取433～473K，大中型锅炉取383～453K。(2)不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失：烟气中残留的CO及少量的H2、CH4等可燃气体。机械不完全燃烧热损失：灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰带走的碳产生的热损失。2.2.3发热量与热损失1052.3燃烧设备简介根据燃料在炉内的燃烧方式不同分四种：火床燃烧、火室燃烧、沸腾燃烧和旋风燃烧。2.3燃烧设备简介106链条炉示意图链条炉示意图107

振动炉排炉示意图

振动炉排炉示意图108旋风燃烧炉示意图旋风燃烧炉示意图1092.4洁净燃烧技术燃煤脱硫技术可划分为：1.燃烧前脱硫原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微生物等方法，将煤中的硫份脱除掉。炉前脱硫能除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的粘污和磨损，减少灰渣处理量，还可回收部分硫。煤的洗选技术、煤的转化。2.燃烧中脱硫在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫分转化为硫酸盐，随炉渣排除。型煤固硫及流化床燃烧脱硫。3.燃烧后脱硫烟气脱硫。2.4洁净燃烧技术1102.4.1燃烧前脱硫1.洗煤技术■洗煤又称选煤，是通过物理或物理化学方法将煤中的含硫矿物和矸石等杂质去除，来提高煤的质量。是燃前除去煤中矿物质，降低硫含量的主要手段。■煤炭经洗选后，可使原煤中的含硫量降低40％一90％，含灰分降低50％一80％。■目前广泛采用的选煤工艺仍是重力洗选法。

重力洗选：利用煤与杂质密度不同进行机械分离。硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的颗粒大小及无机硫含量。有机硫含量大，或煤中黄铁矿嵌布很细时，仅用重力脱硫法，精煤硫分很难达到要求。2.4.1燃烧前脱硫111淘汰分选原理图淘汰分选原理图112跳汰式洗煤机入洗粒度≤30mm；筛板槽框宽18mm；跳汰面积：3.6m2；水压：0.8-1公斤/平方厘米；用水量150吨/小时跳汰式洗煤机113处理煤泥设备和压滤机配套使用浓缩机，即可提高洗煤机产量、又解决了环保问题。

处理煤泥设备和压滤机配套使用浓缩机，即可提高洗煤机产量、114新的脱硫方法————浮选法：用于处理粒径小于0.5mm的煤粉，利用煤与矸石、含硫矿物的性质不同进行分离。高梯度磁分离法：利用煤与黄铁矿的磁性不同(黄铁矿是顺磁性物质，煤是反磁性物质)，将黄铁矿分离去除，脱硫效率约60％。化学氧化脱硫法：将煤破碎后与硫酸铁溶液混合，在反应器中加热至120℃左右，硫酸铁与黄铁矿反应生成硫酸亚铁和S，通人O2将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。微波辐射法：煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机硫次之，煤基质基本不吸收微波。微波吸收后削弱化学键，用浸取液洗涤煤中硫，可以去无机硫和有机硫，还没在工业上应用。新的脱硫方法————1152.煤的转化◆煤炭的转化主要是气化、液化，对煤进行脱硫或加氢改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。A.煤的气化煤的气化是以煤为原料，采用空气、氧气、CO2和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以产出不同组分、不同热值的煤气。煤的气化技术发展很快：第一代干式排灰气化；第二代液态排渣气化；第三代实验阶段的煤催化气化。原理：在氧气不足时，C与O2反应可以生成CO。若将炽热的煤与水蒸气反应，就生成中热值焦炉煤气，即所谓的水煤气。煤气化系统由煤的预处理、气化、清洗和优化组成。2.煤的转化◆煤炭的转化主要是气化、液化，对煤进行脱硫或加116煤气主要是H2、CO、CH4等，硫以H2S形式存在。生产出煤气中H2S含量几百到几千mg/m3。大型煤气厂先用湿法洗涤脱除大部分H2S，再用干法吸附和催化转化去除其余部分。小型煤气厂一般用氧化铁法脱除H2S。B.煤的液化煤的液化指在一定条件下使煤转化为有机液体燃料。直接液化：对煤进行高温高压加氢直接得到液体产品。间接液化：煤气化转化成合成气（CO+H2），再催化合成液体燃料。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。

煤气主要是H2、CO、CH4等，硫以H2S形式存在。生产出煤1173.型煤固硫型煤：使用外力将粉煤挤压制成具有一定强度且块度均匀的固体型块。型煤固硫：选用不同煤种、以无粘结剂法或以沥青等粘结剂，用廉价的钙系固硫剂，经干馏成型或直接压制成型。美国型煤加石灰固硫率达87%，烟尘减少60%；日本蒸汽机车用石灰使型煤固硫率达70%~80%，脱硫费用仅为选煤的8%。民用蜂窝煤和煤球加石灰固硫率可达50%以上，工业锅炉型煤加石灰固硫意义重大。固硫剂一般有石灰粉及碱性工业废渣（电石渣）。成型设备多采用单螺杆挤压成型机和对辊成型机。3.型煤固硫型煤：使用外力将粉煤挤压制成具有一定强度且块118压球机压球机119蜂窝煤机蜂窝煤机1204.重油脱硫常用方法：在钼、钴和镍等的金属氧化物催化剂作用下，通过高压加氢反应，加断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时氢与硫作用形成H2S，从重油中分离出来。重油脱硫的困难:（1）要彻底加工燃料，破坏了原来的组织。（2）产生新的产物：固、液、气态物。4.重油脱硫1212.4.2燃烧中脱硫在我国主要采用的技术有两种：炉内喷钙技术和循环流化床燃烧脱硫技术。1.炉内喷钙脱硫炉内喷钙脱硫：煤的燃烧过程中加入钙基固硫剂而达到脱除烟气中二氧化硫目的。特点：投资小、工艺简单、易操作、占地省。（1）炉内喷钙技术原理钙基脱硫剂：主要为石灰石(CaCO3)、熟石灰(Ca(OH)2)、白云石(CaCO3-MgCO3)。煅烧反应为：CaCO3→CaO+CO2↑2.4.2燃烧中脱硫122影响煅烧反应和脱硫率的主要因素——微孔结构比表面积、孔容积、空隙率、孔径分布；比表面积及空隙率：白云石最大，Ca(OH)2次之，CaCO3为最小。煅烧产物CaO与SO2可发生如下的反应：CaO+SO2→CaSO3CaSO3+1/2CaO2→CaSO4CaO对SO2的吸收包括如下几个过程：1）SO2从主气流向颗粒外表面转移的气相传质；2）SO2在多孔介质内的扩散；3）SO2在孔壁上的吸附；4）SO2与CaO的化学反应以及产物层的形成；5）SO2通过产物层向未反应CaO表面的扩散。影响煅烧反应和脱硫率的主要因素——微孔结构123（2）炉内喷钙脱硫技术的现状炉内喷钙脱硫在煤粉炉未广泛应用的原因：炉内喷入的脱硫剂容易发生烧结，表面积快速减少，反应活性和反应速率降低；当温度超过1300℃时，所产生的产物CaSO4易于分解成CaO和SO2；脱硫率较低((10~30)%)新的研究进展提高吸收剂的活性，改善SO2的扩散过程；以有机钙盐代替石灰石；以有机固体废弃物和石灰制备有机钙混合物。优点：有机钙具有一定的热值，能降低锅炉的煤耗；改变吸收剂喷入位置，避免吸收剂的烧结失活。（2）炉内喷钙脱硫技术的现状1242.流化床燃烧脱硫当气流速度达到使升力和煤粒的重力相当的临界速度时，煤粒将开始浮动。流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫的优点，故普遍受到重视。原理：流化床燃烧是一低温燃烧过程。炉内存在局部还原气氛，热型Nox基本上不产生，因而NOx生成量减少。流化床燃烧脱硫常用的脱硫剂是石灰石或白云石。石灰石粉碎至与煤同样的粒度（2mm左右）与煤同时加入炉内。在1073—1173K下燃烧，CaO为多孔，达固硫目的。2.流化床燃烧脱硫125流化锅炉分为鼓泡流化床锅炉（FBC）和循环流化床锅炉（CFB）。鼓泡流化床锅炉：在分布板区有较大的空隙率和细小气泡，气泡上升过程中反复发生聚并和分裂，泡径随之增大，直到床面破裂。循环流化床锅炉：无明显的气泡，断面空隙率大，高温除尘器使飞出的物料又返回炉膛内循环利用。流化锅炉分为鼓泡流化床锅炉（FBC）和循环流化床锅炉（CFB126鼓泡流化床锅炉燃烧鼓泡流化床锅炉燃烧127鼓泡流化床锅炉（FBC）炉膛鼓泡流化床锅炉（FBC）炉膛128鼓泡流化床锅炉系统鼓泡流化床锅炉系统129循环流化床锅炉的炉膛（CFB）循环流化床锅炉的炉膛（CFB）130典型的流化床锅炉示意图1.原煤仓；2.石灰石仓；3.二次风；4.一次风;5.燃烧室;6.旋风分离器;7.外置流化床热交换器;8.控制阀;9.对流竖井;10.除尘器;11引风机.;12.汽轮发电机;13.烟囱典型的流化床锅炉示意图131最新循环流化床最新循环流化床132回转式空预器回转式空预器133流化床燃烧特点：强化气固两相的热量和质量交换，有利于燃料燃烧。不仅适用于煤燃烧，还可以适用于热值小的燃料，如煤矸石、城市垃圾；延长燃料的停留时间；料层蓄热量大，新煤易着火燃烧。循环流化床炉内燃烧温度保持在900℃左右，有利于燃烧过程脱硫。石灰石在该温度下分解形成氧化钙，与二氧化硫和氧反应形成硫酸钙，而硫酸钙在这个温度下不容易再次分解，比一般的其他锅炉1200℃有优势。从工业运行的经验来看，炉内钙/硫摩尔比在1.8-2.5时，脱硫效率可以达到90%以上。流化床燃烧特点：强化气固两相的热量和质量交换，有利于燃料燃烧134本章重点煤的分类及组成、燃烧产生的污染物及机制、燃料完全燃烧条件、燃烧的热损失、燃烧设备、清洁燃烧技术。本章作业27页-第1题；32页-第2题；34页-第1题。本章重点1352.3燃料燃烧产生的主要污染物2.3燃料燃烧产生的主要污染物1362.3.1颗粒状污染物（1）碳粒子（2）燃煤烟尘（3）燃煤尾气中飞灰2.3.1颗粒状污染物（1）碳粒子1372.3.2主要气态污染物（1）SO2的形成（2）NOx的形成2.3.2主要气态污染物（1）SO2的形成1382.4主要气态污染物的燃烧控制2.4主要气态污染物的燃烧控制1392.4.1燃烧前脱硫燃烧中脱硫烟气脱硫2.4.1燃烧前脱硫140燃烧过程中NOx的控制燃烧过程中NOx的控制141第二章

燃烧与大气污染第一节

燃料与燃烧过程第二节

燃烧计算第三节

燃烧污染物的形成与控制重点：（二）燃烧计算１．

理论空气量２．

烟气量３．

污染物排放量第二章燃烧与大气污染第一节

燃料与燃烧过程142§1.燃料的性质

燃料的定义：指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。

§1.燃料的性质燃料的定义：143燃料的分类：

（1）常规燃料如煤（coal）、petroleum、天然气(rudegas)等。

（2）非常规燃料

按其物理状态分为：

（1）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）。

（2）液体燃料：由蒸发过程控制（气态形式燃烧）。

(3)

气态燃料：由扩散或混合控制。燃料的分类：144几种常规燃料

一、煤定义：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起构成的有机聚合物。

性质：煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。几种常规燃料

145几种常规燃料

一、煤

分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。

a.褐煤：又名柴煤，煤的一类。煤化程度仅高于泥煤的精煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。由于它富含挥发份，所以易于燃烧并冒烟。剖面上可以清楚地看出原来木质的痕迹。是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等级最低的一类，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象木材结构。特点：①挥发分较高，析出温度低；②燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量60—75%，O2含量20—25%。，几种常规燃料

146几种常规燃料

几种常规燃料

147第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件148

一、煤b.烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。挥发分20—45%，C75—90%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。c.无烟煤：碳含量最高，煤化时间最长的煤，具有明显的黑色光泽，机械强度高。C含量>93%,无机物量<10%,着火难，不易自燃，成焦性差。

149几种常规燃料

几种常规燃料

150

一、煤2.

煤的组成煤的组成按测定方法分为工业分析；元素分析两大类。a.工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、S含量、热值。b.元素分析：用化学法测定的去除掉外部水分的主要组分。C、H2、N2、S、O2等。

151几种常规燃料

一、煤3.

煤中硫的形态有机硫（CxHySz）

硫化物硫（FeS2）

煤中含硫无机硫元素硫（S）

硫酸盐硫（MeSO4）几种常规燃料

152a.硫酸盐硫:硫酸盐硫在燃烧时不参加燃烧，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它形态的硫能燃烧放出热量。通常所说的SOx污染物只包括有机硫、硫化物，不包括MeSO4。b.硫化铁硫：是主要的含硫成分，常见形态是黄铁矿硫。黄铁矿：硬度6—6.5,比重4.7—5.2本无磁性，但在强磁场感应下能转变为顺磁性物，吸收微波能力较强，据此，可把其从煤中脱除。c.有机硫：以各种官能团形式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分选的方法除去，需采用化学方法脱硫。a.硫酸盐硫:硫酸盐硫在燃烧时不参加燃烧，留在灰渣里，是153几种常规燃料

二、石油石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动液体。比重0.78—1.00

主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右。

原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成非碳氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为0.1—7%。原油通过蒸馏、裂化和重整过程生产出各种产品。原油中的S约有80—90%留于重馏分中。硫以复杂的环状结构存在，而需去除的仅是硫原子，故不能用物理方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏C—S—C键形成H2S气体，可达目的，但费用很高。几种常规燃料

154几种常规燃料

三、天然气一般组成为CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。几种常规燃料

155§2-2燃料燃烧过程一、影响燃烧过程的主要因素1．燃烧过程及燃烧产物2．燃料完全燃烧的条件3．发热量及热损失4.燃烧产生的污染物

§2-2燃料燃烧过程一、影响燃烧过程的主要因素1561．燃烧过程及燃烧产物燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。若燃料中含S、N会生成SO2和NOx，燃烧温度较高时，空气中的部分氮会被氧化成NOx。

FuelNOx(燃料型NOx)——燃料中的NNOx生成量

ThermalNOx(热型NOx)——高温时空气中1．燃烧过程及燃烧产物1572．燃料完全燃烧的条件燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混合。（1）

空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。（2）

温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃料的着火温度见表2-3。P282．燃料完全燃烧的条件158（3）

时间条件：燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需时间。（4）

燃烧与空气的混合条件：燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件下,实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度、时间、湍流度。(三T)（3）

时间条件：1593．发热量及热损失（1）

发热量单位量燃料完全燃烧产生的热量。即反应物开始状态和反应物终了状态相同情况下（常温298K,101325Pa）的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是KJ/Kg。（固体）KJ/m3(气体)。发热量有高位、低位之分。高位：包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热，Qh低位：指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。Q13．发热量及热损失（1）

发热量160（2）

热损失

排烟热损失：热损失为6—12%：

不完全燃烧热损失：化学不完全燃烧、机械不完全燃烧。

散热损失：由于设备管道温度高于周围空气温度造成热损失。（2）

热损失1614．

燃烧产生的污染物硫氧化物SOx：随温度变化不大，主要是煤中S。粉尘：随燃烧温度而变化(增高、不变、降低均有变化)。CO及HC化合物：随燃烧温度而变化(增高、不变、降低均有变化)。NOx：随燃烧温度而变化(增高、不变、降低均有变化)。4．

燃烧产生的污染物162二、燃料燃烧的理论空气量1．理论空气量（Vg0）

单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量。理论空气量获得:（1）可由燃烧反应方程式（2）经验公式（由热值）

固体燃料液体燃料气体燃料天然气（式2.17）二、燃料燃烧的理论空气量163建立燃烧化学方程式时，假定：1.空气仅由N2和O2组成，其体积比为79/21=3.76；２.

燃料中的固态氧可用于燃烧；３.燃料中的硫被氧化成SO2；４.计算理论空气量时忽略NOX的生成量；５.

燃料的化学时为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代表C、H、S、O的原子数。建立燃烧化学方程式时，假定：164完全燃烧的化学反应方程式：第二章--燃烧与大气污染-大气污染控制工程课件165理论空气量：

理论空气量：1663.6~6.0褐煤一般煤的理论空气量7.5~8.5无烟煤

9~10烟煤液体燃料（燃料油）的煤炉：4.5~5.5煤气液化气：2.97