大气污染处理工程 第二章-燃烧及大气污染

第二章

燃烧与大气污染

大气污染控制工程本章学习内容：

燃料燃料的燃烧燃烧过程中污染物排放量计算燃烧过程中污染物的生成与控制机动车污染与控制第二章燃烧与大气污染燃料的分类燃料的成分燃料的发热量第一节燃料

燃料是指能在空气中燃烧，其燃烧热可经济利用的物质。常规燃料：煤、石油和天然气等非常规燃料：其它可燃物质，如：城市固体废弃物、商业和工业固体废弃物、农产物及农村废物、水生植物和水生废物、污泥处理厂废物、可燃性工业和采矿废物、合成燃料等。燃料的分类：气体燃料、液体燃料和固体燃料。

一、燃料的分类1.固体燃料

固体燃料一般没有气体和液体燃料容易燃烧，也容易发生不完全燃烧，产生的污染物量大。煤是最重要的固体燃料。煤是由很多个不同结构的微小的C、H、O、N、S的有机聚合物粒子和矿物杂质、水分等混合而结合成整体的混合物。基于沉积年代的分类法，可以把煤分为褐煤、烟煤和无烟煤三类。一、燃料的分类煤的种类和性质

煤的种类主要性质褐煤形成年代最短，呈黑色、褐色或泥土色，结构类似木材，挥发分较高且析出温度较低。干燥后无灰的褐煤中碳的含量为60%～75%，氧含量为20%～25％。褐煤的水分和灰分含量都较高，燃烧热值较低，不能用于制焦炭，易于破裂。烟煤形成历史较褐煤为长，呈黑色，外形有可见条纹，挥发分含量为20%～45％，碳含量为75%～90％。烟煤的成焦性较强，且含氧量低，水分和灰分含量一般不高，适宜工业上的一般应用。无烟煤煤化时间最长，具有明亮的黑色光泽，机械强度高。碳的含量一般高于93%，无机物含量低于10％，因而着火困难，储存时稳定，不易自燃，成焦性极差。一、燃料的分类煤中硫的分类

煤中硫的分类存在形态及主要性质硫化铁硫主要代表为黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分。黄铁矿比矸石和煤重得多；本身虽无磁性但在强磁场感应下能够转变为顺磁性物质；和煤炭相比有不同的微波效应，吸收微波能力较强，据此可采用不同的物理或化学方法，把黄铁矿从煤中脱除。有机硫原生有机硫来源于形成煤的植物蛋白质的原生质，一般蛋白质含硫量为5％，以各种不同形式的含硫杂环存在。有机硫主要以噻吩、芳香基硫化物、环硫化物、脂肪族硫化物、二硫化物、硫醇等各种官能团形式存在，且与煤中有机质构成复杂的分子,不宜用一般重力分选的办法除去，需要采用化学方法进行脱硫。次生有机硫是由一种松懈的键与煤中有机物构成的有机联系。在煤中分布不均匀，主要局限于黄铁矿包裹体的周围。硫酸盐硫主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，以石膏（CaSO4·2H2O）为主，也有少量绿矾（FeSO4·7H2O），在煤中含量较少。一、燃料的分类

2.液体燃料

液体燃料属于比较清洁的燃料，发热值高且大致一定，燃烧产生的污染物较少。

天然液体燃料：石油（原油）

人工液体燃料：石油加工后的产品、合成的液体燃料以及煤经高压加氢所获得的液体燃料等。一、燃料的分类

液体燃料主要是石油类。原油是天然存在的由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物组成的混合液体，这些化合物主要含碳和氢，也有少量的氧、氮、硫等元素，还含有微量金属，如镍、钒等，也可能受氯、砷和铅的污染。原油经蒸馏、裂解、改质、加氢、溶剂处理等工程组合精制的石油制品燃料有液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油。工业用量最多的是重油。

一、燃料的分类

汽油：沸点30～200℃，密度为720～760kg/m3。用于火花点火发动机（汽车、航空发动机）。

煤油：沸点180～300℃，密度780～820kg/m3,用于喷气发动机和民用。

柴油：沸点250～300℃，密度800～850kg/m3。用于柴油发动机等内燃机。

重油：原油加工的残留物，以重馏分为主，密度大，黏度大，含硫量高，热值低，燃烧性能差。一、燃料的分类

3.气体燃料

气体燃料是防止大气污染最理想的燃料。气体燃料容易燃烧，燃烧效率高，产生的污染物量很少。气体燃料除天然气外，均是由其它液体燃料或固体燃料制成的。一、燃料的分类

天然气：天然气由油气地质构造地层采出，主要成分为甲烷（约85%）、乙烷（约10%）和丙烷（约3%），还有少量CO2、N2、O2、H2S和CO等。

液化石油气（LPG）：液化石油气是石油精炼过程的副产品，含C1～C4烃类，加压液化后储存和输送，减压汽化后燃烧。一、燃料的分类

裂化石油气：裂化石油气是石油类裂解制得的气体。在城市燃气构成中，替代煤气占有较高的比例。

煤气：煤干馏所得的气体总称煤气，主要成分是甲烷及氢，发热量高。

高炉煤气：与使用焦炭时的发生炉煤气类似，高炉煤气中含较多粉尘，主要作为钢铁厂热设备的热源及动力使用。一、燃料的分类

燃料的成分分析

工业分析：主要针对煤进行，包括水分、灰分、挥发分、固定碳等。

元素分析：燃料（尤其是煤）所含元素很多，通常主要测定碳、氢、硫、氮、氧等几种元素。二、燃料的成分煤的组成及分析方法

项目煤的组成分析测定方法工业分析水分

外部水分称取一定量的13mm以下粒度的煤样，置于干燥箱内，在318～323K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质量的百分数就是煤的外部水分。内部水分将失去外部水分的煤样继续在375～380K下干燥约2h，所失去的水分质量占试样原来质量的百分数即内部水分。灰分煤中不可燃矿物物质的总称，其含量和组成因煤种及粗加工的不同而异。挥发分煤干馏时所释放出的气态可燃物质，将风干的煤样在1200K的炉中加热7min而测定。固定碳从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分就是固定碳。元素分析碳和氢碳和氢是通过燃烧后分析尾气中CO和H2O的生成量而测定的。氮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。硫将样品放在氧化镁和无水碳酸钠的混合物上加热，使硫化物转变为硫酸盐，再以重量法测定硫酸钡沉淀而测定。二、燃料的成分

燃料的发热量：单位燃料完全燃烧产生的热量，单位kJ/kg(固体、液体燃料)或kJ/m3(气体燃料)。

高位发热量：包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热。

低位发热量：指燃烧产物中水蒸气仍以气态存在时完全燃烧所释放的热量。由于一般燃烧设备的排烟温度高于水的露点温度，故可利用的热量是低位发热量。

三、燃料的发热量燃烧过程燃烧的基本条件燃料燃烧的空气量燃烧产生的污染物第二节燃料的燃烧

燃烧是指可燃混合物起剧烈的化学反应而发热和发光的快速氧化过程，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是二氧化碳和水蒸气，然而，不完全燃烧过程将产生黑烟、一氧化碳和其它部分氧化产物等大气污染物。若燃料中含有硫和氮，则会生成SO2和NOx。一、燃烧过程

1.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。固体燃料<液体燃料<气体燃料温度不仅对燃烧速率起着重要的作用，同时也影响着燃烧过程中生成的燃烧产物的成分和数量。二、燃烧的基本条件

2.空气

氧气是燃烧过程中必不可缺少的要素，燃烧过程中的氧通常是通过空气供给的。如果空气供应不足，燃烧就不完全。相反空气量过大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟热损失，并会使NOX的发生量增加。

二、燃烧的基本条件

3.时间

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要的时间。在所要求的燃烧反应速率下，停留时间将决定于燃烧室的大小和形状。反应速率随温度的升高而加快，所以在较高温度下燃烧所需要的时间较短。二、燃烧的基本条件4.空气和燃料混合

燃料与空气充分混合才能使燃料燃烧完全，且混合越快、燃烧越快。若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产生。空气和燃料混合的程度往往是决定燃烧完全、快慢以及产生黑烟、一氧化碳量的一个重要因素。需要采取混合措施，对进入的空气加以搅动，使气流为湍流运动。二、燃烧的基本条件

适当控制空气与燃料之比、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必需的，通常把温度、时间和湍流度称为燃烧过程的“三T”。二、燃烧的基本条件

1.理论空气量

理论空气量是指单位燃料(气体燃料一般以1m3为基准，固体和液体燃料一般以1kg为基准)按燃烧反应计量方程式计算，完全燃烧所需的空气量。理论空气量是燃料完全燃烧时所需的最小空气量。三、燃料燃烧的空气量

建立燃烧化学方程式时，通常假定：（l）空气仅仅是由氮气和氧气组成，其体积比为79／21＝3.762；（2）参加反应的元素为碳（C）、氢（H）、硫（S）、氧（O）；（3）燃料中的硫主要被氧化为SO2；（4）热力型NOx的生成量较小，燃料中含氮量也较低，在计算理论空气量时可以忽略；（5）计算时空气和烟气所含有的各种组成成分(包括水蒸气)，均按理想气体计算。三、燃料燃烧的空气量

燃料组成为与空气中氧完全燃烧的化学反应式：

三、燃料燃烧的空气量按照上式，可以得出理论空气量的计算式。

对气体燃料，按化学组分（共n种）：

m3/(m3干燃气)对固体和液体燃料，按元素组成计算：m3/（kg燃料）三、燃料燃烧的空气量

2.实际空气量

α—炉膛出口处的空气过剩系数，空气过剩系数是燃料在锅炉中燃烧及锅炉运行中为非常重要的指标之一，它对大气污染也影响较大。一般取α为1.03～1.05。3.空燃比

空燃比（AF）定义为单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，它可以由燃烧方程式直接求得。三、燃料燃烧的空气量

燃烧烟气主要由悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃烧的燃料、氧化剂以及惰性气体（主要为N2）等组成。燃烧可能释放出的污染物有：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。它们的形成与燃料种类、燃烧条件、燃烧组织有关。四、燃烧产生的污染物

气体燃料：含硫量、含尘量低，相对而言是一种清洁的优质燃料。气体燃料不完全燃烧时，主要污染物:H2S、炭黑类物质。气体燃料中出现大气污染物由少到多的顺序是：天然气→液化石油气→发生炉煤气→焦炉煤气→高炉煤气。

液体燃料：主要污染物是CO、NOX和HC。液体燃料产生炭黑由少到多的顺序是：柴油→中油→重油→绿油→煤焦油。四、燃烧产生的污染物

煤：主要大气污染物有CO2、CO、NOX、SO2、炭黑和飞灰。炭黑是在不完全燃烧时，因热解而生成的炭粒以及生成由碳、氢、氧、硫等组成的有机化合物，其中有苯并（a）芘等致癌物质。煤炭燃烧还会带来汞、砷等微量重金属污染，氟、氯等卤素污染和低水平的放射性污染。四、燃烧产生的污染物

烟气量计算污染物排放量的计算第三节燃烧过程污染物排放量计算1.理论烟气量计算理论烟气量是指供给理论空气量的情况下,燃料完全燃烧产生的烟气量。若不考虑氮的氧化，则理论烟气的组分是CO2、SO2、N2和水蒸气。前三种组分合称为干烟气，包括水蒸气在内的组分称为湿烟气。一、烟气量计算理论干烟气量为：

理论湿烟气量为：

一、烟气量计算气体燃料的理论烟气量固体和液体燃料理论干烟气量为：

理论湿烟气量为：

一、烟气量计算

2.实际烟气量的计算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量应为理论烟气量与过剩空气之和.

一、烟气量计算

通过测定烟气中污染物的浓度，根据实际排烟量,很容易计算污染物的排放量。但在很多情况下，需根据同类燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况，预测烟气量和污染物浓度。二、污染物排放量的计算[例2-1]已知重油的元素分析结果为碳85.5%，氢11.3%，氧2.0%，氮0.2%，硫1.0%。若不考虑空气湿含量，试求１kg重油燃烧时：(1)理论空气量和理论烟气量；(2)干烟气中的浓度及CO2的最大浓度；(3)10%过剩空气量下燃烧时，所需的空气量、产生的烟气量及过剩空气系数。二、污染物排放量的计算解:(1)理论空气量：

二、污染物排放量的计算理论烟气量可由式（2-7）得到：(2)干烟气中SO2的浓度及CO2的最大浓度

重油中碳与理论空气中的氧完全燃烧时，则烟气中的CO2浓度最大

二、污染物排放量的计算（3）10%过剩空气下燃烧:

α=1.1燃烧过程中硫氧化物的生成与控制燃烧过程中氮氧化物的生成与控制燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制燃烧过程中其它污染物的形成与控制第四节燃烧过程中污染物的生成与控制１.燃烧过程中硫氧化物的生成机制

燃料中含有的硫通常是以元素硫、硫化物硫、有机硫和硫酸盐硫的形式存在，前三类为可燃性硫，硫酸盐硫不参与燃烧反应，多数存在于灰烬中，成为不可燃性硫。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制单体硫的燃烧：S+O2＝SO2SO2+1/2O2＝SO3硫铁矿的燃烧：4FeS2+11O2＝２Fe2O3+8SO2SO2+1/2O2＝SO3硫醚等有机硫的燃烧：CH3CH2SH2S+H2+C+C2H4CH3CH22H2S+3O2＝2SO2+2H2O

一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制可燃性硫在燃烧时主要生成SO2，只有1%～5%氧化成SO3。只有可燃性硫才会形成SO2（少量SO3）。因此，硫氧化物控制主要指SO2的控制。

2.燃烧过程中硫氧化物生成的控制燃料脱硫煤炭转化燃烧中固硫一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制燃料脱硫煤炭脱硫：煤的燃前脱硫方法按基本原理可分为物理脱硫、化学脱硫和生物脱硫。①物理法脱硫基于煤中的硫与煤基体的物理化学性质（如密度、导电性、悬浮性）不同来脱除煤炭中无机硫的方法。该工艺简单，投资少，但只能脱除煤中的无机硫，不能脱除有机硫，而且脱除率不高，当黄铁矿硫在煤中呈细分散状分布时，该法也不能脱除，尤其对低煤化程度的煤。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制②化学法脱硫通过氧化剂把硫氧化，或者是把硫置换而达到脱硫的目的。该法是在高温、高压、氧化剂作用下进行，可脱除大部分有机硫，但能耗大、设备复杂，试剂对设备有一定的腐蚀作用，对煤的结构性能有一定的破坏，成本较高。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制

③微生物脱硫利用微生物能够选择性地氧化有机或无机硫的特点，以除去煤中的硫元素，从而达到脱硫目的。该法具有投资少、条件温和、能耗低、无污染，可将煤中硫转化为可溶性产品等优点，越来越受到人们的广泛关注，但目前还处于开发研究阶段。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制重油脱硫重油中硫含量很高。原油中的80％～90%硫经精馏后留在重油中。重油中的硫是有机硫，其化学结构尚不清楚。现在工业上一般采用加氢脱硫，大致可分为直接法和间接法。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制①直接脱硫工艺将常压精馏的残油引入装有催化剂的脱硫设备，在催化剂的作用下，碳硫键断裂，氢取而代之与硫生成H2S，使硫从残油中脱除。直接法脱硫率可达到75%以上。直接脱硫时，在加氢脱硫条件下，含在残油中的沥青高分子化合物和钒、镍的有机金属化合物会分别析出碳和金属，导致催化剂中毒。

一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制②间接脱硫法工艺将常压残油先进行减压蒸馏，把沥青和金属含量少的轻油和含量多的残油分开，只对轻油进行加压和加氢脱硫，再把这种脱硫油与减压残油合并，而得含硫为2％～2.6%的最终产品。间接脱硫的催化剂与直接脱硫法相同，但它可避免直接脱硫的催化剂中毒问题。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制煤炭转化煤的气化以煤炭为原料，采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分、不同热值的煤气。煤的液化煤的液化是把固体的煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体产品（液态烃类燃料，如汽油、柴油等。

一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制燃烧中固硫固硫原理石灰石脱硫反应为：CaCO3CaO+CO2CaO+SO2+0.5O2CaSO4若脱硫剂用白云石(CaCO3．MgCO3)，除有上面两个反应外，还发生下列反应MgCO3MgO+CO2MgO+SO2+0.5O2MgSO4一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制

影响脱硫效果的主要因素：固硫剂添加量、固硫剂粒度和停留时间等。以钙的化合物为脱硫剂，其脱硫剂用量β一般用钙硫比来表示：

一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制固硫剂的添加方式

①掺入燃料：对层燃炉，将固硫剂掺入燃料是很简便的方法，但固硫率不高，当β=2～3时，固硫率仅为50%左右，如要达到90%的固硫率，则β要大于5，显然成本高，灰渣量大。

②型煤固硫：在小型锅炉和民用炉灶燃用的型煤中加入固硫剂，可以减少SO2排放量50%以上，减少烟尘排放量60%，节煤10%～15%。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制沸腾床燃烧室的结构原理图

③向炉膛喷入固硫剂大型动力燃煤锅炉常用煤粉炉。在煤粉中掺入一定数量的石灰石，在炉内燃烧过程中脱去燃料中的硫，所采用的燃烧炉有沸腾炉和循环流化床。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制

循环流化床结构示意图

1－密相床层；2－水冷壁；3－旋风除尘器；4－对流式锅炉；5－外部换热器

采用循环流化床工艺可使脱硫剂反应时间长并对锅炉负荷变化的适应性强。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制脱硫率与Ca/S摩尔比的关系

当流化速度一定时，脱硫率随Ca/S增大而增大；当Ca/S一定时，随流化速度的降低，脱硫率上升。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制脱硫率和床层温度的关系

沸腾床温度以800～850℃为宜。

LIFAC工艺流程示意图

对许多老电厂，简单的炉内喷钙脱硫往往不能满足SO2排放达标，因此炉内喷钙尾部烟道增湿脱硫技术(LIFAC)应运而生，增湿使烟气中的CaO和H2O反应生成Ca(OH)2，并与SO2反应，提高了钙的利用效率和脱硫效率。一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制1.燃烧过程NOx生成的影响因素燃烧生成的NOX分为以下三类：燃料型NOX：燃料中固定氮生成的热力型NOX：由燃料在燃烧过程中送进炉膛内空气中含有的氮形成瞬时型NOX：由于含碳自由基的存在而形成

二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制（1）燃料型NOX的生成化石燃料的氮含量差别很大，石油平均含氮量为0.65%（质量分数），而大多数煤的含氮量为1%～2%。一些研究表明，燃料中20%～80%的氮转化为NOx。反应过程：大部分燃料氮首先在火焰中转化为HCN；然后转化为NH或NH2；NH和NH2能够与氧反应生成NO+H2O；或它们与NO反应生成N2和H2O。

二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制（2）热力型NOx的生成泽利多维奇（Zeldovich）模型：O2+M2O+MN2+ONO+NN+O2NO+O温度对热力型NOx的生成具有决定作用：燃烧温度低于1273K，热力型NO生成量极少；温度高于1373K时，是生成NOx的主要时机；温度在1573K～1773K时，NO浓度大约为5×10-4～10-3。二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制（3）瞬时型NOx的生成瞬时型NOx主要指燃料中HC在燃料温度较高区域燃烧时所产生的烃与燃烧空气中的N2分子发生反应，形成CN、HCN，继而氧化成NOx。因此，瞬时型NOx主要产生于HC含量较高、氧浓度较低的富燃料区，多发生在内燃机的燃烧过程，而在燃煤锅炉中其生成量极少。二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制三种NO形成机理在煤燃烧过程中对NOx排放总量的贡献二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制2.燃烧过程NOX的控制技术影响燃烧过程中NOx生成的主要因素：燃烧温度、烟气在高温区的停留时间、烟气中各种组分的浓度以及混合程度。从实践的观点看，控制燃烧过程中NOx形成的因素包括：空气-燃料比、燃烧空气的预热温度、燃烧区的冷却程度、燃烧器的形状设计。两段燃烧和烟气再循环等技术，就是在综合考虑了以上因素的基础上产生的。二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制

排烟再循环系统

烟气再循环方法是将一部分锅炉排烟与燃烧用空气混合送入炉内。由于循环气送到燃烧区，使炉内温度水平和氧气浓度降低，从而NO生成量下降。烟气再循环对热力型NOX的降低有明显的效果。

二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制烟气再循环对NOX排放的影响

一般地，再循环率增大，NOX降低；当再循环率再增大时，NOX降低得不多，而渐渐趋近于某一数值，表明排烟再循环对热力型NOx具有抑制作用，而对燃料型NOX抑制效果不明显。二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制二段燃烧炉

二段燃烧法：供给的一段空气约为理论空气量的85～90%，第一级燃烧区的温度降低，同时氧气量不足，NOX的生成量很小。供给的二段空气约为理论空气量的10～15%，完成整个燃烧过程，这时虽然氧气已剩余，但由于温度低，动力学上限制NO的生成。二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制

一段过剩空气系数对NOX生成特性

一段过剩空气系数越小，NOX的控制效果越好。但是，过剩空气系数减小，不完全燃烧的产物增加。

二段燃烧区主要完成未燃燃料和不完全燃烧产物的燃烧，如果过剩空气系数不恰当，炉膛尺寸不合适，则会使烟尘浓度和不完全燃烧的损失增加。二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制1.炭黑的形成与控制（1）气体燃料燃烧形成炭黑的控制气体燃料在燃烧过程中所生成的主要成分为碳的粒子，而这些粒子通常都是积炭。气体燃料燃烧生成的炭黑最少，在燃烧过程中可以容易地控制炭黑的生成。

三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制预混合燃烧:温度高，燃料与空气接触充分，氧化速率极快，几乎不生成炭黑。

扩散燃烧:在扩散焰中，氧化速率被限制，因此火焰温度不高,中间生成物在火焰中停留时间长，容易生成炭黑粒子和炭黑。

燃烧室内燃烧:过剩空气量控制在10%，气体燃料在燃烧室内几乎完全燃烧，不形成炭黑。

三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制（2）液体燃料燃烧形成炭黑的控制液体燃料油的喷雾燃烧，在火焰中生成炭粒子。空气的扩散速度越大，氧化速率更大，燃烧后炭黑的残留量较少。重油喷雾燃烧时，油雾滴在被充分氧化前，与炽热壁面接触，会发生液相裂解，形成焦炭，称作石油焦；油滴蒸发后残留的焦粒，称作煤胞。三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制

锅炉燃油一般使用重油。各种锅炉的燃烧室几乎都是以水冷壁包围，空气过剩率约为10％～30%。特别是燃烧起始时燃烧室内温度较低，容易生成炭黑。中小型锅炉燃烧室负荷比较大，燃烧时火焰与水冷壁接触急冷，油滴附着在炉壁上，形成煤烟。其对策为①喷嘴雾化良好；②注意燃烧空气量的控制；③火焰形状与燃烧室的关系设计时须充分注意。三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制(3)煤燃烧形成炭黑的控制燃烧方式：在手烧炉中投加冷煤时，在炉箅上原本赤热的煤上覆盖了一定厚度的煤层，造成空气不足，易形成炭黑。移动床燃烧设备是连续给煤的，空气供给充分，不存在手烧炉的随给煤时间间隔发生空气比变化的情况，但是当煤粉与空气混合不充分时，在局部空气不足处会形成炭黑。三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制煤的性质：炭黑是由于煤中挥发分的碳氢化合物不完全燃烧形成的。由于煤在燃烧高温下膨胀，煤层中的空气与燃烧气流不均匀，在局部煤层中空气不充分，导致容易形成炭黑。

三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制2.燃煤粉尘的生成与控制煤燃烧过程中烟尘的形成原因：煤不完全燃烧。①化学不完全燃烧，主要是由于燃烧时空气量不足，炉膛尺寸不当，空气与煤混合不均匀和燃烧反应时间不够等原因造成的。②机械不完全燃烧，主要是炉膛温度低，通风不均匀造成的。

三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制燃烧产生的烟尘量主要决定于三个因素：①燃用燃料的性质燃用煤颗粒越细，产生的飞灰就越多。如燃用煤含挥发物多，当燃烧时挥发物析出，使本身也微细化了。细的煤颗粒伴随气流飞起，烟尘量就增加。对黏结性强的煤，细的烟尘粒子不易从煤层里飞出，烟尘量就可能少些。三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制②燃烧过程的组织情况如果燃用黏结性煤时，由于黏结部分通风不好，风就集中在未黏结的地方产生火口，会带出大量的飞灰，结果会使烟尘量急剧地增加。在链条炉运行中在原煤中掺入一定的水分，细煤掺入的水分较多，这对减少烟尘是很有作用的一项措施。在炉膛内加装二次通风，蒸汽喷射等也是减少烟尘的很重要措施。三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制③燃烧方式手烧炉排和链条炉排锅炉，飞灰占燃料中总灰分的15%～25%。振动炉排烟烟尘浓度略高于链条炉。抛煤机的飞灰量约为总灰分的25%～40%。半沸腾燃烧锅炉烟气带出的飞灰为总灰分的40%～60%。三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制1.CO形成机制与控制方法（1）燃烧过程中CO的生成机理CO是烃类燃料在燃烧过程中的重要中间产物和不完全燃烧产物，燃料燃烧生成CO的基本历程如下：RHRRO2RCHORCOCO其中，RCO自由基生成CO是通过热分解，或通过下列方式实现：RCO+{O2,OH,O,H}CO+···四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制

在内燃机缸内:氧化剂存在的条件下:

在烃类燃料火焰中:通常OH的浓度较高,因此CO按下式进行反应的速度是很慢的：

燃烧过程中CO不能继续燃烧生成CO2而被排出：

①燃烧室气体温度突然过低；②燃烧室气体突然缺乏氧化剂；③反应物停留在适合于反应条件的时间过短。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制燃料燃烧另一最终产物H2O在高温下会发生分解反应,其分解率也随温度的升高明显变快，其中产物H2能与CO2发生水煤气反应，生成CO和H2O：四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制空-燃比对CO浓度的影响（2）燃烧过程中CO的控制CO是燃料燃烧的中间产物，对其生成控制集中在努力使之完全氧化，转化为CO2。因此，适当控制发动机的空-燃比，是降低CO排放的一种有效方法。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制

2.有机污染物的形成机制与控制方法燃料燃烧伴随排放相当浓度的苯系物、脂肪烃、多环芳烃（polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs）等碳氢化合物类有机污染物，直接危害人的健康，特别是PAHs为典型的强致癌、致畸有机污染物。燃煤排放的有机污染，特别是PAHs污染问题正日益成为燃烧过程污染控制的新领域。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制

碳氢化合物主要产生于燃料的不完全燃烧过程。影响燃烧过程碳氢化合物生成的主要因素有燃料组成、燃烧设备中的还原性气氛、烟气中有机前驱体与自由基的反应、燃料的燃尽率。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制燃料组成的影响：一般烯烃和芳香烃含量较高的燃料，燃烧尾气中碳氢化合物含量较高。PAHs的生成量与煤中挥发分含量呈强烈的正相关性，与煤的发热量呈极强的负相关性，与无机矿物质含量（灰分）呈弱负相关性。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制烟气中有机前驱体与自由基的反应的影响：PAHs是通过自由基反应生成的。燃料燃烧过程会形成无机氧化性活性粒子，如OH、HO2、NO3、H2O2、O3和烃类自由基，如R·、RO2·、RO·、RCO·、RCO2·（R表示烃基）等。这些活性粒子和自由基的相互作用对PAHs的生成起着重要的作用。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制燃烧设备中还原性气氛的影响：若燃烧过程炉内风量分布不均匀，温度场发生变化，造成局部还原气氛，会导致碳氢化合物生成量增加。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制燃料燃尽率的影响在高温区燃料燃尽率提高，燃料挥发分裂解以及大分子断裂生成的有机前驱体和自由基容易受到较强的氧化分解，有效降低炉内自由基浓度，减少了PAHs等碳氢化合物的生成。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制3、汞的形成机制与控制方法煤作为世界主要燃料，平均汞含量为0.06～0.33mg/kg，燃烧过程中汞的排放和控制已成为继SOx和NOx之后的又一大气污染控制研究重点。

危害：煤过程中产生的汞大部分以Hg0的形式排放到大气，沉积在土壤和水体中形成CH3Hg等其他形式的化合物，最终通过食物链进入人体，并在人体中积累富集，导致人体发病、肾功能衰竭、神经系统受损。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制

汞是一种极易挥发的元素,煤中所含的汞无论是无机态还是有机态，在燃烧过程中都将转化为气态单质。在烟气排出的冷却过程中，单质汞与烟气中其它成分作用,形成以下三种不同形态：四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制颗粒态汞：可在除尘设备中除去。氧化态汞：易被吸附，且溶于水，大部分可在烟气除尘或湿法烟气脱硫设备中除去，剩余少量排至大气后很快在排放源附近沉降。单质态汞：易挥发，汞蒸气难以被烟气净化设备捕集，排放至大气可持续1年之久，随风长程迁移扩散，沉降在广域的陆地和水体。

因此，必须重点控制烟气中的单质汞，一般是使之形成氧化态。

四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制在燃烧过程中，煤中汞的氧化程度受燃烧设备结构与表面性质、燃烧温度、烟气成分、冷却速率、飞灰量与组成等诸多因素的影响。影响最大的是烟气中氯（Cl）的含量与存在形式，烟气中汞的氧化主要是含氯物质与汞作用的结果，Cl可在任何烟气温度下快速氧化Hg0（g）。

四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制燃煤过程中Cl的行为特性决定了Hg0（g）与Cl发生氧化反应的程度。当煤中Cl元素含量高时，烟气中的汞主要生成HgCl2，排入大气产生Hg污染。但是，由于HgCl2易被吸附剂和飞灰吸附以及可溶于水的性质，而易于在烟气净化设备中去除。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制

燃烧室的出口温度可以影响烟气中单质汞与其它气体成分的反应程度。较高的燃烧室出口温度延长了烟气在高温快速反应阶段的停留时间，使烟气中单质汞与其它气体成分的化学反应较长时间处于快速反应阶段，有利于单质汞向氧化态汞的转化，这对烟气中的汞向飞灰中迁移，形成颗粒态汞得以固化是非常有效的。四、燃烧过程中其它污染物的形成与控制

第五节机动车污染与控制汽油机污染与控制

柴油车污染与控制

新型动力车

随着经济的快速发展，我国汽车保有量连年高速增长汽车单车排放因子高机动车污染物排放总量大，城市机动车污染分担率高严重影响城市大气环境质量第五节机动车污染与控制世界机动车增长趋势中国机动车保有量增长情况第五节机动车污染与控制来源：郝吉明等，大气污染控制工程电子教案，高等教育出版社油箱和化油器蒸发HC的15%排气管所有的CO、NOX、Pb和HC的60%曲轴箱HC的20%汽车污染物产生来源第五节机动车污染与控制来源：郝吉明等，大气污染控制工程电子教案，高等教育出版社一、汽油机污染与控制1.汽油机的工作原理与污染来源汽油机的发动机一般采用四冲程，即：进气、压缩、燃烧、排气。工作中，发动机推动活塞，通过连杆、曲轴柄带动曲轴旋转向外输出功率，驱动汽车轮胎。

四冲程汽油机结构示意图1-进气门；2-火花塞；3-排气门；4-缸体；5-活塞；6-活塞销；7-连杆；8-曲轴箱；9-曲轴；10-曲轴柄汽车排气的化学组成一、汽油机污染与控制测定项目空挡加速定速减速HC（C2H6等）/10-68005404805000碳氢化合物范围（C2H6等）/10-6300～1000300～800250～5503000～12000C2H2/10-67101701781096醛/10-6152734199NOx（NO2等）/10-62354312706氮氧化物范围（NO2等）/10-610～501000～40001000～30005～50CO/%4.91.81.73.4CO2/%10.212.112.46.0O2/%1.81.51.78.1排气量/（m3﹒min-1）0.14～0.711.1～5.70.7～1.70.14～0.71排气温度/（消音器入口）150～300480～700420～600200～420未燃烧料（乙烷等）/%2.882.121.9518.0汽油机车排入大气的废气：排气管排气：主要成分HC、CO、NOx等，在汽车排气总量中所占比例为CO99%、HC55%、NOx99%、Pb100%。曲轴箱漏气：主要成分是未燃烧的HC。在没有控制曲轴箱排放时，这部分排放量约占汽油机车HC总排放量的25%，CO和NOx约占总排放量的1%～2%。燃料蒸发：主要是HC，在不加控制的情况下，这部分燃料蒸气约占车HC排放总量的10%～20%。一、汽油机污染与控制2.汽油车的污染控制(1)降低污染排放的发动机技术改进点火系统：加强发动机燃烧过程，降低HC的排放。汽油喷射：提高发动机的性能，确保混合气完全燃烧，大幅度减小排气中的CO、HC和NOx。废气再循环：降低最高燃烧温度，以减少NOx的生成。一、汽油机污染与控制(2)汽油车尾气处理改进排气管：利用废气热量使混合气进一步汽化并成为未燃HC、CO再循环的热源。二次空气喷射系统：使高温废气中的HC、CO进一步燃烧。催化反应器：高效去除排气中的CO、HC、NOx。一、汽油机污染与控制

（3）曲轴箱的污染物排放控制采用封闭曲轴箱的方法，可以把占汽车排放HC总量25%的窜缸混合气完全处理干净。（4）燃