大气污染处理工程 第02章-燃烧与大气污染

第二章燃烧与大气污染1.燃料的性质2.燃料的燃烧过程3.烟气体积计算4.燃烧过程中硫氧化物、氮氧化物的形成5.颗粒污染物的形成6.其他污染物的形成第一节燃料的性质1.

燃料的分类按获得方法分

按物态分

天然燃料人工燃料固体燃料木柴、煤、油页岩

木炭、焦炭、煤粉等

液体燃料

石油

汽油、煤油、柴油、重油

气体燃料

天然气

高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气

2.

燃料组成对燃烧的影响碳：可燃元素。1kg纯碳完全燃烧时，放出32860

kJ的热量。当不完全燃烧生成CO时，放出9268kJ的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约90%~98%，一般煤的含碳量约50%~95%。氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为2%~10%，以碳氢化合物的形式存在，1kg氢完全燃烧时能放出120500

kJ的热量。

3.

燃料组成对燃烧的影响氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%~1.5%硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。3.

燃料组成对燃烧的影响水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102~105C，保持2h后才能除掉。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。4.煤的分类和组成

煤的基本分类褐煤最低品味的煤，形成年代最短，热值较低烟煤形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。适宜工业一般应用无烟煤煤化时间最长，含碳量最高（高于93％）,发热量大4.煤的分类和组成

煤的成分分析工业分析（

proximateanalysis）

测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。元素分析（ultimateanalysis）

用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。4.煤的分类和组成煤的工业分析水分：一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内318～323K温度下干燥8h，取出冷却，称重外部水分将失去外部水分的煤样保持在375～380K下，约2h后，称重内部水分挥发分：失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中加热7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重

4.煤的分类和组成煤的工业分析（续）固定碳失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳灰分：从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳4.煤的分类和组成煤中灰分的组成：我国煤炭的平均灰分含量为25％灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量4.煤的分类和组成煤的元素分析碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，SSO42-，滴定4.煤的分类和组成煤中硫的形态5.其他燃料

石油液体燃料的主要来源链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧氢含量增加时，比重减少，发热量增加天然气典型的气体燃料一般组成为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％5.其他燃料

非常规燃料城市固体废弃物商业和工业固体废弃物农产物和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天然存在的含碳和含碳氢的资源合成燃料

非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题燃料的最重要的两个属性热值决定燃料的消耗量杂质污染物产生的来源第二节燃料的燃烧燃烧：可燃混合物发生剧烈的化学反应而发热发光的快速氧化过程，同时燃料的组成元素转化为相应的氧化物。燃烧过程及燃烧产物完全燃烧：CO2、H2O不完全燃烧：

CO2、H2O&CO、黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NOx1.影响燃烧过程的主要因素燃料完全燃烧的条件（3T）空气条件：提供充足的空气，若空气供给不足导致燃烧不完全；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度；影响着燃烧速度及燃烧过程中生成的燃烧产物的成分和数量。时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分混合；其混合程度成为决定燃烧完全和快慢以及产生黑烟、CO的一个重要因素。1.影响燃烧过程的主要因素典型燃料的着火温度2.燃料燃烧的理论空气量建立燃烧方程式的假定：空气组成

20.9%O2和79.1%N2，两者体积比为：N2/O2=3.78燃料中固定氧可用于燃烧燃料中硫主要被氧化为

SO2计算理论空气量时忽略NOX的生成燃料的化学式为CxHySzOw2.燃料燃烧的理论空气量燃烧方程式：燃料重量

=12x+1.008y+32z+16w理论空气量：2.燃料燃烧的理论空气量例题：2.燃料燃烧的理论空气量空气过剩系数实际空气量与理论空气量之比。以表示，通常>1部分炉型的空气过剩系数2.燃料燃烧的理论空气量空燃比单位质量燃料燃烧所需要的空气质量

例如：汽油（～C8H18）的完全燃烧汽油的质量：128+1.00818=114.14

空气的质量：3212.5+283.7812.5=1723空燃比

AF=15.113.燃烧过程中产生的污染物燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响3.燃烧过程中产生的污染物燃烧产物与温度的关系：3.燃烧过程中产生的污染物燃料种类对燃烧产物的影响（以1000MW电站为例）：第三节烟气体积及污染物排放量计算1.烟气体积计算理论烟气体积

CO2、SO2、N2和水蒸气H2O干烟气、湿烟气实际烟气体积

Vy0：理论烟气体积

vk0：理论空气量Vy

=vy0+1.016（a-1）vk02.污染物排放量计算方法：实测法

通过实际测量废气（水）的排放量及其所含污染物得浓度，计算其中某种污染物得排放量得方法物料衡算法根据质量守衡定律对某系统进行物料得数量平衡计算投入=产品+流失排放系数法根据生产过程中单位的经验排放系数与产品（年）产量求得污染物排放量的方法2.3.2污染物排放量的计算

例2-1某热电厂满负荷每小时燃烧煤22.5t/h，燃煤产地是山西阳泉一煤，其可燃基如下：

Cy＝65.7%，Hy=2.7%，Oy=2.8%，Sy=0.35%

Ny＝1.05%，水分Wy=8.18%，空气过剩系数为1.20，除尘效率为95%，试计算该厂每小时实际污染物、排放物烟气量2.4.1燃烧过程中硫氧化物的形成

元素硫、硫化物硫、有机硫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。单体硫的燃烧：S+O2＝SO2；SO2+1/2O2＝SO3硫铁矿的燃烧：4FeS2+11O2＝Fe2O3+8SO2

SO2+1/2O2＝SO3硫醚等有机硫的燃烧：第四节燃烧过程中污染物的的形成与控制2.4.2硫氧化物形成与控制

煤炭洗选：主要是重力分选燃料脱硫（燃烧前脱硫）煤炭转化：煤的汽化和煤的液化重油脱硫型煤固硫洁净燃烧技术硫化床烟气脱硫（燃烧后脱硫）燃烧过程中氮氧化物的形成燃烧过程氮氧化物的形成与控制

2.5.1氮氧化物的形成

NOx的形成机理燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx：高温下N2与O2反应生