燃烧与大气污染

大气污染掌握工程教案大气污染掌握工程教案1第1第页原理、污染物的生成机理以及如何掌握燃烧过程，削减污染物的排放。§2-1.燃料的性质燃料指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。1〕常规燃料：如煤〔coa、patrolum、自然气等。〔2〕格外规燃料〔1〕固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧〔蒸气掌握定炭以固态燃烧〔集中掌握。〔2〕液体燃料：有蒸发过程掌握〔气态形式燃烧。(3) 燃料的性质影响大气污染物的排放。C、HO2、N2、S等一起构成的有机聚合物。煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。１．分类：按基于沉积年月的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。黑色、褐色、泥土色，象木材构造。60—75%，O220—25%。烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。分20—45%，C 。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含量>93%,无机物量<10%,着火难，不易自燃，成焦性差。煤的组成测定方法分为工业分析；元素分析两大类。工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、S含量、热值。元素分析：用化学法测定去除掉外部水分的主要组分。C、H2、N2、S、O2等。

Sz有机硫〔CxHy 〕Sz煤中含硫 无机硫 无机硫〔S〕硫酸盐硫〔MeSO4〕硫酸盐硫在燃烧时不参与燃烧，留在灰渣里，是灰分的一局部，其它能燃烧放出热量。我们所说的污染物SOx只包括有机硫、硫化物，不包括MeSO4，而一般给我们的含硫量是指总硫量。应留意。黄铁矿：硬度6—6.5比重4.7—5.2煤中脱除。的方法除去，需承受化学方法脱硫。石油：石油是液体燃料的主要来源。原油是自然存在的易流淌液体。比重0.78—1.00C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金属〔钒、镍、砷、铅、氯等，10ppm左右。原油中的硫大局部以有机硫形式存在，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、裂化和重态过程生产出各种产品。原油中80—90%留于重硫分中。硫以简单的环状构造存在，而需去除的仅是硫原子，C—S—CH2S气体，可达目的，但费用很高。三、自然气CH485%,10%3%H2O、CO2、N2、He、H2S等。§2-2 燃料燃烧过程一、 影响燃烧过程的主要因素燃烧过程及燃烧产物成相应的氧化物。其它局部氧化产物等。假设燃料中含SN会生成SO2和NO燃烧温度较高时空气中的局部氮会被氧化成NOxFuel NOx(燃料型NOx)——燃料中的N)NOx的生成量ThermalNOx(NOx)——高温时空气中燃料完全燃烧的条件充分混合。空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。温度条件：只有到达着火温度，才能与氧化合而燃烧。2-3。P348.时间条件：燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需时间。燃烧与空气的混合条件：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．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。即反响物开头状态和反响物终了状态一样状况下〔常温298K,101325PaKJ/K。固体KJ/m3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可用氧弹式量热计测定，也可用阅历公式计算。依据煤的工业分析数据计算。

留意：煤中H有两种形态①可燃氢(参依据燃料的关 系分析数据计算 自由氢与C、S结合需应用基来说明组成〔b〕应用基〔a〕160—200℃；120—180℃。②热损失。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：由设备管道温度高于四周空气温度造成热损失。SOx：随温度变化不大，主要是煤中S。粉尘：随温度的增高、不变、降低而变化。COHC化合物烟：随温度的增高、不变、降低而变化。随温度的增高、不变、降低而变化。二、 燃料燃烧的理论空气量V1．理论空气量〔0〕 所需要的氧一般从空气中获得。Va理论空气量〔1〕可由燃烧反响方程式获得〔2〕阅历公式〔由热值〕固体燃料V01.01Q 0.5a 4187液体燃料V00.85Q 2

11256/m

a 4187V00.875QVa 418711256/m

01.07QVa 4187V

0.25建立燃烧化学方程式时，假定：１〕 空气仅由N和O79/21=3.76；2 2２〕 燃料中的固态氧可用于燃烧；３〕 燃料中的硫被氧化成SO；2４〕 计算理论空气量时无视NO 的生成量；X５〕 燃料的化学时为CHSO，其中下标x、y、z、w分别代表C、H、S、O的原子数。x yz w完全燃烧的化学反响方程式： y

y w y

y wCxHySzOwx4z

2O23.76x4z

2N2xCO22H2OzSO23.76x2z

2N2QQ代表燃烧热理论空气量：V0

22.4

xy

w/12x1.008y32z16w4.76a

4 2 y w 106.6x z /12x1.008y32z16w 4 2m3/kg3.6~6.0 褐煤V一般煤的理论空气量0Va

4~7m3/kg 7.5~8.5 无烟煤V液体燃料〔燃料油〕的0Va

10~11m3/kg

9~10 烟煤煤炉：4.5~5.5 干： 8.84~9.01煤气 液化气：2.97 自然气高炉： ~0.7 湿： 11.4~12.12．空气过剩系数a世纪空气量V与理论空气量V0之比为空气过剩系数aa aaVaV0Va

a>1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。42.11计算〔理论，假设知燃料的热值可用2.13~2.17计算。例：某燃烧装置承受重油作燃料，重油成分分析结果如下〔按质量〕C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，重量〔g〕摩尔数〔mol〕需氧量〔mol〕C883重量〔g〕摩尔数〔mol〕需氧量〔mol〕C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5HO20．50．02780理论需氧量为：73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油假定空气中N与O的摩尔比为3.76(体积比)2 2则，理论空气量为：97.833.761465.67mol/kg重油即 465.6722.41000

10.43Nm3/kg重油第 4 次课 2 学时注：本页为每次课教案首页上次课复习：提问：1.燃烧的根本原理，主要内容包括：燃料的种类〔煤、石油、自然气以及格外规燃料〕和性质？2.燃料完全燃烧过程的条件？本次课题〔或教材章节题目：其次章燃烧与大气污染§2-3燃烧污染物的形成与掌握教学要求：把握燃烧过程烟气量及污染物排放量的计算，以及燃烧过程中Sox、颗粒污染物、一氧化碳、汞的形成机理。重 点：燃烧过程烟气量及污染物排放量的计算，以及燃烧过程中Sox、颗粒污染物的形成机理。难 点：燃烧过程烟气量及污染物排放量的计算教学手段及教具：多媒体讲授内容准时间安排： 2学时§2-3燃烧污染物的形成与掌握P62 2.2 2.4 2.6课后作业参考资料§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VCO、SO、N和水蒸气。2 2 2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。

0fgV0=VfgV

+V干烟气=V

水蒸气+V +V理水蒸气

燃料中氢燃烧后的水蒸气

燃料中所给

理论空气量带入的实际烟气体积V0 V =V0 +(a-1)V0fg烟气体积和密度的校正

fg fg a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〔TP下〕烟气的体积为V，密度ρ 。s s s s标态下：〔T、PN N

下〕 烟气的体积为V

，密度为ρ 。N NPP标态积为：VNVSSPNP

TNTSTNPN

N SSP TSS N应指出，美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是298K、1atm在作数据比较时应留意。由于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。用奥氏烟气测定烟气中的CO、OCO的含量，可以确定燃烧设备在运行中烟气成分和2 2空气过剩系数。空气过剩系数为 a=实际空气量1m理论空气量m---------过剩空气中O的过剩系数2设燃烧是完全燃烧，过剩空气中的氧只以O形式存在，燃烧产物用下标P表示，22CO O2 N222P 2P 2P假设空气只有O、N2 2

21%、79%21N79 2P

0.266N2P理论需氧量：0.266N —O2P 2PO所以a1 2P0.266N2PO2PO假设燃烧完全a1 2P 0.266N2PO2P假设燃烧不完全产生CO须校正，即从测得的过剩氧中减CO氧化为CO2

所需的O2a1 O2P0.5COP0.266N2P

O2P

0.5COP各组分的量均为奥氏所测得的百分数。6. 标况下烟气量计算的阅历式：P36 2.23~2.28。二．污染物排放量的计算例2对例1给定的重油，假设燃料中硫会转化为SO〔其中SO占97，试计算空气过剩系数a=1.20X 2时烟气中SOSO的浓度，以ppm表示，并计算此时烟气中CO的含量，以体积百分比表示。2 3 21可知，理论空气量条件下烟气组成〔mol〕为：CO：73.58 2

O：47.5+0.0278X2XSO：0.5 X

：97.833.76理论烟气量：73.58+0.5+(47.5+0.0278)+(97.833.76)=489.45mol/kg重油即 489.4522.4=10.96m3N/kg重油1000空气过剩系数a=1.2时，实际烟气量为：10.9610.431.2113.05m3N/Kg重油 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。2 1000烟气中SO的体积为0.50.9722.4 0.0109m3N/2 10003 1000烟气中SO的体积为0.50.0322.4 3.36104m3N/Kg3 1000所以，烟气中SO、SO

的浓度分别为：2、3C

0.0109106835.25ppm13.05C

3.3610413.05

10625.75ppm当α=1.2时，干烟气量为：1000CO73.5822.41.648m3N/Kg重油2 1000所以干烟气中CO的含量以体积计为：21.64810013.75%11.985例47396.93Kpa湿烟气量Q=104003/min含水汽6.25〔体积奥萨特仪分析结果是：CO10.7%，O8.2%，不含CO22.7Kg/min。2 2污染物排放的质量速率〔以t/d表示〕污染物在烟气中浓度烟气中空气过剩系数校正至空气过剩系数α=1.8时污染物在烟气中的浓度。〕污染物排放的质量流量为：22.7Kg60min24h t 32.7t/dmin h d 1000Kg〔2〕测定条件下的干空气量为：Qd1040010.06259750m3/min测定状态下干烟气中污染物的浓度：C22.71062328.2mg/m3标态下的浓度：9750大气污染掌握工程教案大气污染掌握工程教案10第10第页PC C

T 101.33 4732328.2 4217.0mg/m3NN P T

96.93 273 N〔3〕空气过剩系数：1 Q2P 1 8.2 1.6130.268N2PO2P 0.26881.18.2〔4〕校正至α=1.8条件下的浓度：C校C实

实1.8C 4217.01.6133778.9mg/m3N校 1.8§2-4SOx的形成及掌握一、燃料中硫的氧化机理燃料中的硫在燃烧过程中与氧反响，主要产物是SOSO，但SO

的浓度相当低，既使在贫燃2 3 3料状态下，生成的SO也只占SO生成量的百分之几。在富燃料状态下，除SO外，还有一些其3 2 2S的氧化物，如SO及其二聚物〔SO〕S2所以仅在各种氧化反响中以中间体形式消灭。

O.这些产物化学反响力量强，2燃烧时：SO2SO2 2SO2O22SO3SO2越稳定。故一般主要生成SO,计算时可无视SO。2 3二、SOx的掌握初步估算：全球从燃烧系统排入大气的硫化物总量约93×106t/a，其中70%从燃用化石燃料的发电厂排出。进入大气中SOX

转化成MeSO，硫酸烟雾等污染环境必需加以掌握。掌握的方法有：低硫燃4料、燃料脱硫、燃烧过程中脱硫或烟气脱硫等。１． 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%6~8%；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到达环保条例的要求。正在争论的脱硫法有：浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学裂开法、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。型煤固硫是掌握SO2的一条经济有效途径。〔加石灰〕固硫率达87，烟尘削减2/；日本 蒸汽机车用石灰固硫率达70~80%，脱硫费用仅为选煤的8%；我国 已投产的型煤工艺十大类，民用蜂窝煤固硫率>50%，唐山、河北石家庄、承德、北京矿冶争论生院、工业型煤。２〕 煤炭的转化煤炭的转化主要是气化、液化。即对煤进展脱硫或加氢转变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。煤的气化煤的气化技术进展很快〔已商业化〕托切克气化HygasCogas气化等未商业化化。气化后的叫煤气：煤气主要是H、CO、CH等煤中硫的HS20mg/m3，2 4 2生产出煤气中HS含量几百到几千mg/m3。2需去除：方法有干法、湿式法。干法的氧化铁系为代表。煤的液化 直接液化 SRC-Ⅱ法煤的液化分两类间接液化 鲁奈气化-弗托合成法煤的液化时耗水量