燃烧与大气污染

关于燃烧与大气污染第1页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三2一、燃料性质二、燃烧过程三、燃烧过程计算四、燃烧过程硫氧化物的形成五、燃烧过程中颗粒污染物的形成六、氮氧化物的形成七、燃烧过程中其他污染物的形成本章主要内容第2页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三3一、燃料性质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、焦炉煤气第3页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三4一、燃料性质2.燃料的化学组成:决定热值和燃烧产物典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分第4页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三52.燃料的化学组成:决定热值和燃烧产物典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分(续)一、燃料性质第5页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三2.

燃料的化学组成液态燃料的挥发(以汽油为例）一、燃料性质第6页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三73.燃料组成对燃烧的影响燃料组成碳氮硫其他氢氧一、燃料性质第7页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三83.燃料组成对燃烧的影响碳：可燃元素。1kg纯碳完全燃烧放出7850kcal的热量，不完全燃烧生成CO时放出2214kcal的热量。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：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28780kcal的热量氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量

一、燃料性质第8页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三93.燃料组成对燃烧的影响氮：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102-105°C，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。一、燃料性质第9页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三104.煤的分类和组成煤的基本分类褐煤：最低品位的煤，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％。成焦性较强，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％），成焦性差,发热量大一、燃料性质第10页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三114.煤的分类和组成煤的详细分类一、燃料性质第11页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三124.煤的分类和组成煤的成分工业分析（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。一、燃料性质第12页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三134.煤的分类和组成煤的成分一、燃料性质第13页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三144.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8小时，取出冷却，称重，得到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，得到内部水分挥发分：失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中加热7分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称重一、燃料性质第14页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三154.煤的分类和组成煤的工业分析（续）固定碳从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在800±20°C的环境中灼烧到重量不在变化时，取出冷却，焦炭所失去的重量为固定碳灰分：煤中不可燃矿物物质的总称一、燃料性质第15页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三164.煤的分类和组成煤的工业分析（续）灰分：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一、燃料性质第16页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三174.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-，滴定一、燃料性质第17页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三184.煤的分类和组成煤的元素分析煤中硫的形态一、燃料性质第18页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三194.煤的分类和组成煤的成分的表示方法图2-1固体燃料成分及其组成相互关系一、燃料性质aradddafASlyCHOSrWnWw灰分固定碳挥发分水分固体部分（焦碳）挥发部分N第19页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三204.煤的分类和组成煤的成分的表示方法收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分一、燃料性质第20页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三214.煤的分类和组成我国部分煤种的分析结果一、燃料性质第21页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三224.煤的分类和组成我国部分煤种的分析结果(续)

一、燃料性质第22页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三235.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％一、燃料性质第23页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三245.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一、燃料性质第24页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三256.燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv例题某燃料质量组成：C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%,灰分:7.9%。请确定该燃料的化学分子式。元素

质量组成，%mol/100gmol/molC77.2÷12=6.43÷6.43=1.00H5.20÷1=5.20÷6.43=0.808N1.20÷14=0.0857÷6.43=0.013S2.60÷32=0.0812÷6.43=0.013O5.90÷16=0.369÷6.43=0.057

灰分7.9÷6.43=1.23g/molC该燃料的化学分子式为：CH0.808N0.013S0.013O0.057

一、燃料性质第25页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三26一、燃料性质二、燃烧过程三、燃烧过程计算四、燃烧过程硫氧化物的形成五、燃烧过程中颗粒污染物的形成六、氮氧化物的形成七、燃烧过程中其他污染物的形成本章主要内容第26页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三27影响燃烧过程的主要因素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NOx二、燃烧过程

第27页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三28影响燃烧过程的主要因素燃料完全燃烧的条件空气条件：提供充足的空气；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)：燃料与氧充分混合二、燃烧过程

第28页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三29影响燃烧过程的主要因素典型燃料的着火温度二、燃烧过程第29页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三30影响燃烧过程的主要因素燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以CH4为例）二、燃烧过程

第30页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三31影响燃烧过程的主要因素典型锅炉热损失与过剩空气量的关系二、燃烧过程

第31页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三32影响燃烧过程的主要因素燃气比和混合程度对燃烧产物的影响二、燃烧过程

第32页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三332.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不考虑NOX的生成燃料中的N在燃烧时转化为N2燃料的化学方程式为CxHySzOw二、燃烧过程

第33页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三342.燃料燃烧的理论空气量建立燃烧方程式的假定燃烧方程式：燃料重量=12x+1.008y+32z+16w理论空气量：煤4-7m3/kg，液体燃料10-11m3/kg二、燃烧过程

第34页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三352.燃料燃烧的理论空气量例题二、燃烧过程

第35页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三362.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α表示，α通常>1部分炉型的空气过剩系数二、燃烧过程

第36页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三372.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：12✕8+1.008✕18=114.14空气的质量：32✕12.5+28✕3.76✕12.5=1716空燃比AF=15.03二、燃烧过程

第37页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三383.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二、燃烧过程

第38页，讲稿共45页，2023年5月2日，星期三393.燃烧过程中产生的污染物燃烧产物与