第二章燃烧与大气污染

第二章燃烧与大气污染第1页，课件共57页，创作于2023年2月第一节燃料的性质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、焦炉煤气第2页，课件共57页，创作于2023年2月2.燃料的化学组成典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分第3页，课件共57页，创作于2023年2月2.燃料的化学组成典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分第4页，课件共57页，创作于2023年2月液体燃料与固体燃料相比具有的特征：(1)液体燃料的发热值高，容易贮藏和运输；(2)一般来说燃烧液体燃料所产生的煤烟比燃煤时少；(3)燃烧含硫高的重质油将会产生较多的SO2气态污染物；(4)燃料油中灰分含量较少；(5)液体燃料种类很多，根据要求采用适宜的燃料油组织燃烧。第5页，课件共57页，创作于2023年2月气体燃料具有如下特征：(1)燃烧效率较高，用少量过剩空气就充分燃烧，烟量很少；(2)大多数气体燃料含硫量很低；(3)气体燃料不含有灰分，因此，烟气中没有烟尘。第6页，课件共57页，创作于2023年2月3.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7850kcal的热量。当不完全燃烧生成CO时，放出2214kcal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28780kcal的热量。第7页，课件共57页，创作于2023年2月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。第8页，课件共57页，创作于2023年2月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102-105

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。第9页，课件共57页，创作于2023年2月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％。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,发热量大第10页，课件共57页，创作于2023年2月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。估测硫含量和热量，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。第11页，课件共57页，创作于2023年2月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8小时，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7分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称重

第12页，课件共57页，创作于2023年2月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：煤中不可燃矿物质的总称第13页，课件共57页，创作于2023年2月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第14页，课件共57页，创作于2023年2月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-，滴定第15页，课件共57页，创作于2023年2月4.煤的分类和组成煤中硫的形态第16页，课件共57页，创作于2023年2月4.煤的分类和组成煤的成分的表示方法

要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种：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

第17页，课件共57页，创作于2023年2月4.煤的分类和组成干燥基：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%的成分第18页，课件共57页，创作于2023年2月4.煤的分类和组成煤的成分的表示方法及其组成的相互关系

第19页，课件共57页，创作于2023年2月4.煤的分类和组成我国部分煤种的分析结果

第20页，课件共57页，创作于2023年2月4.煤的分类和组成我国部分煤种的分析结果(续）

第21页，课件共57页，创作于2023年2月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％第22页，课件共57页，创作于2023年2月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第23页，课件共57页，创作于2023年2月6.燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv

Sample:C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%andash:7.9%byweight.Determinethenormalizedmolarcomposition.ElementWt%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=0.057ash7.9

6.43=1.23g/molCThenormalizedmolarcomposition:CH0.808N0.013S0.013O0.057

第24页，课件共57页，创作于2023年2月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25页，课件共57页，创作于2023年2月第二节燃料燃烧过程

1.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第26页，课件共57页，创作于2023年2月1.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；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）：燃料与氧充分混合第27页，课件共57页，创作于2023年2月1.影响燃烧过程的主要因素典型燃料的着火温度第28页，课件共57页，创作于2023年2月1.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）第29页，课件共57页，创作于2023年2月1.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第30页，课件共57页，创作于2023年2月1.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第31页，课件共57页，创作于2023年2月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(可替代一部分氧气)燃料中硫主要被氧化为SO2不考虑NOX的生成燃料中的N在燃烧后以N2形式存在燃料的化学方程式为CxHySzOw第32页，课件共57页，创作于2023年2月2.燃料燃烧的理论空气量燃烧方程式：1mol燃料的重量=12x+1.008y+32z+16w燃烧1Kg燃料需要的理论空气量：经验值：煤4-7m3/kg，液体燃料10-11m3/kg

第33页，课件共57页，创作于2023年2月2.燃料燃烧的理论空气量例题：第34页，课件共57页，创作于2023年2月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第35页，课件共57页，创作于2023年2月3.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第36页，课件共57页，创作于2023年2月3.燃烧过程中产生的污染物燃烧产物与温度的关系：第37页，课件共57页，创作于2023年2月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38页，课件共57页，创作于2023年2月3.燃烧过程中产生的污染物典型固态燃料的燃烧产物：第39页，课件共57页，创作于2023年2月3.燃烧过程中产生的污染物典型液态燃料的燃烧产物：第40页，课件共57页，创作于2023年2月3.燃烧过程中产生的污染物典型气态燃料的燃烧产物：第41页，课件共57页，创作于2023年2月4.热化学关系式发热量：单位燃料完全燃烧时，所放出的热量，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下的热量变化（kJ/kgorkcal/kg）高位发热量：包括燃料生成物中水蒸气的汽化潜热低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时，完全燃烧过程所释放的热量第42页，课件共57页，创作于2023年2月4.热化学关系式燃烧设备的热损失排烟热损失不完全燃烧热损失散热损失在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最低不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧。第43页，课件共57页，创作于2023年2月4.热化学关系式燃烧热损失与空燃比的关系第44页，课件共57页，创作于2023年2月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H2O干烟气、标准干烟气、湿烟气烟气体积和密度的校正转化为标态下（273K、1atm）的体积和密度注意：美、日和全球监测系统网的标态为298K、1atm。第45页，课件共57页，创作于2023年2月1.烟气体积计算过剩空气校正实际空气量=（1+

）

（O2+3.78N2）完全燃烧：与理论空气量相比多

（O2+3.78N2）此时烟气中，O2的量为O2P=

O2，N2的量为N2P=3.78

（1+

）

N2空气中O2=（20.9/79.1）N2=0.264N2，即进入燃烧系统的空气总氧量为0.264N2P第46页，课件共57页，创作于2023年2月1.烟气体积计算过剩空气校正充分燃烧理论需氧量=0.264N2P-O2P，空气过剩系数

=1+O2P/（0.264N2P-O2P）假如燃烧过程中产生CO，过剩氧量必须加以校正：O2P-0.5COP

=1+（O2P-0.5COP）/[0.264N2P-（O2P-0.5COP）]以上组分的量均可由烟气分析仪测定。

第47页，课件共57页，创作于2023年2月2.污染物排放量计算方法：根据实测的污染物浓度和排烟量根据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排放因子（EmissionFactor）第48页，课件共57页，创作于2023年2月2.污染物排放量计算排放因子举例（烟煤、次烟煤－SOx、NOx、CO）第49页，课件共57页，创作于2023年2月2.污染物排放量计算排放因子举例（烟煤、次烟煤－PM）第50页，课件共57页，创作