大气污染控制工程燃烧过程中污染物的形成

第2章熄灭与大气污染(2)

教学内容§1燃料的性质§2燃料熄灭过程§3烟气体积及污染物排放计算§4熄灭过程中硫氧化物的构成§5熄灭过程中颗粒物的构成§6熄灭过程中其他污染物的构成1第三节烟气体积及污染物排放量计算1.烟气体积计算

实际烟气体积CO2、SO2、N2和H2O干烟气、规范干烟气、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

留意：美、日和全球监测系统网的标态为298K、1atm。21.烟气体积计算过剩空气校正

实践空气量=〔1+a〕〔O2+3.78N2〕完全熄灭：与实际空气量相比多a〔O2+3.78N2〕此时烟气中，O2的量为O2P=aO2，N2的量为N2P=3.78〔1+a〕N2空气中O2=〔20.9/79.1〕N2=0.264N2，即进入熄灭系统的空气总氧量为0.264N2P31.烟气体积计算过剩空气校正实际需氧量=0.264N2P-O2P，空气过剩系数=1+O2P/〔0.264N2P-O2P〕假设熄灭过程中产生CO，过剩氧量必需加以校正：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。标况下烟气量计算的阅历式：P472.13。42.污染物排放量计算方法：根据实测的污染物浓度和排烟量

根据熄灭设备的排污系数、燃料组成和熄灭情况预测烟气量和污染物浓度排放因子〔EmissionFactor〕52.污染物排放量计算例2对例1给定的重油，假设燃料中硫转化为SOX〔其中SO2占97%〕，试计算空气过剩系数a=1.20时烟气中SO2及SO3的浓度，以ppm表示，并计算此时烟气中CO2的含量，以体积百分比表示。

6二．污染物排放量的计算解：由例1可知，实际空气量条件下烟气组成〔mol〕为：CO2：73.58H2O：47.5+0.0278SOX：0.5NX：实际烟气量：73.58+0.5+(47.5+0.0278)+()=491.4mol/kg重油即11.01m3/kg重油空气过剩系数α=1.2时，实践烟气量为：11.01+10.47×0.2=13.01m3/kg其中10.47为实际空气量，即1Kg重油完全熄灭所需实际空气量。7二．污染物排放量的计算烟气中SO2的体积为烟气中SO3的体积为所以，烟气中SO2、、SO3的浓度分别为：

8二．污染物排放量的计算当α=1.2时，干烟气量为：CO2体积为：所以干烟气中CO2的含量〔以体积计〕为：

9二．污染物排放量的计算例2-5：知某电厂烟气温度为473K，压力为96.93Kpa,湿烟气量Q=10400m3/min，含水汽6.25%〔体积〕，奥萨特仪分析结果是：CO2占10.7%，O2占8.2%，不含CO，污染物排放的质量流量为22.7Kg/min。求：〔1〕污染物排放的质量速率〔以t/d表示〕〔2〕污染物在烟气中浓度〔3〕烟气中空气过剩系数〔4〕校正至空气过剩系数α=1.8时污染物在烟气中的浓度。10解：〔1〕污染物排放的质量流量为：

〔2〕测定条件下的干空气量为：

测定形状下干烟气中污染物的浓度：

标态下的浓度：

11〔3〕空气过剩系数：〔4〕校正至α=1.8条件下的浓度：12§4熄灭过程中硫氧化物的构成一、燃料中硫的氧化机理1.燃料中硫的氧化√有机硫的分解温度较低无机硫的分解速度较慢含硫燃料熄灭的特征是火焰呈蓝色，由于反响：在一切的情况下，它都作为一种重要的反响中间体132.H2S的氧化143.CS2和COS的氧化154.元素S的氧化165.有机硫化物的氧化

17二.SO2和SO3之间的转化反响方程式SO2+O+MSO3+M〔1〕SO3+OSO2+O2〔2〕SO3+HSO2+OH〔3〕SO3+MSO2+O+M〔4〕

在炽热反响区，[O]浓度很高，反响〔1〕和〔2〕起支配作用18二.SO2和SO3之间的转化SO3生成速率当d[SO3]/dt=0时，SO3浓度到达最大在富燃料条件下，[O]浓度低得多，SO3的去除反响主要为反响〔3〕，SO3的最大浓度：19二.SO2和SO3之间的转化熄灭后烟气中的水蒸气能够与SO3结合生成H2SO4，转化率:转化率与温度亲密相关H2SO4浓度越高，酸露点越高烟气露点升高极易引起管道和空气净化设备的腐蚀20二.SO2和SO3之间的转化SO3的转化率/%21§5熄灭过程中颗粒物的构成一、碳粒子的生成核化过程：气相脱氢反响并产生凝聚相固体碳核外表上发生非均质反响较为缓慢的聚团和凝聚过程燃料的分子构造是影响积炭的主导要素积炭的生成与火焰的构造有关提高氧气量可以防止积炭生成压力越低那么积炭的生成趋势越小22一.碳粒子的生成火焰的构造预混火焰：气体燃料和空气在熄灭前充分混合〔bursenburner,meekerburner〕分散火焰：燃料和空气分别进入熄灭区，混合然后发生反响〔实践中运用最多23一.碳粒子的生成火焰的构造〔续〕层流火焰：Re<2200，分子分散和传导是控制过程湍流火焰：Re>2200，剧烈的湍流作用，但分子分散依然起作用Laminar transition developedturbulent heightJetvelocity24一.碳粒子的生成乙炔火焰中生碳反响过程25一.碳粒子的生成石油焦和煤胞的生成燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液相裂化和高温分解，出现结焦多组分重残油的熄灭后期会生成煤胞，难以熄灭。焦粒生成反响的顺序：烷烃烯烃带支链芳烃凝聚环系沥青半园体沥青沥青焦焦炭26二.燃煤烟尘的构成烟尘：固体燃料熄灭产生的颗粒物，包括：黑烟：未燃尽的碳粒飞灰：不可燃矿物质微粒煤粉熄灭过程碳外表的熄灭产物为CO，它分散分开外表并与O2反响灰层碳层外分散27二.燃煤烟尘的构成煤粉熄灭过程实际上碳与氧的摩尔比近1.0时最易构成黑烟在预混火焰中，C/O大约为0.5时最易构成黑烟易熄灭又少出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤焦炭褐煤低挥发分烟煤高灰发分烟煤碳粒子燃尽的时间与粒子的初始直径、外表温度、氧气浓度等有关28二.燃煤烟尘的构成熄灭碳层中成分和温度分布29二.燃煤烟尘的构成黑烟构成的化学过程30二.燃煤烟尘的构成高灰分燃料的分散熄灭31二.燃煤烟尘的构成飞灰的构成过程32二.燃煤烟尘的构成影响燃煤烟气中飞灰排放特征的要素煤质熄灭方式烟气流速炉排和炉膛的热负荷锅炉运转负荷锅炉构造33二.燃煤烟尘的构成影响燃煤烟气中飞灰排放特征的要素——煤质34二.燃煤烟尘的构成燃煤颗粒大小对飞灰含量的影响35二.燃煤烟尘的构成影响烟煤烟气中飞灰排放特征的要素——熄灭方式36二.燃煤烟尘的构成几种熄灭方式的烟尘百分比37二.燃煤烟尘的构成几种熄灭方式的烟尘颗粒概略38二.燃煤烟尘的构成几种熄灭方式的烟尘颗粒概略39火电厂大气污染物排放规范分类烟尘最高允许排放浓度〔mg/m3〕在县及县以上城镇规划区内的火电厂锅炉200在县规划区以外地域的火电厂锅炉500第I时段的在县及县以上城镇规划区内、1997年1月1日后还有10年及以上剩余寿命的火电厂锅炉600第Ⅲ时段的火电厂锅炉最高允许烟尘排放浓度40火电厂大气污染物排放规范第Ⅲ时段火电厂各烟囱SO2最高允许排放浓度燃料收到基硫分〔％〕≤1.0>1.0最高允许排放浓度〔mg/m3〕21001200锅炉额定蒸发量煤粉锅炉

液态排渣固态排渣≥1000t/h1000650第Ⅲ时段的火电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度〔mg/m3〕41二.燃煤烟尘的构成影响燃煤烟气中飞灰排放特征的要素——运转负荷42§6熄灭过程中其他污染物的构成一.有机污染物的构成构成历程链烃分子氧化脱氢构成乙烯和乙炔延伸乙炔的链构成各种不饱和基不饱和基进一步脱氢构成聚乙炔不饱和基经过环化反响构成C6－C2型芳香族化合物C6－C2基逐渐合成为多环有机物43一.有机污染物的构成比较活泼的碳氢化合物能够是产生光化学烟雾的直接缘由碳氢化合物的产生量与燃料组成亲密相关燃料中高分子碳氢化合物浓度与POM排放程度具有相关性燃料与空气的充分混合可降低有机物的含量，但不利于NOx的控制同时减少CH和NOx的排放需求仔细控制混合的型式、温度程度和整个系统的停留时间44二.CO的构成CO是一切大气污染物中量最大、分布最广的一种CO的全球排放量为200×106t/a燃料中的碳都先构成CO，然后进一步氧化在火焰温度下有足够的氧并且停留时间足够长，可以降低CO含量。CO的构成和破坏都由动力学控制，反响道路：RHRRCHORCOCO452.CO的构成46三.Hg的构成与排放Hg对人的肾和神经系统有危害煤碳熄灭是Hg的一大来源煤中Hg的析出率与熄灭条件有关熄灭温度>900oC时，析出率>90％复原性气氛的析出率低于氧化性气氛Hg排放控制是燃煤污染控制的新课题之一47四.NOx的构成NOx的构成机理燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx：高温下N2与O2反响生成的NOx瞬时NOx：低温火焰下由于含碳自在基的存在生成的NOx48四.NOx的构成49四.NOx的构成50五.二恶英的构成机理二恶英(Dioxin)是一种无色无味的脂溶性物质，二恶英实践上是一个简称，它指的并不是一种单一物质，而是构造和性质都很类似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物，全称分别叫多氯二苯并-对-二恶英〔简称PCDDs〕和多氯二苯并呋喃〔简称PCDFs〕，我国的环境规范中把它们统称为二恶英类。多氯二苯并-对-二恶英〔PCDDs〕由2个氧原子结合2个被氯原子取代的苯环；为多氯二苯并呋喃〔PCDFs〕由1个氧原子结合2个被氯原子取代的苯环。每个苯环上都可以取代1~4个氯原子，从而构成众多的异构体，其中PCDDs有75种异构体，PCDFs有种异构体。51五.二恶英的构成机理二恶英包括210种化合物，这类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累。自然界的微生物和水解作用对二恶英的分子构造影响较小，因此，环境中的二恶英很难自然降解消除。它包括210种化合物。它的毒性非常大，是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世纪之毒〞之称。国际癌症研讨中心已将其列为人类一级致癌物。环保专家称，“二恶英〞，常以微小的颗粒存在于大气、土壤和水中，主要的污染源是化工冶金工业、渣滓熄灭、造纸以及消费杀虫剂等产业。日常生活所用的胶袋，PVC〔聚氯乙烯〕软胶等物都含有氯，熄灭这些物品时便会释放出二恶英，悬浮于空气中。

52五.二恶英的构成机理二恶英的发生源主要有两个，一是在制造包括农药在内的化学物质，尤其是氯系化学物质,象杀虫剂、除草剂、木材防腐剂、落叶剂〔美军用于越战〕、多氯联苯等产品的过程中派生；

二是来自对渣滓的熄灭。熄灭温度低于800℃，塑料之类的含氯渣滓不完全熄灭，极易生成二恶英。二恶英随烟雾分散到大气中，经过呼吸进入人体的是极小部分，更多的那么是经过食品被人体吸收。以鱼类为例，二恶英粒子随雨落到江湖河海。被水中的浮游生物吞食，浮游生物被小鱼吃掉，小鱼又被大鱼吃掉，二恶英在食物链全程中渐渐积淀浓缩，等聚在大鱼体内的浓度已是水中的3000多倍了，而处于食物链顶峰上的人类体内将会聚集更多的二恶英。可怕的是一旦摄入二恶英就很难排出体外，积累到一定程度，它就引起一系列严重疾病。

二恶英属于氯代环三芳烃类化合物，在人体中不能降解不能排出,对人体安康有很大要挟的环境污染物。它有剧烈的致癌性，而且能呵斥畸形，对人体的免疫功能和生殖功能呵斥损伤。

并无相关病症，只能说大面积出现畸形、癌症等病症的地方会被疑心二恶英的灾区。53五.二恶英的构成机理54五.二恶英的构成机理55五.二恶英的构成机理56颗粒物的影响CDD/CDFEmitted/RefuseFed(μmol/t)UncontrolledAsh/RefuseFed(kg/t)DataafterBartonetal,199057本章小结1.要求了解燃料的种