大气污染控制工程燃烧与大气污染

第2章熄灭与大气污染教学内容§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§2熄灭与大气污染(1)1.教学要求了解常见民用及工业燃料的组成和性质；掌握气态、液态和固态燃料的熄灭过程，学会分析影响熄灭过程的要素；学会计算熄灭过程产生的烟气量和污染物浓度；掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产活力理，了解经过改动熄灭条件减少污染物生成的途径2、教学重点重点了解熄灭的根本原理和相关污染物构成机理，重点掌握熄灭过程污染物排放计算。3、教学难点熄灭过程污染物排放计算。建议学时数：4学时2§1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

燃料的定义：指熄灭过程中能放出热量，且经济上可行的物质32.燃料的化学组成典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分42.燃料的化学组成典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分〔续〕53.燃料组成对熄灭的影响碳：可燃元素。1kg纯碳完全熄灭时，放出7850kcal的热量。当不完全熄灭生成CO时，放出2214kcal的热量。纯碳起燃温度很高，熄灭缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质形状存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤构成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量那么相对添加。例如，无烟煤含碳量约90-98%，普通煤的含碳量约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%，以碳氢化合物的方式存在，1kg氢完全熄灭时能放出28780kcal的热量。63.燃料组成对熄灭的影响氧：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，普通为0.5-1.5%硫：以三种形状存在：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。硫熄灭生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。73.燃料组成对熄灭的影响水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由外表水分〔外部水分〕和吸附水分〔内部水分〕组成。外部水分可以靠自然枯燥方法除去。内部水分要放在枯燥箱中加热到102-105C，坚持2h后才干除掉。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。84.煤的分类和组成煤的根本分类

褐煤最低品味的煤，构成年代最短，热值较低烟煤构成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性较强，适宜工业普通运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94.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目的。

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。10

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目的。√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。11〔1〕煤的工业分析

水分：一定分量13mm以下粒度的煤样，在枯燥箱内318-323K温度下枯燥8小时，取出冷却，称重外部水分将失去外部水分的煤样坚持在375-380K下，约2h后，称重内部水分外部水分＋内部水分=煤所含的全水分。煤所含水分使热值降低，影响熄灭稳定，普通控制煤中水分在10%～13%。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，放入枯燥箱中冷却至常温再称重。12〔1〕煤的工业分析√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，是煤的主要可燃物质。失去水分和挥发分后的剩余部分〔焦炭〕放在80020C的环境中灼烧到分量不在变化时，取出冷却。焦炭所失去的分量为固定碳。√灰分：灰分是煤中不可燃矿物物质的总称。高灰分、低熔点的煤极易结渣，从尔影响热效率。13〔1〕煤的工业分析煤中灰分的组成：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，也添加了烟尘污染和出渣量14

〔2〕煤的元素分析

碳和氢：经过熄灭后分析尾气中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响，SSO42-，滴定15

〔3〕煤中硫的形状

16〔3〕煤中硫的形状a.硫化铁硫：是主要的含硫成分，常见形状是黄铁矿硫。黄铁矿：硬度6—6.5,比重4.7—5.2本无磁性，但在强磁场感应下能转变为顺磁性物，吸收微波才干较强，据此，可把其从煤中脱除。b.硫酸盐硫:硫酸盐硫在熄灭时不参与熄灭，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它形状的硫能熄灭放出热量。通常所说的SOx污染物只包括有机硫、硫化物，不包括MeSO4。c.有机硫：以各种官能团方式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分选的方法除去，需采用化学方法脱硫。17〔4〕煤的成分的表示方法要确切阐明煤的特性，必需同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种：√收到基：锅炉炉前运用的燃料，包括全部灰分和水分空气枯燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进展燃料分析时的试样成分18〔4〕煤的成分的表示方法枯燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，枯燥基更能反映出灰分的多少枯燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分19〔4〕煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法及其组成的相互关系

20〔4〕煤的成分的表示方法我国部分煤种的分析结果

21〔4〕煤的成分的表示方法我国部分煤种的分析结果(续〕

22二、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、氮和氧氢含量添加时，比重减少，发热量添加天然气典型的气体燃料普通组成为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％23四、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乡村废物水生植物和水生废物污泥处置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求专门技术转化为易于利用的方式城市固体废物用作燃料必需思索其大气污染问题24五、燃料组成的表示方法:CxHySzOwNvSample:C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%andash:7.9%byweight.Determinethenormalizedmolarcomposition.ElementWt%mol/100gmol/molC77.212=6.436.43=1.00H5.201=5.206.43=0.808N1.2014=0.08576.43=0.013S2.6032=0.08126.43=0.013O5.9016=0.3696.43=0.057ash7.96.43=1.23g/molCThenormalizedmolarcomposition:CH0.808N0.013S0.013O0.05725六、燃料的最重要的两个属性热值决议燃料的耗费量杂质污染物产生的来源26§2燃料熄灭过程一.影响熄灭过程的主要要素1.熄灭过程及熄灭产物完全熄灭：CO2、H2O不完全熄灭：CO2、H2O&CO、黑烟及其他部分氧化产物假设燃料中含有S和N，那么会生成SO2和NO空气中的部分N能够被氧化成NO－热力型NOx27一.影响熄灭过程的主要要素2.燃料完全熄灭的条件〔3T〕空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉温，添加热损失温度条件〔Temperature〕：到达燃料的着火温度时间条件〔Time〕：燃料在高温区停留时间应超越燃料熄灭所需时间燃料与空气的混合条件〔Turbulence〕：燃料与氧充分混合28一.影响熄灭过程的主要要素典型燃料的着火温度29一.影响熄灭过程的主要要素熄灭火焰温度与燃料混合比的关系〔以CH4为例〕30一.影响熄灭过程的主要要素典型锅炉热损失与过剩空气量的关系31一.影响熄灭过程的主要要素燃气比和混合程度对熄灭产物的影响32二.燃料熄灭的实际空气量1.实际空气量建立熄灭方程式的假定：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熄灭燃料中硫主要被氧化为SO2不思索NOX的生成燃料中的N在熄灭时转化为N2燃料的化学方程式为CxHySzOw33二.燃料熄灭的实际空气量熄灭方程式：燃料分量=12x+1.008y+32z+16w煤4-7m3/kg，液体燃料10-11m3/kg

34二.燃料熄灭的实际空气量实际空气量:35二.燃料熄灭的实际空气量3.6~6.0褐煤普通煤的实际空气量7.5~8.5无烟煤

9~10烟煤液体燃料〔燃料油〕的煤炉：4.5~5.5煤气液化气：2.97高炉：~0.7干:8.84~9.01天然气湿：11.4~12.136二.燃料熄灭的实际空气量例题：37二.燃料熄灭的实际空气量2.空气过剩系数实践空气量与实际空气量之比。以表示，通常>1部分炉型的空气过剩系数38二.燃料熄灭的实际空气量3．空燃比〔AF〕定义：单位质量燃料熄灭所需的空气质量，它可由熄灭方程直接求得。例如，甲烷在理想空气量下的完全熄灭：CH4＋2O2＋7.56N2→CO2＋7.56N2空燃比：AF=2×32＋7.56×28/1×16=17.2汽油〔～C8H18〕的实际空燃比为15纯碳的实际空燃比约为11.539三.熄灭过程中产生的污染物燃料种类对熄灭产物的影响〔以1000MW电站为例〕：40二.燃料熄灭的实际空气量例：某熄灭安装采用重油作燃料，重油成分分析结果如下〔按质量〕C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，灰分：0.10%。试确定熄灭1kg重油所需的实际空气量。解：以1kg重油熄灭为根底，那么：41

分量〔g〕摩尔数〔mol〕需氧量〔mol〕C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5H2O0．50．02780二.燃料熄灭的实际空气量42实际需氧量为：73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油假定空气中N2与O2的摩尔比为3.76(体积比)那么，实际空气量为：mol/kg重油即Nm3/kg重油二.燃料熄灭的实际空气量43三.熄灭过程中产生的污染物熄灭能够释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等温度对熄灭产物的绝对量和相对量都有影响燃料种类和熄灭方式对熄灭产物也有影响44三.熄灭过程中产生的污染物熄灭产物与温度的关系：45三.熄灭过程中产生的污染物典型固态燃料的熄灭产物：46三.熄灭过程中产生的污染物典型液态燃料的熄灭产物：47三.熄灭过程中产生的污染物典型