第1讲 第二章-燃烧与大气污染1

2024/1/19能源与环境学院环境系-1-大气污染控制工程(下)任课教师：仲兆83794700zzhong@止於至善2024/1/19能源与环境学院环境系-2-第二章燃烧与大气污染(10课时)第八章硫氧化物的污染控制（6课时）第九章固定源氮氧化物污染控制（7课时）第十章挥发性有机污染物控制（3课时）第十一章城市机动车污染控制（4课时）第十二章大气污染与全球气候（2课时）期末复习（1课时）主要内容2024/1/19能源与环境学院环境系-3-大气污染控制工程(下)第二章燃烧与大气污染2024/1/19能源与环境学院环境系-4-燃料的性质13燃烧过程中颗粒污染物的形成

5

烟气体积及污染物排放量计算

3燃料的燃烧过程

2燃烧过程硫氧化物的形成4燃烧过程中其他污染物的形成6主要内容2024/1/19能源与环境学院环境系-5-燃料的性质

§1燃料：用于产生热量或动力的可燃性物质。

化石燃料：煤、石油、天然气等。非常规燃料：生活垃圾、农作物秸秆等。

2024/1/19能源与环境学院环境系-6-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

燃料的性质

§1燃料类型燃烧特点燃烧速度的控制方式气体燃料燃烧迅速由空气与燃料的扩散或混合控制液体燃料

以气态形式燃烧液体燃料的蒸发过程固体燃料

挥发份：以气态形式燃烧固定碳：固态燃烧挥发份：挥发份的析出过程固定碳：由氧分子向固体表面的扩散控制2024/1/19能源与环境学院环境系-8-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。一、煤1.煤的分类燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-9-燃料的性质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。

§12024/1/19能源与环境学院环境系-10-燃料的性质2、煤的工业分析（1）水分：外部水分：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；

内部水分：将失去外部水分的煤样保持在375-380K下，约2h后称重。（2）灰分：

煤中不可燃矿物物质的总称。

§12024/1/19能源与环境学院环境系-11-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。燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-12-煤的工业分析（续）（3）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。

（4）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。燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-13-煤的结构模型

燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-14-3.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：与氧化镁和无水碳酸钠混合物反应，使硫转变为SO42-，用可溶性钡盐滴定。(艾氏法)也可采用库伦滴定法和高温燃烧法。

燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-15-4.煤中硫的形态

燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-16-5.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

燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-17-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

燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-18-煤的成分的表示方法及其组成的相互关系燃料的性质

§1图2-3煤的成分表示方法及其组成相互关系aradddafAStyCHONSrWnWw灰分固定碳挥发分水分固体部分(焦碳)挥发部分2024/1/19能源与环境学院环境系-19-6.

燃料的化学组成

煤2024/1/19能源与环境学院环境系-20-二、石油液体燃料的主要来源，比重0.78～1.00。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，还含有微量金属，如钒和镍，也会受到氯、砷和铅的污染。原油通过蒸馏、裂化和重整过程，生产出各种汽油、溶剂、化学产品和燃料油。氢含量增加时，比重减少，发热量增加。闪点、粘度燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-21-油中的硫原油中的硫大部分以有机琉的形式存在。一般为0.1％～7％(质量)。在轻馏分中，硫以下列形态存在：

硫化氢、硫醇、硫醚：R－S－R、二硫醚：R—S—S—R、环状硫化物：四氢噻吩(四氢硫杂茂)。原油中的硫分约有80％～90％留于重馏分中，以复杂的环状结构存在。油脱硫：采用高压下的催化加氢，以破坏C-S-C键，形成硫化氢气体，可以达到降低硫分的目的，但费用很高。燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-22-三、天然气典型的气体燃料天然气的一般组成为：甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％。天然气还含有碳氢化合物以外的其他组分，比如H2O、CO2、N2、He和H2S等，必要时需净化以提高热值，减少输送成本。燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-23-典型液体和气体燃料的化学组成成分燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-24-四、非常规燃料城市固体废弃物（MSW）商业和工业固体废弃物农作物秸秆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燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-25-5.其他燃料（RDF）燃料的性质

§12024/1/19能源与环境学院环境系-26-1.影响燃烧过程的主要因素燃烧的定义(P38)：可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量的释放,同时使燃料的组成元素转化为氧化物。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。。空气中的部分N可能被氧化NO(热力型氮氧化物)如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO(燃料型氮氧化物）

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-27-温度条件时间条件燃料与空气的混合条件达到燃料的着火温度燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间。燃料与氧充分混合(湍流)燃料完全燃烧的条件空气条件：提供充足的空气；但空气量过大，会降低炉温，增加热损失。

§2燃料燃烧过程(三T)2024/1/19能源与环境学院环境系-28-典型燃料的着火温度

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-29-空燃比和混合程度对燃烧产物的影响

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-30-2.燃料燃烧的理论空气量建立燃烧方程式的假定：空气组成

79.1%N2和20.9%O2，两者体积比为：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燃料的化学式为CxHySzOw空气和烟气均按理想气体处理，22.4l/mol。

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-31-燃烧方程式：燃料重量

=12x+1.008y+32z+16w理论空气量：

Va0＝P.40(2-6)煤4-7m3/kg，液体燃料10-11m3/kg

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-32-

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-33-[例2—2]假定煤的化学组成以质量记为：C:77.2％；H:5.2％；N:1.2%：S:2.6％；

O:5.9％；灰分:7.9％

。试计算这种煤燃烧时的理论空气量。

ElementWt%mol/100g（煤）mol/mol（碳）

C77.2

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

§2燃料燃烧过程P.412024/1/19能源与环境学院环境系-34-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

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-35-空燃比单位质量燃料燃烧所需要的空气质量。P42例

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

3.78

12.5=1716空燃比AF=15.03

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-36-

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

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-37-燃烧产物与温度的关系：

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-38-燃料种类对燃烧产物的影响（以1000MW电站为例）：

§2燃料燃烧过程2024/1/19能源与环境学院环境系-39-[例2—3]

P.43~44某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下(按质量)：C:88.3%、H:9.5％；S:1.6％；:0.05％;；灰分0.10％。试确定燃烧1