烟气净化课件

燃烧产生的主要环境问题

1.1大气污染和大气污染物

1.1.1大气的组成★大气是由多种气体混合组成的，按其成分可以概括为三部分：干燥清洁的空气、水汽和悬浮微粒。

★按大气成分的变化可分为均匀大气层(0～90km)和非均匀大气层(90～10000km?)。★均匀大气层集中了大气圈的主要物质，大气圈的成分包括稳定成分组和可变成分组。表1-2大气微量-痕量可变组分

1.1.2大气污染大气污染：由于人类活动或自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。按照大气污染的范围来分，大致可分为四类：

(1)局限于小范围的大气污染；(2)涉及一个地区的大气污染；(3)涉及到比一个城市更广泛地区的广域污染；(4)必须从全球范围考虑的全球性(或国际性)污染。大气污染物

根据其存在状态，可概括为两大类：气溶胶状态污染物和气体状态污染物。气溶胶：指沉降速度可以忽略的固体粒子、液体粒子或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。气体状态污染物：是以分子状态存在的污染物，筒称气态污染物。

1.气溶胶状态污染物粉尘(dust):机械过程或自然过程

烟(fume):冶金过程

飞灰(flyash):指由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分散得较细的粒子。

黑烟(smoke):燃烧产生的能见气溶胶。

液滴(droplet):小液体粒子

轻雾或霭(mist):气体中液滴的悬浮体

雾(fog):气体中液滴的悬浮体的总称

降尘：指大气中的粒径大于10μm的固体粒子，靠重力作用能在较短时间内沉降到地面。飘尘：指大气中的粒径小于10μm的固体粒子，它能长期地在大气中飘浮。总悬浮微粒(TSP)：指大气中的粒径小于100μm的固体粒子。它能较长时间地悬浮于大气中。2.气体状态污染物按其形成过程的不同，可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物，直接从多种排放源进入大气中的各种气体、蒸气和颗粒物。二次污染物，进入大气的一次污染物在大气中互相作用，或与大气中正常组分发生反应，以及在太阳辐射的参与下引起光化学反应而产生的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物。大气污染类型根据污染物的化学性质及它们存在的大气环境状况，大气污染类型可分为以下几种。

石油型混合型特殊型还原型（煤炭型）燃烧氧化型（汽车尾气型）几种主要气态污染物

(1)硫氧化物

SO2主要来自化石燃料(煤和石油)的燃烧过程、以及硫化物矿石的焙烧、冶炼等热过程。煤中黄铁矿燃烧：4FeS2十11O2→2Fe2O3十8SO2自然的硫源：生物产生的硫化氢被氧化而成为硫的氧化物：

2H2S十3O2→

2H2O十2SO2不同浓度的SO2对人体健康的危害

(2)氮氧化物氮和氧的化合物有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，总起来用氮氧化物(NOx)表示，污染大气的主要是NO、NO2。NO：无色、无刺激、不活泼的气体，毒性不太大，但进入大气后可被缓慢地氧化成NO2

NO2：棕红色气体有毒的恶臭气体

氧化亚氯(N2O)又称笑气，是一种温室气体

(3)碳氧化物

CO和CO2

CO：无色、无味、有毒的窒息性气体，和血液中的主管输送氧气的血红蛋白有很强的结合力。CO2：无毒气体，能产生“温室效应”。

不同浓度CO对人体健康的影响

(4)碳氢化合物

多环芳烃类物质(PAH):如蓖、蒽、萤蒽、苯并a芘(C20H12)、苯并蒽、苯并萤蒽及晕苯等大多数具有致癌、致畸作用，特别是苯并a芘参与大气中的光化学反应，生成危害性更大的光化学烟雾。(5)硫酸烟雾

大气中的SO2等硫化物，在有水雾、含有重金属的飘尘或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。

SO2十O2→SO3十O2SO2十2H2O十O2

2H2SO4(6)光化学烟雾

在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)。其主要成分有臭氧、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)、酮类和醛类等二次污染物包含了一系列复杂的链式反应

臭氧(O3)臭氧(O3)，有特殊臭味，是已知的最强氧化剂。对呼吸器官有刺激性臭氧层：生命保护神臭氧层急剧耗损：人为的活动起决定性的作用。氯氟烃类(含氟化合物)、有机溴化合物、氧化亚氮及亚音速飞机排放分氮氧化物、甲烷、水汽和二氧化碳等物质进入臭氧层，引起臭氧的损耗。

臭氧层，吸收太阳辐射中对地球生命致命的紫外线

UV-A：320～400nm，紫外线A对人类有益UV-B：290～320nm，紫外线B可严重损伤地球生命，但其中波长最短的有害部分基本上也被臭氧层所吸收。UV-C：40～290nm，是很高的能量辐射，对人体危害极大，只有臭氧层能够吸收它，阻止其到达对流层。大气污染物主要来源

(1)工业污染源：燃料燃烧，工业生产过程；(2)生活污染源：家庭炉灶，生活垃圾堆放和焚烧(3)交通污染源

1.2我国能源工业与环境关系

的基本特点

1.2.1我国能源资源和一次能源消费结构我国能源资源并不十分丰富，供应十分紧张。从我国能源资源的储量、当前能源生产和消费角度看，煤炭是我国最主要的一次性能源。我国的能源结构

年度1990199520002015一次能源消费结构比例煤炭76.2076.1071.3062.6石油16.6017.1024.0026.9天然气2.102.002.747.06水能5.104.802.012.63核能//0.210.791.2.2我国能源工业与环境关系的基本特点

1.初级能源以煤为主2.人均能源消费水平低3.煤炭生产以地方和集体煤矿为主4.原煤入选率低5.煤炭消费构成复杂6.能耗高，利用率低，浪费严重7.煤烟型大气污染严重8.酸雨问题严重9.二氧化碳排放量迅速增长

燃烧天然气、石油和煤的1000MWe电厂

主要污染物的比较

1989年主要产煤国煤的洗选比重我国燃煤装置的平均热效率1.3大气环境管理及大气环境标准

1.3.1保护大气环境和防治大气污染的法规保护环境是我国基本国策之一。宪法第十一条规定“国家保护环境和自然资源、防治污染和其它公害”。1973年，召开了全国第一次环境保护会议；1979年，试行《中华人民共和国环境保护法》；

依照宪法制定了《中华人民共和国环境保护法》1989年12月26日公布实施；环境保护单行法律：修订后的《中华人民共和国大气污染防治法》自2000年9月1日起施行。

保护大气环境、防治大气污染的基本要求和制度，主要内容有：

(一)国务院和各级人民政府(二)国家环保局制定国家大气环境质量标准(三)环境影响评价(四)向大气排放污染物的单位(五)向大气超标排放污染物(六)为防治燃煤产生的大气污染，作了一系列的规定(七)需特别保护区域(八)企业应当优先采用清洁生产工艺(九)对向大气排放各类污染物都作了明确的规定(十)违反的责任人员应当承担法律责任。

1.3.2大气质量控制标准的种类及作用

1.大气环境质量标准：以保障人体健康和生态系统不受破坏为目标而对大气环境中各种污染物含量的限度。

2.大气污染物排放标准：是以实现大气环境质量标准为目标而对从污染源出口排入大气的污染物含量的限度。

3.技术设计标准：往往是从污染物排放标准引伸出来的。

4.警报标准：大气污染恶化到需要向公众发出警报的污染物浓度标准，或根据大气污染发展趋势需要发出警报强行限制已产生的污染危害和污染物的排放量标淮。

1.3.3大气环境质量标准

1.制订原则：世界上许多国家在判断空气质量时都以世界卫生组织提出的四级准则为基准。2.我国的大气环境质量标准

1982年8月1日制定了我国《大气环境质量标准》(GB3095－82)；

1996年10月1日公布了新的《环境空气质量标准》(GB3095—1996)。大气环境质量标准：以保证人的健康和生活条件为目标，对地面大气中各种有害物的最高容许浓度加以规定。

第一级在处于或低于所规定的浓度和接触时间内，观察不到直接或间接的反应第二级在达到或高于所规定的浓度和接触时间内，对人体的感觉器官有刺激，对植物有损害或对环境产生其它有害作用第三级在达到或高于所规定的浓度和接触时间内，使人的生理功能发生障碍或衰退，引起慢性病和寿命缩短第四级在达到或高于所规定的浓度和接触时间内，对敏感的人发生急性中毒或死亡第一级为保护人群健康，在长期接触的情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求一类区需要特殊保护的地区第二级为保护人群健康和城市、乡村的动植物，在长期和短期的接触情况下，不发生伤害的空气质量要求二类区居住区,混合区、文化区、和农村地区第三级为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动植物（敏感者除外）正常生长的空气质量要求三类区特定工业区1.3.4大气污染物的排放标准

排放标准的制定:基于两种不同的原则

a.制定一个减少污染气体总排放量的总目标

b.根据现有技术能达到的水平来制定排放标准

c.介于两者之间的方案

1974年1月我国就制定了《工业“三废”排放试行标准》(GBJ4-73)

《大气污染物综合排放标准》(GBl6297-1996)：三项指标体系；分级标准综合性排放标准与行业性排放标准不交叉执行的原则火电厂执行《火电厂大气污染物排放标准》(GBl3223—1996)(1997年1月1日实施)锅炉执行《锅炉大气污染物排放标准》工业炉窑执行《工业炉窑大气污染物排放标准》1.4大气污染的治理1.4.1影响燃烧污染物质生成量的因素

燃料消耗量 总燃料消耗量和单位产品燃料消耗量燃料种类与燃料转换 污染程度--固体燃料﹥液体燃料﹥气体燃料;

把煤转换成气体燃料或液体燃料燃料性质与燃料改质 燃料性质不同，燃烧后所生成的有害物质量也有差别； 在不改变燃料状态的条件下，改变燃料的性质燃烧条件 不同的燃烧条件，其污染物的生成量也不同

1.4.2燃烧污染的治理

1．降低燃耗 提高燃料热能的利用率即节能2．高烟囱排放

烟囱越高，同样排放量的情况下，经过扩散作用，排放源周围的污染程度则少。3．煤烟型污染防治 重点应该是合理利用和节约能源(1)发展城市煤气(2)发展热电结合和集中供热4．排烟治理

烟气在未排放到大气之前，采取措施降低烟气中有害物质的浓度，然后再排入大气。

烟的扩散模型排烟治理

颗粒物控制技术 从含尘气体中将烟尘分离出来并加以捕集的装置，称为除尘设备或除尘器。气态污染物控制技术①吸收法：用适当的液体吸收废气中的有害气体或与有害气体起化学反应②吸附法：利用多孔的固体(比表面积大)吸附剂来吸附废气中的有害物质③催化法：利用催化剂的催化作用，将废气中的有害气体转化成各种无害的或更容易被去除的化合物④燃烧法：通过热氧化作用将废气中的可燃有害气体转化为无害物质

烟尘的生成机理和控制

2.1烟尘

烟(fume)：由冶金、燃烧等过程形成的固体粒子的气溶胶。它是由熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，在生成过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反应。粉尘(dust)：指悬浮于气体介质中的小固体粒子，因重力作用能发生沉降，但在某一段时间内也能保持悬浮状态。烟尘是指工业生产过程中与废气同时排出的烟和粉尘的总称。根据烟尘颗粒的大小，将其分为飘尘、降尘、总悬浮微粒(TSP)。烟尘的危害

2.2烟尘的生成机理

气相析出型烟尘是气体燃料、液体燃料在燃烧过程中放出的气体可燃物和固体燃料的挥发份，在空气不足的高温条件下，热分解而生成的固体烟尘，俗称炭黑.剩余型烟尘包括油灰、雪片、积炭和粉尘另外还有一类是残炭型烟尘

烟尘气相析出型剩余型烟尘剩余型烟尘

油灰

油灰

油灰：液体燃料燃烧时剩余下来的固态烟尘

雪片：以烟尘为核心，在烟气温度接近露点时，吸收烟气中的硫酸H2SO4，长大成为雪片状烟尘

积炭

积炭

积炭：由于燃料附着在燃烧器、燃烧室内壁上，受炉内高温气化而剩下来的固态炭

粉尘：固体燃料燃烧过程中产生的飞灰

1．气体燃料燃烧的烟尘

气体燃料的分类高热值,天然气、油田气等发热值在33500kJ/m3以上中热值,城市煤气热值为12500～18800kJ/m3

低热值,工艺尾气热值在7500～13000kJ/m3以下

在正常情况下，气体燃料是最清洁的燃料.气体燃料燃烧时产生的是气相析出形烟尘,主要成份为碳的粒子，在工业过程中能起到有利和有害两种作用.

火焰的碳烟生成机理

热解

成核表面增长

凝并

集结

氧化燃烧

炭黑2.液体燃料燃烧的烟尘

石油,容易输送，燃烧时较干净，单位体积的能量高，又是一种有价值的润滑剂和化工原料。汽油和柴油是两种最重要的发动机燃料

多数情况，液体燃料烧系统排放物不仅仅含有气相过程生成的积炭，而且也含有由液态烃燃料本身生成的碳粒。产生原因：液滴不完全燃烧产生（液态燃料雾化不好，未燃油滴温度高时裂化导致“结焦”；温度低时附着等）3.固体燃料燃烧的烟尘

煤炭是最重要的固体燃料煤的工业分析结果分为水分、灰分、挥发分和固定碳。按照煤的炭化程度高低(或挥发分小大)，依次可分为无烟煤、烟煤、褐煤和泥煤等煤燃烧产生的颗粒物通常称为烟尘烟尘包括黑烟和飞灰两部分黑烟主要是未燃尽的碳粒黑烟的产生：碳的表面燃烧速率决定煤的燃烧性能CO2十C→2CO如果燃烧条件非常理想，煤完全燃烧，即完全燃烧(氧化)为CO2等气体，余下为灰分。如果燃烧不够理想，煤不但燃烧不好，而且在高温下发生热解作用。煤热解极易形成多环化合物，即形成黑烟。飞灰主要是燃料所含的不可燃矿物质微粒，是灰分的一部分锅炉排烟中的粉尘特性随锅炉型式及煤种的不同而变化。飞灰的粒度分布与锅炉型式、磨煤机型式、煤种及燃烧工况有关，其中影响最大的是煤粉细度。煤中灰分的影响：形成灰壳；吸收热量,使燃烧温度降低——增加残炭型烟尘；灰分本身也是尘2.3影响烟尘生成的因素

1.燃料种类的影响烟尘发生特性的表示方法烟点(smokepoint):不产生炭黑的最大允许火焰长度烟点的倒数:表示烟尘特性,烟尘特性越大，就越容易产生炭黑而冒黑烟。不同燃料种类，烟尘特性不一样。一般来说，燃用气体燃料时烟尘较少，液体燃料较多，固体燃料最多。

碳氢化合物CH4在炉内高温条件下分解出炭黑：

CH4→C+2H2

在氧气充足的情况下，它可以完全燃烧，CH4+2O2→CO2+2H2O即使氧气不够充分，不能保证完全燃烧，也可以使碳氢化合物氧化，而不致产生炭黑CH4+O2→CH2O+H2O甲醛CH2O可以进一步分解：CH2O→CO+H2

或者在以后和氧气混合，再进一步燃烧：

CH2O

+O2→CO2+H2O燃料种类对烟尘产生的影响一般有如下规律：1．链状碳氢化合物比(CnH2n)比烷烃类碳氢化合物(CnH2n+2)容易产生烟尘2．芳香族碳氢化合物比链状碳氢化合物易产生烟尘；3．C/H比越大，越易产生烟尘；另外分子结构也起重要作用4．液体燃料残碳量增加，烟尘生成量也增加5．固体燃料的灰分越多，烟尘的产生量也越大。碳氢比和烟尘特性

碳氢化合物烟尘特性碳氢化合物烟尘特性乙烷C2H60.73正戊烷C5H123.6丙烷C3H81.73正己烷C6H144.55丁烷C4H102.71正辛烷C7H165.41烟尘浓度与残碳量的关系

2.氧气浓度和空气过剩系数的影晌

防止产生烟尘所需要的氧气量，随燃料种类而异。氧气浓度降低时，烟尘浓度将增大。不同燃料种类，不同燃烧器型式，即使剩余氧气浓度相同，烟尘浓度也相差较大。

临界碳氧比(C/O)H和OASC值

碳氢化合物最大临界碳氧比(C/O)HOASC乙烷C2H60.4754.2丙烷C3H80.476.4丁烷C4H100.468.7戊烷C5H120.4710.7辛烷C6H140.4613.1庚烷C7H160.4814.53.燃料粒径的影响

燃用液体燃料:液滴越大，在有限的停留时间内越不易燃烬，使烟尘浓度增加。燃用固体燃料:煤燃烧时与燃油一样，煤粒的燃尽时间与其粒度直径平方成正比。粒径越大，残炭形烟尘量也越大。

4.惰性气体的影响:惰性气体能降低烟尘浓度

5.压力的影响对碳烟的生成量和碳烟粒径的影响6.温度的影响 火焰温度的变化与炭黑形成间的关系比较复杂。 一般来说，高温会抑制炭黑的形成。7.燃烧设备结构尺寸左图：火焰温度与烟尘生成量的关系

右图：燃烧速度与温度的关系,气流速度1-1m/s，2-0.6m/s，3-0.27m/s

2.4烟尘的控制

通过改进燃烧方式合理调节燃烧过程，可以使烟气中的可燃物基本燃尽。1、改进燃烧过程液体燃料：保证良好的雾化、油滴粒径和流量分布适当及具有适当的旋流强度，使空气与油雾充分混合。碳氢化合物：在燃料受热之前，与一部分空气混合，是防止烟尘产生的重要措施。煤粉在煤粉炉中的悬浮燃烧过程：一次风量对烟尘的生成有很大影响2、特殊燃烧方法

1.烟尘再燃烧法烟气在高温状态下与空气适当地接触再燃烧的方法称烟尘再燃烧法。燃气中单位时间内氧化的烟尘量：

2.部分烟气混合燃烧

在燃烧用的氧化剂(空气)中混入部分燃烧后的烟气可降低烟尘的生成量部分烟气再循环。

燃烧室氧化剂烟气

部分烟气

3.加添加剂燃烧法控制烟尘的添加剂有金属添加剂、液态化合物。金属添加剂种类很多，包括碱金属、碱土金属和过渡元素的氧化物、氢氧化物及其盐类。液态化合物添加剂有水、乙醇、硫氢化合物等

燃烧过程其它污染物的形成

3.1.1碳氧化物的生成机理CO，CO2

1)碳氢化合物燃烧过程中碳氧化物的生成：

RH→R→RCHO→RCO→CO

CO形成过程中的主要反应归因于RCO原子团的热分解作用。CO生成过程：用一步反应模型表示。 即碳氢化合物同氧分子反应，生成CO和氢气。

CO转化为CO2的唯一主要机理

甲烷的燃烧反应机理

2)固体含碳燃料燃烧过程中碳氧化物的生成

碳的燃烧化学反应过程：1）一次反应2）二次反应

3）C及CO2与空气中水蒸气产生的附从反应

碳的一次反应

目前存在以下三种学说：第一种说法即二氧化碳学说 在碳的氧化反应中二氧化碳是初次反应产物

第二种说法为一氧化碳学说

碳与氧反应的初级反应物为一氧化碳

第三种说法为CxOy学说 首先生成不稳定的中间络合物－碳氧化合物CxOy，然后络合物分解。3.1.2控制CO生成的燃烧技术

对于气体碳氢燃料

燃烧过程中控制CO生成的方法：在火焰温度下，有充分的氧气，停留时间足够长，CO浓度在反应之后会降至很低的程度。

3.2有机污染物的生成与控制

3.2.1燃烧生成物中的碳氢化合物

含氧化合物碳氢化合物不含氧化合物链状碳氢化合物环状碳氢化合物链烷烃CnH2n+2烯烃CnH2n炔烃CnH2n-2乙醛C2H4OPAH3.2.2碳氢化合物的危害

1)臭氧的前驱物(precursor)2)温室效应气体3)产生烟尘时的前驱物或附产物:PAH

4)导致基因变异的物质和致癌性物质5)恶臭物质:甲醛（HCHO）

温室效应气体及其效应度

温室效应气体

效应度二氧化碳CO21甲烷气体CH420一氧化二氮N2O100对流层臭氧O32000氯氟烃CFCs10000水蒸气H2O23.2.3在燃烧过程中产生碳氢化合物的原因

碳氢化合物的发生原因不完全燃烧氧气供给量不足绝对氧气量不足(空气比<1.0)存在局部性高浓度部分燃烧室泄漏未燃燃料燃烧供给设备泄漏燃料燃烧温度不够高绝对温度低存在局部性低温部分与低温壁接触滞留时间不够长燃烧室容积过小发生短路点火延迟气体混合不充分3.2.4多环芳香族碳氢化合物

PAH分子中含有两个或两个以上的苯环煤中的多环芳烃主要为菲类、萘类以及杂环芳烃3.2.5多环芳烃的生成机理主要有两种： 一种机理是由于植物燃烧产生大量的多环芳烃;

另一种机理是芳香烃含量高的物质燃烧产生的多环芳烃。3.2.6碳氢化合物的抑制技术

防止未燃燃料的泄漏－密闭化电子控制使用氧气传感器控制空燃比利用负荷控制气体混合程度利用运转情况控制燃料或排放气体的再循环量使用温度传感器控制温度碳氢化合物的抑制技术改善燃烧确保氧气供给量控制空气比确保燃烧温度控制燃料防止通过燃烧室壁的消焰现象更换燃料确保滞留时间改善着火性能防止短路现象缩短火焰传播距离改善燃烧室的形状加强气体混合改善燃烧室内气体的流动促进燃料的雾化3.2.7二口恶口英

二恶英是指聚合氯代二苯并二恶英（简称PCDDs），它是由两个苯环和两个氧结合而成的含氯有机化合物。聚合氯代二苯并呋喃（简称PCDFs）具有和PCDDs类似的性质，它是由两个苯环和一个氧结合而成的含氯有机化合物。二恶英化学物质很稳定，在环境中能长时间存在。在低温下很稳定，温度超过800℃容易分解；极易溶于脂肪，容易在人体内积累。

PCDDsPCDFs

部分国家规定的二恶英日允许摄入量（TDI）

国家日允许摄入量（TDI）pg/kgday加拿大10美国EPA0.057/0.0066荷兰1瑞典5丹麦5瑞士10德国10英国10日本厚生省/环境厅10/5二恶英的来源

1.自然界的很多自发过程；2.工业过程：归纳起来主要为4个方面燃烧过程：主要来源于城市生活垃圾焚烧和医疗废物的焚烧过程金属冶炼过程化学制造过程及光化学作用生化作用过程焚烧过程中二恶英的生成机理

1.固体废弃物含有的痕量二恶英2.高温合成：即高温气相生成二恶英

3.含氯前驱物生成的二恶英

4.“denovo”合成

具体哪一种机理起主导作用取决于炉型、工作状态和燃烧条件。二恶英的控制技术

1.烟气中PCDD/Fs的脱除

2.飞灰二恶英的处理

3.抑制PCDD/Fs在焚烧炉燃后段的生成4.燃烧过程中控制二恶英生成5.废物组成和特性控制

废弃物焚烧炉的构造及管理要求

燃烧室冷却装置排气处理装置完全燃烧温度保持在800℃以上停留时间保持在2秒采用助燃装置烟气冷却在200℃以下冷却高效率处理采用高效率除尘装置3.3氟化物

氟主要来源于以下三个方面：岩石的风化火山喷发人为氟污染:工业大气氟污染、含氟废水污染和含氟废渣污染工业大气氟污染:排烟工业的无机氟化物

(磷矿石加工、冶炼、工业炉窑和煤的燃烧过程,以及陶瓷、玻璃、塑料、农药等工业；碳氟有机氟化物

煤燃烧与利用过程中氟化物对环境的污染途径

3.4氯化物的生成机理

固体废弃物由于含有聚氯乙烯、NaCl等无机氯化物，故在焚烧过程中排放出大量的HCl气体氯在煤中存在的形式主要有三种：（1）无机氯化物（如NaCl、KCl和CaCl2等）；（2）有机氯化物；（3）以氯离子的形式存在于煤的水分中。煤中的氯在200～600℃主要以HCl的形式析出；在1465℃左右的高温下，NaCl则会蒸发成气体，参与化学反应。3.5痕量重金属元素的迁移转化机理

煤中的元素根据含量可分为：主量元素（C，H，O，N和S）的含量通常大于1000ppm；次量元素（Si，Al，Ca，Mg，K，Na，Fe，Mn，Ti，Cl和F）的含量在100ppm和1000ppm之间；其它含量小于100ppm，大部分是重金属元素，称为痕量元素。痕量元素对人体健康的影响

在人体中几乎含有自然界存在的所有元素，按其含量的多少可以分为常量元素和微量元素。根据微量元素在机体内生物学作用的不同，可分为必需元素、可能必需元素及非必需元素三类。目前较肯定的人体必需微量元素有碘、铁、铜、硒、锌、氟、铬、锰、钼和钴等；某些元素即使在浓度比较低时也显示出毒性，重要元素有：砷、铅、镉、汞等。

痕量重金属元素的迁移、富集

痕量重金属元素在煤燃烧过程中的行为可分为三类：第一类元素由于熔点高，燃烧时极不易挥发，主要滞留在灰渣中；第二类元素在煤粉火焰温度下，会部分或全部地挥发气化，并随着烟气的冷却在微粒和烟道壁面上凝结下来。它不易被除尘装置所捕获，最终常常以飞灰的形式排入大气；第三类元素在燃烧过程中极易挥发，主要以气态的形式排入大气，并通过干湿沉降进入地面，危害陆生生态系统。

富集因子富集因子：某元素相对于一种标准高熔点元素的质量比占其余各部分总质量比的份额。

[x]ij——某元素i在j固相燃烧产物中的质量流量（g/min），它等于燃烧产物的流量与某元素在燃烧产物中浓度的乘积；Tj

——某一高熔点元素（钛、铝或铁等）在燃烧产物中的质量流量（g/min）；n

——燃烧产物j的个数。

硫氧化物的生成和控制

4.1煤中硫的结构及分布特点

组成有机硫的五种官能团

种类硫醇类硫化物或硫醚类噻吩类硫醌类二硫化合物或硫蒽类形态R-SH(SH巯基)CS2、R-S-R’硫醚)噻吩,苯并噻吩,二苯并噻吩等对硫醌RSSR’和硫蒽等在燃烧特性方面，煤中硫又可分为可燃硫和不可燃硫，除硫酸盐外，其余均为可燃硫。石油中的硫含量因产地而异，一般为0.5～2%，重油的含硫量较高，一般为原油含硫量的1.5倍。我国不同地区煤中硫分有很大差别，东北区煤的含硫量最低（普遍<1%），几乎不存在高硫煤，但从北向南硫分逐渐升高，西南区煤的含硫量最高，高硫煤（>2%）资源约占60%。低硫煤中主要是有机硫，高硫煤中主要是无机硫。4.2硫氧化物的种类和性质

1.SO2

：无色，具有强烈刺激性的气体，能溶于水(书P261)2.SO3

3.硫酸雾：烟气中的SO3和水分结合而生成硫酸，硫酸气体在温度降低时，将成为雾状，称为硫酸雾。4.酸性尘：含有硫酸蒸气的烟气，当温度低到露点温度以下时，硫酸蒸气将凝结在微小粒子的表面上，然后这些粒子粘结在一起，长大成雪片状的酸性尘，又称作雪片.5.白烟：排入大气中的烟气，与大气混合，温度降低。当温度降低到饱和温度时，烟气中硫酸蒸气将凝结产生硫酸雾滴，由于雾滴的漫反射使烟气呈白色而称白烟。

锅炉运行工况对雪片的生成量具有决定性的影响雪片生成量与锅炉负荷的关系雪片生成量与烟气中氧气浓度的关系

白烟发生时的形状

白烟的结构白烟影响白烟产生的主要因素：

1．燃料含硫量越大，SO3的生成量越大，烟气露点升高，因而容易产生白烟。2．烟囱直径越粗，烟气出口速度越低，白烟越长；3．大气温度越低，相对湿度越大，越容易产生白烟。

4.3硫氧化物的生成机理

煤燃烧时硫的动态析出:氧气被传输到煤粒表面与内部，氧气与气态和固态硫进行反应，反应产物扩散。整个过程中，既有有机硫的产物，也有无机硫的产物。随反应温度不同，两部分所占比例不同，其生成速率也不相同。有机硫的析出速率一般要比无机硫高。

4.3.1二氧化硫的生成1.黄铁矿硫的氧化

a．黄铁矿在氧化性气氛中的反应

4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2

b.黄铁矿在还原性气氛中的热分解FeS非常稳定，要在更高的温度下才会进一步分解：

在1000℃以上的高温环境中，碳也能与FeS2和FeS进行还原反应：

在富燃料燃烧时，还会产生一些其它的硫氧化物。2.有机硫的氧化(1)在氧化性气氛下

(2)在还原性气氛下，有机硫热解的主要中间产物是H2S（或COS）在还原性气氛中生成的大部分H2S在实际燃烧过程中会进一步氧化成SO2和H2O

反应的动力学路线可表示为：S→H2S→HS→SO→SO2

(3)在还原性气氛中生成的CS2在实际燃烧过程中会发生一系列链锁反应，COS是CS2燃烧链琐反应的中间产物。

(4)在还原性气氛中产生的COS本身的氧化反应

（5）在还原性气氛中产生的SO在遇到氧时会发生下列反应：3.元素硫的氧化:元素硫是以聚合形态存在的，其分子式为S8，氧化反应具有链锁反应的特点，

4.3.2二氧化硫的生成量、排放浓度以及脱硫效率的计算燃料中的可燃硫，在完全燃烧时，反应如下：

S十O2→SO2十q1.SO2生成量理论计算式

式中：—由所计算的燃烧装置排出的SO2的体积数(m3/h)S——所用燃料含硫量(质量％)t——排烟温度(℃)B——单位时间消耗的燃料量(kg/h)。

含硫量和SO2生成量的关系

(64/32=2)

—指由所计算的燃烧装置排出的SO2质量(kg/h)2.SO2排放的质量

3.SO2的排放浓度和脱硫效率烟气中SO2的实际排放浓度低于其原始生成浓度。

CaO十SO2十1/2O2→CaSO4

烟气中SO2的排放系数φ＝63十34.5×(0.99)Aj

飞灰脱硫作用的大小取决于灰的碱度

φ：烟气中SO2的排放系数，即在煤燃烧过程中不采取其它脱硫措施时排放出的SO2浓度与原始总生成的SO2浓度之比；Aj：煤灰的碱度Aj＝0.1×(7CaO十3.5MgO十Fe2O3)

脱硫效率：煤的折算含硫量在不同的排放系数下与排烟中原始SO2生成浓度及要求的脱硫效率的关系

4.3.3三氧化硫的生成

SO3并非由SO2和O2直接反应而成,SO3形成原因：

(1)

燃烧反应(火焰中生成的原子氧参加反应)在高温下分解出来的自由氧原子[O]与SO2作用生成SO3：

原子氧可以由两种方式产生：氧在炉内高温离解；在燃烧过程中产生

影响SO3生成的因素：①火焰温度。火焰温度越高，火焰中自由氧原子[O]浓度越高，则SO3生成量越大。②过量空气系数。随炉膛出口高温区的α值增大，SO3的绝对量和转化率均随着增加。③烟气在高温区的停留时间。停留时间越长，SO3生成量越大④燃烧工况。当空气和燃料混合不好或缺氧条件下，在火焰内存在的可燃气体CO等会对SO3产生还原反应：(2)对流受热面上的积灰和氧化膜的催化反应 二氧化硫在温度为430～620℃条件下，与V2O5接触时会发生如下反应：

对流受热面管壁上氧化膜和积灰的催化作用,只是在一定的温度范围内才变得明显。4.3.4硫酸的生成

烟气中的SO3会和烟气中的水蒸气化合成为硫酸蒸气

SO3十H2OH2SO4SO3转变为H2SO4的转化率

转化率X和温度的关系：温度越低，H2SO4蒸气的平衡分额越高，SO3的转化率也越高左图：烟气中SO3浓度与露点关系

右图：硫酸雾的生成条件

4.4燃烧设备脱硫技术

燃烧设备的脱硫技术可以分为三大类，即燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后烟气脱硫。

4.4.1燃烧前脱硫

燃烧前脱硫即对燃料进行脱硫，因此亦称之为燃料脱硫。物理脱硫燃煤脱硫化学脱硫重介质、跳汰、浮选、干法碱法、氧化、气体2.煤炭的转化

3.燃油脱硫4.燃气脱硫煤炭转化煤液化一定温度和压力下，通过加入气化剂将煤转化为煤气将煤转化为液体燃料煤气化4.4.2燃烧中脱硫

脱硫剂通常为石灰石、消石灰和白云石(CaCO3·MgCO3)

在850～1050℃温度范围内，其反应历程可用以下两段化学反应式来表示。（1）脱硫剂的煅烧分解反应：

（2）硫化反应

如在还原性气氛中，煤中的硫分则会生成H2SCaO+H2S→CaS+H2OCaCO3+SO2→CaS+H2O+CO2如CaS再遇到氧气，则根据氧浓度大小发生氧化反应：CaS+1.5O2→CaO+SO2CaS+2O2→CaSO4脱硫剂量G(kg／h)钙和硫的摩尔比值(Ca／S)煤燃烧中脱硫技术

主要有以下几种：一、型煤 型煤固硫的基本原理：将脱硫剂CaO和煤粉末混合，加上粘结剂、催化剂，然后加压成型。型煤燃烧时产生的SO2

气体遇到脱硫剂中的CaO就会发生式脱硫反应。二、流化床燃烧脱硫技术

固体的流态化流化床燃烧过程中脱硫：采用石灰石和白云石作为脱硫剂。在燃烧过程中脱硫剂分解为石灰CaO，在氧化性气氛下CaO与烟气中的SO2和氧反应生成CaSO4。石灰石在燃烧过程中的脱硫原理

2.影响脱硫效率的因素

温度的影响；流化速度的影响

流化床脱硫效率与钙硫摩尔比和床温的关系脱硫效率与流化速度的关系

3.脱硫剂的再生

脱硫剂再生的原理：硫酸钙在1100℃以上的还原性气氛中进行如下反应

CaSO4十1/2C→CaO十SO2十1/2CO2

CaSO4十H2→CaO十SO2十H2O CaSO4十CO→CaO十SO2十CO2

三.煤粉炉直接喷钙脱硫技术

1.喷钙脱硫的反应机理

如以石灰石为脱硫剂，当石灰石粉喷到炉膛内适当的部位后，只要温度高于750℃，石灰石会被快速焙烧而形成氧化钙，然后氧化钙在800～1200℃的温度范围内与SO2相遇就会进行脱硫反应而生成CaSO4。2.炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺

LIFAC工艺流程示意图4.4.3低氧燃烧

排烟浓度与烟气中氧气剩余浓度的关系组织低氧燃烧应考虑的问题

雾化良好保证燃料与空气混合良好燃烧器空气分配均匀选用高质量的仪表和自动调整设备

4.4.4燃烧后烟气脱硫

1．尾部烟道，省煤器部位

喷入干石灰粉：CaO+SO2+1/2O2

→CaSO4

2．尾部烟道，除尘器前

A.130～180℃的范围内，喷入钠基脱硫剂碳酸氢钠

2NaHCO3→Na2CO3+H2O十CO2 Na2CO3+1/2O2+SO2→Na2SO4十CO2

B.在120～160℃范围内的烟气中喷入钙基脱硫剂石灰浆[Ca(OH)2]进行喷雾干燥脱硫

石灰浆的制备：CaO十H2O→Ca(OH)2

脱硫反应：Ca(OH)2+SO2→Na2SO3+H2O Ca(OH)2+1/2O2+SO2→CaSO4+H2O3．尾部烟道，除尘器后

(1)石灰石浆对烟气洗涤脱硫(2)钠基脱硫剂湿法脱硫(3)氨洗涤烟气脱硫各种脱硫方法

氮氧化物的生成和控制5.1NOx的形成、分类和危害

在燃烧过程中生成的氮氧化物，几乎全是NO和NO2通常把这两种氮的氧化物称为NOx。NOx的危害

NO：2NO+O22NO2

NO2：红棕色有害的恶臭气体，发生光化学反应

NO2→NO+OO+O2+M→O3+MO3+NO→NO2+O2

N2O:破坏大气平流层中的臭氧层NO2和O3浓度的日变化

三种不同生成机理的NOx燃料燃烧过程生成的三种不同生成机理的NOx：(1)温度型NOx(也称热机理型NOx，ThermalNOx)(2)快速型NOx(也称瞬时NOx，PromptNOx)(3)燃料型NOx(FuelNOx)NO和NO2的热力学平衡在高温下生成NO和NO2的总反应式可以简写为：

实际上排烟中约有90～95%的NOx仍然是NO，这主要是由于当温度降到1300℃以下时，生成NO2的反应速率将变得非常缓慢

5.2温度型NOx的生成机理

5.2.1捷里道维奇机理:NO的生成是在存在氧原子的条件下由以下这一组链锁反应来进行的

按照化学反应动力学，NO的生成速率

：N处于稳定状态：因此，将上市代入NO的生成速率一式，可得，在求解过程中作出下列假定：a.氧气的离解反应处于平衡状态，b.k-1[NO]<<k2[O2]最后可得NO的浓度计算公式：扩大的捷里道维奇机理还需要考虑以下反应：

5.2.2热力型NOx的生成的影响因素

影响热力NO生成量的主要因素是温度，氧气浓度和停留时间。NO生成量和温度的关系NO的化学平衡浓度左图:不同温度,不同停留时间,NO生成量与化学平衡浓度的关系

右图:理论燃烧温度时,NO浓度与过剩空气系数,停留时间的关系

控制热力NO生成量的方法

降低燃烧温度水平，避免局部高温；降低氧气浓度；使燃烧在偏离α=1的条件下进行；缩短在高温区内的停留时间。

5.3快速型NOx的生成机理快速型NOx，燃料燃烧时产生的含碳自由基(CHi)等撞击燃烧空气中的N2分子而生成CN(氰),HCN(氰化氢)，然后HCN等再被氧化成NO。弗尼莫尔反应机理，快速型NOx生成过程由四组反应构成（1）燃料中形成的CH、CH2、CH3、C2等自由基通过如下反应破坏燃烧空气中的N2分子键，而生成HCN、CN等

弗尼莫尔反应机理(2)燃烧火焰中生成大量的O、OH等原子团，它们与上述反应生成的HCN、CN等反应生成NCO

(3)NCO被进一步氧化成NO

(4)氨化物（NHi）和氧原子等快速反应而被氧化成NO快速型NOx生成途径(弗尼莫尔反应机理)

CH4/O2/N2火焰中HCN等浓度和温度的分布

快速型NOx特点从NOx的氮来源看，快速型NOx是由燃烧空气中的N2经氧化而生成的NO，类似热力型NOx，但其反应机理和热力型NOx很不相同。快速型NOx只产生于CHi类原子团较多、氧浓度相对较低的富燃料燃烧情况。研究表明，快速型NOx实际上与温度的关系并不大，对温度的依赖性很弱。一般对不含氮的碳氢燃料在较低温度燃烧时，才重点考虑快速型NOx。5.4燃料型NOx的生成机理5.4.1弗尼莫尔提出的模型从燃料N向NO的转换是由两个互相竞争的过程所决定的。含有N原子的中间生成物I（主要是N、CN、HCN和NHi等化合物）；含有氧原子的反应物R（O、OH、O2等含氧化合物）5.4.3燃料氮的转变率燃烧过程中燃料N只有一部分转变成NO，故把实际生成的NO浓度与燃料N全部转变成NO时的浓度比，定义为燃料型NOx的转变率或燃料N的转变率ηN，即

燃料N的转变率ηN受到许多因素的影响：1.燃料含N量的影响 一般燃料N含量越多，转变率反而降低。 燃料型NO转变率和燃料N含量n关系的试验结果：

ηN＝100(1-4.58n+9.5n2-6.67n3)%2.过剩空气系数的影响

随过剩空气系数降低，燃料NO转变率一直降低

3.燃烧温度的影响

燃料型NOx受温度的影响很小。左图：燃料含氮量对NO的影响

右图：燃料NO与过剩空气系数的关系

控制燃料NOx生成的方法主要有：a.使用含氮量低的燃料；b.采用燃料过浓燃烧，即α<1；c.扩散燃烧时，抑制燃料与空气的混合。

5.4.4煤燃烧时燃料NOx的生成

燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图

5.4.4.1．挥发分NO的生成

当煤种挥发分增加、热解温度和加热速度提高时，挥发分N增加，而焦炭N相应地减少。挥发分中的氮化合物有NHi、CN、HCN等，其中最主要的是HCN和NH3。在挥发分中HCN和NH3所占的比例,取决于：

a.煤种及其挥发分的性质，

b.氮和碳氢化合物的结合状态等化学性质

c.燃烧条件如温度等因素。

左图：热解温度对燃料N转化为挥发分N比例的影响

右图：煤粉细度对燃料N转化为挥发分N比例的影响

1：120～150目，2：100～120目，3：70～100目

挥发分N中HCN被氧化的主要反应途径如下：(1)挥发分N中的HCN在燃烧过程中首先脱氢生成CN，然后CN氧化成NCO:HCN+O→CN+OHCN+OH→NCO+H(2)生成的中间产物NCO在氧化性气氛中直接氧化成NO:

NCO+O→NO+CONCO+OH→NO+CO+H

NCO在还原性气氛中反应生成NH：

NCO+H→NH+CO(3)生成的中间产物NH在氧化性气氛中氧化成NO，成为NO的生成源:NH+O2→NO+OHNH+OH→NO+H2

NH在还原性气氛中，成为NO的还原剂:NH+NO→N2+OH

N+NO→N2+ONH+NH→N2+H2

HCN氧化的主要反应途径NH3氧化的主要反应途径

挥发分N中的NH3既可成为NO的生成源，又可成为NO的还原剂，NH3被氧化的主要反应途径如下：（1）NH3首先氧化生成NH2：

NH3+OH→NH2+H2ONH3+O→NH2+OH

中间产物NH2进一步氧化生成NH：NH2+O→NH+OHNH2+OH→NH+H2O

中间产物NH又进一步氧化，最终生成NO：

NH+O→NO+HNH+OH→NO+H2

（2）NH与NO反应，使NO还原成N2：

NH+NO→N2+OHN+NO→N2+O

同时，氮化合物之间进行复合反应生成N2：

NH+NH→N2+H2NH+N→N2+HNH3氧化的主要反应途径

5.4.4.2焦炭NO的生成焦炭N的释放情况比较复杂。在氧化性气氛中，随过量空气的增加，焦炭NOx的增加量明显少于挥发分NOx。焦炭表面的还原作用以及碳和煤灰中CaO的催化作用，已生成的NOx发生还原反应，使NOx直接减少。

5.4.4.3NOx的破坏

燃煤设备烟气中NOx的最终排放浓度，取决于NO生成反应和NO还原反应的综合效果。(1)在还原性气氛中，NO与烃（CHi）和碳发生一系列反应，被还原成N2

(2)在还原性气氛中，NO与氨类（NHi）和氮原子直接反应生成N2(3)NO与NCO和NHi反应生成N2O

NO再燃烧或燃料分级燃烧的技术NOx破坏的反应途径

5.5煤燃烧时NOx的控制机理

常规的燃煤设备中，燃料型NOx占排放NOx总量的60～80%，热力型其次，瞬时型NOx最少。挥发分NO是燃料NOx的主要组成部分，它是在燃烧初始阶段形成的。通过改进燃烧器的设计与运行工况来控制燃料与空气的混合程度，从而使挥发分NO大大减少。焦炭NO相对于挥发分NO而言转变率较低。改变燃烧器运行参数对焦炭NOx的生成影响不大，焦炭NOx一般不太容易控制。

5.6降低NOx排放的主要技术措施

（一）改变燃烧条件

(1)低过量空气燃烧；(2)空气分级燃烧；(3)燃料分级燃烧；(4)烟气再循环（二）炉膛喷射脱硝

(1)喷氨或尿素；(2)喷入水蒸气；(3)喷入二次燃料(属于燃料分级燃烧)（三）烟气脱硝

(1)干法烟气脱硝：①烟气催化脱硝；②电子束照射烟气脱硝

(2)湿法烟气脱硝5.6.1降低NOx生成的燃烧技术

(1)低氧燃烧技术 控制燃烧空气量，保持燃烧器的燃料空气比相对平衡。要求炉内燃烧反应在尽可能接近理论空气条件下进行。(2)空气两级燃烧技术

将燃料的燃烧过程分段进行。 将燃烧所需的空气量分成两级送入。第一级燃烧区内，燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧，抑制了NOx在这一区域的生成量。

在二级燃烧区内，将燃烧用的空气的剩余部分以二次空气输入，成为富氧燃烧区。

左图：NOx和排烟中氧气浓度的关系

右图：烟尘浓度和氧气浓度的关系

左图：烟气理论温度随炉膛高度变化

右图：NOx随炉膛高度变化

(3)烟气再循环技术 把部分冷却烟气再次送到燃烧区，由于可以降低火焰总体温度，降低氧浓度，从而减少热力NOx的生成。

(4)燃料再燃燃烧（燃料分级燃烧） 燃料分级送入炉膛，在燃烧区火焰的上方喷入另外的碳氢燃料，以建立一个富燃料区使生成的NOx转化为HCN，并最终得到无害的N2。左图：锅炉烟气再循环系统示意图

右图：再循环空气烟气混合器

燃料再燃原理示意图

(5)低NOx燃烧器阶段燃烧型低NOx燃烧器：通过控制燃料与空气分段混合燃烧，使燃烧偏离理论空气量达到降低NOx生成的目的。自身再循环型低NOx燃烧器:把部分冷却燃烧烟气吸回，进入燃烧器与空气混合进行燃烧，使NOx减少。浓淡型低NOx燃烧器:使一部分燃料作过浓燃烧，另一部分燃料作过淡燃烧，但在整体上空燃比保持不变。分割火焰型低NOx燃烧器:把一个火焰分成数个小火焰，由于小火焰散热表面大，火焰温度降低，使热力型NOx下降。混合促进型低NOx燃烧器:改善燃料与空气的混合，在燃烧负荷不变的情况下，烟气在火焰面即高温区内停留时间缩短，使NOx的生成量降低。

空气分级混合式低NOx燃烧器

5.6.2炉膛喷射脱硝

在炉膛上部喷射某种物质，能够在一定温度条件下还原已生成的NOx，以降低NOx排放量。它包括向炉膛喷水、喷射二次燃料和喷氨等。喷水对液体、气体燃料的燃烧可减少NOx排放。，但所喷射的水必须到达火焰的最高温度带处。喷水的有效方法，将水微粒化后再喷向火焰。使用气动法将液体燃料雾化，可降低NOx生成。或使用乳化油燃料。向炉膛喷射二次燃料，即的燃料分级燃烧．

烟气除尘技术

6.1粉尘及其物理特性6.1.1粉尘的粒径和粒径分布

粒子是大小均匀的球体，则可用其直径作为粒子大小的代表性尺寸，并称为粒径。实际中，按一定的方法确定一个表示粒子大小的最佳的代表性尺寸，作为粒子的粒径。单一粒径：代表单个粒子大小的单一粒径。平均粒径：代表由各种不同大小的粒子组成的粒子群的平均粒径。1．单一粒径 1)投影径:用显微镜法直接观测粒子

选择相对两边两根平行线间的最大距离l称为长径，垂直于长径方向的最大距离b称为短径，垂直于投影面方向的最大距离δ称为厚度。定向粒径dF:菲雷特(Feret)直径，各粒子在平面投影图上在同一方向上的最大投影距离。定向面积等分直径dM:马丁(Martin)直径，各粒子在平面投影图上按同一方向将粒子投影面积二等分的直线的长度。长径，短径，定向粒径dF，定向面积等分直径dM，等投影面积直径dH

2)几何当量径:取颗粒的某一几何量(面积、体积等)相同时的球形颗粒的直径，一般有四种表示方法。等投影面积直径dA

：dA=(4Ap/π)1/2

等体积径：dV＝(6Vp/π)1/3等表面积径ds：dS＝(Sp/π)1/2

体积表面积平均径：de＝6Vp/Sp

3)物理当量径：取与颗粒的某一物理量相同时的球形颗粒的直径.沉降直径(或斯托克斯直径)dst，空气动力直径da

2.平均粒径

表示颗粒群特性的粒径的平均值。(1)算术平均径，单一粒径的算术平均值，(2)中位径d50，指粒径频率分布的累计值为50％时的粒径，可用于表示分级除尘器的性能。(3)众径dd，是指粒径分布中频率密度达到最大值时的粒径(4)表面积平均径，是用颗粒群中颗粒总表面积与颗粒数之比的平方根表示。常用于表示颗粒群在重力场或惯性力场下的沉降速度。

把由粒径为d1的n1个粒子、d2的n2个粒子、d3的n3个粒子……组成的粒子群排成一列，其全长为：n1d1十n2d2十n3d3十…＝；该粒子群的粒子总个数为，假设其全长等于由粒径皆为的球形粒子组成的假想粒子群的全长，则可用代替上式中的di，即

n1十n2十n3十…＝；由于粒子全长相等，所以有＝，则得由于把粒子群的全长作为基准，所以也称长度平均直径。

算术平均粒径粒径分布

粒径分布也称粉尘的分散度，是指某一颗粒群中不同粒径颗粒所占的比例。

1．图表法表示粒径分布

(1)相对频数分布(频率分布):粒径由至+之间的粒子质量占尘样总质量的百分数。

(2)频率密度分布(频度分布)，用f(％·μm)-1表示，是粒径组距为1μm时的频率分布

(3)筛上累计频率分布，简称筛上累计分布，用R(％)表示，是大于某一粒径dp的全部粒子质量占尘样总质量的百分数。反之，小于粒径dp的全部粒子质量占尘样总质量的百分数称为筛下累计频率分布，用D(％)表示，简称筛下累计分布。

D与R的关系：D=1-R

2．函数法表示粒径分布

(1)正态分布(2)对数正态分布,函数表达式为

对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标准差。

对数正态分布的特点：如果某种粒子群的颗粒直径分布遵循对数正态分布，则无论是以质量表示还是以个数或表面积表示的粒径分布，也都呈对数正态分布，且几何标准差均相等。已知某种中位径，便可按下式确定另两种表示的中位径： 、、分别为以质量、粒数和表面积所表示的对数正态分布函数的中位径。

(3)罗辛—拉姆勒分布(R—R分布)

常用的R-R分布函数表达式为，或者，式中，n-分布指数；β,β’-分布系数；并且

若将中位径d50(R=50%)代入，可求得，

所以，6.1.2粉尘的物理特性6.1.2.1粉尘的密度

粉尘在不包括尘粒间和尘粒体内部的空隙，而是在密实状态下的单位体积的质量，称为粉尘的真密度，常用表示。粉尘在包括尘粒间和尘粒体内部的空隙，即在自然堆积状态下的单位体积的质量称为粉尘的堆积密度，常用表示，真密度和堆积密度间关系，

ε：粉尘的空隙率，表示尘粒间的空隙体积与自然堆放粉尘的总体积之比。

6.1.2.2粉尘的比表面积

粉尘的单位体积或单位质量所具有的总表面积称粉尘的比表面积。对于粒径为dp的球形颗粒，体积比表面积为，质量比表面积为，

对于颗粒群的净体积比表面积为，颗粒群的质量比表面积为，

:尘粒的平均表面积(cm2)；:尘粒的平均净体积；

:尘粒的体积表面积平均直径，尘粒群总净体积与总表面积之比(cm)；

:尘粒的卡门形状系数，对于球形颗粒＝1。

6.1.2.3粉尘的浸润性

(1)粉尘的含水率

粉尘中所含水量是指附着在尘粒表面上的和包含在凹坑处及细孔中的自由水份，以及紧密结合在尘粒内部的结合水份。粉尘中所含水量mw与粉尘总质量(干粉尘质量md和含水量mw)的百分比称为粉尘的含水率。

(2)粉尘的润湿性

粉尘的润湿性:粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易的性质。根据粉尘能被液体润湿的程度可将粉尘分为易被水润湿的亲水性粉尘和难于被水润湿的疏水性粉尘。某些亲水性粉尘，如水泥、熟石灰和白云石粉尘等吸水后形成不溶于水的硬垢，这类粉尘称为水硬性粉尘，不宜采用湿式除尘。

6.1.2.4粉尘的荷电性及导电性

1．粉尘的荷电性：粉尘在其产生和运动过程中，由于相互碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因，而带有一定电荷的性质称为粉尘的荷电性。2．粉尘的导电性

粉尘的比电阻是指面积为1cm2、厚度为1cm的粉尘层的电阻值，单位为Ω·cm。粉尘的导电性包括粉尘颗粒本体内电子或离子发生的容积导电，和颗粒表面团吸附水份等形成的化学膜的表面导电。对于比电阻高的粉尘，在约100℃以下时，主要靠表面导电；在约200℃以上时，主要靠容积导电。

典型的温度－比电阻关系

6.1.2.5粉尘的粘附性

尘粒附着在固体表面上、或粒子间彼此附着的现象称为粘附，后者也称自粘。克服附着现象所需要的垂直作用于粒子重心上的力称为粘附力。在气态介质中，产生粘附力的主要有范德华力(即分子间引力)、静电力和毛细粘附力等。影响粉尘粘附性的因素很多，一般情况下，粉尘的粒径小、形状不规则、表面粗糙、含水率高、润湿性好及荷电量大时易产生粘附现象。6.1.2.6粉尘的安息角和滑动角

粉尘通过漏斗连续地下落到水平板面上时，堆积成圆锥体。锥体母线与水平板面的夹角称为粉尘的安息角，也称静止角或堆积角等。

当粉尘自然堆放在光滑平板上随平板作倾斜运动时粉尘开始滑动的平板倾斜角称为粉尘的滑动角。6.1.2.7粉尘的爆炸性

在封闭空间内，可燃混合物中可燃物的浓度只有在一定的范围内才能引起爆炸，这个能够引起爆炸的浓度叫作爆炸浓度。能够引起爆炸的最高浓度叫作爆炸上限，最低浓度叫作爆炸下限。在可燃物浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限时，均无爆炸危险。6.1.2.8粉尘的磨损性

粉尘在流动过程中对器壁或管壁的磨损程度称为粉尘的磨损性。硬度大、密度高、粒径粗、带有棱角的粉尘磨损性大。6.2烟尘净化

6.2.1除尘装置的性能

1.处理气体量

处理气体量是除尘装置处理气体能力大小的指标，以体积流量表示(Nm3/s)。如果除尘器的进口气体量为Qi，出口气体量为Qo，则除尘器处理的气体量，除尘器的漏风率，

2.除尘效率

1)总捕集效率:同一时间内除尘装置除去的粉尘量与装置进口的含尘气体中粉尘量的百分比.除尘装置总效率

Si，So——除尘装置进、出口粉尘流量，(g/s)；Sc——除尘装置捕集的粉尘量，(g/s)；总捕集效率也可表示为换算成标况下含尘气体流量及浓度QiN，QoN，ciN，coN，总捕集效率，当净化装置严密不漏风且含尘气体浓度不太高时，QiN＝QoN，实际上净化装置经常漏风，若以k表示漏风系数，总捕集效率当两台除尘器串联使用时，除尘系统总效率，

ηT(1-2)=ηT1+(1-ηT1)ηT2=1-[(1-ηT1)(1-ηT2)]

当n台除尘器串联使用时，

ηT(1-n)=1-[(1-ηT1)(1-ηT2)…(1-ηTn)] ηT1，ηT2，ηTn分别为第一、第二、第n级除尘器的除尘效率。2）通过率 除尘装置出口粉尘量与进口粉尘量的百分比，

3．分级除尘效率

按粉尘粒径或粒径范围来标定除尘器的效率。分级效率表示，粒径为范围内颗粒的分级通过率分级效率和总效率的关系1.分级效率求总效率：2.由总效率求分级效率(1)(2)(3)

旋风除尘器分级效率计算实例(总除尘效率ηT＝90.8％)

粒径间隔(μm)粒径频率分布(%)分级效率ηdi(%)入口△Dii出口△Doi捕集△Dci按式1按式2按式3三式平均0～510.481.63.227.927.827.927.95～1014.015.012.810～2019.62.420.020～4022.41.023.294.299.599.697.840～6014.0014.896.010010098.7>6019.6026.01001001001004.除尘器的压力损失

压力损失又称压力降，阻力损失或阻力降.代表装置能耗大小的技术经济指标，指装置的进口和出口气流全压之差。通常压力损失与装置进口气流的动压成正比，即

ξ——

净化装置的压力降系数，它与除尘器的型式、尺寸和含尘气体的运动状态有关，可根据试验和经验公式来确定.6.2.2除尘装置的分类及其性能比较

按烟尘分离作用原理，可分为下列四大类：1