《大气污染治理技术》课件-第02周 燃烧与大气污染

燃烧与大气污染Burningandairpollution燃料的性质1燃料燃烧过程

2烟气体积及污染物排放量计算3烟囱高度的设计4燃料的性质Natureoffuel1燃料的性质煤；气态燃烧受蒸发控制；固态燃烧受氧向固体表面的扩散控制。固体燃料石油；受蒸发过程控制。液体燃料天然气；受蒸发过程控制。气体燃料常规燃料燃料的性质固体燃料:可燃成份主要由碳、氢及少量的氧、氮和硫等一起构成的有机聚合物。分类：褐煤、烟煤和无烟煤

工业分析（1）水分：外部水和内部水，10%~13%左右。

（2）灰分：不可燃矿物质的总称，25%左右。

（3）挥发分：与空气隔绝条件下加热分解出可燃气体。（4）固定碳：是煤的主要可燃物质。煤燃料的性质水分：一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内318～323K温度下干燥8h，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7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重煤的工业分析燃料的性质固定碳失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在800

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C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳煤的工业分析灰分从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳燃料的性质

去掉外部水分的煤中主要组成碳、氢、氮、硫和氧等含量。C:分析尾气的CO2。H:分析尾气的H2O。N:先转换为氨，再通过碱吸收。S:先转换为硫酸钡，再用重量法测定。煤的元素分析燃料的性质全硫硫化铁有机硫硫酸盐硫单质硫黄铁矿硫原生和次生化学方法脱硫挥发性硫灰分的一部分硫的形态燃料的性质（4）干燥无灰基

以去掉全部水分和灰分的燃料作为100%的成分。（1）收到基

以包括全部水分和灰分的燃料作为100%的成分。（2）空气干燥基

以去掉外部水分的燃料作为100%的成分。（3）干燥基

以去掉全部水分的燃料作为100%的成分。煤的成分表示方法燃料的性质

液体燃料，是多种化合物的混合物，主要由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物，主要成份为碳和氢，少量硫、氮和氧。

硫的形态：绝大部分以有机硫的存在。石油燃料的性质

气体燃料，甲烷85%、乙烷10%、丙烷3%。

硫的形态：

H2S天然气燃料燃烧过程Fuelcombustionprocess2燃料燃烧过程

燃烧是指可燃混合物的快速氧化过程，并伴随能量的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。燃烧产物主要为二氧化碳和水蒸气；不完全燃烧会生产黑烟和一氧化碳；若燃料含硫和氮，则生成SO2和NO；如果温度较高，空气中的部分氮会被氧化成NOx。黑烟+COSO2+NOS、NNOx燃料燃烧过程燃料完全燃烧的条件空气条件温度条件时间条件燃料和空气的混合条件燃料燃烧过程假设：（1）空气仅氮和氧构成，且体积比为

79.1/20.9=3.78

（2）燃料中的固态氧可用于燃烧。（3）燃料中硫主要被氧化为SO2。（4）热力型NOx忽略。（5）燃料的化学式为CxHySzOw。

单位量燃料按燃料方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量。理论空气量燃料燃烧过程CxHySzOw+(x+y/4+z-w/2)O2+3.78(x+y/4+z-w/2)N2xCO2+y/2H2O+zSO2+3.78(x+y/4+z-w/2)N2+QVa0=22.4×4.78(x+y/4+z-w/2)/(12x+1.008y+32z+16w)=107.1(x+y/4+z-w/2)/(12x+1.008y+32z+16w)m3/kg燃料燃烧过程所以需氧量为73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油。理论空气量为97.83×(1+3.78)=467.63mol/kg重油即：467.63×22.4/1000=10.47mN3/kg重油燃料燃烧过程实际空气量与理论空气量的比值

α=Va/Va0空气过剩系数单位质量燃料完全燃烧所需要的空气质量空气过剩系数燃料燃烧过程燃烧烟气：悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃烧的燃料、氧化剂以及惰性气体等污染物：二氧化碳、一氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物污染物的产生的影响因素：燃料组成、燃烧方式燃烧产生的污染物燃料燃烧过程防治大气污染最有力的措施就是有效利用燃料资源。01排烟热损失0203不完全燃烧热损失

散热损失

燃烧设备的热损失烟气体积及污染物排放量计算Calculationoffluegasvolumeandpollutantemissions3烟气体积及污染物排放量计算烟气成分：CO2、SO2、N2和水蒸气。干烟气：CO2、SO2、N2水蒸汽体积：燃料中氢燃烧后生成、燃料中所含水蒸气+由理论空气量所带入的水蒸气湿烟气：干烟气、水蒸气

理论烟气体积

理论空气量条件下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积，以Vfg0表示。烟气体积及污染物排放量计算Vn=Vs×Ps×Tn/(Pn×Ts)

标准状态（273K和1atm）观测状态下：Ps

、Ts、Vs标准状态下：Pn、Tn

、Vn烟气体积和密度的校正烟气体积及污染物排放量计算实际烟气体积=理论烟气体积+过剩空气量Vfg=Vfg0+Va0（α-1）如果采用奥氏烟气分析仪分析干烟气成分，则：α=1+O2p/(0.264N2p-O2p)如果燃烧过程产生CO，则：α=1+(O2p-0.5COp)/(0.264N2p-(O2p-0.5COp))过剩空气校正烟气体积及污染物排放量计算（1）根据同类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。（2）通过测定烟气污染物的浓度，并根据实际排放量，计算得到污染物的排放量。污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算烟囱高度的设计Designofchimneyheight4烟囱高度的设计烟囱高度的计算既要满足大气污染物的扩散稀释的要求，又要考虑节省投资，最终目的是保证地面浓度不超过《环境空气质量标准》。采用高斯模式的简化公式。

1）、按地面最大浓度的计算方法按保证污染物的地面最大浓度不超过国家标准规定的浓度限值确定烟囱高度。

Hs：烟囱高度u：烟囱出口处平均风速ρ0：《环境空气质量标准》规定的某污染物的浓度限值ρb：该污染物的环境本底浓度σz/σy：大气稳定度0.5-1△H：烟气的抬升高度烟囱高度的设计2）按污染物的地面绝对最大浓度计算的h

烟囱高度的设计3）

按一定保证率的计算法

如果按照地面最大浓度的计算方法算出来的烟囱高度，在风速低于平均风速时浓度可能超标。如果按照污染物的地面绝对最大浓度计算法计算得到的结果烟囱较高，但是造价很高。取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数

烟囱高度的设计二、烟囱设计中的几个问题1、烟囱高度计算公式是根据烟流扩散范围之内温度层相同的条件下，按照锥形烟流高斯模式推导出来的。如果上部逆温出现频率较高的地区，需按封闭型扩散模式校核。如果是辐射逆温较强的地区，应该采用熏烟型扩散模式校核。2、烟气抬升高度对烟囱高度计算影响很大。一般情况下，优先采用国家