2-1 燃料与大气污染.ppt

1、第二章 燃烧与大气污染,安徽师范大学环境科学学院,2-1 燃料的性质,安徽师范大学环境科学学院,2-1 燃料的性质,CO2 SOX NOX 颗粒物 等,二、煤,一、燃料基本知识,三、其他,1.1 燃料及分类,（1）常规燃料：如煤（coal）、patrolum、天然气等。 （2）非常规燃料：某些较低级的化石燃料、固体废弃物等,燃料燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。,典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分,1.2 燃料的化学成分,1.2 燃料的化学成分,典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）,？,1.2 燃料的化学成分,Sample: C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.

2、2%, S: 2.6%, O: 5.9% and ash: 7.9% by weight. Determine the normalized molar composition. Element Wt % mol/100g mol/mol C 77.2 12 = 6.43 6.43 = 1.00 H 5.20 1 = 5.20 6.43 = 0.808 N 1.20 14 = 0.0857 6.43 = 0.013 S 2.60 32 = 0.0812 6.43 = 0.013 O 5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057 ash 7.9 6.43 = 1.23 g/molC

3、The normalized molar composition:,燃料组成的表示方法: CxHySzOwNv,分子组成并不表示分子的结构，只表示燃料中各原子的相对丰度。,CH0.808N0.013S0.013O0.057,1.3 燃料组成对燃烧的影响,碳： 可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出7850 kcal的热量。当不完全燃烧生成CO时，放出2214 kcal的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。 煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约90-98%，一般煤的含碳量约50-9

4、5%。,1.3 燃料组成对燃烧的影响,氢：为燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为2-10%，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出28780 kcal的热量。 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，一般为0.5-1.5% 硫：以有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫形态存在。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。,1.3 燃料组成对燃烧的影响,水分： 水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。 煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。 外部水分可以靠自然干燥方法除去。 内部水分要放在干

5、燥箱中加热到102-105C，保持2h后才能除掉。 灰分： 燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分,1.3 燃料组成对燃烧的影响,热值 决定燃料的消耗量 杂质 污染物产生的来源,二、煤,一、燃料基本知识,三、其他,2.1 煤的分类,煤是一种不均匀的有机燃料，主要是植物的部分分解和变质而形成的，为重要的固体燃料; 可燃成分是由碳、氢和硫等一起构成的有机聚合物，且相互连接成更大的颗粒; 植物在地层内炭化程度：,泥煤 褐煤 烟煤 无烟煤,2.1 煤的分类,泥煤: 泥煤是最年轻的煤，是由植物刚刚衍变而成的。 在结构上，它尚保留着植衡遗体的痕迹，质地疏松，吸水性强，含天然水分高达40%以上，风干后的泥煤密

6、度只有300450kg/m3，泥煤中含碳量和含硫量低，但含氧量却高达2838%。 由于泥煤的挥发分高，可燃性好，在工业上，它主要用作锅炉燃料和化工原料，也可炼焦供小高炉使用。由于泥煤的机械强度差，易粉碎，不能长途运输，只能作为地方然料。,2.1 煤的分类,褐煤： 褐煤比泥煤炭化程度大一些，这种煤基本上完成了植物遗体的炭化过程； 褐煤含碳量较高，氢和氧的含量少，挥发分低，其密度约为750800kg/m3； 在空气中极易风化粉碎，也多作为地方的燃料。,2.1 煤的分类,烟煤： 炭化程度较高的煤，仅次于无烟煤 特点：含碳量高，挥发分高于无烟煤低于褐煤，与褐煤相比密度较大；不易吸湿，燃烧时有粘结性。粘

7、结性和含硫量随炭化年龄及生成条件不同。 据烟煤的粘结性、挥发分含量等物理性质，分为长焰煤、气煤、肥煤、结焦煤、瘦煤等 长焰煤和气煤挥发分高，适宜制造煤气，结焦煤适宜炼焦。烟煤是冶金、建材和动力等工业中不可缺少的能源。,无烟煤: 无烟煤是炭化年龄最老的一种煤， 特点：含碳量高，灰分及挥发分少，含硫量低，组织致密而坚硬，密度大，吸水性小，适宜于长途运输和贮存。（主要缺点）受热时容易炸裂成碎片，可燃性差，不易着火。 由于其发热量大(热值约为29308J/kg，即7000kcal/kg)，灰分少、含硫量低、燃烧后污染轻，因而多用于民用燃料，也可作为制气燃料。,2.1 煤的分类,2.2 煤的工业分析,影

8、响：煤中所含的水分使热值降低，影响燃烧的稳定性，一般控制水分在1013%左右。,为评价工业用煤：水分、灰分、挥发份、固定碳以及硫含量和热值估测,水分： 组成：,2.2 煤的工业分析,灰分： 煤中不可燃物质的总称，其含量和组成因煤种类及初加工的不同而异，我国煤炭的平均灰分为25%。 组成：SiO2（2060%）、Al2O3（1035%）、Fe2O3（535%）等。 影响：降低了煤的热值，增加了烟尘污染和出渣量。 固定碳：主要的可燃物质。,挥发分：煤在隔绝空气的条件下加热分解出的可燃气体物质 测定：经风干的煤样在1200K的炉中加热7min测定 组成：氢气、CH化合物、CO、H2S等 影响： 在相

9、同的热值下，煤中的挥发份越高，越易点燃，火焰越长，越易燃烧完全。 但挥发份过高时，易造与氧气接触不充分，使之分解成大量的碳粒子和烟气从而污染环境。,2.2 煤的工业分析,硫化铁硫FeS2为煤中的最主要的含硫成分，独立相弥散分布，物理或化学方法 有机硫来源于植物中的蛋白质，故因成煤时间的不同而不同，以有机分子形式存在，化学方法 硫酸盐硫主要以钙、铁和锰的硫酸盐存在，灰渣的主要来源,2.3 煤中硫的形态,2.4 煤的成分表示方法,煤的成分随水分、灰分等外界条件的影响，其百分比也随之改变故必须提供一个参考基准。,煤的成分及相互关系,2.4 煤的成分表示方法,收到基（ar） ：锅炉燃烧的实际成分，包括

10、全部的水分（内部水+外部水）和灰分作为100%； 空气干燥基（ad）：去掉外部水的燃料作为100%； 干燥基（d）：以去掉全部水分的燃料作为100%； 干燥无灰基（daf）：去掉水分和灰分的燃料作为100%。,石油：主要的液体燃料；原油是天然存在的易流动液体。比重0.781.00; 成分：主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右; 硫：原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成非碳氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为0.17%；,ppm浓度：用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度，也称百万分比浓度。ppm就是百万分率或百

11、万分之几。,三、石油,重馏分（heavy distillate；heavy cut ）指石油沸点较高的馏分。如350500的润滑馏分，或比其沸点更高的催化裂化等原料。原油中的S约有8090%留于重硫分中,硫以复杂的环状结构存在，而需去除的仅是硫原子，故不能用物理方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏CSC键形成H2S气体，可达目的，但费用很高。,三、石油,四、天然气,组成：典型的气体燃料，它的组成一般为甲烷85、乙烷10、丙烷3；含碳更高的碳氢化合物也可能存在于天然气中。天然气还含有碳氢化合物以外的其它组分，如H20、CO2、N2、He和H2S等。,Natural gas is expected to be the fastest-growing major fuel source, growing more than 50 percent by 2030, when it will have overtaken coal as the second-biggest global fuel source. (From ),五、非常规燃料,定义： 除