注冊考試輔導-XXXX-燃燒與大氣污染

1、清華大學環(huán)境學院清華大學環(huán)境學院大氣污染與控制研究所大氣污染與控制研究所馬永亮馬永亮 燃料的種類與性質(zhì)燃料的種類與性質(zhì) 污染物的產(chǎn)生與控制污染物的產(chǎn)生與控制 污染物排放量的估算污染物排放量的估算 按獲得方法分按獲得方法分 按物態(tài)分按物態(tài)分 天然燃料天然燃料 人工燃料人工燃料 固體燃料固體燃料 木柴、煤、油頁巖木柴、煤、油頁巖 木炭、焦炭、煤粉等木炭、焦炭、煤粉等 液體燃料液體燃料 石油石油 汽油、煤油、柴油、重汽油、煤油、柴油、重油油 氣體燃料氣體燃料 天然氣天然氣 高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、焦爐煤氣、焦爐煤氣 燃料的種類與性質(zhì)n 煤的基本分類q褐煤褐煤 最低品味的煤，形成年代

2、最短，熱值較低最低品味的煤，形成年代最短，熱值較低q煙煤煙煤 形成年代較褐煤長，碳含量形成年代較褐煤長，碳含量75%90。成焦性較強，適宜工業(yè)。成焦性較強，適宜工業(yè)一般應(yīng)用一般應(yīng)用q無煙煤無煙煤 煤化時間最長，含碳量最高（高于煤化時間最長，含碳量最高（高于93），成焦性差，發(fā)熱量大），成焦性差，發(fā)熱量大燃料的種類與性質(zhì)n 煤的成分分析 工業(yè)分析（工業(yè)分析（ proximate analysis proximate analysis ） 測定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測硫含量和熱值，是評價工業(yè)測定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測硫含量和熱值，是評價工業(yè)用煤的主要指標。用煤的主要指標。

3、 元素分析（元素分析（ ultimate analysis ultimate analysis ） 用化學分析的方法測定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的用化學分析的方法測定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。含量。燃料的種類與性質(zhì)n 煤的工業(yè)分析煤的工業(yè)分析 水分：水分： 一定重量一定重量13mm以下粒度的煤樣，在干燥箱內(nèi)以下粒度的煤樣，在干燥箱內(nèi)318323K溫度下干溫度下干燥燥8h，取出冷卻，稱重，取出冷卻，稱重 外部水分外部水分 將失去外部水分的煤樣保持在將失去外部水分的煤樣保持在375380K下，約下，約2h后，稱重后，稱重 內(nèi)內(nèi)部水分部水分 揮發(fā)分：揮發(fā)

4、分： 失去水分的試樣密封在坩堝內(nèi)，放在失去水分的試樣密封在坩堝內(nèi)，放在1200K的馬弗爐中加熱的馬弗爐中加熱7min，放入干燥箱中冷卻至常溫再稱重放入干燥箱中冷卻至常溫再稱重 固定碳固定碳 失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分（焦炭）放在失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分（焦炭）放在800 20 C的環(huán)境中的環(huán)境中灼燒到重量不再變化時，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳灼燒到重量不再變化時，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳 灰分：灰分： 從煤中扣除水分、灰分以及揮發(fā)分后剩余的部分為固定碳從煤中扣除水分、灰分以及揮發(fā)分后剩余的部分為固定碳燃料的種類與性質(zhì)n煤中灰分的組成煤中灰分的組成：n我國煤炭的平均灰分含

5、量為我國煤炭的平均灰分含量為2525n灰分的存在降低了煤的熱值，也增加了煙塵污染和出渣量灰分的存在降低了煤的熱值，也增加了煙塵污染和出渣量燃料的種類與性質(zhì)n 煤中硫的形態(tài)燃料的種類與性質(zhì)n 煤的成分的表示方法 要確切說明煤的特性，必須同時指明百分比的基準，常用的基準有以下四種： 收到基：鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分收到基：鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分 空氣干燥基：以去掉外部水分的燃料作為空氣干燥基：以去掉外部水分的燃料作為100%100%的成分，即在實驗的成分，即在實驗室內(nèi)進行燃料分析時的試樣成分室內(nèi)進行燃料分析時的試樣成分 ararararararar100%CHONSA

6、Wadadadadadadad100%CHONSAW燃料的種類與性質(zhì) 干燥基：以去掉全部水分的燃料作為干燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%100%的成分，干燥基更能反的成分，干燥基更能反映出灰分的多少映出灰分的多少 干燥無灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為干燥無灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為100%100%的成分的成分dddddd100%CHONSAdafdafdafdafdaf100%CHONS燃料的種類與性質(zhì)n 煤的成分的表示方法及其組成的相互關(guān)系 燃料的種類與性質(zhì)n 石油 液體燃料的主要來源液體燃料的主要來源 鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等多種化合物組成的混合物鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等多種

7、化合物組成的混合物 主要含碳和氫，還有少量硫、氮和氧主要含碳和氫，還有少量硫、氮和氧 氫含量增加時，比重減少，發(fā)熱量增加氫含量增加時，比重減少，發(fā)熱量增加n 天然氣 典型的氣體燃料典型的氣體燃料 一般組成為甲烷一般組成為甲烷8585、乙烷、乙烷1010、丙烷、丙烷3 3燃料的種類與性質(zhì)n 非常規(guī)燃料 城市固體廢棄物城市固體廢棄物 商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物 農(nóng)產(chǎn)物和農(nóng)村廢物農(nóng)產(chǎn)物和農(nóng)村廢物 水生植物和水生廢物水生植物和水生廢物 污泥處理廠廢物污泥處理廠廢物 可燃性工業(yè)和采礦廢物可燃性工業(yè)和采礦廢物 天然存在的含碳和含碳氫的資源天然存在的含碳和含碳氫的資源 合成燃料合成燃料 非常規(guī)

8、燃料通常需要專門技術(shù)轉(zhuǎn)化為易于利用的形式非常規(guī)燃料通常需要專門技術(shù)轉(zhuǎn)化為易于利用的形式 城市固體廢物用作燃料必須考慮其大氣污染問題城市固體廢物用作燃料必須考慮其大氣污染問題燃料的種類與性質(zhì)n舉例舉例: 燃料重量比組成燃料重量比組成C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%, S: 2.6%, O: 5.9% 灰分灰分: 7.9%. 確定其分子表達方式確定其分子表達方式.n元素元素 Wt % mol/100g mol/mol(碳碳) 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

9、6.43 = 0.013 S 2.60 32 = 0.0812 6.43 = 0.013 O 5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057 灰分灰分 7.9 6.43 = 1.23 g/molCnThe normalized molar composition: CH0.808N0.013S0.013O0.057 100gg15.556.43 molmolfM（碳）（碳）燃料的種類與性質(zhì)燃燒產(chǎn)物燃燒產(chǎn)物 完全燃燒：完全燃燒：CO2、H2O不完全燃燒：不完全燃燒： CO2、H2O & CO、黑煙及其他部分氧化產(chǎn)、黑煙及其他部分氧化產(chǎn)物物如果燃料中含有如果燃料中含有S和和N，則

10、會生成，則會生成SO2和和NO空氣中的部分空氣中的部分N可能被氧化成可能被氧化成NO熱力型熱力型NOxn 燃料完全燃燒的條件（燃料完全燃燒的條件（3T3T） 空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會降低爐溫，增空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會降低爐溫，增加熱損失加熱損失 溫度條件（溫度條件（TemperatureTemperature）：達到燃料的著火溫度）：達到燃料的著火溫度 時間條件（時間條件（TimeTime）：燃料在高溫區(qū)停留時間應(yīng)超過燃料燃燒所需）：燃料在高溫區(qū)停留時間應(yīng)超過燃料燃燒所需時間時間 燃料與空氣的混合條件（燃料與空氣的混合條件（TurbulenceTurb

11、ulence）：燃料與氧充分混合）：燃料與氧充分混合n 建立燃燒方程式的假定：建立燃燒方程式的假定： 空氣組成空氣組成 20.9%O2和79.1%N2，兩者體積比為：N2/ O2 = 3.78 燃料中固定氧可用于燃燒燃料中固定氧可用于燃燒 燃料中硫主要被氧化為燃料中硫主要被氧化為 SO2 不考慮不考慮NOX的生成的生成 燃料中的燃料中的N在燃燒時轉(zhuǎn)化為在燃燒時轉(zhuǎn)化為N2 燃料的化學式為燃料的化學式為CxHySzOw222222C H S OO3.78N4242 COH OSO3.78N242xyzwywywxzxzyywxzxzQ322.44.78/(121.0083216) m /kg42y

12、wxzxyzwn 空氣過剩系數(shù)空氣過剩系數(shù) 實際空氣量與理論空氣量之比。以實際空氣量與理論空氣量之比。以 表示，表示， 通常通常10實際空氣量理論空氣量aaVVn 空燃比空燃比 單位質(zhì)量燃料燃燒所需要的空氣質(zhì)量單位質(zhì)量燃料燃燒所需要的空氣質(zhì)量 例如：例如：汽油（汽油（C8H18）的完全燃燒：）的完全燃燒： 汽油的質(zhì)量：汽油的質(zhì)量：12 8+1.008 18 = 114.14 空氣的質(zhì)量：空氣的質(zhì)量：32 12.5+28 3.78 12.5 = 1723 空燃比空燃比 AF=15.1181822222181818CH8O3.78 8N8CO9H O 3.78 8N444n 燃燒可能釋放的污染物：

13、燃燒可能釋放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、煙、飛灰、金屬及其氧、煙、飛灰、金屬及其氧化物等化物等 溫度對燃燒產(chǎn)物的絕對量和相對量都有影響溫度對燃燒產(chǎn)物的絕對量和相對量都有影響n 燃料種類和燃燒方式對燃燒產(chǎn)物也有影響燃料種類和燃燒方式對燃燒產(chǎn)物也有影響n 燃燒產(chǎn)物與溫度的關(guān)系：n NOx的形成機理的形成機理 燃料型燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的：燃料中的固定氮生成的NOx 熱力型熱力型NOx： 高溫下高溫下N2與與O2反應(yīng)生成的反應(yīng)生成的NOx 瞬時瞬時NOx：低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的：低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx1.煙氣體積計算煙氣體積計算理論煙氣

14、體積理論煙氣體積 CO2、SO2、N2和和H2O干煙氣、標準干煙氣、濕煙氣干煙氣、標準干煙氣、濕煙氣煙氣體積和密度的校正煙氣體積和密度的校正轉(zhuǎn)化為標態(tài)下（轉(zhuǎn)化為標態(tài)下（273K、1atm）的體積和密度）的體積和密度注意：美、日和全球監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)的標態(tài)為注意：美、日和全球監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)的標態(tài)為298K、1atm。ssnsnnnnnssspTVVpTpTpT污染物排放量的估算過?？諝庑Ｕ^剩空氣校正實際空氣量實際空氣量 = （1+ ） （O2 + 3.78N2）完全燃燒：與理論空氣量相比多完全燃燒：與理論空氣量相比多 （O2+ 3.78N2） 此時煙氣中，此時煙氣中，O2的量為的量為O2P= O2，N2的量為的量為N2P = 3.78 （1+ ） N2空氣中空氣中O2=（20.9/79.1）N2=0.264N2，即進入燃燒系統(tǒng)的空即進入燃燒系統(tǒng)的空氣總氧量為氣總氧量為 0.264