燃燒學(xué)_第十二章 燃燒產(chǎn)生的污染與防治 ppt課件

1、燃料與燃燒第九章固體燃料燃燒由于人類活動(dòng)和自然過(guò)程，引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中呈現(xiàn)出足夠濃度、到達(dá)足夠時(shí)間，因此危害了人體安康、溫馨感和環(huán)境的，都叫做空氣污染。能引起空氣污染的物質(zhì)，叫做空氣污染物?？諝馕廴疚餄舛鹊膬煞N方法表示方式：1、以氣體污染物占體積的百萬(wàn)分之一，縮寫(xiě)為ppm2、單位體積內(nèi)空氣污染物的分量，g/m3，每立方米中多少微克，ppmmg24.4510/133分子量在規(guī)范溫度25和壓力1atm時(shí)，兩者換算關(guān)系為：第九章固體燃料燃燒清潔空氣與污染空氣載某些成分的含量：第九章固體燃料燃燒1、按構(gòu)成過(guò)程分類：原始污染物：直接從污染源排放到大氣中的有害物質(zhì)，常見(jiàn)的原始污染物有：SO2、CO、N

2、ox及顆粒物次生污染物：進(jìn)入大氣中原始污染物之間相互作用，或它們與大氣中正常組分發(fā)生一系列化學(xué)或光化學(xué)反響而后生成新的污染物，最常見(jiàn)的次生污染物有臭氧、醛類甲醛、乙醛和丙烯醛等，過(guò)氧乙酰硝酸酯PAN以及硫酸煙霧和硝酸煙霧。第九章固體燃料燃燒2、按存在外形分類：顆粒狀污染物：除了純水以外的任何一種以液態(tài)或固態(tài)方式存在于大氣中的物質(zhì)如塵、煙、霧塵：分布在氣體中的固體微粒粒徑1-200m煙：較高濃度的過(guò)飽和蒸氣凝結(jié)方式的小顆粒0.01-1 m霧：水蒸氣凝結(jié)生成的懸浮小液滴煙霧：具有煙、霧的二重性，即當(dāng)煙霧同時(shí)構(gòu)成時(shí)為煙霧硫酸煙霧：熄滅產(chǎn)生的SO2與SO3遇水合成硫酸霧煙硝酸煙霧：汽車(chē)排放中NOX及H

3、C遇水合成硝酸霧煙第九章固體燃料燃燒2、按存在外形分類：氣態(tài)污染物：以SO2為主的含硫化合物，以NO和NO2為主的含氮化合物，碳的氧化物，碳?xì)浠衔锛胞u素化合物等第九章固體燃料燃燒燃料熄滅過(guò)程工業(yè)消費(fèi)過(guò)程交通運(yùn)輸過(guò)程我國(guó)對(duì)煙塵、SOx、NOx和CO四種污染物的統(tǒng)計(jì)分析闡明：熄滅料熄滅產(chǎn)生的空氣污染物約占70%，其中煤熄滅污染占95%工業(yè)消費(fèi)產(chǎn)生的約占20%，機(jī)動(dòng)車(chē)產(chǎn)生約10%。第九章固體燃料燃燒1、空氣污染對(duì)大氣性質(zhì)的影響降低能見(jiàn)度構(gòu)成霧及降水減少太陽(yáng)輻射改動(dòng)溫度和風(fēng)的分布2、空氣污染對(duì)原資料的影響3、空氣污染對(duì)植物的影響酸性或堿性顆粒會(huì)腐蝕原資料如油漆、石質(zhì)、金屬臭氧極易損壞橡膠制品破壞葉綠

4、素，致使光協(xié)作用無(wú)法進(jìn)展第九章固體燃料燃燒4、空氣污染對(duì)人類安康的影響第九章固體燃料燃燒4、空氣污染對(duì)人類安康的影響第九章固體燃料燃燒我國(guó)于1982年制定了第一個(gè)GB309582，規(guī)定大氣環(huán)境質(zhì)量規(guī)范分為三級(jí)：三級(jí)規(guī)范：為維護(hù)自然生態(tài)和人民安康，在長(zhǎng)期接觸情況下，不發(fā)生任何危害性影響的空氣質(zhì)量要求。一級(jí)規(guī)范：二級(jí)規(guī)范：為維護(hù)人民安康以及城市、鄉(xiāng)村和動(dòng)、植物在長(zhǎng)期或短期接觸情況下，不發(fā)生損傷的空氣質(zhì)量要求。為維護(hù)人體不發(fā)生急性或慢性中毒以及城市普通動(dòng)、植物能正常生長(zhǎng)的空氣質(zhì)量要求。第九章固體燃料燃燒燃料熄滅時(shí)生成的煙塵，按其生成機(jī)理可分為氣相析出型、剩余型煙塵和粉塵三種：1氣相析出型氣相析出型的

5、煙塵來(lái)源于氣體燃料、已蒸發(fā)的液體燃料氣和固體燃料的揮發(fā)分氣體，在空氣缺乏的高溫條件下熱分解所生成的固體煙塵。粒徑很小，普通在0.02-0.05m范圍內(nèi)?；鹧嬷泻羞@種炭黑后，輻射力加強(qiáng)，發(fā)出亮光，構(gòu)成發(fā)光焰，由于其粒子細(xì)，容易粘附于物體而難于去除。研討闡明，氣相析出型煙塵是經(jīng)過(guò)一系列氫聚合反響面生成的。第九章固體燃料燃燒1氣相析出型242HCCH2622426232HCHCHHCHC炭炭黑黑多多環(huán)環(huán)芳芳烴烴（炭炭黑黑）26642222242332HHCHCCHHHCHC甲烷在缺氧條件下進(jìn)展熱分解：乙烷的熱分解：一次反響：二次反響：500：9001100：第九章固體燃料燃燒2剩余型煙塵液體燃料熄

6、滅時(shí)剩余下來(lái)的固體顆粒，它是由重質(zhì)油霧化滴在高溫下蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽的同時(shí)，發(fā)生聚縮反響，一面猛烈地發(fā)泡，一面固化，從而生成絮狀空心微珠，通常稱之為油灰或煙炱，油灰粒徑較大，約100-300m。積炭也是剩余型煙塵的一種，它是重質(zhì)油滴附著在噴口、爐壁上，并在爐內(nèi)高溫加熱氣化而殘留下來(lái)的固體殘?jiān)?，它的顆粒較大，外形不定。第九章固體燃料燃燒3粉塵粉塵是固體燃料熄滅時(shí)產(chǎn)生的飛灰，其主要成分是碳和灰，固體燃料在熄滅之后，一部分變成爐渣，一部分以飛灰方式排入大氣中。以煤粉爐為例，有85-95%的灰分以飛灰排入大氣。第九章固體燃料燃燒1燃料種類的影響C/H越大，產(chǎn)生炭黑數(shù)量越多；碳原子數(shù)越多就越容易產(chǎn)生炭黑；液體

7、燃料的殘?zhí)己吭蕉?，產(chǎn)生碳黑就越大。揮發(fā)分多的煤，其炭黑生成量要比揮發(fā)分少的煤多得多，但煤熄滅時(shí)產(chǎn)生的煙塵主要以飛灰方式出現(xiàn)。對(duì)碳?xì)浠衔锶剂隙缘诰耪鹿腆w燃料燃燒2氧氣濃度和過(guò)?？諝庀禂?shù)的影響碳黑是在富燃缺氧條件下產(chǎn)生，因此假設(shè)碳?xì)浠衔锵缗c足夠的氧氣充分混合，能防止碳黑產(chǎn)生，防止產(chǎn)生煙塵所需求的氧氣量，隨著熄滅種類而異。第九章固體燃料燃燒3燃料粒徑的影響燃料粒徑大，其燃燼時(shí)間也長(zhǎng)，因此在爐內(nèi)有限的停留時(shí)間內(nèi)燃料滴不易燃盡，使煙塵濃度急劇添加。而且燃料滴粒徑大，所生成的空心微珠也大，當(dāng)燃料滴碰到爐壁時(shí)，假設(shè)爐壁溫度低，那么燃料滴焦化成炭塊，它們可以會(huì)零落而隨煙塵排入大氣中，使煙塵濃度添加。

8、4溫度與熄滅時(shí)間的影響爐內(nèi)溫度越高，熄滅時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生煙塵越少。溫度越高，熄滅時(shí)間越長(zhǎng)，直徑小的炭黑、炭和飛灰可以燃燼。第九章固體燃料燃燒5惰性氣體的影響空氣參與惰性氣體時(shí)，碳黑濃度降低，如參與CO2效果較好。第九章固體燃料燃燒1、改良熄滅方式及改善熄滅過(guò)程1供應(yīng)足夠的空氣，而熄滅溫度又不能太低選用適宜的熄滅空氣量非常重要，普通都采用過(guò)剩空氣盡可以少的情況下進(jìn)展熄滅。2燃料和空氣要在熄滅室內(nèi)良好混合燃料與空氣的良好混合，是組織熄滅非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此必需掌握好空氣流動(dòng)、燃料噴霧特性，使送風(fēng)方式和燃料的供應(yīng)相搭配，燃料和空氣能充分地接觸和混合。第九章固體燃料燃燒1、改良熄滅方式及改善熄滅過(guò)程

9、3提高熄滅室溫度提高熄滅溫度對(duì)防止產(chǎn)生炭黑有顯著的效果。從炭黑反響速度可知，溫度從1200時(shí)燒掉炭黑需求0.1S，那么在1600時(shí)只需不到0.01S就可以了。因此，預(yù)熱空氣、堅(jiān)持爐膛溫度，保證有足夠的熄滅時(shí)間與空間，都可以減少炭黑的生成。第九章固體燃料燃燒2、加裝除塵安裝應(yīng)根據(jù)塵粒的性質(zhì)、煙氣的性質(zhì)、除塵的義務(wù)特性以及其通用范圍來(lái)進(jìn)展，在能滿足排煙規(guī)范的前提下，應(yīng)盡量選用阻力小的除塵設(shè)備，以免安裝風(fēng)機(jī)，節(jié)約費(fèi)用。第九章固體燃料燃燒空氣中的硫氧化物主要來(lái)源于含硫燃料的熄滅。燃料中的硫，除少量非熄滅性硫(510%)殘留在灰分中外，絕大部分都氧化成SO2。不過(guò)即使空氣過(guò)量，也只需0.52%的SO2轉(zhuǎn)

10、化成SO3。煤炭中的可燃硫有兩種：有機(jī)硫：硫茂、硫醇和二硫化物無(wú)機(jī)硫：FeS2有機(jī)硫構(gòu)成煤分子的一部分，在煤中均勻分布，而無(wú)機(jī)硫顆粒尺寸較小，在煤中通常呈獨(dú)立相彌散分布。低硫煤中主要是有機(jī)硫，約為無(wú)機(jī)硫的8倍；高硫煤中主要是無(wú)機(jī)硫，約為有機(jī)硫的3倍。第九章固體燃料燃燒煤受熱后分解時(shí)，煤中有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫同時(shí)被揮發(fā)出來(lái)，結(jié)合松散的有機(jī)硫在低溫700K下分解，結(jié)合嚴(yán)密的有機(jī)硫在較高溫度800K下分解釋出，遇氧全部氧化成SO2，在復(fù)原性氣氛下，揮發(fā)分主要?dú)怏wH2S反響道路為：22SOSOHSSH無(wú)機(jī)硫的分解速度很慢，在復(fù)原性氣氛和溫度800K以及足夠停留時(shí)間的條件下，無(wú)機(jī)硫?qū)⒎纸獬蒄eS、S2和H2S

11、，其中FeS必需在更高溫度1700K和更長(zhǎng)時(shí)間下才干分解成Fe、S2等，并氧化成SO2，在氧化氣氛下，F(xiàn)eS2直接生成SO2：232282114SOFeOOFeS第九章固體燃料燃燒1在火焰高溫區(qū)內(nèi)：322SOOSOOOO火焰溫度越高，氧原子濃度越大，那么SO3生成量越大2352444222342252222SOSOOVVOSOVOSOOVOSOSOOVSOOV2受熱面積上灰和氧化膜的催化作用SO3除了從SO2與O2直接反響生成外，還可由以下兩個(gè)途徑產(chǎn)生：第九章固體燃料燃燒1燃料中含硫量越多，SO2和SO3生成量也越多2過(guò)?？諝庀禂?shù)越大，SO3生成量也越多3火焰區(qū)溫度高，氧分子離解成氧原子多，因

12、此SO3生成量也多第九章固體燃料燃燒1、燃料脫硫2、爐內(nèi)固硫3、煙氣脫硫第九章固體燃料燃燒1、燃料脫硫1物理凈化法經(jīng)過(guò)煤的粉碎，使非化學(xué)鍵結(jié)合的不純物質(zhì)與煤脫離，利用FeS2的密度與煤密度的相差，用水洗除FeS2，也可利用二者外表潤(rùn)濕、磁性或?qū)щ娦圆煌右苑謩e。此法不能除去有機(jī)硫2化學(xué)凈化法如用堿液浸煤后經(jīng)過(guò)微波照射，使有機(jī)硫和黃鐵礦的化學(xué)鍵被微波打斷，生成硫化氫，它與堿反響而被去除。可除去90%的無(wú)機(jī)硫和70%有機(jī)硫。3煤的氣化將煤進(jìn)展氣化，使煤中硫轉(zhuǎn)變成H2S，然后再將其去除。第九章固體燃料燃燒2、爐內(nèi)固硫噴鈣脫硫：先將脫硫劑破碎成一定粒度，然后送入爐膛，在溫度800-1000范圍下脫硫劑

13、受熱分解，把熄滅過(guò)程中產(chǎn)生的部分SO2固化：2223)(COCaOOHCaCOCaOCaCO脫硫劑分解：3242221CaSOSOCaOCaSOOSOCaO硫化反響：22421OSOCaOCaSO再生反響：第九章固體燃料燃燒3、煙氣脫硫煙氣脫硫是目前防止SOx污染大氣的有效方法。煙氣脫硫的技術(shù)根底主要是由于很多金屬氧化物如堿金屬、堿土金屬、金屬氧化物以及活性炭具有吸附或吸收SO2才干。把這些金屬氧化物作為吸收劑吸收SO2后生成中間產(chǎn)物，再將含硫中間產(chǎn)物進(jìn)展再生，再生后的吸收劑可循環(huán)運(yùn)用，再生過(guò)程中釋放出的SO2可做成硫制品加以利用。回收法：丟棄法：第九章固體燃料燃燒3、煙氣脫硫1濕法煙氣脫硫可

14、固結(jié)95%SO2以及90%的氯化物和氟化物第九章固體燃料燃燒2再生洗滌煙氣脫硫運(yùn)用來(lái)硫酸鈉為吸收劑，在預(yù)先洗滌操作中除去灰塵和HCl后在吸收安裝里洗滌SO2并構(gòu)成硫酸氫鈉，在再生安裝中熱力分解硫酸氫鈉，產(chǎn)生的SO2可加工成液態(tài)的SO2、硫酸鈉和元素硫。第九章固體燃料燃燒3煙氣同時(shí)脫流脫硝技術(shù)活性炭吸附NH3法來(lái)同時(shí)脫硫脫硝，在溫度為80-130下用活性炭作SO2的吸收劑，把吸收了SO2的活性炭進(jìn)展再分解，并進(jìn)一步處置成硫酸和元素硫。第九章固體燃料燃燒熄滅過(guò)程中所產(chǎn)生的氮的氧化物：xNONO占95%NO2占5%熄滅所用的空氣中氮分子氮的氧化；大多數(shù)熄滅安裝中，這是NO的主要來(lái)源燃料中含氮化合物燃

15、料氮在火焰中熱分解后再氧化在燒原油或煤的熄滅安裝中，燃料氮是NO的主要來(lái)源熄滅生成NO按來(lái)源不同可分為：熱力NO瞬發(fā)NO燃料NO第九章固體燃料燃燒熱力NO：熄滅所用的空氣中氮高溫氧化生成NO，稱為熱力NO，它的生成機(jī)理鏈鎖反響是Zeldovich于1946年提出的：)2()1(22211222ONOONNNONOMOMOkkkk222121ONOkONkNNOkONkdtNOd第九章固體燃料燃燒Zedovich熱力NO生成率，與貧燃料預(yù)混火焰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。)/91000exp(101 . 4)/135000exp(10913142/1222/12TkTkONOkONkdtNOdbfbf)3(

16、33HNOOHNkkFenimore指出富燃料熄滅還與以下反響有關(guān)：第九章固體燃料燃燒熱力NO排放量與反響溫度的關(guān)系第九章固體燃料燃燒熱力NO：限制熱力NO的生成，主要是降低溫度，詳細(xì)措施可歸納為：1降低熄滅溫度，防止部分高溫；2降低氧氣濃度；3縮短在高溫區(qū)的停留時(shí)間；4在偏離1的條件下進(jìn)展熄滅；第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)NO：大氣壓力下甲烷與空氣預(yù)混火焰中NO的生成第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)NO：熄滅時(shí)燃料中碳?xì)浠衔锓纸馍傻腃H和C等原子團(tuán)，與空氣中N2進(jìn)展反響而生成氰化物：CNNCNCNNCNCNHNCHNHHCNNCHNHCNNCH2222222222ONOONHNOOHNNCOOCNHNC

17、OOHCNOHCNOHHCN222氰化物生成反響活化能小，反響快，氰化物又與火焰中大量的O、OH等原子團(tuán)生成NO：第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)NO：第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)NO：研討闡明，在火焰中不僅有HCN等存在，而且還有胺化物NH、NH2、NH3存在，同樣與OH、N等原子團(tuán)反響生成NO：ONOONHNOOHNOHNONHOHNOHNH22第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)NO：瞬發(fā)NO生成與以下三個(gè)要素有關(guān)：)4(102NHCNNCHk1CH原子團(tuán)的濃度及其構(gòu)成過(guò)程2N2分子反響生成氮化物的速率與以下反響有關(guān)：3氮化物間相互轉(zhuǎn)化率此反響對(duì)NO的生成起重要作用富燃料及貧燃料，可以以為：210NCHkdtHCNd

18、dtNOd瞬瞬發(fā)發(fā)第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)NO構(gòu)成的主要途徑：NOCNOOHOHOHOHHNNNHNCOHCNNCHCNOHHO22222在溫度T2000K時(shí)，NO生成率主要取決于CHN2反響，即瞬發(fā)NO，隨著溫度添加，瞬發(fā)NO比例減小，熱力NO添加，當(dāng)T2500K時(shí)，NO生成主要按Zeldovich的熱力NO活力理控制。第九章固體燃料燃燒燃料NO：實(shí)驗(yàn)闡明：熄滅安裝中所用的燃料含有氮化合物時(shí)，排出燃?xì)庵泻写罅康腘O，且隨著燃料中N含量添加而添加。燃料中N與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合成環(huán)狀或鏈狀化合物，與空氣中N相比，其結(jié)合鍵較小，熄滅時(shí)易分解生成低分子含氮化合物，氧化后生成NO第九章固體燃料燃燒燃料

19、NO：不同燃料中含氮量第九章固體燃料燃燒燃料NO的構(gòu)成途徑：NONHHCNNOO222NNHNORH2H3NH第九章固體燃料燃燒影響燃料NO的要素：1燃料含N量的影響：實(shí)際熄滅過(guò)程中只需部分燃料N轉(zhuǎn)化為NO，實(shí)際生成NO與全部燃料N之比稱為燃料N轉(zhuǎn)換率 ，影響燃料N轉(zhuǎn)換率的要素：N當(dāng)1.3時(shí)，NO隨著燃料N含量添加而添加，但卻下降。N當(dāng)0.8時(shí)，NO隨著燃料N含量添加先添加后飽和，而下降。N第九章固體燃料燃燒2過(guò)剩空氣系數(shù)的影響：第九章固體燃料燃燒2過(guò)?？諝庀禂?shù)的影響：第九章固體燃料燃燒影響燃料NO的要素：3熄滅溫度的影響：實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明，燃料NO與熱力NO不同，它受溫度影響較小，這是由于燃料中

20、N的熱分解溫度比火焰溫度低，當(dāng)熄滅到達(dá)分解溫度而進(jìn)展分解，生成NO與火焰溫度關(guān)系不大。第九章固體燃料燃燒OHNOHONOk22152216ONOONOk熄滅生成的NO可與與含氮原子中間產(chǎn)物反響使NO復(fù)原成N2，也可以與各種含氮化合物或氧化物反響生成NO2，如在火焰面附近存在以下反響：另外在熄滅區(qū)由于氧原子添加，NO2又轉(zhuǎn)變成NO，導(dǎo)致NO2含量較少：第九章固體燃料燃燒主要途徑：選用N含量較低的燃料，包括燃料脫氮和轉(zhuǎn)變成低氮燃料降低過(guò)剩空氣系數(shù)，組織過(guò)濃熄滅，以降低燃料周?chē)鯘舛仍谶^(guò)?？諝獾臈l件下，降低溫度峰值以減少熱力NO在氧濃度較低情況下，添加可燃物在火焰前鋒和反響區(qū)中的停留時(shí)間。減少Nox的構(gòu)成和排放的詳細(xì)方法為：分級(jí)熄滅、再熄滅法、低氧熄滅、濃淡偏向熄滅和煙氣再循環(huán)等。第九章固體燃料燃燒分級(jí)熄滅：將熄滅所需的空氣量分成兩級(jí)送入，一級(jí)空氣所用的過(guò)剩空氣系數(shù)：氣體燃料0.7，油0.8，煤0.80.9，其他空氣在熄滅器附近適當(dāng)位置送入，使熄滅分兩級(jí)完成。一級(jí)熄滅區(qū)：燃料在過(guò)濃情況下熄滅，因缺氧富燃料使得熄滅速度和溫度降低，從而抑制了揮發(fā)分熄滅生成的熱力NO。另外熄滅生成CO與NO復(fù)原反響及燃料中N分解成中間產(chǎn)物相互復(fù)協(xié)作用或與