第二章-燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件

第二章

燃燒與大氣污染第一節(jié)

燃料與燃燒過程第二節(jié)

燃燒計算第三節(jié)

燃燒污染物的形成與控制重點(diǎn)：（二）燃燒計算１．

理論空氣量２．

煙氣量３．

污染物排放量第二章燃燒與大氣污染第一節(jié)

燃料與燃燒過程1§1.燃料的性質(zhì)

燃料的定義：指燃燒過程中能放出熱量，且經(jīng)濟(jì)上可行的物質(zhì)。

§1.燃料的性質(zhì)燃料的定義：2燃料的分類：

（1）常規(guī)燃料如煤（coal）、petroleum、天然氣(rudegas)等。

（2）非常規(guī)燃料

按其物理狀態(tài)分為：

（1）固體燃料：揮發(fā)分被蒸餾后以氣態(tài)燃燒（蒸氣控制）；留下的固定炭以固態(tài)燃燒（擴(kuò)散控制）。

（2）液體燃料：由蒸發(fā)過程控制（氣態(tài)形式燃燒）。

(3)

氣態(tài)燃料：由擴(kuò)散或混合控制。燃料的分類：3幾種常規(guī)燃料

一、煤定義：是一種復(fù)雜的物質(zhì)聚集體。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起構(gòu)成的有機(jī)聚合物。

性質(zhì)：煤中有機(jī)成分和無機(jī)成分的含量因種類、產(chǎn)地不同而異。幾種常規(guī)燃料

4幾種常規(guī)燃料

一、煤

分類：按基于沉積年代的分類法分為褐煤、煙煤、無煙煤。

a.褐煤：又名柴煤，煤的一類。煤化程度僅高于泥煤的精煤。一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。由于它富含揮發(fā)份，所以易于燃燒并冒煙。剖面上可以清楚地看出原來木質(zhì)的痕跡。是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等級最低的一類，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象木材結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：①揮發(fā)分較高，析出溫度低；②燃燒熱值低，不能制炭。干燥后：C含量60—75%，O2含量20—25%。，幾種常規(guī)燃料

5幾種常規(guī)燃料

幾種常規(guī)燃料

6第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件7

一、煤b.煙煤：形成歷史較褐煤長。黑色，外形有可見條紋。揮發(fā)分20—45%，C75—90%。成焦性較強(qiáng)，氧含量低，水分及灰分含量不高，適宜工業(yè)使用。c.無煙煤：碳含量最高，煤化時間最長的煤，具有明顯的黑色光澤，機(jī)械強(qiáng)度高。C含量>93%,無機(jī)物量<10%,著火難，不易自燃，成焦性差。

8幾種常規(guī)燃料

幾種常規(guī)燃料

9

一、煤2.

煤的組成煤的組成按測定方法分為工業(yè)分析；元素分析兩大類。a.工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、S含量、熱值。b.元素分析：用化學(xué)法測定的去除掉外部水分的主要組分。C、H2、N2、S、O2等。

10幾種常規(guī)燃料

一、煤3.

煤中硫的形態(tài)有機(jī)硫（CxHySz）

硫化物硫（FeS2）

煤中含硫無機(jī)硫元素硫（S）

硫酸鹽硫（MeSO4）幾種常規(guī)燃料

11a.硫酸鹽硫:硫酸鹽硫在燃燒時不參加燃燒，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它形態(tài)的硫能燃燒放出熱量。通常所說的SOx污染物只包括有機(jī)硫、硫化物，不包括MeSO4。b.硫化鐵硫：是主要的含硫成分，常見形態(tài)是黃鐵礦硫。黃鐵礦：硬度6—6.5,比重4.7—5.2本無磁性，但在強(qiáng)磁場感應(yīng)下能轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判晕?，吸收微波能力較強(qiáng)，據(jù)此，可把其從煤中脫除。c.有機(jī)硫：以各種官能團(tuán)形式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分選的方法除去，需采用化學(xué)方法脫硫。a.硫酸鹽硫:硫酸鹽硫在燃燒時不參加燃燒，留在灰渣里，是12幾種常規(guī)燃料

二、石油石油是液體燃料的主要來源。原油是天然存在的易流動液體。比重0.78—1.00

主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金屬（釩、鎳）、砷、鉛、氯等，10ppm左右。

原油中的硫大部分以有機(jī)硫形式存在，形成非碳?xì)浠衔锏木薮蠓肿訄F(tuán)，其含硫量變化范圍較大，一般為0.1—7%。原油通過蒸餾、裂化和重整過程生產(chǎn)出各種產(chǎn)品。原油中的S約有80—90%留于重餾分中。硫以復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在，而需去除的僅是硫原子，故不能用物理方法分離硫化物。采用高壓下的催化加氫破壞C—S—C鍵形成H2S氣體，可達(dá)目的，但費(fèi)用很高。幾種常規(guī)燃料

13幾種常規(guī)燃料

三、天然氣一般組成為CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外還有H2O、CO2、N2、He、H2S等。幾種常規(guī)燃料

14§2-2燃料燃燒過程一、影響燃燒過程的主要因素1．燃燒過程及燃燒產(chǎn)物2．燃料完全燃燒的條件3．發(fā)熱量及熱損失4.燃燒產(chǎn)生的污染物

§2-2燃料燃燒過程一、影響燃燒過程的主要因素151．燃燒過程及燃燒產(chǎn)物燃燒是可燃混合物的快速氧化過程，并伴有能量的釋放，同時使燃料的組成元素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的氧化物。多數(shù)化石燃料完全燃燒的產(chǎn)物是CO2、水蒸汽；不完全燃燒過程將產(chǎn)生黑煙、CO和其它部分氧化產(chǎn)物等。若燃料中含S、N會生成SO2和NOx，燃燒溫度較高時，空氣中的部分氮會被氧化成NOx。

FuelNOx(燃料型NOx)——燃料中的NNOx生成量

ThermalNOx(熱型NOx)——高溫時空氣中1．燃燒過程及燃燒產(chǎn)物162．燃料完全燃燒的條件燃料完全燃燒的條件是適量的空氣、足夠的溫度、必要的燃燒時間、燃料與空氣的充分混合。（1）

空氣條件：按燃燒不同階段供給相適應(yīng)的空氣量。（2）

溫度條件：只有達(dá)到著火溫度，才能與氧化合而燃燒。著火溫度：在氧存在下可燃質(zhì)開始燃燒必須達(dá)到的最低溫度。各種燃料的著火溫度見表2-3。P282．燃料完全燃燒的條件17（3）

時間條件：燃料在燃燒室中的停留時間是影響燃燒完全程度的另一基本因素。燃料在高溫區(qū)的停留時間應(yīng)超過燃料燃燒所需時間。（4）

燃燒與空氣的混合條件：燃料與空氣中氧的充分混合是有效燃燒的基本條件。在大氣污染物排放量最低條件下,實現(xiàn)有效燃燒的四個因素：空氣與燃料之比、溫度、時間、湍流度。(三T)（3）

時間條件：183．發(fā)熱量及熱損失（1）

發(fā)熱量單位量燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量。即反應(yīng)物開始狀態(tài)和反應(yīng)物終了狀態(tài)相同情況下（常溫298K,101325Pa）的熱量變化值，稱為燃料的發(fā)熱量，單位是KJ/Kg。（固體）KJ/m3(氣體)。發(fā)熱量有高位、低位之分。高位：包括燃料燃燒生成物中水蒸汽的汽化潛熱，Qh低位：指燃料燃燒生成物中水蒸汽仍以氣態(tài)存在時，完全燃燒釋放的熱量。Q13．發(fā)熱量及熱損失（1）

發(fā)熱量19（2）

熱損失

排煙熱損失：熱損失為6—12%：

不完全燃燒熱損失：化學(xué)不完全燃燒、機(jī)械不完全燃燒。

散熱損失：由于設(shè)備管道溫度高于周圍空氣溫度造成熱損失。（2）

熱損失204．

燃燒產(chǎn)生的污染物硫氧化物SOx：隨溫度變化不大，主要是煤中S。粉塵：隨燃燒溫度而變化(增高、不變、降低均有變化)。CO及HC化合物：隨燃燒溫度而變化(增高、不變、降低均有變化)。NOx：隨燃燒溫度而變化(增高、不變、降低均有變化)。4．

燃燒產(chǎn)生的污染物21二、燃料燃燒的理論空氣量1．理論空氣量（Vg0）

單位量燃料按燃燒反應(yīng)方程式完全燃燒所需的空氣量稱為理論空氣量。理論空氣量獲得:（1）可由燃燒反應(yīng)方程式（2）經(jīng)驗公式（由熱值）

固體燃料液體燃料氣體燃料天然氣（式2.17）二、燃料燃燒的理論空氣量22建立燃燒化學(xué)方程式時，假定：1.空氣僅由N2和O2組成，其體積比為79/21=3.76；２.

燃料中的固態(tài)氧可用于燃燒；３.燃料中的硫被氧化成SO2；４.計算理論空氣量時忽略NOX的生成量；５.

燃料的化學(xué)時為CxHySzOw，其中下標(biāo)x、y、z、w分別代表C、H、S、O的原子數(shù)。建立燃燒化學(xué)方程式時，假定：23完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式：第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件24理論空氣量：

理論空氣量：253.6~6.0褐煤一般煤的理論空氣量7.5~8.5無煙煤

9~10煙煤液體燃料（燃料油）的煤爐：4.5~5.5煤氣液化氣：2.97高爐：~0.7干:8.84~9.01天然氣濕：11.4~12.1

262．空氣過剩系數(shù)a實際空氣量Va與理論空氣量Va0之比為空氣過剩系數(shù)a通常a>13．空燃比（AF）定義：單位質(zhì)量燃料燃燒所需的空氣質(zhì)量，它可由燃燒方程直接求得。4．理論空氣量的經(jīng)驗計算公式已知元素分析可用式2.11計算；若知燃料的熱值可用式2.13~2.17計算。2．空氣過剩系數(shù)a27例：某燃燒裝置采用重油作燃料，重油成分分析結(jié)果如下（按質(zhì)量）C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，灰分：0.10%。試確定燃燒1kg重油所需的理論空氣量。解：以1kg重油燃燒為基礎(chǔ)，則：例：某燃燒裝置采用重油作燃料，重油成分分析結(jié)果如下（按質(zhì)量）28

重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧量（mol）C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5H2O0．50．02780

重量（g）摩爾數(shù)需氧量C88373．5873．58H95429理論需氧量為：73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油假定空氣中N2與O2的摩爾比為3.76(體積比)則，理論空氣量為：mol/kg重油即Nm3/kg重油理論需氧量為：30§2-3煙氣體積及污染物排放量計算一．煙氣體積計算１.理論煙氣體積在理論空氣量下，燃料完全燃燒所生成的煙氣體積稱為理論煙氣體積。以Vfg0表示，煙氣成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸氣。干煙氣：除水蒸氣以外的成分稱為干煙氣；濕煙氣：包括水蒸氣在內(nèi)的煙氣。Vfg0=V干煙氣+V水蒸氣V理水蒸氣=V燃料中氫燃燒后的水蒸氣+V燃料中+V理論空氣量帶入的§2-3煙氣體積及污染物排放量計算一．煙氣體積計算312．實際煙氣體積Vfg0

Vfg=Vfg0+(a-1)Va03.煙氣體積和密度的校正

燃燒產(chǎn)生的煙氣其T、P總高于標(biāo)態(tài)（273K、1atm）故需換算成標(biāo)態(tài)。大多數(shù)煙氣可視為理氣，故可應(yīng)用理氣方程。設(shè)觀測狀態(tài)下（Ts、Ps下）：煙氣的體積為Vs，密度為ρs。標(biāo)態(tài)下（TN、PN下）：煙氣的體積為VN，密度為ρN。標(biāo)態(tài)下體積為：標(biāo)態(tài)下密度為：應(yīng)指出，美國、日本和國際全球監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是298K、1atm在作數(shù)據(jù)比較時應(yīng)注意。2．實際煙氣體積Vfg0Vfg=325.過剩空氣較正因為實際燃燒過程是有過?？諝獾?，所以燃燒過程中的實際煙氣體積應(yīng)為理論煙氣體積與過?？諝饬恐?。用奧氏煙氣分析儀測定煙氣中的CO2、O2和CO的含量，可以確定燃燒設(shè)備在運(yùn)行中煙氣成分和空氣過剩系數(shù)?？諝膺^剩系數(shù)為a=m-----過?？諝庵蠴2的過剩系數(shù)設(shè)燃燒是完全燃燒，過?？諝庵械难踔灰設(shè)2形式存在，燃燒產(chǎn)物用下標(biāo)P表示，5.過?？諝廨^正33假設(shè)空氣只有O2、N2,分別為21%、79%，則空氣中總氧量為理論需氧量：0.266N2P-O2P所以（燃燒完全時）若燃燒不完全會產(chǎn)生CO，須校正。即從測得的過剩氧中減去CO氧化為CO2所需的O2

此時各組分的量均為奧氏分析儀所測得的百分?jǐn)?shù)。6．

標(biāo)況下煙氣量計算的經(jīng)驗式：P362.23~2.28。假設(shè)空氣只有O2、N2,分別為21%、79%，則空氣中總氧量34二．污染物排放量的計算例2對例1給定的重油，若燃料中硫轉(zhuǎn)化為SOX（其中SO2占97%），試計算空氣過剩系數(shù)a=1.20時煙氣中SO2及SO3的濃度，以ppm表示，并計算此時煙氣中CO2的含量，以體積百分比表示。二．污染物排放量的計算例2對例1給定的重油，若燃料中35解：由例1可知，理論空氣量條件下煙氣組成（mol）為：CO2：73.58H2O：47.5+0.0278SOX：0.5NX：理論煙氣量：73.58+0.5+(47.5+0.0278)+()=489.45mol/kg重油即489.45=10.96m3/kg重油空氣過剩系數(shù)a=1.2時，實際煙氣量為：其中10.43為理論空氣量，即1Kg重油完全燃燒所需理論空氣量。解：由例1可知，理論空氣量條件下煙氣組成（mol）為：36煙氣中SO2的體積為煙氣中SO3的體積為所以，煙氣中SO2、、SO3的濃度分別為：

煙氣中SO2的體積為37當(dāng)α=1.2時，干煙氣量為：

CO2體積為：所以干煙氣中CO2的含量（以體積計）為：

當(dāng)α=1.2時，干煙氣量為：38例3：已知某電廠煙氣溫度為473K，壓力為96.93Kpa,濕煙氣量Q=10400m3/min，含水汽6.25%（體積），奧薩特儀分析結(jié)果是：CO2占10.7%，O2占8.2%，不含CO，污染物排放的質(zhì)量流量為22.7Kg/min。（1）

污染物排放的質(zhì)量速率（以t/d表示）（2）

污染物在煙氣中濃度（3）

煙氣中空氣過剩系數(shù)（4）校正至空氣過剩系數(shù)α=1.8時污染物在煙氣中的濃度。例3：已知某電廠煙氣溫度為473K，壓力為96.93Kpa,39解：（1）污染物排放的質(zhì)量流量為：

（2）測定條件下的干空氣量為：

測定狀態(tài)下干煙氣中污染物的濃度：

標(biāo)態(tài)下的濃度：

解：（1）污染物排放的質(zhì)量流量為：40（3）空氣過剩系數(shù)：（4）校正至α=1.8條件下的濃度：（3）空氣過剩系數(shù)：41§2-4燃燒過程SOx的形成及控制一、燃料中硫的氧化機(jī)理

燃料中的硫在燃燒過程中與氧反應(yīng)，主要產(chǎn)物是SO2和SO3，但SO3的濃度相當(dāng)?shù)?，即使在貧燃料狀態(tài)下，生成的SO3也只占SO2生成量的百分之幾。在富燃料狀態(tài)下，除SO2外，還有一些其它S的氧化物，如SO及其二聚物（SO）2，還有少量一氧化二硫S2O。這些產(chǎn)物化學(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)，所以僅在各種氧化反應(yīng)中以中間體形式出現(xiàn)。燃燒時：故一般主要生成SO2,計算時可忽略SO3?！?-4燃燒過程SOx的形成及控制一、燃料中硫的氧化機(jī)理42二、SOx的控制（1）重油脫硫重油脫硫常用的方法：在鉬、鈷和鎳等的金屬氧化物催化劑作用下，通過高壓加氫反應(yīng)，加斷碳與硫的化合鍵，以氫置換出碳，同時氫與硫作用形成H2S，從重油中分離出來。重油脫硫的困難:(1)要徹底加工燃料，破壞了原來的組織。（2）產(chǎn)生新的產(chǎn)物：固、液、氣態(tài)物。二、SOx的控制432．

燃料脫硫１）

煤炭的固態(tài)加工國外要求用于發(fā)電、冶金、動力的煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是：煉焦煤：硫分<1%，灰分6~8%；動力煤：硫分0.5~1%，灰分15~20%；故原煤必經(jīng)分選以除去煤中的礦物質(zhì)。

目前選煤工藝普遍應(yīng)用的是重力分選法（可降低40~90%的S）,此法對有機(jī)硫含量較大或精煉還不能達(dá)到環(huán)保條例的要求。

正在研究的新脫硫法有：浮選法、氧化脫硫法、化學(xué)浸出法、化學(xué)破碎法、細(xì)菌脫硫法、微波脫硫法、磁力脫硫及溶劑精煉等，工業(yè)上應(yīng)用的很少。型煤固硫是控制SO2的一條經(jīng)濟(jì)有效途徑。

第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件442）

煤炭的轉(zhuǎn)化煤炭的轉(zhuǎn)化主要是氣化、液化。即對煤進(jìn)行脫硫或加氫改變其原有的碳?xì)浔?、使煤轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵉亩稳剂?。A.煤的氣化煤的氣化技術(shù)發(fā)展很快：“第一代”干式排灰的魯奈加壓氣化（已商業(yè)化）和科柏斯-托切克氣化；“第二代”液態(tài)排渣氣化、Hygas氣化、Cogas氣化等未商業(yè)化；“第三代”處于實驗階段的煤催化氣化。煤氣主要是H2、CO、CH4等，煤中硫的H2S形式存在。生產(chǎn)出煤氣中H2S含量幾百到幾千mg/m3。去除方法有干法、濕式法。B.

煤的液化直接液化SRC-Ⅱ法間接液化魯奈氣化-弗托合成法煤的液化時耗水量很大，排水含高濃度COD，要求大規(guī)模水處理設(shè)施。

2）

煤炭的轉(zhuǎn)化45

3.煤燃燒二氧化硫的控制

分為燃前脫硫、燃燒中脫硫、燃燒后脫硫和煤轉(zhuǎn)化過程中脫硫，其中煙氣脫硫被認(rèn)為是最有效的脫硫方式。燃前脫硫:1）逃汰選煤是各種密度、粒度和形狀的物料在不斷變化的流體中運(yùn)動過程。屬于物理選煤，主要利用煤中各種成分比例不同，而去處部分灰份和黃鐵礦，不能去有機(jī)硫。2）重介質(zhì)選煤采用磁鐵礦和水配置的懸浮液作為選煤的介質(zhì)，利用不同浮力進(jìn)行選煤，屬于物理方法。3）浮選選煤是氣、液固三相界面的分選過程，包括水中礦物顆粒粘附在氣泡，然后上浮到煤漿液體表面。因為煤的濕潤性較好而礦物的濕潤性較差。4）高梯度強(qiáng)磁分離煤脫硫技術(shù)煤中有機(jī)硫為逆磁性而大部分無機(jī)硫為順磁性，利用磁性不同分離。3.煤燃燒二氧化硫的控制465）微波輻射法煤中黃鐵礦的硫最容易吸收微波，有機(jī)硫次之，煤基質(zhì)基本不吸收微波。微波吸收后削弱化學(xué)鍵，采用浸取液洗滌煤中硫，可以去無機(jī)硫，也可以去有機(jī)硫，目前在實驗室狀態(tài)。6）化學(xué)處理法，如在煤中加入堿溶液，在一定反應(yīng)條件下，脫去無機(jī)和有機(jī)硫，但該工藝成本高，對煤質(zhì)有一定影響，在工程上應(yīng)用少。7）生物脫硫利用微生物破壞煤中無機(jī)硫和有機(jī)硫，可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、有效的脫硫，但目前的難點(diǎn)是找到能破壞煤中硫而不影響碳結(jié)構(gòu)的高效菌種。國外準(zhǔn)備進(jìn)行半工業(yè)實驗，國內(nèi)目前處于起步階段。5）微波輻射法煤中黃鐵礦的硫最容易吸收微波，有機(jī)硫次之，47

二氧化硫國家排放標(biāo)準(zhǔn)（mg/m3）

二氧化硫國家排放標(biāo)準(zhǔn)（mg/m3）

48第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件498）型煤固硫技術(shù)將不同原料經(jīng)過篩分按照一定比例配煤，粉碎后同經(jīng)過預(yù)處理的粘結(jié)劑和固硫劑混合，經(jīng)過機(jī)械設(shè)備成型與干燥，得到具有一定形狀和成品的工業(yè)固硫型煤。固硫劑按照化學(xué)形態(tài)分為鈣系、鈉系及其他。8）型煤固硫技術(shù)50石灰石、大理石粉、電石渣是工業(yè)上較好的固硫劑，應(yīng)用廢液做粘結(jié)劑，如堿性紙漿黑液，也有一定的固硫作用。鹽泥、糖泥、鈣渣、煙道灰等可以作為粘結(jié)劑和脫硫劑。型煤燃燒煙氣中粉塵、二氧化硫、CO濃度及煙氣黑度明顯下降，但由于型煤增加了原煤成本，可能使某些爐型的鍋爐出力受到一些影響，目前還處于工業(yè)示范階段。石灰石、大理石粉、電石渣是工業(yè)上較好的固硫劑，應(yīng)用廢液做粘結(jié)51第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件52第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件53(2)燃燒中脫硫(2)燃燒中脫硫54LIFAC：爐內(nèi)噴鈣增濕活化脫硫在鍋爐尾部煙道上安裝活化反應(yīng)器,將煙氣增濕,延長滯留時間,使剩余的吸收劑和ＳＯ2發(fā)生反應(yīng)。石灰石中的CaCO3含量應(yīng)超過90％，石灰石的顆粒度應(yīng)是80％以上的顆粒尺寸小于40μm。此時爐內(nèi)脫硫反應(yīng)所能達(dá)到的脫硫效率為20～30％活化反應(yīng)器的煙氣進(jìn)口溫度一般在110～140℃，當(dāng)將活化反應(yīng)器出口處煙溫控制在比露點(diǎn)溫度高5～10℃、Ca/S＝2時，有可能使活化反應(yīng)器的脫硫效率達(dá)到60％，從而使總脫硫效率達(dá)到80％。LIFAC：爐內(nèi)噴鈣增濕活化脫硫在鍋爐尾部煙道上安裝活化反55第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件56爐內(nèi)噴鈣增濕活化脫硫流程示意圖爐內(nèi)噴鈣增濕活化脫硫流程示意圖57第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件583．流化床燃燒脫硫

流化床燃燒脫硫具有爐內(nèi)脫硝脫硫的優(yōu)點(diǎn)，故普遍受到重視。原理：流化床燃燒是一低溫燃燒過程。爐內(nèi)存在局部還原氣氛，熱型Nox基本上不產(chǎn)生，因而NOx的氣成量減少。流化床燃燒脫硫常用的脫硫劑是石灰石或白云石。石灰石粉碎至與煤同樣的粒度（dp2mm左右）與煤同時加入爐內(nèi)。在1073—1173K下燃燒：（CaO為多孔）達(dá)固硫目的。3．流化床燃燒脫硫流化床燃燒脫硫具有爐內(nèi)脫硝脫硫的59影響脫硫效率的因素有：沸騰床溫度、流化速度、脫硫劑用量等。脫硫劑用量以Ca/S比表示。脫硫率與β和硫化速度的關(guān)系：當(dāng)硫化速率一定時，η隨Ca/S的增大而增大；當(dāng)Ca/S比一定時，η隨硫化速度的增加而降低。影響脫硫效率的因素有：沸騰床溫度、流化速度、脫硫劑用量等。脫60循環(huán)流化床燃燒脫硫最大的特點(diǎn)是爐內(nèi)具有強(qiáng)烈的傳熱傳質(zhì)特性，有利于燃料燃燒，不僅適用于煤燃燒，還可以適用于熱值小的燃料，如煤矸石、城市垃圾的燃燒。循環(huán)流化床爐內(nèi)燃燒溫度保持在900℃左右，有利于燃燒過程脫硫。石灰石在該溫度下分解形成氧化鈣，與二氧化硫和氧反應(yīng)形成硫酸鈣，而硫酸鈣在這個溫度下不容易再次分解，比一般的其他鍋爐1200℃有優(yōu)勢。從工業(yè)運(yùn)行的經(jīng)驗來看，但爐內(nèi)鈣/硫摩爾比在1.8-2.5時，脫硫效率可以達(dá)到90%以上。循環(huán)流化床燃燒脫硫最大的特點(diǎn)是爐內(nèi)具有強(qiáng)烈的傳熱傳質(zhì)特61第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件62第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件63第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件64煙氣脫硫技術(shù)

目前主要有吸收法和吸附法，以吸收法應(yīng)用最為廣泛，另外還有許多物理方法，如電子輻射法、等離子法等正在積極發(fā)展中。吸收法中又分為濕法和干法脫硫，其中濕法脫硫是商業(yè)應(yīng)用最為廣泛的方法，如石灰（石）-石膏法，海水脫硫、鈉堿法、氨吸收法等，干法中有旋轉(zhuǎn)噴霧吸收法、煙氣循環(huán)流化床脫硫等。煙氣脫硫技術(shù)

目前主要有吸收法和吸附法，以吸收法應(yīng)用最為廣泛65石灰（石）-石膏法濕法煙氣脫硫濕法煙氣脫硫的過程：煙氣以120℃左右的溫度進(jìn)入脫硫吸收塔（預(yù)先除塵和加熱），在吸收塔內(nèi)與含20～30%的石灰石粉漿料或20%左右的Ca(OH)2乳濁液接觸，SO2被吸收反應(yīng)生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣又被氧化成硫酸鈣。由于石灰石的溶解度及活性受限制，以石灰石為脫硫劑的方法其脫硫率一般在85%左右，適用于脫硫SO2濃度為中等偏低的煙氣。而熟石灰（Ca(OH)2）有較強(qiáng)的堿性，較易吸收SO2，所以石灰乳濕法脫硫能達(dá)到95%以上的脫硫效率，并且適應(yīng)于SO2濃度較高的煙氣。吸收塔底槽的石膏漿先在水力旋流分離器中稠化到固體濃度約為40%，然后排出反應(yīng)塔，經(jīng)過帶式真空過濾機(jī)過濾，脫除其中的大部分水分。由此制得的副產(chǎn)石膏可回收利用，亦可拋棄處置。石灰（石）-石膏法濕法煙氣脫硫66第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件67不同脫硫塔主體的比較不同脫硫塔主體的比較68反應(yīng)塔中發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：SO2（氣）+H2O→SO2（液）+H2OSO2（液）+H2O→H++HSO3—

→2H++SO32—HSO3—+1/2O2

→HSO4—(部分)SO32—+1/2O2

→SO42—(部分)Ca(OH)2

→Ca2++2OH—(部分)Ca2++SO32—→CaSO3(部分)Ca2++SO42—+2H2O

→CaSO4.2H2O(部分)H++OH—→H2O反應(yīng)塔中發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：69在循環(huán)氧化槽中發(fā)生如下反應(yīng)：HSO3—+1/2O2

→HSO4—→H++SO42—SO32—+1/2O2

→SO42—Ca2++SO42—+2H2O

→CaSO4.2H2O在循環(huán)氧化槽中發(fā)生如下反應(yīng)：70由于亞硫酸鈣的結(jié)垢和管路堵塞問題，脫硫反應(yīng)中的PH值并不是越大約好。工業(yè)實驗表明脫硫區(qū)的PH值范圍為5~8，氧化池中的PH值范圍為3.5~5.5。為了增強(qiáng)氧化槽內(nèi)的氧化速率，適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，如Mn2+等對氧化是有利的。為了減少結(jié)垢和堵塞，在氧化槽內(nèi)布置結(jié)晶種子，采用大的液氣比等。為了減緩由于石灰漿的加入，溶液PH發(fā)生較大波動，加入一些弱酸如已二酸對系統(tǒng)的運(yùn)行是有利的。由于亞硫酸鈣的結(jié)垢和管路堵塞問題，脫硫反應(yīng)中的PH值并不是越71第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件72其它濕法煙氣脫硫海水煙氣脫硫基本原理：海水中含有碳酸鹽和碳酸氫鹽海水的PH值為7.5-8.3天然堿度約為2.0-2.9mg/L可吸收SO2為亞硫酸脫硫海水中SO2的氧化（1）亞硫酸易分解SO2容易重新排到大海（氣液平衡分壓理論）（2）加入稀釋的海水3-4倍于脫硫海水（抑制亞硫酸分解，稀釋SO2濃度）PH由3-4到6.5-7（3）鼓入空氣氧化亞硫酸根到硫酸根其它濕法煙氣脫硫海水煙氣脫硫73海水脫硫的主要特點(diǎn)：）工藝簡單，無需脫硫劑的制備，系統(tǒng)可用率高（100%）。）脫硫效率高，可達(dá)95％以上。）不需要添加脫硫劑，也無廢水廢料，管理容易。）與其他濕法工藝相比，投資低，運(yùn)行費(fèi)用也低。）只能用于海邊電廠，需要常年對海水堿度進(jìn)行監(jiān)測。）只能適用于燃煤含硫量小于1.5%的中低硫煤。海水脫硫的主要特點(diǎn)：74第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件75它先用堿金屬鹽類如鈉鹽的水溶液吸收SO2，然后在另一個石灰反應(yīng)器中用石灰或石灰石將吸收了SO2的吸收液再生，再生的吸收液返回吸收塔再用，而SO2還是以亞硫酸鈣和石膏的形式沉淀出來。由于其固體的產(chǎn)生過程不是發(fā)生在吸收塔中的，所以避免了石灰石/石灰法的結(jié)垢問題。它先用堿金屬鹽類如鈉鹽的水溶液吸收SO2，然后在另一個石灰反76第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件77氨法氨法原理是采用氨水為脫硫吸收劑，與進(jìn)入吸收塔的煙氣接觸混合，煙氣中SO2與氨水反應(yīng)，生成亞硫酸銨，經(jīng)與鼓入的強(qiáng)制氧化空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成硫酸銨溶液，經(jīng)結(jié)晶、離心機(jī)脫水、干燥器干燥后即制得化學(xué)肥料硫酸銨由于氨水與SO2反應(yīng)速度要比石灰石（或石灰）與SO2反應(yīng)速度大得多，同時氨法不需吸收劑再循環(huán)系統(tǒng)，因而系統(tǒng)要比石灰石—石膏法小、簡單，其投資費(fèi)用比石灰石—石膏法低得多。氨法氨法原理是采用氨水為脫硫吸收劑，與進(jìn)入吸收塔的煙氣接觸混78）在工藝中不存在石灰石作脫硫劑時的結(jié)垢和堵塞現(xiàn)象）氨水來源也是選擇此工藝必要條件。）氨法工藝無廢水排放，除化肥硫酸銨外也無廢渣排放。由于只采用NH3一種吸收劑，只要增加一套脫硝裝置的情況下就能高效地控制SO2和NOx的排放。）在工藝中不存在石灰石作脫硫劑時的結(jié)垢和堵塞現(xiàn)象79第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件80.電子束輻射脫硫．主要原理：）自由基的產(chǎn)生電子束照射，能量被氮、氧、水蒸氣吸收,生成自由基OH，O，HO2,反應(yīng)的活性強(qiáng)（）SO2與NOx的氧化SO2（OH作用）－>HSO3（OH作用）－>H2SO4SO2（O作用）－>SO3（H2O作用）－>H2SO4NO（OH作用）—>HNO2（O作用）－>HNO3NO（HO2作用）－>NO2＋OHNO（O作用）—>NO2（OH作用）—>HNO3NO2（O作用）—>NO3（O作用）—>N2O5（H2O作用）－>2HNO3）硫銨和硝銨的生成注入氨發(fā)生中和生成硫氨與硝銨的氣溶膠微顆粒,反應(yīng)時間僅為1秒左右.電子束輻射脫硫81．工藝流程煙氣在冷卻塔中由130℃變?yōu)檫m合脫硫脫硝的65℃，并且冷卻水全部汽化。氨肥在電除塵器中被捕獲凈化后的煙氣由引風(fēng)機(jī)增壓與未處理煙氣混合升溫排到煙囪。．工藝流程82主要特點(diǎn)有：）是一種干法處理過程，不產(chǎn)生廢水廢渣。）可達(dá)到90％以上的脫硫率和80％以上的脫硝率。）系統(tǒng)簡單，操作方便，過程易于控制。）對于不同含硫量的煙氣和煙氣量的變化有較好的適應(yīng)性和負(fù)荷跟蹤性。）副產(chǎn)品為硫銨和硝銨混合物，可用作化肥。）脫硫成本低于石灰石/石膏，約為850元/tSO2。主要特點(diǎn)有：83第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件84e德國魯奇公司在70年代開發(fā)了循環(huán)流化床脫硫技術(shù)。．原理是在循環(huán)流化床中加入脫硫劑－石灰石已達(dá)到脫硫的目的．特點(diǎn)）由于流化床具有傳質(zhì)和傳熱的特性，所以在有效的吸收SOx的同時還能除掉HCI和HF等有害氣。）可通過噴水將床穩(wěn)控制在最佳反應(yīng)溫度下，通過物料的循環(huán)使脫硫劑的停留時間增長，大大提高鈣利用率和反應(yīng)器的脫硫效率。用此法可處理高硫煤，在Ca/S為1-1.5時，能達(dá)到90-97%的脫硫效率。）與濕法相比，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，約為濕法投資的50%。）運(yùn)行可靠，由于采用干式運(yùn)行，產(chǎn)生的最終固態(tài)產(chǎn)物易于處理。e德國魯奇公司在70年代開發(fā)了循環(huán)流化床脫硫技術(shù)。85第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件86第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件87第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件88第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件89第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件90旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA法）．旋轉(zhuǎn)噴霧煙氣脫硫反應(yīng)過程包含有四個步驟，即：）吸收劑制備。旋轉(zhuǎn)噴霧煙氣脫硫工藝一般用生石灰（主要成分是CaO）作吸收劑。生石灰經(jīng)熟化變成具有較好反應(yīng)能力的熟石灰（主要成分是Ca（OH）2）漿液。）吸收劑漿液霧化。熟石灰漿液經(jīng)裝在吸收塔頂部的高達(dá)15000-20000r/min的高速旋轉(zhuǎn)霧化器噴射成均勻的霧滴，其霧粒直徑可小于100um。）霧粒和煙氣混合，吸收二氧化硫并被干燥Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

Ca(OH)2+SO2→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O如反應(yīng)時有氧氣，則Na2CO3和CaSO3會氧化生成硫酸鈉和硫酸鈣：Na2SO3＋1/2O2→Na2SO4

Na2CO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+CO2

Ca(OH)2＋SO2+1/2O2+H2O→CaSO4·2H2O

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法（SDA法）91第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件92這些具有很大表面積的分散微粒，一經(jīng)與煙氣接觸，便發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換和化學(xué)反應(yīng)，迅速地將大部分水分蒸發(fā)，形成含水量少的固體灰渣。如果吸收劑顆粒沒有完全干燥，則在吸收塔之后的煙道和除塵器中仍可繼續(xù)發(fā)生吸收二氧化硫的化學(xué)反應(yīng)。）廢渣排出。3．特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法其系統(tǒng)相對簡單、投資低、運(yùn)行費(fèi)用也不高，而且運(yùn)行相當(dāng)可靠，不會產(chǎn)生結(jié)垢和堵塞，只要控制好干燥吸收器的出口煙氣溫度，對于設(shè)備的腐蝕性也不高。由于其干式運(yùn)行，最終產(chǎn)物易于處理，但脫硫效率略低于濕法。這些具有很大表面積的分散微粒，一經(jīng)與煙氣接觸，便發(fā)生強(qiáng)烈的熱93脫硫工藝比較脫硫工藝比較942.4潔凈燃燒技術(shù)2燃料與燃料燃燒2.4潔凈燃燒技術(shù)2燃料與燃料燃燒952.1燃料的分類燃料指燃燒過程中能放出熱量且經(jīng)濟(jì)上可行的物質(zhì)。按來源：天然燃料和加工燃料；按物態(tài)：固體燃料、液體燃料和氣體燃料；按使用多少：常規(guī)燃料和非常規(guī)燃料；2.1.1固體燃料天然固體燃料：礦物燃料(煤)、生物質(zhì)燃料(林木)。煤的主要組成和元素：C、H、O、N、S及一些非可燃性礦物如灰分和水分等。碳是煤發(fā)熱主要來源，32700kJ/kg碳。煤含氫3%～5%，結(jié)合氫和氧結(jié)合成穩(wěn)定化合物不能燃燒，可燃?xì)渑c碳、硫結(jié)合成有機(jī)物?；曳质敲褐械奶妓猁}、黏土及微量稀土元素。2.1燃料的分類96煤中的硫分有無機(jī)硫（硫鐵礦和硫酸鹽）和有機(jī)硫（硫醇、硫醚等）兩種形態(tài)。分為低硫煤（<1.5%）、中硫煤（<1.5%～2.4%）、高硫煤（<2.4%～4%）和富硫煤（>4%）。2.1.2液體燃料天然液體燃料主要指石油，人工液體燃料指汽油、煤油、柴油和重油（經(jīng)石油的直餾和裂化作用得到）等。燃料乙醇是替代（部分汽油）能源，又能有效解決玉米等陳化糧的轉(zhuǎn)化問題。乙醇幾乎能夠完全燃燒，不會產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)，降低汽車尾氣有害物質(zhì)的排放。水煤漿由70%的煤、30%水及少量化學(xué)添加劑制成。漿體燃料，可以像油一樣泵送、霧化、貯存和穩(wěn)定燃燒，具有燃燒效率高、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。煤中的硫分有無機(jī)硫（硫鐵礦和硫酸鹽）和有機(jī)硫（硫醇、硫醚等）972.1.3氣體燃料氣體燃料屬于清潔燃料，主要包括天然氣、液化石油氣(LPG)、裂化石油氣和焦?fàn)t煤氣。天然氣的主要成分是甲烷，其次為乙烷等飽和烴，還有少量的CO2、N2、O2、H2S和CO等。液化石油氣的主要成分是C2、C3和C4組分，輸送和貯存是液體狀態(tài)，燃燒是氣體狀態(tài)，廣泛用于居民生活和汽車等燃料。裂化石油氣是用水蒸氣、空氣或氧氣等作氣化劑，將石油和重油等油類裂化而得，一般作民用燃料。焦?fàn)t煤氣是煉焦生產(chǎn)的副產(chǎn)物，主要成分是H2、CH4和CO，還有少量的N2、CO2，廣泛用作工業(yè)和民用燃料。2.1.3氣體燃料982.2燃料的燃燒過程2.2.1燃燒及燃燒產(chǎn)物燃燒是可燃混合物的快速氧化過程，并伴有能量的釋放，同時使燃料的組成元素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的氧化物。多數(shù)化石燃料完全燃燒的產(chǎn)物是CO2、水蒸汽；不完全燃燒過程將產(chǎn)生黑煙、CO等。若燃料中含S、N會生成SO2和NOx。燃燒產(chǎn)生的污染物：硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、煙塵、金屬氧化物、碳?xì)浠衔锛岸喹h(huán)有機(jī)物。2.2燃料的燃燒過程992.2.2燃燒產(chǎn)生污染物的機(jī)制2.2.2.1硫氧化物的形成機(jī)制硫氧化物是指SO2和SO3。當(dāng)燃料中的可燃性硫進(jìn)行燃燒時，就生成了SO2。元素硫燃燒S+O2=SO2

硫化物硫燃燒SO2+1/2O2=SO34FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2SO2+1/2O2=SO3（1%～5%）有機(jī)硫CH3CH2SCH2CH3→H2S+2H2+2C+C2H4H2S+3O2=2SO2+2H2OSO2+1/2O2=SO3一般主要生成SO2，SO3可忽略。2.2.2燃燒產(chǎn)生污染物的機(jī)制1002.2.2.2氮氧化物的形成機(jī)制大氣中的NOx90%以上產(chǎn)生于燃燒過程。1.熱力型NOx熱力型NOx是高溫燃燒時N2和O2反應(yīng)生成的NOx；與燃燒溫度、氧氣的濃度及氣體在高溫區(qū)的停留時間有關(guān)。燃燒溫度低于1300℃時，只有少量NO生成，燃燒溫度高于1500℃時，NO的生成量顯著增加。N2+O2=2NO2NO+O2=2NO2減少熱力型NOx的生成量措施：降低燃燒溫度，減少過量空氣，縮短氣體在高溫區(qū)停留的時間。2.2.2.2氮氧化物的形成機(jī)制1012.燃料型NOx燃料型NOx燃料中有機(jī)氮經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成的NOx。燃料型NOx的發(fā)生機(jī)制：一般認(rèn)為，燃料中的氮化合物首先發(fā)生熱分解形成中間產(chǎn)物，然后再經(jīng)氧化生成NO。燃料中的氮經(jīng)過燃燒約有20%～70%轉(zhuǎn)化成燃料型NOx，主要是NO，在一般鍋爐煙道氣中只有不到10%的NO氧化成NO2。旋風(fēng)燃燒爐因爐溫高，使燃料中的氮大部分轉(zhuǎn)化為NOx，熱力型NOx生成量也增加，限制了使用。2.燃料型NOx1022.2.2.3顆粒污染物的形成機(jī)制燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒污染物主要是燃燒不完全形成的炭黑、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物、煙塵和飛灰等。1.燃煤粉塵的形成煤在非常理想的燃燒條件下，可以完全燃燒，即揮發(fā)分和固定炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。燃燒條件不夠理想，在高溫時會發(fā)生熱解作用，形成多環(huán)化合物而產(chǎn)生黑煙。隨煙氣一起排出的固體顆粒物一般都稱為飛灰，包括未燃盡的煤粒、燃盡后余下的灰粒及燃燒過程中形成的炭黑等。2.氣、液燃料燃燒形成的碳粒子氣態(tài)燃料燃燒的顆粒污染物為積碳，液態(tài)燃料高溫分解形成顆粒污染物為結(jié)焦和煤胞。2.2.2.3顆粒污染物的形成機(jī)制1032.2.3燃料完全燃燒的條件1）空氣條件：按燃燒不同階段供給相適應(yīng)的空氣量。2）溫度條件：只有達(dá)到著火溫度，才能與氧化合而燃燒。著火溫度：在氧存在下可燃質(zhì)開始燃燒必須達(dá)到的最低溫度。各種燃燒的著火溫度見表2-2，P26。3）時間條件燃料在燃燒室中的停留時間影響燃燒完全的程度。反應(yīng)速度隨溫度升高而加快，T↑——t↓。4）燃燒與空氣的混合條件燃料與空氣中氧的充分混合是有效燃燒的基本條件。在大氣污染物排放量最低條件下實現(xiàn)有效燃燒的四個因素：空氣與燃料之比、溫度(temperature)、時間(time)和湍流(torrent)，后三者通常稱為燃燒過程的“三T”。2.2.3燃料完全燃燒的條件1042.2.3發(fā)熱量與熱損失1.發(fā)熱量單位質(zhì)量燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量，在燃燒前后狀態(tài)相同情況下(通常指298K和101325Pa)的熱量變化值，稱為燃料的發(fā)熱量，單位是kJ／kg，或KJ／m3。2.熱損失(1)排煙熱損失排煙帶走部分熱量，一般鍋爐排煙熱損失為6%～12%。減少措施：設(shè)置省煤器和空氣預(yù)熱器。一般工業(yè)鍋爐排煙溫度取433～473K，大中型鍋爐取383～453K。(2)不完全燃燒熱損失化學(xué)不完全燃燒熱損失：煙氣中殘留的CO及少量的H2、CH4等可燃?xì)怏w。機(jī)械不完全燃燒熱損失：灰渣未燃盡的碳、漏煤和飛灰?guī)ё叩奶籍a(chǎn)生的熱損失。2.2.3發(fā)熱量與熱損失1052.3燃燒設(shè)備簡介根據(jù)燃料在爐內(nèi)的燃燒方式不同分四種：火床燃燒、火室燃燒、沸騰燃燒和旋風(fēng)燃燒。2.3燃燒設(shè)備簡介106鏈條爐示意圖鏈條爐示意圖107

振動爐排爐示意圖

振動爐排爐示意圖108旋風(fēng)燃燒爐示意圖旋風(fēng)燃燒爐示意圖1092.4潔凈燃燒技術(shù)燃煤脫硫技術(shù)可劃分為：1.燃燒前脫硫原煤在投入使用前，用物理、物理化學(xué)、化學(xué)及微生物等方法，將煤中的硫份脫除掉。爐前脫硫能除去灰分，減輕運(yùn)輸量，減輕鍋爐的粘污和磨損，減少灰渣處理量，還可回收部分硫。煤的洗選技術(shù)、煤的轉(zhuǎn)化。2.燃燒中脫硫在燃燒過程中，在爐內(nèi)加入固硫劑，使煤中硫分轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，隨爐渣排除。型煤固硫及流化床燃燒脫硫。3.燃燒后脫硫煙氣脫硫。2.4潔凈燃燒技術(shù)1102.4.1燃燒前脫硫1.洗煤技術(shù)■洗煤又稱選煤，是通過物理或物理化學(xué)方法將煤中的含硫礦物和矸石等雜質(zhì)去除，來提高煤的質(zhì)量。是燃前除去煤中礦物質(zhì)，降低硫含量的主要手段?！雒禾拷?jīng)洗選后，可使原煤中的含硫量降低40％一90％，含灰分降低50％一80％。■目前廣泛采用的選煤工藝仍是重力洗選法。

重力洗選：利用煤與雜質(zhì)密度不同進(jìn)行機(jī)械分離。硫的凈化效率取決于煤中黃鐵礦的顆粒大小及無機(jī)硫含量。有機(jī)硫含量大，或煤中黃鐵礦嵌布很細(xì)時，僅用重力脫硫法，精煤硫分很難達(dá)到要求。2.4.1燃燒前脫硫111淘汰分選原理圖淘汰分選原理圖112跳汰式洗煤機(jī)入洗粒度≤30mm；篩板槽框?qū)?8mm；跳汰面積：3.6m2；水壓：0.8-1公斤/平方厘米；用水量150噸/小時跳汰式洗煤機(jī)113處理煤泥設(shè)備和壓濾機(jī)配套使用濃縮機(jī)，即可提高洗煤機(jī)產(chǎn)量、又解決了環(huán)保問題。

處理煤泥設(shè)備和壓濾機(jī)配套使用濃縮機(jī)，即可提高洗煤機(jī)產(chǎn)量、114新的脫硫方法————浮選法：用于處理粒徑小于0.5mm的煤粉，利用煤與矸石、含硫礦物的性質(zhì)不同進(jìn)行分離。高梯度磁分離法：利用煤與黃鐵礦的磁性不同(黃鐵礦是順磁性物質(zhì)，煤是反磁性物質(zhì))，將黃鐵礦分離去除，脫硫效率約60％?；瘜W(xué)氧化脫硫法：將煤破碎后與硫酸鐵溶液混合，在反應(yīng)器中加熱至120℃左右，硫酸鐵與黃鐵礦反應(yīng)生成硫酸亞鐵和S，通人O2將硫酸亞鐵氧化為硫酸鐵。微波輻射法：煤中黃鐵礦的硫最容易吸收微波，有機(jī)硫次之，煤基質(zhì)基本不吸收微波。微波吸收后削弱化學(xué)鍵，用浸取液洗滌煤中硫，可以去無機(jī)硫和有機(jī)硫，還沒在工業(yè)上應(yīng)用。新的脫硫方法————1152.煤的轉(zhuǎn)化◆煤炭的轉(zhuǎn)化主要是氣化、液化，對煤進(jìn)行脫硫或加氫改變其原有的碳?xì)浔?、使煤轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵉亩稳剂?。A.煤的氣化煤的氣化是以煤為原料，采用空氣、氧氣、CO2和水蒸氣為氣化劑，在氣化爐內(nèi)進(jìn)行煤的氣化反應(yīng)，可以產(chǎn)出不同組分、不同熱值的煤氣。煤的氣化技術(shù)發(fā)展很快：第一代干式排灰氣化；第二代液態(tài)排渣氣化；第三代實驗階段的煤催化氣化。原理：在氧氣不足時，C與O2反應(yīng)可以生成CO。若將熾熱的煤與水蒸氣反應(yīng)，就生成中熱值焦?fàn)t煤氣，即所謂的水煤氣。煤氣化系統(tǒng)由煤的預(yù)處理、氣化、清洗和優(yōu)化組成。2.煤的轉(zhuǎn)化◆煤炭的轉(zhuǎn)化主要是氣化、液化，對煤進(jìn)行脫硫或加116煤氣主要是H2、CO、CH4等，硫以H2S形式存在。生產(chǎn)出煤氣中H2S含量幾百到幾千mg/m3。大型煤氣廠先用濕法洗滌脫除大部分H2S，再用干法吸附和催化轉(zhuǎn)化去除其余部分。小型煤氣廠一般用氧化鐵法脫除H2S。B.煤的液化煤的液化指在一定條件下使煤轉(zhuǎn)化為有機(jī)液體燃料。直接液化：對煤進(jìn)行高溫高壓加氫直接得到液體產(chǎn)品。間接液化：煤氣化轉(zhuǎn)化成合成氣（CO+H2），再催化合成液體燃料。煤的液化時耗水量很大，排水含高濃度COD，要求大規(guī)模水處理設(shè)施。

煤氣主要是H2、CO、CH4等，硫以H2S形式存在。生產(chǎn)出煤1173.型煤固硫型煤：使用外力將粉煤擠壓制成具有一定強(qiáng)度且塊度均勻的固體型塊。型煤固硫：選用不同煤種、以無粘結(jié)劑法或以瀝青等粘結(jié)劑，用廉價的鈣系固硫劑，經(jīng)干餾成型或直接壓制成型。美國型煤加石灰固硫率達(dá)87%，煙塵減少60%；日本蒸汽機(jī)車用石灰使型煤固硫率達(dá)70%~80%，脫硫費(fèi)用僅為選煤的8%。民用蜂窩煤和煤球加石灰固硫率可達(dá)50%以上，工業(yè)鍋爐型煤加石灰固硫意義重大。固硫劑一般有石灰粉及堿性工業(yè)廢渣（電石渣）。成型設(shè)備多采用單螺桿擠壓成型機(jī)和對輥成型機(jī)。3.型煤固硫型煤：使用外力將粉煤擠壓制成具有一定強(qiáng)度且塊118壓球機(jī)壓球機(jī)119蜂窩煤機(jī)蜂窩煤機(jī)1204.重油脫硫常用方法：在鉬、鈷和鎳等的金屬氧化物催化劑作用下，通過高壓加氫反應(yīng)，加斷碳與硫的化合鍵，以氫置換出碳，同時氫與硫作用形成H2S，從重油中分離出來。重油脫硫的困難:（1）要徹底加工燃料，破壞了原來的組織。（2）產(chǎn)生新的產(chǎn)物：固、液、氣態(tài)物。4.重油脫硫1212.4.2燃燒中脫硫在我國主要采用的技術(shù)有兩種：爐內(nèi)噴鈣技術(shù)和循環(huán)流化床燃燒脫硫技術(shù)。1.爐內(nèi)噴鈣脫硫爐內(nèi)噴鈣脫硫：煤的燃燒過程中加入鈣基固硫劑而達(dá)到脫除煙氣中二氧化硫目的。特點(diǎn)：投資小、工藝簡單、易操作、占地省。（1）爐內(nèi)噴鈣技術(shù)原理鈣基脫硫劑：主要為石灰石(CaCO3)、熟石灰(Ca(OH)2)、白云石(CaCO3-MgCO3)。煅燒反應(yīng)為：CaCO3→CaO+CO2↑2.4.2燃燒中脫硫122影響煅燒反應(yīng)和脫硫率的主要因素——微孔結(jié)構(gòu)比表面積、孔容積、空隙率、孔徑分布；比表面積及空隙率：白云石最大，Ca(OH)2次之，CaCO3為最小。煅燒產(chǎn)物CaO與SO2可發(fā)生如下的反應(yīng)：CaO+SO2→CaSO3CaSO3+1/2CaO2→CaSO4CaO對SO2的吸收包括如下幾個過程：1）SO2從主氣流向顆粒外表面轉(zhuǎn)移的氣相傳質(zhì)；2）SO2在多孔介質(zhì)內(nèi)的擴(kuò)散；3）SO2在孔壁上的吸附；4）SO2與CaO的化學(xué)反應(yīng)以及產(chǎn)物層的形成；5）SO2通過產(chǎn)物層向未反應(yīng)CaO表面的擴(kuò)散。影響煅燒反應(yīng)和脫硫率的主要因素——微孔結(jié)構(gòu)123（2）爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀爐內(nèi)噴鈣脫硫在煤粉爐未廣泛應(yīng)用的原因：爐內(nèi)噴入的脫硫劑容易發(fā)生燒結(jié)，表面積快速減少，反應(yīng)活性和反應(yīng)速率降低；當(dāng)溫度超過1300℃時，所產(chǎn)生的產(chǎn)物CaSO4易于分解成CaO和SO2；脫硫率較低((10~30)%)新的研究進(jìn)展提高吸收劑的活性，改善SO2的擴(kuò)散過程；以有機(jī)鈣鹽代替石灰石；以有機(jī)固體廢棄物和石灰制備有機(jī)鈣混合物。優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)鈣具有一定的熱值，能降低鍋爐的煤耗；改變吸收劑噴入位置，避免吸收劑的燒結(jié)失活。（2）爐內(nèi)噴鈣脫硫技術(shù)的現(xiàn)狀1242.流化床燃燒脫硫當(dāng)氣流速度達(dá)到使升力和煤粒的重力相當(dāng)?shù)呐R界速度時，煤粒將開始浮動。流化床燃燒脫硫具有爐內(nèi)脫硝脫硫的優(yōu)點(diǎn)，故普遍受到重視。原理：流化床燃燒是一低溫燃燒過程。爐內(nèi)存在局部還原氣氛，熱型Nox基本上不產(chǎn)生，因而NOx生成量減少。流化床燃燒脫硫常用的脫硫劑是石灰石或白云石。石灰石粉碎至與煤同樣的粒度（2mm左右）與煤同時加入爐內(nèi)。在1073—1173K下燃燒，CaO為多孔，達(dá)固硫目的。2.流化床燃燒脫硫125流化鍋爐分為鼓泡流化床鍋爐（FBC）和循環(huán)流化床鍋爐（CFB）。鼓泡流化床鍋爐：在分布板區(qū)有較大的空隙率和細(xì)小氣泡，氣泡上升過程中反復(fù)發(fā)生聚并和分裂，泡徑隨之增大，直到床面破裂。循環(huán)流化床鍋爐：無明顯的氣泡，斷面空隙率大，高溫除塵器使飛出的物料又返回爐膛內(nèi)循環(huán)利用。流化鍋爐分為鼓泡流化床鍋爐（FBC）和循環(huán)流化床鍋爐（CFB126鼓泡流化床鍋爐燃燒鼓泡流化床鍋爐燃燒127鼓泡流化床鍋爐（FBC）爐膛鼓泡流化床鍋爐（FBC）爐膛128鼓泡流化床鍋爐系統(tǒng)鼓泡流化床鍋爐系統(tǒng)129循環(huán)流化床鍋爐的爐膛（CFB）循環(huán)流化床鍋爐的爐膛（CFB）130典型的流化床鍋爐示意圖1.原煤倉；2.石灰石倉；3.二次風(fēng)；4.一次風(fēng);5.燃燒室;6.旋風(fēng)分離器;7.外置流化床熱交換器;8.控制閥;9.對流豎井;10.除塵器;11引風(fēng)機(jī).;12.汽輪發(fā)電機(jī);13.煙囪典型的流化床鍋爐示意圖131最新循環(huán)流化床最新循環(huán)流化床132回轉(zhuǎn)式空預(yù)器回轉(zhuǎn)式空預(yù)器133流化床燃燒特點(diǎn)：強(qiáng)化氣固兩相的熱量和質(zhì)量交換，有利于燃料燃燒。不僅適用于煤燃燒，還可以適用于熱值小的燃料，如煤矸石、城市垃圾；延長燃料的停留時間；料層蓄熱量大，新煤易著火燃燒。循環(huán)流化床爐內(nèi)燃燒溫度保持在900℃左右，有利于燃燒過程脫硫。石灰石在該溫度下分解形成氧化鈣，與二氧化硫和氧反應(yīng)形成硫酸鈣，而硫酸鈣在這個溫度下不容易再次分解，比一般的其他鍋爐1200℃有優(yōu)勢。從工業(yè)運(yùn)行的經(jīng)驗來看，爐內(nèi)鈣/硫摩爾比在1.8-2.5時，脫硫效率可以達(dá)到90%以上。流化床燃燒特點(diǎn)：強(qiáng)化氣固兩相的熱量和質(zhì)量交換，有利于燃料燃燒134本章重點(diǎn)煤的分類及組成、燃燒產(chǎn)生的污染物及機(jī)制、燃料完全燃燒條件、燃燒的熱損失、燃燒設(shè)備、清潔燃燒技術(shù)。本章作業(yè)27頁-第1題；32頁-第2題；34頁-第1題。本章重點(diǎn)1352.3燃料燃燒產(chǎn)生的主要污染物2.3燃料燃燒產(chǎn)生的主要污染物1362.3.1顆粒狀污染物（1）碳粒子（2）燃煤煙塵（3）燃煤尾氣中飛灰2.3.1顆粒狀污染物（1）碳粒子1372.3.2主要?dú)鈶B(tài)污染物（1）SO2的形成（2）NOx的形成2.3.2主要?dú)鈶B(tài)污染物（1）SO2的形成1382.4主要?dú)鈶B(tài)污染物的燃燒控制2.4主要?dú)鈶B(tài)污染物的燃燒控制1392.4.1燃燒前脫硫燃燒中脫硫煙氣脫硫2.4.1燃燒前脫硫140燃燒過程中NOx的控制燃燒過程中NOx的控制141第二章

燃燒與大氣污染第一節(jié)

燃料與燃燒過程第二節(jié)

燃燒計算第三節(jié)

燃燒污染物的形成與控制重點(diǎn)：（二）燃燒計算１．

理論空氣量２．

煙氣量３．

污染物排放量第二章燃燒與大氣污染第一節(jié)

燃料與燃燒過程142§1.燃料的性質(zhì)

燃料的定義：指燃燒過程中能放出熱量，且經(jīng)濟(jì)上可行的物質(zhì)。

§1.燃料的性質(zhì)燃料的定義：143燃料的分類：

（1）常規(guī)燃料如煤（coal）、petroleum、天然氣(rudegas)等。

（2）非常規(guī)燃料

按其物理狀態(tài)分為：

（1）固體燃料：揮發(fā)分被蒸餾后以氣態(tài)燃燒（蒸氣控制）；留下的固定炭以固態(tài)燃燒（擴(kuò)散控制）。

（2）液體燃料：由蒸發(fā)過程控制（氣態(tài)形式燃燒）。

(3)

氣態(tài)燃料：由擴(kuò)散或混合控制。燃料的分類：144幾種常規(guī)燃料

一、煤定義：是一種復(fù)雜的物質(zhì)聚集體。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起構(gòu)成的有機(jī)聚合物。

性質(zhì)：煤中有機(jī)成分和無機(jī)成分的含量因種類、產(chǎn)地不同而異。幾種常規(guī)燃料

145幾種常規(guī)燃料

一、煤

分類：按基于沉積年代的分類法分為褐煤、煙煤、無煙煤。

a.褐煤：又名柴煤，煤的一類。煤化程度僅高于泥煤的精煤。一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。由于它富含揮發(fā)份，所以易于燃燒并冒煙。剖面上可以清楚地看出原來木質(zhì)的痕跡。是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等級最低的一類，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象木材結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：①揮發(fā)分較高，析出溫度低；②燃燒熱值低，不能制炭。干燥后：C含量60—75%，O2含量20—25%。，幾種常規(guī)燃料

146幾種常規(guī)燃料

幾種常規(guī)燃料

147第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件148

一、煤b.煙煤：形成歷史較褐煤長。黑色，外形有可見條紋。揮發(fā)分20—45%，C75—90%。成焦性較強(qiáng)，氧含量低，水分及灰分含量不高，適宜工業(yè)使用。c.無煙煤：碳含量最高，煤化時間最長的煤，具有明顯的黑色光澤，機(jī)械強(qiáng)度高。C含量>93%,無機(jī)物量<10%,著火難，不易自燃，成焦性差。

149幾種常規(guī)燃料

幾種常規(guī)燃料

150

一、煤2.

煤的組成煤的組成按測定方法分為工業(yè)分析；元素分析兩大類。a.工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、S含量、熱值。b.元素分析：用化學(xué)法測定的去除掉外部水分的主要組分。C、H2、N2、S、O2等。

151幾種常規(guī)燃料

一、煤3.

煤中硫的形態(tài)有機(jī)硫（CxHySz）

硫化物硫（FeS2）

煤中含硫無機(jī)硫元素硫（S）

硫酸鹽硫（MeSO4）幾種常規(guī)燃料

152a.硫酸鹽硫:硫酸鹽硫在燃燒時不參加燃燒，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它形態(tài)的硫能燃燒放出熱量。通常所說的SOx污染物只包括有機(jī)硫、硫化物，不包括MeSO4。b.硫化鐵硫：是主要的含硫成分，常見形態(tài)是黃鐵礦硫。黃鐵礦：硬度6—6.5,比重4.7—5.2本無磁性，但在強(qiáng)磁場感應(yīng)下能轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判晕?，吸收微波能力較強(qiáng)，據(jù)此，可把其從煤中脫除。c.有機(jī)硫：以各種官能團(tuán)形式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分選的方法除去，需采用化學(xué)方法脫硫。a.硫酸鹽硫:硫酸鹽硫在燃燒時不參加燃燒，留在灰渣里，是153幾種常規(guī)燃料

二、石油石油是液體燃料的主要來源。原油是天然存在的易流動液體。比重0.78—1.00

主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金屬（釩、鎳）、砷、鉛、氯等，10ppm左右。

原油中的硫大部分以有機(jī)硫形式存在，形成非碳?xì)浠衔锏木薮蠓肿訄F(tuán)，其含硫量變化范圍較大，一般為0.1—7%。原油通過蒸餾、裂化和重整過程生產(chǎn)出各種產(chǎn)品。原油中的S約有80—90%留于重餾分中。硫以復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在，而需去除的僅是硫原子，故不能用物理方法分離硫化物。采用高壓下的催化加氫破壞C—S—C鍵形成H2S氣體，可達(dá)目的，但費(fèi)用很高。幾種常規(guī)燃料

154幾種常規(guī)燃料

三、天然氣一般組成為CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外還有H2O、CO2、N2、He、H2S等。幾種常規(guī)燃料

155§2-2燃料燃燒過程一、影響燃燒過程的主要因素1．燃燒過程及燃燒產(chǎn)物2．燃料完全燃燒的條件3．發(fā)熱量及熱損失4.燃燒產(chǎn)生的污染物

§2-2燃料燃燒過程一、影響燃燒過程的主要因素1561．燃燒過程及燃燒產(chǎn)物燃燒是可燃混合物的快速氧化過程，并伴有能量的釋放，同時使燃料的組成元素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的氧化物。多數(shù)化石燃料完全燃燒的產(chǎn)物是CO2、水蒸汽；不完全燃燒過程將產(chǎn)生黑煙、CO和其它部分氧化產(chǎn)物等。若燃料中含S、N會生成SO2和NOx，燃燒溫度較高時，空氣中的部分氮會被氧化成NOx。

FuelNOx(燃料型NOx)——燃料中的NNOx生成量

ThermalNOx(熱型NOx)——高溫時空氣中1．燃燒過程及燃燒產(chǎn)物1572．燃料完全燃燒的條件燃料完全燃燒的條件是適量的空氣、足夠的溫度、必要的燃燒時間、燃料與空氣的充分混合。（1）

空氣條件：按燃燒不同階段供給相適應(yīng)的空氣量。（2）

溫度條件：只有達(dá)到著火溫度，才能與氧化合而燃燒。著火溫度：在氧存在下可燃質(zhì)開始燃燒必須達(dá)到的最低溫度。各種燃料的著火溫度見表2-3。P282．燃料完全燃燒的條件158（3）

時間條件：燃料在燃燒室中的停留時間是影響燃燒完全程度的另一基本因素。燃料在高溫區(qū)的停留時間應(yīng)超過燃料燃燒所需時間。（4）

燃燒與空氣的混合條件：燃料與空氣中氧的充分混合是有效燃燒的基本條件。在大氣污染物排放量最低條件下,實現(xiàn)有效燃燒的四個因素：空氣與燃料之比、溫度、時間、湍流度。(三T)（3）

時間條件：1593．發(fā)熱量及熱損失（1）

發(fā)熱量單位量燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量。即反應(yīng)物開始狀態(tài)和反應(yīng)物終了狀態(tài)相同情況下（常溫298K,101325Pa）的熱量變化值，稱為燃料的發(fā)熱量，單位是KJ/Kg。（固體）KJ/m3(氣體)。發(fā)熱量有高位、低位之分。高位：包括燃料燃燒生成物中水蒸汽的汽化潛熱，Qh低位：指燃料燃燒生成物中水蒸汽仍以氣態(tài)存在時，完全燃燒釋放的熱量。Q13．發(fā)熱量及熱損失（1）

發(fā)熱量160（2）

熱損失

排煙熱損失：熱損失為6—12%：

不完全燃燒熱損失：化學(xué)不完全燃燒、機(jī)械不完全燃燒。

散熱損失：由于設(shè)備管道溫度高于周圍空氣溫度造成熱損失。（2）

熱損失1614．

燃燒產(chǎn)生的污染物硫氧化物SOx：隨溫度變化不大，主要是煤中S。粉塵：隨燃燒溫度而變化(增高、不變、降低均有變化)。CO及HC化合物：隨燃燒溫度而變化(增高、不變、降低均有變化)。NOx：隨燃燒溫度而變化(增高、不變、降低均有變化)。4．

燃燒產(chǎn)生的污染物162二、燃料燃燒的理論空氣量1．理論空氣量（Vg0）

單位量燃料按燃燒反應(yīng)方程式完全燃燒所需的空氣量稱為理論空氣量。理論空氣量獲得:（1）可由燃燒反應(yīng)方程式（2）經(jīng)驗公式（由熱值）

固體燃料液體燃料氣體燃料天然氣（式2.17）二、燃料燃燒的理論空氣量163建立燃燒化學(xué)方程式時，假定：1.空氣僅由N2和O2組成，其體積比為79/21=3.76；２.

燃料中的固態(tài)氧可用于燃燒；３.燃料中的硫被氧化成SO2；４.計算理論空氣量時忽略NOX的生成量；５.

燃料的化學(xué)時為CxHySzOw，其中下標(biāo)x、y、z、w分別代表C、H、S、O的原子數(shù)。建立燃燒化學(xué)方程式時，假定：164完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式：第二章--燃燒與大氣污染-大氣污染控制工程課件165理論空氣量：

理論空氣量：1663.6~6.0褐煤一般煤的理論空氣量7.5~8.5無煙煤

9~10煙煤液體燃料（燃料油）的煤爐：4.5~5.5煤氣液化氣：2.97