lin第二章 潔凈燃燒技術(shù)

第2章潔凈燃燒技術(shù)教學內(nèi)容§1燃料的性質(zhì)

§2燃料燃燒過程

§3煙氣體積及污染物排放計算

§4燃燒過程中硫氧化物的形成

§5燃燒過程中顆粒物的形成

§6燃燒過程中其他污染物的形成

1

焚燒秸稈

2300MW、600MW"W"形火焰燃低揮發(fā)份無煙煤鍋爐3

600MW亞臨界自然循環(huán)前后墻對沖燃燒中間再熱鍋爐

600MW亞臨界自然循環(huán)前后墻對沖燃燒中間再熱鍋爐

4600MW及以上超臨界本生直流機組鍋爐

56§1燃料的性質(zhì)燃料的分類按獲得方法分

按物態(tài)分

天然燃料人工燃料固體燃料木柴、煤、油頁巖

木炭、焦炭、煤粉等

液體燃料

石油

汽油、煤油、柴油、重油

氣體燃料

天然氣

高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、焦爐煤氣

燃料的定義：指燃燒過程中能放出熱量，且經(jīng)濟上可行的物質(zhì)7§1燃料的性質(zhì)一、煤煤定義：是一種復雜的物質(zhì)聚集體。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起構(gòu)成的有機聚合物。

性質(zhì)：煤中有機成分和無機成分的含量因種類、產(chǎn)地不同而異。8910§1燃料的性質(zhì)1.煤的分類：按基于沉積年代的分類法分為褐煤、煙煤、無煙煤。（1）褐煤：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：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%。1112§1燃料的性質(zhì)（2）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，氧含量低，水分及灰分含量不高，適宜工業(yè)使用。（3）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，機械強度高。

C含量>93%,無機物量<10%,著火難，不易自燃，成焦性差。13煙煤無煙煤142.

燃料組成對燃燒的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全燃燒時，放出7850kcal的熱量。當不完全燃燒生成CO時，放出2214kcal的熱量。純碳起燃溫度很高，燃燒緩慢，火焰也短。煤中的碳不是單質(zhì)狀態(tài)存在，而是與氫、氮、硫等組成有機化合物。煤形成的地質(zhì)年代越長，其揮發(fā)性成分含量越少，而含碳量則相對增加。例如，無煙煤含碳量約90-98%，一般煤的含碳量約50-95%。氫：是燃料中發(fā)熱量最高的元素。固體燃料中氫的含量為2-10%，以碳氫化合物的形式存在，1kg氫完全燃燒時能放出28780kcal的熱量。

152.

燃料組成對燃燒的影響氧：氧在燃料中與碳和氫生成化合物，降低了燃料的發(fā)熱量氮：燃料中含氮量很少，一般為0.5-1.5%硫：以四種形態(tài)存在：元素硫、有機硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前三種能放出熱量，稱之為揮發(fā)硫。硫燃燒生成產(chǎn)物為SO2和SO3，其中SO2占95%以上。（按含硫量的高低分為低硫煤（<1.5%）中硫煤（1.5%~2.4%）高硫煤（2.4%~4%）富硫煤（>4%））162.

燃料組成對燃燒的影響水分：水分的存在使燃料中可燃成分相對地減少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（內(nèi)部水分）組成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。內(nèi)部水分要放在干燥箱中加熱到102-105C，保持2h后才能除掉?；曳郑菏侨剂现胁豢扇嫉V物質(zhì)，為燃料中有害成分。17

（3）煤中硫的形態(tài)

18二、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硫形式存在，形成非碳氫化合物的巨大分子團，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，可達目的，但費用很高。19

三、天然氣典型的氣體燃料一般組成為CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外還有H2O、CO2、N2、He、H2S等。天然氣中的H2S具有腐蝕性，它的燃燒產(chǎn)物為硫的氧化物，因此許多國家規(guī)定了天然氣中總硫和H2S含量的最大允許值。20

四、其他燃料

非常規(guī)燃料城市固體廢棄物商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物農(nóng)產(chǎn)物和農(nóng)村廢物水生植物和水生廢物污泥處理廠廢物可燃性工業(yè)和采礦廢物天然存在的含碳和含碳氫的資源合成燃料

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21§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

完全燃燒：CO2、H2O不完全燃燒：CO2、H2O&CO、黑煙及其他部分氧化產(chǎn)物如果燃料中含有S和N，則會生成SO2和NO空氣中的部分N可能被氧化成NO－熱力型NOx22一.影響燃燒過程的主要因素2.燃料完全燃燒的條件（3T）空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會降低爐溫，增加熱損失溫度條件（Temperature）：達到燃料的著火溫度時間條件（Time）：燃料在高溫區(qū)停留時間應超過燃料燃燒所需時間燃料與空氣的混合條件（Turbulence）：燃料與氧充分混合23一.影響燃燒過程的主要因素典型燃料的著火溫度24

一.影響燃燒過程的主要因素燃燒火焰溫度與燃料混合比的關(guān)系（以CH4為例）25

一.影響燃燒過程的主要因素典型鍋爐熱損失與過?？諝饬康年P(guān)系26

一.影響燃燒過程的主要因素燃氣比和混合程度對燃燒產(chǎn)物的影響27二.燃料燃燒的理論空氣量1.理論空氣量完全燃燒1kg或1m3燃料，理論所需的空氣量。建立燃燒方程式的假定：空氣組成

21%O2和79%N2，兩者體積比為：N2/O2=3.76燃料中固定氧可用于燃燒燃料中硫主要被氧化為SO2不考慮NOX的生成燃料中的N在燃燒時轉(zhuǎn)化為N2煤中的碳和氫完全燃燒分別生成CO2和H2O28

二.燃料燃燒的理論空氣量燃燒方程式：·燃料重量

=12x+1.008y+32z+16w煤

4-7m3/kg，液體燃料10-11m3/kg

29二.燃料燃燒的理論空氣量理論空氣量:30二.燃料燃燒的理論空氣量

3.6~6.0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：11.4~12.131

二.燃料燃燒的理論空氣量例題：32二.燃料燃燒的理論空氣量2.空氣過剩系數(shù)實際空氣量與理論空氣量之比。以表示，通常>1部分爐型的空氣過剩系數(shù)33空氣過剩系數(shù)過大：

煙氣量增大耗電量增加降低燃燒室溫度空氣過剩系數(shù)過小：

燃料燃燒不完全燃料的消耗量增大34二.燃料燃燒的理論空氣量3．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。例如，甲烷在理想空氣量下的完全燃燒：CH4＋2O2＋7.52N2→CO2＋7.52N2空燃比：AF=(2×32＋7.52×28)/1×16=17.2汽油（～C8H18）的理論空燃比為15純碳的理論空燃比約為11.535二.燃料燃燒的理論空氣量例：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%，H20:0.05%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，則：36

重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧量（mol）C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5H2O0．50．02780二.燃料燃燒的理論空氣量37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m3/kg重油二.燃料燃燒的理論空氣量38三.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物燃燒可能釋放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、煙、飛灰、金屬及其氧化物等溫度對燃燒產(chǎn)物有影響燃料種類和燃燒方式對燃燒產(chǎn)物也有影響39

三.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物燃燒產(chǎn)物與溫度的關(guān)系：40

三.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物燃料種類對燃燒產(chǎn)物的影響（以1000MW電站為例）：41

三.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物典型固態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：42

三.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物典型液態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：43

三.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物典型氣態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：443

燃燒過程中主要污染物的形成一、燃料中硫的氧化機理√有機硫的分解溫度較低（750℃以下開始析出）√單質(zhì)硫、硫鐵礦800℃以上開始析出√含硫燃料燃燒的特征是火焰呈藍色，由于反應：在所有的情況下，它都作為一種重要的反應中間體45一、燃料中硫的氧化機理

燃料中的硫在燃燒過程中與氧反應，主要產(chǎn)物是SO2和SO3，但SO3的濃度相當?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)物化學反應能力強，所以僅在各種氧化反應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。46二.NOx的形成NOx的形成機理燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx熱力型NOx：高溫下N2與O2反應生成的NOx瞬時NOx：火焰邊緣形成的快速NOx，由于生成量很少，一般不考慮。低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx47熱力型NOx：高溫下N2與O2反應生成的NOx

<300℃只有少量NO生成

>500℃NO生成量顯著增加為了減少熱力型NOx的生成量，應設法降低燃燒溫度，減少過量空氣，縮短氣體在高溫區(qū)停留時間。燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx燃料中的氮20%~70%轉(zhuǎn)化成NOx燃料型NOx主要是NO，在一般鍋爐煙道氣中只有不到10%的NO氧化為NO248