燃燒與大氣污染

關(guān)于燃燒與大氣污染第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2一、燃料性質(zhì)二、燃燒過程三、燃燒過程計(jì)算四、燃燒過程硫氧化物的形成五、燃燒過程中顆粒污染物的形成六、氮氧化物的形成七、燃燒過程中其他污染物的形成本章主要內(nèi)容第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五3一、燃料性質(zhì)1.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?fàn)t煤氣第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五4一、燃料性質(zhì)2.燃料的化學(xué)組成:決定熱值和燃燒產(chǎn)物典型氣體、液體和固體燃料的化學(xué)組成成分第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五52.燃料的化學(xué)組成:決定熱值和燃燒產(chǎn)物典型氣體、液體和固體燃料的化學(xué)組成成分(續(xù))一、燃料性質(zhì)第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.

燃料的化學(xué)組成液態(tài)燃料的揮發(fā)(以汽油為例）一、燃料性質(zhì)第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五73.燃料組成對(duì)燃燒的影響燃料組成碳氮硫其他氫氧一、燃料性質(zhì)第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五83.燃料組成對(duì)燃燒的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全燃燒放出7850kcal的熱量，不完全燃燒生成CO時(shí)放出2214kcal的熱量。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(jī)化合物。煤形成的地質(zhì)年代越長(zhǎng)，其揮發(fā)性成分含量越少，而含碳量則相對(duì)增加。例如，無煙煤含碳量約90-98%，一般煤的含碳量約50-95％氫：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?xì)浠衔锏男问酱嬖冢?kg氫完全燃燒時(shí)能放出28780kcal的熱量氧：氧在燃料中與碳和氫生成化合物，降低了燃料的發(fā)熱量

一、燃料性質(zhì)第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五93.燃料組成對(duì)燃燒的影響氮：燃料中含氮量很少，一般為0.5-1.5%硫：以三種形態(tài)存在：有機(jī)硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前兩種能放出熱量，稱之為揮發(fā)硫。硫燃燒生成產(chǎn)物為SO2和SO3，其中SO2占95%以上水分：水分的存在使燃料中可燃成分相對(duì)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102-105°C，保持2h后才能除掉。灰分：是燃料中不可燃礦物質(zhì)，為燃料中有害成分。一、燃料性質(zhì)第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五104.煤的分類和組成煤的基本分類褐煤：最低品位的煤，形成年代最短，熱值較低煙煤：形成年代較褐煤長(zhǎng)，碳含量75-90％。成焦性較強(qiáng)，適宜工業(yè)一般應(yīng)用無煙煤：煤化時(shí)間最長(zhǎng)，含碳量最高（高于93％），成焦性差,發(fā)熱量大一、燃料性質(zhì)第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五114.煤的分類和組成煤的詳細(xì)分類一、燃料性質(zhì)第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五124.煤的分類和組成煤的成分工業(yè)分析（proximateanalysis）

測(cè)定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測(cè)硫含量和熱值，是評(píng)價(jià)工業(yè)用煤的主要指標(biāo)。元素分析（ultimateanalysis）

用化學(xué)分析的方法測(cè)定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。一、燃料性質(zhì)第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五134.煤的分類和組成煤的成分一、燃料性質(zhì)第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五144.煤的分類和組成煤的工業(yè)分析水分：一定重量13mm以下粒度的煤樣，在干燥箱內(nèi)318-323K溫度下干燥8小時(shí)，取出冷卻，稱重，得到外部水分將失去外部水分的煤樣保持在375-380K下，約2h后，稱重，得到內(nèi)部水分揮發(fā)分：失去水分的試樣密封在坩堝內(nèi)，放在1200K的馬弗爐中加熱7分鐘，放入干燥箱中冷卻至常溫再稱重一、燃料性質(zhì)第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五154.煤的分類和組成煤的工業(yè)分析（續(xù)）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)境中灼燒到重量不在變化時(shí)，取出冷卻，焦炭所失去的重量為固定碳灰分：煤中不可燃礦物物質(zhì)的總稱一、燃料性質(zhì)第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五164.煤的分類和組成煤的工業(yè)分析（續(xù)）灰分：我國(guó)煤炭的平均灰分含量為25％灰分的存在降低了煤的熱值，也增加了煙塵污染和出渣量一、燃料性質(zhì)第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五174.煤的分類和組成煤的元素分析碳和氫：通過燃燒后分析尾氣中CO2和H2O的生成量測(cè)定氮：在催化劑作用下使煤中的氮轉(zhuǎn)化為氨，堿液吸收，滴定硫：與氧化鎂和無水硫酸鈉混合物反應(yīng)，SSO42-，滴定一、燃料性質(zhì)第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五184.煤的分類和組成煤的元素分析煤中硫的形態(tài)一、燃料性質(zhì)第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五194.煤的分類和組成煤的成分的表示方法圖2-1固體燃料成分及其組成相互關(guān)系一、燃料性質(zhì)aradddafASlyCHOSrWnWw灰分固定碳揮發(fā)分水分固體部分（焦碳）揮發(fā)部分N第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五204.煤的分類和組成煤的成分的表示方法收到基：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100%的成分，即在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行燃料分析時(shí)的試樣成分干燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%的成分，干燥基更能反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100%的成分一、燃料性質(zhì)第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五214.煤的分類和組成我國(guó)部分煤種的分析結(jié)果一、燃料性質(zhì)第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五224.煤的分類和組成我國(guó)部分煤種的分析結(jié)果(續(xù))

一、燃料性質(zhì)第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五235.其他燃料石油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主要含碳和氫，還有少量硫、氮和氧氫含量增加時(shí)，比重減少，發(fā)熱量增加天然氣典型的氣體燃料一般組成為甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％一、燃料性質(zhì)第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五245.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?xì)涞馁Y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一、燃料性質(zhì)第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五256.燃料組成的表示方法:CxHySzOwNv例題某燃料質(zhì)量組成：C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%,灰分:7.9%。請(qǐng)確定該燃料的化學(xué)分子式。元素

質(zhì)量組成，%mol/100gmol/molC77.2÷12=6.43÷6.43=1.00H5.20÷1=5.20÷6.43=0.808N1.20÷14=0.0857÷6.43=0.013S2.60÷32=0.0812÷6.43=0.013O5.90÷16=0.369÷6.43=0.057

灰分7.9÷6.43=1.23g/molC該燃料的化學(xué)分子式為：CH0.808N0.013S0.013O0.057

一、燃料性質(zhì)第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五26一、燃料性質(zhì)二、燃燒過程三、燃燒過程計(jì)算四、燃燒過程硫氧化物的形成五、燃燒過程中顆粒污染物的形成六、氮氧化物的形成七、燃燒過程中其他污染物的形成本章主要內(nèi)容第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五27影響燃燒過程的主要因素燃燒過程及燃燒產(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(huì)生成SO2和NO空氣中的部分N可能被氧化成NO－熱力型NOx二、燃燒過程

第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五28影響燃燒過程的主要因素燃料完全燃燒的條件空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會(huì)降低爐溫，增加熱損失溫度條件(Temperature)：達(dá)到燃料的著火溫度時(shí)間條件(Time)：燃料在高溫區(qū)停留時(shí)間應(yīng)超過燃料燃燒所需時(shí)間燃料與空氣的混合條件(Turbulence)：燃料與氧充分混合二、燃燒過程

第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五29影響燃燒過程的主要因素典型燃料的著火溫度二、燃燒過程第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五30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）二、燃燒過程

第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五31影響燃燒過程的主要因素典型鍋爐熱損失與過剩空氣量的關(guān)系二、燃燒過程

第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五32影響燃燒過程的主要因素燃?xì)獗群突旌铣潭葘?duì)燃燒產(chǎn)物的影響二、燃燒過程

第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五332.燃料燃燒的理論空氣量建立燃燒方程式的假定空氣組成:

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硫主要被氧化為SO2不考慮NOX的生成燃料中的N在燃燒時(shí)轉(zhuǎn)化為N2燃料的化學(xué)方程式為CxHySzOw二、燃燒過程

第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五342.燃料燃燒的理論空氣量建立燃燒方程式的假定燃燒方程式：燃料重量=12x+1.008y+32z+16w理論空氣量：煤4-7m3/kg，液體燃料10-11m3/kg二、燃燒過程

第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五352.燃料燃燒的理論空氣量例題二、燃燒過程

第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五362.燃料燃燒的理論空氣量空氣過剩系數(shù)實(shí)際空氣量與理論空氣量之比。以α表示，α通常>1部分爐型的空氣過剩系數(shù)二、燃燒過程

第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五372.燃料燃燒的理論空氣量空燃比單位質(zhì)量燃料燃燒所需要的空氣質(zhì)量例如：汽油（～C8H18）的完全燃燒：汽油的質(zhì)量：12?8+1.008?18=114.14空氣的質(zhì)量：32?12.5+28?3.76?12.5=1716空燃比AF=15.03二、燃燒過程

第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五383.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(duì)燃燒產(chǎn)物的絕對(duì)量和相對(duì)量都有影響燃料種類和燃燒方式對(duì)燃燒產(chǎn)物也有影響二、燃燒過程

第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五393.燃燒過程中產(chǎn)生的污染物燃燒產(chǎn)物與