燃料燃燒與大氣污染

燃料燃燒與大氣污染第一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日§1基本概念2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)3/4/20232023/3/42燃燒：一種物質(zhì)起劇烈的氧化反應(yīng)，同時(shí)發(fā)光發(fā)熱的現(xiàn)象。理論空氣量，實(shí)際空氣量，空氣過剩系數(shù)第二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2023/3/43第三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2023/3/44第四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2023/3/45第五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2023/3/46第六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2023/3/47第七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2023/3/48第八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2023/3/49第九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2023/3/410§2基本理論簡單反應(yīng)復(fù)雜反應(yīng)基元反應(yīng)活化分子碰撞理論鏈鎖反應(yīng)理論著火理論自燃點(diǎn)燃第十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2023/3/411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

§2燃料與燃燒方式第十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日一、煤

煤是一種復(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。123/4/20232023/3/412第十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日133/4/20232023/3/413第十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日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(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%。143/4/20232023/3/414第十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日（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(qiáng)，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(shí)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。153/4/20232023/3/415第十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日2.

燃料組成對燃燒的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全燃燒時(shí)，放出7850kcal的熱量。當(dāng)不完全燃燒生成CO時(shí)，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(jī)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?xì)浠衔锏男问酱嬖冢?kg氫完全燃燒時(shí)能放出28780kcal的熱量。

163/4/20232023/3/416第十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日氧：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173/4/20232023/3/417第十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日√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，是煤的主要可燃物質(zhì)。失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分（焦炭）放在80020C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：灰分是煤中不可燃礦物物質(zhì)的總稱。

高灰分、低熔點(diǎn)的煤極易結(jié)渣，從爾影響熱效率。183/4/20232023/3/418第十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日煤中灰分的組成：我國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193/4/20232023/3/419第十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日（3）煤中硫的形態(tài)203/4/20232023/3/420第二十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日二、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％213/4/20232023/3/421第二十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日二、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。223/4/20232023/3/422第二十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日三、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含量的最大允許子值。233/4/20232023/3/423第二十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日四、燃料組成的表示方法:CxHySzOwNvSample:C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%andash:7.9%byweight.Determinethenormalizedmolarcomposition.ElementWt%mol/100gmol/molC77.212=6.436.43=1.00H5.201=5.206.43=0.808N1.2014=0.08576.43=0.013S2.6032=0.08126.43=0.013O5.9016=0.3696.43=0.057ash7.96.43=1.23g/molThenormalizedmolarcomposition:CH0.808N0.013S0.013O0.057

243/4/20232023/3/424第二十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日五、燃料的最重要的兩個(gè)屬性熱值決定燃料的消耗量雜質(zhì)污染物產(chǎn)生的來源253/4/20232023/3/425第二十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

六、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263/4/20232023/3/426第二十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日§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NOx273/4/20232023/3/427第二十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日一.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(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283/4/20232023/3/428第二十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日一.影響燃燒過程的主要因素典型燃料的著火溫度293/4/20232023/3/429第二十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

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）303/4/20232023/3/430第三十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

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313/4/20232023/3/431第三十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日二.燃料燃燒的理論空氣量1.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CxHySzOw323/4/20232023/3/432第三十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

二.燃料燃燒的理論空氣量33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

3/4/20232023/3/433第三十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日34理論空氣量:3/4/20232023/3/434第三十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日例題：353/4/20232023/3/435第三十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日二.燃料燃燒的理論空氣量2.空氣過剩系數(shù)實(shí)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)363/4/20232023/3/436第三十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日二.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＋7.56N2→CO2＋7.56N2空燃比：AF=2×32＋7.56×28/1×16=17.2汽油（～C8H18）的理論空燃比為15純碳的理論空燃比約為11.5373/4/20232023/3/437第三十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日二.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%，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：383/4/20232023/3/438

重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧量（mol）C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5H2O0．50．02780第三十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日理論需氧量為：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393/4/2023第三十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日三.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)物的絕對量和相對量都有影響燃料種類和燃燒方式對燃燒產(chǎn)物也有影響403/4/202340第四十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

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：413/4/202341第四十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

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）：423/4/202342第四十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

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：433/4/20232023/3/443第四十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

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：443/4/20232023/3/444第四十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

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：453/4/20232023/3/445第四十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

四.熱化學(xué)關(guān)系式1.發(fā)熱量：單位燃料完全燃燒時(shí)，所放出的熱量，即在反應(yīng)物開始狀態(tài)和反應(yīng)產(chǎn)物終了狀態(tài)相同下的熱量變化（kJ/kgorkcal/kg）高位發(fā)熱量：包括燃料生成物中水蒸氣的汽化潛熱低位發(fā)熱量：燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣仍以氣態(tài)存在時(shí)，完全燃燒過程所釋放的熱量463/4/20232023/3/446第四十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

四.熱化學(xué)關(guān)系式2.燃燒設(shè)備的熱損失排煙熱損失不完全燃燒熱損失散熱損失在充分混合的條件下，熱損失在理論空氣量條件下最低不充分混合時(shí)，熱損失最小值出現(xiàn)在空氣過剩一側(cè)。473/4/20232023/3/447第四十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日

四.熱化學(xué)關(guān)系式3.燃燒熱損失與空燃比的關(guān)系483/4/20232023/3/448第四十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日49§3煙氣體積及污染物排放量計(jì)算一．煙氣體積計(jì)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理論水蒸氣=V燃料中氫燃燒后的水蒸氣+V燃料中所含的水蒸氣

+V由供給理論空氣量帶入的水蒸氣2023/3/4第四十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日502.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(shí)應(yīng)注意。2023/3/4第五十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日513.過?？諝廨^正因?yàn)閷?shí)際燃燒過程是有過剩空氣的，所以燃燒過程中的實(shí)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α=a-----過?？諝庵蠴2的過剩數(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，2023/3/4第五十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日假設(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(shí)）

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(shí)各組分的量均為奧氏分析儀所測得的百分?jǐn)?shù)。若燃燒是完全的，過剩空氣中的O僅能夠以的o2形式存在，假定燃燒產(chǎn)物以下標(biāo)p表示：實(shí)際煙氣體積Vfg0Vfg=Vfg0+(α-1)Va2023/3/4第五十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日53二.污染物排放量計(jì)算方法：根據(jù)實(shí)測的污染物濃度和排煙量根據(jù)燃燒設(shè)備的排污系數(shù)、燃料組成和燃燒狀況預(yù)測煙氣量和污染物濃度排放因子（EmissionFactor）2023/3/4第五十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日54二.污染物排放量計(jì)算排放因子舉例（機(jī)動車）EF車型

污染物2023/3/4第五十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日55二．污染物排放量的計(jì)算例2-4

對例2--3給定的重油，若燃料中硫轉(zhuǎn)化為SOX（其中SO2占97%），試計(jì)算空氣過剩系數(shù)a=1.20時(shí)煙氣中SO2及SO3的濃度，以ppm表示，并計(jì)算此時(shí)煙氣中CO2的含量，以體積百分比表示。第五十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日56二．污染物排放量的計(jì)算解：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(shí)，實(shí)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。第五十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日57二．污染物排放量的計(jì)算煙氣中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：

第五十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日58二．污染物排放量的計(jì)算當(dāng)α=1.2時(shí)，干煙氣量為：CO2體積為：所以干煙氣中CO2的含量（以體積計(jì)）為：

第五十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日59二．污染物排放量的計(jì)算例2-5：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(shí)污染物在煙氣中的濃度。2023/3/4第五十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日60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：

2023/3/4第六十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日61（3）空氣過剩系數(shù)：（4）校正至α=1.8條件下的濃度：2023/3/4第六十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日62§4

燃燒過程中硫氧化物的形成

一、燃料中硫的氧化機(jī)理1.燃料中硫的氧化√有機(jī)硫的分解溫度較低無機(jī)硫的分解速度較慢含硫燃料燃燒的特征是火焰呈藍(lán)色，由于反應(yīng)：在所有的情況下，它都作為一種重要的反應(yīng)中間體2023/3/4第六十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日632.H2S的氧化2023/3/4第六十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日643.CS2和COS的氧化2023/3/4第六十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日654.元素S的氧化2023/3/4第六十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日665.有機(jī)硫化物的氧化

2023/3/4第六十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日67二.SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化

反應(yīng)方程式SO2+O+MSO3+M（1）SO3+OSO2+O2

（2）SO3+HSO2+OH（3）SO3+MSO2+O+M（4）

在熾熱反應(yīng)區(qū)

，[O]

濃度很高，反應(yīng)（1）和（2）起支配作用

2023/3/4第六十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日68二.SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化SO3生成速率

當(dāng)d[SO3]/dt=0時(shí)，SO3濃度達(dá)到最大在富燃料條件下，[O]濃度低得多，SO3的去除反應(yīng)主要為反應(yīng)（3），SO3的最大濃度：2023/3/4第六十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日69二.SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化燃燒后煙氣中的水蒸氣可能與SO3結(jié)合生成H2SO4，轉(zhuǎn)化率:轉(zhuǎn)化率與溫度密切相關(guān)H2SO4濃度越高，酸露點(diǎn)越高煙氣露點(diǎn)升高極易引起管道和空氣凈化設(shè)施的腐蝕2023/3/4第六十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日70二.SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化SO3的轉(zhuǎn)化率/%2023/3/4第七十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日71§5燃燒過程中顆粒物的形成一、碳粒子的生成核化過程：氣相脫氫反應(yīng)并產(chǎn)生凝聚相固體碳核表面上發(fā)生非均質(zhì)反應(yīng)較為緩慢的聚團(tuán)和凝聚過程燃料的分子結(jié)構(gòu)是影響積炭的主導(dǎo)因素積炭的生成與火焰的結(jié)構(gòu)有關(guān)提高氧氣量可以防止積炭生成壓力越低則積炭的生成趨勢越小2023/3/4第七十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日72一.碳粒子的生成火焰的結(jié)構(gòu)預(yù)混火焰：氣體燃料和空氣在燃燒前充分混合（bursenburner,meekerburner）擴(kuò)散火焰：燃料和空氣分別進(jìn)入燃燒區(qū)，混合然后發(fā)生反應(yīng)（實(shí)際中應(yīng)用最多），不同的區(qū)域有不同的

(0～)值2023/3/4第七十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日73一.碳粒子的生成火焰的結(jié)構(gòu)（續(xù)）層流火焰：Re<2200，分子擴(kuò)散和傳導(dǎo)是控制過程湍流火焰：Re>2200，強(qiáng)烈的湍流作用，但分子擴(kuò)散仍然起作用Laminar transition developedturbulent heightJetvelocity2023/3/4第七十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日74一.碳粒子的生成乙炔火焰中生碳反應(yīng)過程2023/3/4第七十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日75一.碳粒子的生成石油焦和煤胞的生成燃料油霧滴在被充分氧化之前，與熾熱壁面接觸，發(fā)生液相裂化和高溫分解，出現(xiàn)結(jié)焦多組分重殘油的燃燒后期會生成煤胞，難以燃燒。焦粒生成反應(yīng)的順序：烷烴烯烴帶支鏈芳烴凝聚環(huán)系瀝青半園體瀝青瀝青焦焦炭

2023/3/4第七十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日76二.燃煤煙塵的形成煙塵：固體燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒物，包括：黑煙：未燃盡的碳粒飛灰：不可燃礦物質(zhì)微粒煤粉燃燒過程碳表面的燃燒產(chǎn)物為CO，它擴(kuò)散離開表面并與O2反應(yīng)灰層碳層外擴(kuò)散2023/3/4第七十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日77二.燃煤煙塵的形成煤粉燃燒過程理論上碳與氧的摩爾比近1.0時(shí)最易形成黑煙在預(yù)混火焰中，C/O大約為0.5時(shí)最易形成黑煙易燃燒又少出現(xiàn)黑煙的燃料順序?yàn)椋簾o煙煤焦炭褐煤低揮發(fā)分煙煤高灰發(fā)分煙煤碳粒子燃盡的時(shí)間與粒子的初始直徑、表面溫度、氧氣濃度等有關(guān)2023/3/4第七十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日78二.燃煤煙塵的形成燃燒碳層中成分和溫度分布2023/3/4第七十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日79二.燃煤煙塵的形成黑煙形成的化學(xué)過程2023/3/4第七十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日80二.燃煤煙塵的形成高灰分燃料的擴(kuò)散燃燒2023/3/4第八十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日81二.燃煤煙塵的形成飛灰的形成過程2023/3/4第八十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日82二.燃煤煙塵的形成影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素煤質(zhì)燃燒方式煙氣流速爐排和爐膛的熱負(fù)荷鍋爐運(yùn)行負(fù)荷鍋爐結(jié)構(gòu)2023/3/4第八十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日83二.燃煤煙塵的形成影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素——煤質(zhì)2023/3/4第八十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日84二.燃煤煙塵的形成燃煤顆粒大小對飛灰含量的影響2023/3/4第八十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日85二.燃煤煙塵的形成影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素——燃燒方式2023/3/4第八十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日86二.燃煤煙塵的形成幾種燃燒方式的煙塵百分比2023/3/4第八十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日87二.燃煤煙塵的形成幾種燃燒方式的煙塵顆粒概況2023/3/4第八十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日88二.燃煤煙塵的形成幾種燃燒方式的煙塵顆粒概況2023/3/4第八十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日分類煙塵最高允許排放濃度（mg/m3）在縣及縣以上城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)內(nèi)的火電廠鍋爐200在縣規(guī)劃區(qū)以外地區(qū)的火電廠鍋爐500第I時(shí)段的在縣及縣以上城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)內(nèi)、1997年1月1日后還有10年及以上剩余壽命的火電廠鍋爐60089火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)第Ⅲ時(shí)段的火電廠鍋爐最高允許煙塵排放濃度2023/3/4第八十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日90火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)第Ⅲ時(shí)段火電廠各煙囪SO2最高允許排放濃度燃料收到基硫分（％）≤1.0>1.0最高允許排放濃度（mg/m3）21001200鍋爐額定蒸發(fā)量煤粉鍋爐

液態(tài)排渣固態(tài)排渣≥1000t/h1000650第Ⅲ時(shí)段的火電廠鍋爐氮氧化物最高允許排放濃度（mg/m3）2023/3/4第九十頁，共一百零六頁，2022年，8月28日91二.燃煤煙塵的形成影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素——運(yùn)行負(fù)荷2023/3/4第九十一頁，共一百零六頁，2022年，8月28日92§6燃燒過程中其他污染物的形成一.有機(jī)污染物的形成形成歷程鏈烴分子氧化脫氫形成乙烯和乙炔延長乙炔的鏈形成各種不飽和基不飽和基進(jìn)一步脫氫形成聚乙炔不飽和基通過環(huán)化反應(yīng)形成C6－C2型芳香族化合物C6－C2基逐步合成為多環(huán)有機(jī)物2023/3/4第九十二頁，共一百零六頁，2022年，8月28日93一.有機(jī)污染物的形成比較活潑的碳?xì)浠衔锟赡苁钱a(chǎn)生光化學(xué)煙霧的直接原因碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生量與燃料組成密切相關(guān)燃料中高分子碳?xì)浠衔餄舛扰cPOM排放水平具有相關(guān)性燃料與空氣的充分混合可降低有機(jī)物的含量，但不利于NOx的控制同時(shí)減少CH和NOx的排放需要仔細(xì)控制混合的型式、溫度水平和整個(gè)系統(tǒng)的停留時(shí)間2023/3/4第九十三頁，共一百零六頁，2022年，8月28日94二.CO的形成CO是所有大氣污染物中量最大、分布最廣的一種CO的全球排放量為200×106t/a燃料中的碳都先形成CO，然后進(jìn)一步氧化在火焰溫度下有足夠的氧并且停留時(shí)間足夠長，可以降低CO含量。CO的形成和破壞都由動力學(xué)控制，反應(yīng)路線：

RHRRCHORCOCO2023/3/4第九十四頁，共一百零六頁，2022年，8月28日952.CO的形成2023/3/4第九十五頁，共一百零六頁，2022年，8月28日96三.Hg的形成與排放Hg對人的腎和神經(jīng)系統(tǒng)有危害煤碳燃燒是Hg的一大來源煤中Hg的析出率與燃燒條件有關(guān)燃燒溫度>900oC時(shí)，析出率>90％還原性氣氛的析出率低于氧化性氣氛Hg排放控制是燃煤污染控制的新課題之一2023/3/4第九十六頁，共一百零六頁，2022年，8月28日97四.NOx的形成NOx的形成機(jī)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(yīng)生成的NOx瞬時(shí)NOx：低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx2023/3/4第九十七頁，共一百零六頁，2022年，8月28日98四.NOx的形成2023/3/4第九十八頁，共一百零六頁，2022年，8月28日99四.NOx的形成2023/3/4第九十九頁，共一百零六頁，2022年，8月28日100五.二惡英的形成機(jī)理二惡英(