大氣污染控制工程燃燒過程中污染物的形成

第2章熄滅與大氣污染(2)

教學內(nèi)容§1燃料的性質(zhì)§2燃料熄滅過程§3煙氣體積及污染物排放計算§4熄滅過程中硫氧化物的構(gòu)成§5熄滅過程中顆粒物的構(gòu)成§6熄滅過程中其他污染物的構(gòu)成1第三節(jié)煙氣體積及污染物排放量計算1.煙氣體積計算

實際煙氣體積CO2、SO2、N2和H2O干煙氣、規(guī)范干煙氣、濕煙氣煙氣體積和密度的校正轉(zhuǎn)化為標態(tài)下〔273K、1atm〕的體積和密度

留意：美、日和全球監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)的標態(tài)為298K、1atm。21.煙氣體積計算過?？諝庑Ｕ?/p>

實踐空氣量=〔1+a〕〔O2+3.78N2〕完全熄滅：與實際空氣量相比多a〔O2+3.78N2〕此時煙氣中，O2的量為O2P=aO2，N2的量為N2P=3.78〔1+a〕N2空氣中O2=〔20.9/79.1〕N2=0.264N2，即進入熄滅系統(tǒng)的空氣總氧量為0.264N2P31.煙氣體積計算過剩空氣校正實際需氧量=0.264N2P-O2P，空氣過剩系數(shù)=1+O2P/〔0.264N2P-O2P〕假設(shè)熄滅過程中產(chǎn)生CO，過剩氧量必需加以校正：O2P-0.5COP=1+〔O2P-0.5COP〕/[0.264N2P-〔O2P-0.5COP〕]以上組分的量均可由煙氣分析儀測定。標況下煙氣量計算的閱歷式：P472.13。42.污染物排放量計算方法：根據(jù)實測的污染物濃度和排煙量

根據(jù)熄滅設(shè)備的排污系數(shù)、燃料組成和熄滅情況預(yù)測煙氣量和污染物濃度排放因子〔EmissionFactor〕52.污染物排放量計算例2對例1給定的重油，假設(shè)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。

6二．污染物排放量的計算解：由例1可知，實際空氣量條件下煙氣組成〔mol〕為：CO2：73.58H2O：47.5+0.0278SOX：0.5NX：實際煙氣量：73.58+0.5+(47.5+0.0278)+()=491.4mol/kg重油即11.01m3/kg重油空氣過剩系數(shù)α=1.2時，實踐煙氣量為：11.01+10.47×0.2=13.01m3/kg其中10.47為實際空氣量，即1Kg重油完全熄滅所需實際空氣量。7二．污染物排放量的計算煙氣中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：

8二．污染物排放量的計算當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：

9二．污染物排放量的計算例2-5：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。求：〔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。10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：

測定形狀下干煙氣中污染物的濃度：

標態(tài)下的濃度：

11〔3〕空氣過剩系數(shù)：〔4〕校正至α=1.8條件下的濃度：12§4熄滅過程中硫氧化物的構(gòu)成一、燃料中硫的氧化機理1.燃料中硫的氧化√有機硫的分解溫度較低無機硫的分解速度較慢含硫燃料熄滅的特征是火焰呈藍色，由于反響：在一切的情況下，它都作為一種重要的反響中間體132.H2S的氧化143.CS2和COS的氧化154.元素S的氧化165.有機硫化物的氧化

17二.SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化反響方程式SO2+O+MSO3+M〔1〕SO3+OSO2+O2〔2〕SO3+HSO2+OH〔3〕SO3+MSO2+O+M〔4〕

在熾熱反響區(qū)，[O]濃度很高，反響〔1〕和〔2〕起支配作用18二.SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化SO3生成速率當d[SO3]/dt=0時，SO3濃度到達最大在富燃料條件下，[O]濃度低得多，SO3的去除反響主要為反響〔3〕，SO3的最大濃度：19二.SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化熄滅后煙氣中的水蒸氣能夠與SO3結(jié)合生成H2SO4，轉(zhuǎn)化率:轉(zhuǎn)化率與溫度親密相關(guān)H2SO4濃度越高，酸露點越高煙氣露點升高極易引起管道和空氣凈化設(shè)備的腐蝕20二.SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化SO3的轉(zhuǎn)化率/%21§5熄滅過程中顆粒物的構(gòu)成一、碳粒子的生成核化過程：氣相脫氫反響并產(chǎn)生凝聚相固體碳核外表上發(fā)生非均質(zhì)反響較為緩慢的聚團和凝聚過程燃料的分子構(gòu)造是影響積炭的主導要素積炭的生成與火焰的構(gòu)造有關(guān)提高氧氣量可以防止積炭生成壓力越低那么積炭的生成趨勢越小22一.碳粒子的生成火焰的構(gòu)造預(yù)混火焰：氣體燃料和空氣在熄滅前充分混合〔bursenburner,meekerburner〕分散火焰：燃料和空氣分別進入熄滅區(qū)，混合然后發(fā)生反響〔實踐中運用最多23一.碳粒子的生成火焰的構(gòu)造〔續(xù)〕層流火焰：Re<2200，分子分散和傳導是控制過程湍流火焰：Re>2200，劇烈的湍流作用，但分子分散依然起作用Laminar transition developedturbulent heightJetvelocity24一.碳粒子的生成乙炔火焰中生碳反響過程25一.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)焦多組分重殘油的熄滅后期會生成煤胞，難以熄滅。焦粒生成反響的順序：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26二.燃煤煙塵的構(gòu)成煙塵：固體燃料熄滅產(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)微粒煤粉熄滅過程碳外表的熄滅產(chǎn)物為CO，它分散分開外表并與O2反響灰層碳層外分散27二.燃煤煙塵的構(gòu)成煤粉熄滅過程實際上碳與氧的摩爾比近1.0時最易構(gòu)成黑煙在預(yù)混火焰中，C/O大約為0.5時最易構(gòu)成黑煙易熄滅又少出現(xiàn)黑煙的燃料順序為：無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間與粒子的初始直徑、外表溫度、氧氣濃度等有關(guān)28二.燃煤煙塵的構(gòu)成熄滅碳層中成分和溫度分布29二.燃煤煙塵的構(gòu)成黑煙構(gòu)成的化學過程30二.燃煤煙塵的構(gòu)成高灰分燃料的分散熄滅31二.燃煤煙塵的構(gòu)成飛灰的構(gòu)成過程32二.燃煤煙塵的構(gòu)成影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的要素煤質(zhì)熄滅方式煙氣流速爐排和爐膛的熱負荷鍋爐運轉(zhuǎn)負荷鍋爐構(gòu)造33二.燃煤煙塵的構(gòu)成影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的要素——煤質(zhì)34二.燃煤煙塵的構(gòu)成燃煤顆粒大小對飛灰含量的影響35二.燃煤煙塵的構(gòu)成影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的要素——熄滅方式36二.燃煤煙塵的構(gòu)成幾種熄滅方式的煙塵百分比37二.燃煤煙塵的構(gòu)成幾種熄滅方式的煙塵顆粒概略38二.燃煤煙塵的構(gòu)成幾種熄滅方式的煙塵顆粒概略39火電廠大氣污染物排放規(guī)范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)以外地域的火電廠鍋爐500第I時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600第Ⅲ時段的火電廠鍋爐最高允許煙塵排放濃度40火電廠大氣污染物排放規(guī)范第Ⅲ時段火電廠各煙囪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時段的火電廠鍋爐氮氧化物最高允許排放濃度〔mg/m3〕41二.燃煤煙塵的構(gòu)成影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的要素——運轉(zhuǎn)負荷42§6熄滅過程中其他污染物的構(gòu)成一.有機污染物的構(gòu)成構(gòu)成歷程鏈烴分子氧化脫氫構(gòu)成乙烯和乙炔延伸乙炔的鏈構(gòu)成各種不飽和基不飽和基進一步脫氫構(gòu)成聚乙炔不飽和基經(jīng)過環(huán)化反響構(gòu)成C6－C2型芳香族化合物C6－C2基逐漸合成為多環(huán)有機物43一.有機污染物的構(gòu)成比較活潑的碳氫化合物能夠是產(chǎn)生光化學煙霧的直接緣由碳氫化合物的產(chǎn)生量與燃料組成親密相關(guān)燃料中高分子碳氫化合物濃度與POM排放程度具有相關(guān)性燃料與空氣的充分混合可降低有機物的含量，但不利于NOx的控制同時減少CH和NOx的排放需求仔細控制混合的型式、溫度程度和整個系統(tǒng)的停留時間44二.CO的構(gòu)成CO是一切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燃料中的碳都先構(gòu)成CO，然后進一步氧化在火焰溫度下有足夠的氧并且停留時間足夠長，可以降低CO含量。CO的構(gòu)成和破壞都由動力學控制，反響道路：RHRRCHORCOCO452.CO的構(gòu)成46三.Hg的構(gòu)成與排放Hg對人的腎和神經(jīng)系統(tǒng)有危害煤碳熄滅是Hg的一大來源煤中Hg的析出率與熄滅條件有關(guān)熄滅溫度>900oC時，析出率>90％復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一47四.NOx的構(gòu)成NOx的構(gòu)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反響生成的NOx瞬時NOx：低溫火焰下由于含碳自在基的存在生成的NOx48四.NOx的構(gòu)成49四.NOx的構(gòu)成50五.二惡英的構(gòu)成機理二惡英(Dioxin)是一種無色無味的脂溶性物質(zhì)，二惡英實踐上是一個簡稱，它指的并不是一種單一物質(zhì)，而是構(gòu)造和性質(zhì)都很類似的包含眾多同類物或異構(gòu)體的兩大類有機化合物，全稱分別叫多氯二苯并-對-二惡英〔簡稱PCDDs〕和多氯二苯并呋喃〔簡稱PCDFs〕，我國的環(huán)境規(guī)范中把它們統(tǒng)稱為二惡英類。多氯二苯并-對-二惡英〔PCDDs〕由2個氧原子結(jié)合2個被氯原子取代的苯環(huán)；為多氯二苯并呋喃〔PCDFs〕由1個氧原子結(jié)合2個被氯原子取代的苯環(huán)。每個苯環(huán)上都可以取代1~4個氯原子，從而構(gòu)成眾多的異構(gòu)體，其中PCDDs有75種異構(gòu)體，PCDFs有種異構(gòu)體。51五.二惡英的構(gòu)成機理二惡英包括210種化合物，這類物質(zhì)非常穩(wěn)定，熔點較高，極難溶于水，可以溶于大部分有機溶劑，是無色無味的脂溶性物質(zhì)，所以非常容易在生物體內(nèi)積累。自然界的微生物和水解作用對二惡英的分子構(gòu)造影響較小，因此，環(huán)境中的二惡英很難自然降解消除。它包括210種化合物。它的毒性非常大，是氰化物的130倍、砒霜的900倍，有“世紀之毒〞之稱。國際癌癥研討中心已將其列為人類一級致癌物。環(huán)保專家稱，“二惡英〞，常以微小的顆粒存在于大氣、土壤和水中，主要的污染源是化工冶金工業(yè)、渣滓熄滅、造紙以及消費殺蟲劑等產(chǎn)業(yè)。日常生活所用的膠袋，PVC〔聚氯乙烯〕軟膠等物都含有氯，熄滅這些物品時便會釋放出二惡英，懸浮于空氣中。

52五.二惡英的構(gòu)成機理二惡英的發(fā)生源主要有兩個，一是在制造包括農(nóng)藥在內(nèi)的化學物質(zhì)，尤其是氯系化學物質(zhì),象殺蟲劑、除草劑、木材防腐劑、落葉劑〔美軍用于越戰(zhàn)〕、多氯聯(lián)苯等產(chǎn)品的過程中派生；

二是來自對渣滓的熄滅。熄滅溫度低于800℃，塑料之類的含氯渣滓不完全熄滅，極易生成二惡英。二惡英隨煙霧分散到大氣中，經(jīng)過呼吸進入人體的是極小部分，更多的那么是經(jīng)過食品被人體吸收。以魚類為例，二惡英粒子隨雨落到江湖河海。被水中的浮游生物吞食，浮游生物被小魚吃掉，小魚又被大魚吃掉，二惡英在食物鏈全程中漸漸積淀濃縮，等聚在大魚體內(nèi)的濃度已是水中的3000多倍了，而處于食物鏈頂峰上的人類體內(nèi)將會聚集更多的二惡英?？膳碌氖且坏z入二惡英就很難排出體外，積累到一定程度，它就引起一系列嚴重疾病。

二惡英屬于氯代環(huán)三芳烴類化合物，在人體中不能降解不能排出,對人體安康有很大要挾的環(huán)境污染物。它有劇烈的致癌性，而且能呵斥畸形，對人體的免疫功能和生殖功能呵斥損傷。

并無相關(guān)病癥，只能說大面積出現(xiàn)畸形、癌癥等病癥的地方會被疑心二惡英的災(zāi)區(qū)。53五.二惡英的構(gòu)成機理54五.二惡英的構(gòu)成機理55五.二惡英的構(gòu)成機理56顆粒物的影響CDD/CDFEmitted/RefuseFed(μmol/t)UncontrolledAsh/RefuseFed(kg/t)DataafterBartonetal,199057本章小結(jié)1.要求了解燃料的種