第1講 第二章-燃燒與大氣污染1

2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-1-大氣污染控制工程(下)任課教師：仲兆83794700zzhong@止於至善2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-2-第二章燃燒與大氣污染(10課時(shí))第八章硫氧化物的污染控制（6課時(shí)）第九章固定源氮氧化物污染控制（7課時(shí)）第十章?lián)]發(fā)性有機(jī)污染物控制（3課時(shí)）第十一章城市機(jī)動(dòng)車污染控制（4課時(shí)）第十二章大氣污染與全球氣候（2課時(shí)）期末復(fù)習(xí)（1課時(shí)）主要內(nèi)容2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-3-大氣污染控制工程(下)第二章燃燒與大氣污染2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-4-燃料的性質(zhì)13燃燒過程中顆粒污染物的形成

5

煙氣體積及污染物排放量計(jì)算

3燃料的燃燒過程

2燃燒過程硫氧化物的形成4燃燒過程中其他污染物的形成6主要內(nèi)容2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-5-燃料的性質(zhì)

§1燃料：用于產(chǎn)生熱量或動(dòng)力的可燃性物質(zhì)。

化石燃料：煤、石油、天然氣等。非常規(guī)燃料：生活垃圾、農(nóng)作物秸稈等。

2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-6-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(yè)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

燃料的性質(zhì)

§1燃料類型燃燒特點(diǎn)燃燒速度的控制方式氣體燃料燃燒迅速由空氣與燃料的擴(kuò)散或混合控制液體燃料

以氣態(tài)形式燃燒液體燃料的蒸發(fā)過程固體燃料

揮發(fā)份：以氣態(tài)形式燃燒固定碳：固態(tài)燃燒揮發(fā)份：揮發(fā)份的析出過程固定碳：由氧分子向固體表面的擴(kuò)散控制2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-8-褐煤

—最低品味的煤，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、煤1.煤的分類燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-9-燃料的性質(zhì)煤的成分分析工業(yè)分析（

proximateanalysis）

測(cè)定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測(cè)硫含量和熱量，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。

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-10-燃料的性質(zhì)2、煤的工業(yè)分析（1）水分：外部水分：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；

內(nèi)部水分：將失去外部水分的煤樣保持在375-380K下，約2h后稱重。（2）灰分：

煤中不可燃礦物物質(zhì)的總稱。

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-11-煤中灰分的組成：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。燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-12-煤的工業(yè)分析（續(xù)）（3）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。

（4）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。燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-13-煤的結(jié)構(gòu)模型

燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-14-3.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：與氧化鎂和無水碳酸鈉混合物反應(yīng)，使硫轉(zhuǎn)變?yōu)镾O42-，用可溶性鋇鹽滴定。(艾氏法)也可采用庫(kù)倫滴定法和高溫燃燒法。

燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-15-4.煤中硫的形態(tài)

燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-16-5.煤的成分的表示方法

要確切說明煤的特性，必須同時(shí)指明百分比的基準(zhǔn)，常用的基準(zhǔn)有以下四種：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

燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-17-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

燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-18-煤的成分的表示方法及其組成的相互關(guān)系燃料的性質(zhì)

§1圖2-3煤的成分表示方法及其組成相互關(guān)系aradddafAStyCHONSrWnWw灰分固定碳揮發(fā)分水分固體部分(焦碳)揮發(fā)部分2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-19-6.

燃料的化學(xué)組成

煤2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-20-二、石油液體燃料的主要來源，比重0.78～1.00。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，還含有微量金屬，如釩和鎳，也會(huì)受到氯、砷和鉛的污染。原油通過蒸餾、裂化和重整過程，生產(chǎn)出各種汽油、溶劑、化學(xué)產(chǎn)品和燃料油。氫含量增加時(shí)，比重減少，發(fā)熱量增加。閃點(diǎn)、粘度燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-21-油中的硫原油中的硫大部分以有機(jī)琉的形式存在。一般為0.1％～7％(質(zhì)量)。在輕餾分中，硫以下列形態(tài)存在：

硫化氫、硫醇、硫醚：R－S－R、二硫醚：R—S—S—R、環(huán)狀硫化物：四氫噻吩(四氫硫雜茂)。原油中的硫分約有80％～90％留于重餾分中，以復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在。油脫硫：采用高壓下的催化加氫，以破壞C-S-C鍵，形成硫化氫氣體，可以達(dá)到降低硫分的目的，但費(fèi)用很高。燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-22-三、天然氣典型的氣體燃料天然氣的一般組成為：甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％。天然氣還含有碳?xì)浠衔镆酝獾钠渌M分，比如H2O、CO2、N2、He和H2S等，必要時(shí)需凈化以提高熱值，減少輸送成本。燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-23-典型液體和氣體燃料的化學(xué)組成成分燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-24-四、非常規(guī)燃料城市固體廢棄物（MSW）商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物農(nóng)作物秸稈和農(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燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-25-5.其他燃料（RDF）燃料的性質(zhì)

§12024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-26-1.影響燃燒過程的主要因素燃燒的定義(P38)：可燃混合物的快速氧化過程，并伴隨著能量的釋放,同時(shí)使燃料的組成元素轉(zhuǎn)化為氧化物。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。。空氣中的部分N可能被氧化NO(熱力型氮氧化物)如果燃料中含有S和N，則會(huì)生成SO2和NO(燃料型氮氧化物）

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-27-溫度條件時(shí)間條件燃料與空氣的混合條件達(dá)到燃料的著火溫度燃料在高溫區(qū)停留時(shí)間應(yīng)超過燃料燃燒所需時(shí)間。燃料與氧充分混合(湍流)燃料完全燃燒的條件空氣條件：提供充足的空氣；但空氣量過大，會(huì)降低爐溫，增加熱損失。

§2燃料燃燒過程(三T)2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-28-典型燃料的著火溫度

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-29-空燃比和混合程度對(duì)燃燒產(chǎn)物的影響

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-30-2.燃料燃燒的理論空氣量建立燃燒方程式的假定：空氣組成

79.1%N2和20.9%O2，兩者體積比為：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)式為CxHySzOw空氣和煙氣均按理想氣體處理，22.4l/mol。

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-31-燃燒方程式：燃料重量

=12x+1.008y+32z+16w理論空氣量：

Va0＝P.40(2-6)煤4-7m3/kg，液體燃料10-11m3/kg

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-32-

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-33-[例2—2]假定煤的化學(xué)組成以質(zhì)量記為：C:77.2％；H:5.2％；N:1.2%：S:2.6％；

O:5.9％；灰分:7.9％

。試計(jì)算這種煤燃燒時(shí)的理論空氣量。

ElementWt%mol/100g（煤）mol/mol（碳）

C77.2

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=0.057ash7.9

6.43=1.23g/molCThenormalizedmolarcomposition:CH0.808N0.013S0.013O0.057

§2燃料燃燒過程P.412024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-34-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)

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-35-空燃比單位質(zhì)量燃料燃燒所需要的空氣質(zhì)量。P42例

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

3.78

12.5=1716空燃比AF=15.03

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-36-

3.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

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-37-燃燒產(chǎn)物與溫度的關(guān)系：

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-38-燃料種類對(duì)燃燒產(chǎn)物的影響（以1000MW電站為例）：

§2燃料燃燒過程2024/1/19能源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境系-39-[例2—3]

P.43~44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％；:0.05％;；灰分0.10％。試確定燃燒1