第二章 燃烧与大气污染

5、煤中硫的形态
煤的含硫量Sar大于3%的煤称为高硫煤 主要为无机硫，约为有机硫的3倍。 含硫量小于1%的是低硫煤 主要为有机硫，约为无机硫的8倍 含硫量1~3%的为中硫煤
二、石油
是液体燃料的主要来源。 比重0.78至1.00之间。 是混合物，主要是链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化 合物组成。 这些化台物主要含碳和氢，还有少量的硫、氮和氧， 它们的含量因产地而异。 原油还含有微量金属，钒和镍，也会受到氯、砷和铅 的污染。这些微量金属和污染物质通常的体积分数为 10*10-6左右。 原油虽然是易燃的、但出于安全和经济的考虑，一般 将原油加工为各种石油化学产品。
1、煤的分类
(2)烟煤 烟煤的形成历史较褐煤为长， 呈黑色， 外形有可见条纹，挥发分含量为20-45％，碳含 量为75-90％。烟煤的成焦性较强,且含氧量低， 水分和灰分含量一般不高，适宜工业上的—般应 用 (3)无烟煤 无烟煤是碳含量最高，煤化时间最 长的煤。它具有明亮的黑色光泽，机械强度高。 碳的含量一般高于93％，无机物含量低于10％， 因而着火困难，储存时稳定，不易自燃。无烟煤 的成焦性极差。
意义：角码ar 表示收到基成分,表示的实际燃料, 所以在进行燃料计算和热效应实验时,以它为准。 但由于煤的外部水分不稳定,收到基的百分成分 也随之波动,利用收到基评价煤的性质是不准确 的。
4 、煤的成分表示法
(2)空气干燥基： 以去掉外部水分的燃料作为100%的成分
Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Wad=100% 意义：在试验室内进行燃料分析时的试样 成分，以角码ad表示。
四、非常规燃料
重要性：在于它能够在某些领域代替日益减少的 化石燃料的供应，同时也是处理废物的有效方 式。它既能提供能源，又能处置废物,减轻对环 境的压力。 非常规燃料的燃烧：常常产生较常规燃料更严重 的空气污染和水体污染，应引起特殊的注意。 将城市固体废物制成实用燃料，也就是说的再 生燃料(RDF)，但选择这此技术时，必须考虑 可能导致的空气污染问题。 见表2-3p38

四、非常规燃料
较低级的化石燃料、如泥炭、焦油砂，油

页岩
根据来源、非常规燃料可分为如下几类：
(1)城市固体废弃物； (2)商业和工业固体废弃物； (3)农产物及农村废物； (4)水生植物和水生废物； (5)污泥处理厂废物 (6)可燃性工业和采矿废物； (7)天然存在的含碳和含碳氢的资源； (8)合成燃料。
第二章 燃烧与大气污染
第一节 燃料的性质 第二节 燃料燃烧过程 第三节 烟气体积与污染物排放量的计算 第四节 燃烧过程硫氧化物的形成 第五节 燃烧过程中颗粒污染物的形成 第六节 燃烧过程中其他污染物的形成
学习要求



了解常见燃料的组成和性质； 掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会 分析影响燃烧过程的因素；掌握煤的工业分析、 元素分析、及煤的成分表示方法； 学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度； 掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理， 理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径。
4 、煤的成分表示法
由于煤中水分和灰分受外界条件的影响, 其百分比也随之改变。煤的特性必须指明 百分比的基准。 (1) 收到基 (2)空气干燥基 (3)干燥基 (4)干燥无灰基
4 、煤的成分表示法
(1)收到基：以包括全部水分和灰分的燃料作为 100%的成分，亦即锅炉燃烧的实际成分。 表示为:
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+War=100%
一、煤
是最重要的固体燃料，能源结构中占80%以上，它 是—种不均匀的有机燃料，主要是植物的部分分解和 变质形成的。煤中的有机成分和无机成分因煤的产地 和种类不同有较大的差别。
煤的可燃成分:主要是由碳、氢及少量氧、氮和硫等 一起构成的有机聚合物。各种聚合物之间由不同的碳 氢支链互相连接成更大的颗粒。 煤的不可燃成分：灰份、水分
的全水分。
2、煤组成-工业分析
[2]灰分
灰分是煤中不可燃矿物物质的总称。其含量和 组成因煤种和粗加工的不同而异。我国煤炭的 平均灰分为25%。灰分的存在降低了煤的热值， 增加了烟尘污染和出渣量。高灰分、低熔点的 煤极易结渣，使煤不能充分燃烧，从而影响热 效率。以氧化物形式表示.
煤中灰分的组成
2、煤组成-工业分析
第一节 燃烧的性质
燃料是指在燃烧过程中，能够放出 热量，且在经济上可行的物质。 主要燃料是煤、石油和天然气等常 规燃料，以及统称为非常规燃料的 多种其它燃料。


燃料按物理状态分为固体燃料、液 体燃料和气体燃料三类。
固体燃料(1)矿物燃料：煤，不可再生资源 (2)生物质燃料：木材、稷杆、草、粪便 等，可再生资源 气体燃料的优点是是以气态形式燃烧，因此它的燃烧速度 受其蒸发过程控制。 固体燃料的燃烧则受此二种现象控制：燃料中挥发 性组分被蒸馏后以气态燃烧，而遗留下来的固定碳则 以固态燃烧，后者的速率由氧向固体表面的扩散控制。
什么是洗中煤？（P35）
一般炼焦用煤、化工用煤、出口 用煤及某些特殊用煤的原煤，都要 预先送选煤厂洗选。在重力选煤过 程中的中间产物称洗中煤。经过洗 选后的精煤，其灰分、硫分都大大 降低。洗中煤是选煤厂选出的灰分 高于精煤而低于煤矸石的产品。
我国洗中煤的挥发分Vdaf约在25-40 范围内，水分Mar根据脱水程度而异，一 般在10-15，灰分Aar则较高，一般为3040，有的高达50。由于送选的原煤质量都 较好，故洗中煤的发热量多为中等水平， 一般Qnet,ar=16000-21000kJ/kg。洗 中煤由于灰分高，结渣的倾向较大。大多 数为电站锅炉所燃用。因此，洗中煤在动 力燃料中占有相当重要的地位。
瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：一 是瓦斯浓度在5%-16%范围内；二是具 有一定温度的高温热源；三是氧浓度， 一般在12%以上。 爆炸的危害：主要表现在两个方面； 一是产生高温高压导致人员伤亡，破坏 矿井设备；二是产生CO等有害气体，这 是造成人员伤害的主要原因。
煤尘是煤矿生产中的另一大危害。其危害 主要有两个方面：一方面是引起职业病— —煤肺病和煤矽肺；另一方面是煤尘能爆 炸。 煤尘爆炸同样必须具备三个条件：一是煤 尘具有爆炸性，二是空气中浮游煤尘具有 一定的浓度，三是存在能点燃煤尘的引火 源。
三、天然气

是典型的气体燃料，它的组成一般为甲烷85％、 乙烷10％、丙烷3％；含碳更高的碳氢化合物 也可能存在于天然气中。天然气还含有碳氢化 合物以外的其它组分，如H20、CO2、N2 He和 H2S等。
天然气中的硫化氢具有腐蚀性，它的燃烧产物 为硫的氧化物、因此许多国家都规定了天然气 中总硫含量和硫化氢含量的最大允许值。
2、煤组成-工业分析
[4] 固定碳
从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的 部分就是固定碳，是煤的主要可燃物质。 煤中的碳不是以单质状态存在的，而是与 氢、氮、硫、氧等组成有机化合物，32页 图2-1表示煤的一种化学有机结构的理化 模型，煤的结构比这更复杂。
3、煤组成-元素分折
元素分折




是用化学方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、 氢、氮、硫和氧等的含量。 碳和氢是通过燃烧后分析尾气中二氧化碳和水生成量 而测定的。 氮含量的测定是在催化剂作用下使煤中氮转变为 氨．继而用碱吸收，最后用酸滴定。 测定硫的含量，是将样品放在氧化镁和无水碳酸钠的 混合物上加热、使硫化物转变为硫酸盐，再以重量法 测定硫酸钡沉淀而决定的。
4 、煤的成分表示法
(3)干燥基：
以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，以 角码d表示，即
Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad =100% 意义：灰分含量常用干燥基成分表示，因为排除
了水分的影响，干燥基能确切的反应出灰分的 多少。
4 、煤的成分表示法
(4)干燥无灰基：
以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分，叫做干 燥无灰基成分。干燥无灰基用角码daf表示,即: Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf =100% 意义：干燥无灰基成分因为避免了水分和灰分的影响, 比较稳定。煤矿提供的煤质资料为干燥无灰基。 煤质分析结果见表2-2p34 煤的成分表示方法及组成相互关系见图2-3 p34
第二节 燃料燃烧过程
一、影响燃烧过程的主要因素
二、燃料燃烧的理论空气量 三、燃烧产生的污染物 四、 热化学关系式
一、影响燃烧过程的主要因素
包括燃烧过程及燃烧产物与燃料完全燃烧的条件 1、燃烧过程及燃烧产物 燃烧是可燃混合物的快速氧化过程、并伴随着 能量(光和热)的释放，同时使燃料的组成元素 转化为相应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧 的产物是二氧化碳和水蒸气。然而，不完全燃 烧过程将产生黑烟一氧化碳和其它部分氧化产 物等大气污染物。若燃料中含有硫和氮，则会 生成SO2和NO，以污染物形式存在于烟气中。
二、石油
通过蒸馏、裂化和重整过程，生产出各种汽 油、溶剂、化学产品和燃料油。 原油中的硫大部分以有机硫的形式存在、形 成非碳氢化合物的巨大分子团重馏分。重馏 中含硫化合物的量可能占到全部质量的一半 以上。高压下的催化加氢，以破坏C—S—C 键, 形成硫化氢气体，可以达到降低硫的目 的、但费用是很高的。
矸石
采矿过程中，从井下或露天矿采场采 出的或混入矿石中的岩石（废石）。俗 称矸子。煤层中间的薄岩层叫夹石或夹 心矸子。在煤的开采中，大于50毫米的 矸石量占全部煤产量的百分率称为含矸 率。矸石常是煤的灰分增加的重要原因 。 所以在生产过程中应积极采取措施，减 少矸石的混入，降低含矸率，提高原煤 质量。
煤矸石是一种沉积岩,是在煤层形成的时候 就同期形成的,大多数是石灰岩,由于长期受 煤层浸润扩散,也有比较低的含碳量,颜色呈 黑灰色，煤矸石单独燃烧很困难,可以制成 粉末状配合好煤在煤粉炉中燃烧利用,也可 以在特殊设计的沸腾炉中当作燃料。粉煤 灰可以当作建材原料。