第02章 燃烧与大气污染
合集下载
(完整word版)《大气污染控制工程》教案第二章
第二章燃烧与大气污染在大气污染物浓度较高的城市，烟尘、NOx和SO2等主要是由燃料燃烧产生的。
本章侧重介绍燃料燃烧过程的基本原理、污染物的生成机理、以及如何控制燃烧过程，以便减少污染物的排放量。
第一节燃料的性质燃料是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。
常规燃料：煤、燃料油和天然气非常规燃料：除了煤、石油和天然气等常规燃料外，所有可燃性物质都包括在非常规燃料之列。
燃料按物理状态可分为：（1）气体燃料：气体燃料的优点是燃烧迅速，其燃烧状态可基本上由空气与燃料的扩散或混合所控制。
（2）液体燃料：液体燃料也是以气态形式燃烧，因此它的燃烧速度受其蒸发过程控制。
（3）固体激料：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。
一、煤煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体。
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。
1.煤的分类：(1)褐煤：褐煤是由泥煤形成的初始煤化物。
是煤中等级最低的一类，形成年代最短。
呈黑色、褐色、或泥土色，其结构类似木材。
水分和灰分含量都较高，燃烧热值较低。
(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。
成焦性较强，且含氧量低．水分和灰分含量一般不高，适宜工业上的一般应用。
(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。
2.煤的工业分析煤的工业分析包括测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳，以及故测硫含量和热值，这是评价工业用煤的主要指标。
①水分：水分包括外部水分和内部水分。
测定外部水分的方法是：称取一定量的13mm以下粒度的煤样，置于干燥箱内，在318—323K温度下干燥8h，取出冷却．干燥后所失去的水分质量占煤样原来质量的百分数就是煤的外部水分。
大气污染控制工程-讲稿_02燃烧与污染
第2章燃烧与大气污染人类所造成的环境污染物很大一部分也是来自燃烧。
特别是空气污染，其污染源主要是各种燃烧设备。
每年用于防治空气污染的费用中95 %以上是消耗在燃烧装置上的。
由于燃烧而产生的著名污染事件有伦敦烟雾事件（在潮湿的空气中SO2和粉尘的综合作用结果）、洛山矶光化学烟雾事件邙日光下NO x和。
3等产生强烈刺激的二次污染物）等。
而频繁出现的酸雨事件更是令人头痛不已，并曾造成国际纠纷。
我国的酸雨情况更是不容乐观60年代对大气污染来源的统计结果:2.1燃料的性质常规燃料按其物理形态可以分固体燃料、液体燃料和气体燃料三大类。
2.1.1 固体燃料固体燃料包括煤、木材、焦炭等。
煤是一种重要的固体燃料，在我国的能源总消费中煤炭约占3/4以上，用于火力发电、工业锅炉和民用等领域。
1. 煤的分类煤的形成要经历一个很长的时间，分阶段的逐渐转化。
按沉积年代不同，煤被分为褐煤、烟煤和无烟煤三种。
（1）褐煤褐煤形成年代最短，褐煤中的水分和灰分含量都很高，干燥无灰的褐煤中碳含量为60 % ~ 75 %，挥发分为40 % ~ 50 % ;燃烧热值低，低位发热量11.7 ~ 15.5 MJ/kg。
（2）烟煤烟煤的形成历史较长，挥发分含量占19 % ~ 40 %，碳含量为75 % ~90 %，低位发热量15.5 ~ 18.4 MJ/kg。
（3）无烟煤无烟煤是含碳量最高、煤化时间最长的煤。
碳的含量一般高于93 %，无机物含量低于10 %，挥发分小于9 %，低位发热量> 20.9 MJ/kg 。
2. 煤的组成一一工业分析（1）水分：外部水分（45 ~ 50 C下失水）和内部水分（102 ~ 107 C下失水）；（2）灰分：不可燃矿物质总称，主要是铝、硅、铁、钙、镁等的氧化物。
我国煤炭平均灰分为25 % ；（3）挥发分：煤在隔绝空气的条件下加热（干馏）时所释放的气态可燃物；（4）固形碳：从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分。
大气第2章燃烧与大气污染
97.83 (3.78 1) 467.63mol / kg重油
即467.63 22.4 1000
10.47mN3
/
kg重油
36
三、热化学关系式 1.发热量
☆ 发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化， 即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下 (通常为298K和1atm)的热量变化。（kJ/kg or kJ/m3(气体)）。分为高位发热量和低位发热量。
时间条件(time):燃料在高温区的停留时间
燃料与空气的混合条件（湍流度turbulent） 通常把温度、时间和湍流称为燃烧过程的“3T”
24
燃料 木炭 无烟煤 重油 发生炉煤气 氢气 甲烷
表 2-3 燃料的着火温度
着火温度（K） 593-643 713-773 803-853 973-1073 853-873 923-1023
37
发热量
高位发热量:包括燃料燃烧生成物中水蒸气的 汽化潜热qH
低位发热量:燃烧产物中的水蒸气仍以气态存 在时，完全燃烧过程所释放的热量qL
38
若已知燃料中氢和水的含量，qL可由qh减去水蒸气的凝 结热求得。若发热量以kJ/kg表示，则
qL qH 25(9wH wW )
wH、wW----为燃料中氢和水分的质量分数。
39
2.燃烧设备的热损失
（1）排烟热损失：一般锅炉排烟热损失为6-12%， ➢ 影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟体
积。烟温每升高12-15K，排烟热损失可增加1%。 锅炉尾部一般设置省煤器和空气预热器，就是为 了降低排烟温度。
➢ 工业锅炉的排烟温度选取433-473K，大、中型锅
炉的排烟温度选取383-453K。
11
煤的结构模型
即467.63 22.4 1000
10.47mN3
/
kg重油
36
三、热化学关系式 1.发热量
☆ 发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化， 即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下 (通常为298K和1atm)的热量变化。（kJ/kg or kJ/m3(气体)）。分为高位发热量和低位发热量。
时间条件(time):燃料在高温区的停留时间
燃料与空气的混合条件（湍流度turbulent） 通常把温度、时间和湍流称为燃烧过程的“3T”
24
燃料 木炭 无烟煤 重油 发生炉煤气 氢气 甲烷
表 2-3 燃料的着火温度
着火温度（K） 593-643 713-773 803-853 973-1073 853-873 923-1023
37
发热量
高位发热量:包括燃料燃烧生成物中水蒸气的 汽化潜热qH
低位发热量:燃烧产物中的水蒸气仍以气态存 在时，完全燃烧过程所释放的热量qL
38
若已知燃料中氢和水的含量，qL可由qh减去水蒸气的凝 结热求得。若发热量以kJ/kg表示，则
qL qH 25(9wH wW )
wH、wW----为燃料中氢和水分的质量分数。
39
2.燃烧设备的热损失
（1）排烟热损失：一般锅炉排烟热损失为6-12%， ➢ 影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟体
积。烟温每升高12-15K，排烟热损失可增加1%。 锅炉尾部一般设置省煤器和空气预热器，就是为 了降低排烟温度。
➢ 工业锅炉的排烟温度选取433-473K，大、中型锅
炉的排烟温度选取383-453K。
11
煤的结构模型
第二章 燃烧与大气污染2
有机污染物，常常指未燃尽的碳氢化合物，是燃料燃烧不完全的结果。
▪ 主要形成历程
➢ 链烃分子氧化脱氢形成乙烯和乙炔 ➢ 延长乙炔的链形成各种不饱和基 ➢ 不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔 ➢ 不饱和基通过环化反应形成C6－C2型芳香族化合物 ➢ C6－C2基逐步合成为多环有机物
▪ 其它
➢ 比较活泼的碳氢化合物可能是产生光化学烟雾的直接原因
COS h CO S S O2 SO O
O COSCO SO
SO O2 SO2 O
与CS2相比，COS的可燃性较差。
▪ 元素硫的氧化
所有硫化物的火焰中都曾发 现元素硫，通常这种硫呈原子 态或二聚硫S2。低温下纯硫蒸 发时，这些蒸气分子是聚合的， 其分子式为S8。对373K左右的 纯硫氧化物的气相研究表明， 此种氧化反应具有链反应特征。
%
转化率与温度密切相关。H2SO4浓度越高，酸露点越高；烟气露点
升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀。
➢ 在有些燃烧设备中，SO3可以通过催化反应形成
SO2在4300C－6200C条件下与V2O5接触，产生以下反应：
V2O5＋SO2——V2O4＋SO3
2SO2＋O2＋V2O4——2VOSO4
2VOSO4——V2O5＋SO3＋SO2
➢ 碳粒子燃尽的时间与粒子的初始直径、表面温度、氧气浓度等有关
➢ 减少燃煤层气中未燃尽碳粒的主要途径应当是改善燃料和空气的混合， 保证足够高的燃烧温度，以及碳粒在高温区必要的停留时间。
➢ 燃烧碳层中成分和温度分布
▪ 影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素
➢ 燃煤尾气中飞灰的浓度和粒度与煤质、燃烧方式、烟气流速、炉排 和炉膛的热负荷、锅炉运行负荷以及锅炉结构等多种因素有关。
▪ 主要形成历程
➢ 链烃分子氧化脱氢形成乙烯和乙炔 ➢ 延长乙炔的链形成各种不饱和基 ➢ 不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔 ➢ 不饱和基通过环化反应形成C6－C2型芳香族化合物 ➢ C6－C2基逐步合成为多环有机物
▪ 其它
➢ 比较活泼的碳氢化合物可能是产生光化学烟雾的直接原因
COS h CO S S O2 SO O
O COSCO SO
SO O2 SO2 O
与CS2相比，COS的可燃性较差。
▪ 元素硫的氧化
所有硫化物的火焰中都曾发 现元素硫，通常这种硫呈原子 态或二聚硫S2。低温下纯硫蒸 发时，这些蒸气分子是聚合的， 其分子式为S8。对373K左右的 纯硫氧化物的气相研究表明， 此种氧化反应具有链反应特征。
%
转化率与温度密切相关。H2SO4浓度越高，酸露点越高；烟气露点
升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀。
➢ 在有些燃烧设备中，SO3可以通过催化反应形成
SO2在4300C－6200C条件下与V2O5接触，产生以下反应：
V2O5＋SO2——V2O4＋SO3
2SO2＋O2＋V2O4——2VOSO4
2VOSO4——V2O5＋SO3＋SO2
➢ 碳粒子燃尽的时间与粒子的初始直径、表面温度、氧气浓度等有关
➢ 减少燃煤层气中未燃尽碳粒的主要途径应当是改善燃料和空气的混合， 保证足够高的燃烧温度，以及碳粒在高温区必要的停留时间。
➢ 燃烧碳层中成分和温度分布
▪ 影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素
➢ 燃煤尾气中飞灰的浓度和粒度与煤质、燃烧方式、烟气流速、炉排 和炉膛的热负荷、锅炉运行负荷以及锅炉结构等多种因素有关。
第二章 燃烧与大气污染
燃料是指用以产生热量或动力的可燃性物质， 燃料是指用以产生热量或动力的可燃性物质，主要是 含碳物质或碳氢化合物，如煤、焦炭、木柴、石油、 含碳物质或碳氢化合物，如煤、焦炭、木柴、石油、 天然气、发生炉煤气等。 天然气、发生炉煤气等。 一、燃料的分类
按获得方法分 按物态分 固体燃料 液体燃料 气体燃料 天然燃料 木柴、煤、油页岩 木柴、 石油 天然气 人工燃料 木炭、焦炭、煤粉等 木炭、焦炭、 汽油、煤油、柴油、 汽油、煤油、柴油、 重油 高炉煤气、 高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
第二章 燃烧与大气污染
本章主要内容
主要的大气污染物：烟尘、NOx和 主要的大气污染物：烟尘、NOx和 SO2源于燃料燃烧 燃料燃烧过程的基本原理； 燃料燃烧过程的基本原理； 污染物的生成机理； 污染物的生成机理； 如何控制燃烧过程， 如何控制燃烧过程，以便减少污染物 的排放量。 的排放量。
第一节 燃料的性质
mf m a 114 114 = = 12.5(32 + 3.78 × 28) 1723 = 0.0662 s
气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。 气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。 燃烧产物的总摩尔数为8 47.25＝64.25，因此烟气组成为： 燃烧产物的总摩尔数为8＋9＋47.25＝64.25，因此烟气组成为：
３、煤的元素分析
用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分 硫和氧的含量 的含量。 碳、氢、氮、硫和氧的含量。 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定 在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收， 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收， 滴定 与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应， 硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，S 定 SO42-，滴
按获得方法分 按物态分 固体燃料 液体燃料 气体燃料 天然燃料 木柴、煤、油页岩 木柴、 石油 天然气 人工燃料 木炭、焦炭、煤粉等 木炭、焦炭、 汽油、煤油、柴油、 汽油、煤油、柴油、 重油 高炉煤气、 高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
第二章 燃烧与大气污染
本章主要内容
主要的大气污染物：烟尘、NOx和 主要的大气污染物：烟尘、NOx和 SO2源于燃料燃烧 燃料燃烧过程的基本原理； 燃料燃烧过程的基本原理； 污染物的生成机理； 污染物的生成机理； 如何控制燃烧过程， 如何控制燃烧过程，以便减少污染物 的排放量。 的排放量。
第一节 燃料的性质
mf m a 114 114 = = 12.5(32 + 3.78 × 28) 1723 = 0.0662 s
气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。 气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。 燃烧产物的总摩尔数为8 47.25＝64.25，因此烟气组成为： 燃烧产物的总摩尔数为8＋9＋47.25＝64.25，因此烟气组成为：
３、煤的元素分析
用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分 硫和氧的含量 的含量。 碳、氢、氮、硫和氧的含量。 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定 在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收， 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收， 滴定 与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应， 硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，S 定 SO42-，滴
大气污染控制工程燃烧与大气污染
例 2-5 ： 已知某电厂烟气温度为 473K， 压力为 已知某电厂烟气温度为473 K
解：（1）污染物排放的质量流量为： 污染物排放的质量流量为：
22 . 7 Kg 60 min h t × × 24 × = 32 . 7 t / d min h d 1000 Kg
（2）测定条件下的干空气量为： 测定条件下的干空气量为：
第2章燃烧与大气污染(2) 章燃烧与大气污染(2)
教学内容
§1燃料的性质 §2燃料燃烧过程 §3烟气体积及污染物排放计算 §4燃烧过程中硫氧化物的形成 §5燃烧过程中颗粒物的形成 §6燃烧过程中其他污染物的形成
§3 烟气体积及污染物排放量计算
一．烟气体积计算 １. 理论烟气体积
在理论空气量下， 在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称 表示， 烟气成分主要是CO 为理论烟气体积。 为理论烟气体积 。 以 Vfg0 表示 ， 烟气成分主要是 CO2 、 SO2、N2和水蒸气。 和水蒸气。 干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气； 干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气； 湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。 湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。
1.648 × 100 = 13.69% 12.04
9 6 . 9 3 Kpa, 湿 烟 气 量 Q=10400m3/min， 含 水 汽 Q=10400m /min， 6 . 25 % （ 体积 ） ， 奥萨特仪分析结果是 ： CO2 占 25% 体积） 奥萨特仪分析结果是： 10.7%， O2占 8.2%， 不含 CO，污染物排放的质量 10. 不含CO， 流量为22. kg/min。 流量为22.7kg/min。 污染物排放的质量速率（ t/d表示 表示） （1） 污染物排放的质量速率（以t/d表示） （2） 污染物在烟气中浓度 （3） 烟气中空气过剩系数 校正至空气过剩系数α （4）校正至空气过剩系数α=1.4时污染物在烟气 中的浓度。 中的浓度。
第02章 燃烧与大气污染2汇总
12.5＋63.17＋0.5－2.313＝73.857mol
需要的实际空气量为：
73.857×（1＋3.78）×（1＋20％）×（1＋0.0116） ＝428.56mol 产生的烟气量为： （25＋63.17＋0536＋0.5）＋428.56－73.857 ＝443.9mol
烟气的组成为：
CO2：63.17/443.9×100％＝14.23％ SO2 ：0.5 /443.9×100％＝0.11％ H2O ：（25＋423.64×0.0116）/443.9＝6.74％ O2 ：73.857×0.2/443.9＝3.33％ N2 ：（73.857×3.78×1.2＋0.536）/443.9＝75.59％
height
Jet velocity
乙炔火焰中生碳反应过程
石油焦和煤胞的生成
✓ 燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生 液相裂化和高温分解，出现结焦
✓ 多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞，难以燃烧。 ✓ 焦粒生成反应的顺序：烷烃 烯烃 带支链芳烃 凝聚
环系 沥青 半园体沥青 沥青焦 焦炭
积炭的生成
1. 核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳 2. 核表面上发生非均质反应 3. 较为缓慢的聚团和凝聚过程
燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 积炭的生成与火焰的结构有关 提高氧气量可以防止积炭生成 压力越低则积炭的生成趋势越小
火焰的结构
预混火焰：气体燃料和空气在燃烧前充分混合 （ bursen burner, meeker burner）
第二章 燃烧与大气污染(2)
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
需要的实际空气量为：
73.857×（1＋3.78）×（1＋20％）×（1＋0.0116） ＝428.56mol 产生的烟气量为： （25＋63.17＋0536＋0.5）＋428.56－73.857 ＝443.9mol
烟气的组成为：
CO2：63.17/443.9×100％＝14.23％ SO2 ：0.5 /443.9×100％＝0.11％ H2O ：（25＋423.64×0.0116）/443.9＝6.74％ O2 ：73.857×0.2/443.9＝3.33％ N2 ：（73.857×3.78×1.2＋0.536）/443.9＝75.59％
height
Jet velocity
乙炔火焰中生碳反应过程
石油焦和煤胞的生成
✓ 燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生 液相裂化和高温分解，出现结焦
✓ 多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞，难以燃烧。 ✓ 焦粒生成反应的顺序：烷烃 烯烃 带支链芳烃 凝聚
环系 沥青 半园体沥青 沥青焦 焦炭
积炭的生成
1. 核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳 2. 核表面上发生非均质反应 3. 较为缓慢的聚团和凝聚过程
燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 积炭的生成与火焰的结构有关 提高氧气量可以防止积炭生成 压力越低则积炭的生成趋势越小
火焰的结构
预混火焰：气体燃料和空气在燃烧前充分混合 （ bursen burner, meeker burner）
第二章 燃烧与大气污染(2)
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
中农大大气污染控制课件第2章 燃烧与大气污染-1燃料性质、燃烧过程及计算
无烟煤 碳含量高于93%，无机物含量低于10%， 煤化时间最长，具有明显黑色光泽，机械 强度高，成焦性极差，储存稳定，不易自 燃。
1.煤的分类
煤的详细分类
2.煤的工业分析（ proximate analysis ）
煤的工业分析，又叫煤的技术分析或实用分析，是评 价煤质的基本依据。
在国家标准中，煤的工业分析包括煤的水分、灰分、 挥发分和固定碳等指标的测定。
2.煤的工业分析
固定碳 ：从煤中扣除水分、灰分及挥发分后剩下的部 分就是固定碳，是煤中的主要可燃物质。
煤中的碳与氢、氮、硫、氧等组成有机化合物，结构 复杂多变。
失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在 80020C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。 焦炭所失去的重量为固定碳。
3.煤的元素分析（ ultimate analysis ）
第二章 燃烧与大气污染
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 燃烧过程计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
学习要求
了解常见民用及工业燃料的组成和性质； 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； 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
挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度， 挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达 70%，褐煤一般为40～60%，烟煤一般为10～50%，高变质的无 烟煤则小于10%。煤的挥发分和煤岩组成有关，角质类的挥发分 最高，镜煤、亮煤次之，丝碳最低。所以世界各国和我国都以煤 的挥发分作为煤分类的最重要的指标。
(2)内在水分(Wn)吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔中的水，它主要 以物理化学方式(吸附等)与煤相连结着，较难蒸发，故蒸气压小 于纯水的蒸汽压 。将风干煤加热到105～110℃时所失去的水分 为内在水分，失去内在水分的煤称为绝对干燥煤或干煤。
1.煤的分类
煤的详细分类
2.煤的工业分析（ proximate analysis ）
煤的工业分析，又叫煤的技术分析或实用分析，是评 价煤质的基本依据。
在国家标准中，煤的工业分析包括煤的水分、灰分、 挥发分和固定碳等指标的测定。
2.煤的工业分析
固定碳 ：从煤中扣除水分、灰分及挥发分后剩下的部 分就是固定碳，是煤中的主要可燃物质。
煤中的碳与氢、氮、硫、氧等组成有机化合物，结构 复杂多变。
失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在 80020C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。 焦炭所失去的重量为固定碳。
3.煤的元素分析（ ultimate analysis ）
第二章 燃烧与大气污染
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 燃烧过程计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
学习要求
了解常见民用及工业燃料的组成和性质； 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； 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
挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度， 挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达 70%，褐煤一般为40～60%，烟煤一般为10～50%，高变质的无 烟煤则小于10%。煤的挥发分和煤岩组成有关，角质类的挥发分 最高，镜煤、亮煤次之，丝碳最低。所以世界各国和我国都以煤 的挥发分作为煤分类的最重要的指标。
(2)内在水分(Wn)吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔中的水，它主要 以物理化学方式(吸附等)与煤相连结着，较难蒸发，故蒸气压小 于纯水的蒸汽压 。将风干煤加热到105～110℃时所失去的水分 为内在水分，失去内在水分的煤称为绝对干燥煤或干煤。
大气污染第02章 燃烧与大气污染2
2 2
H2S的直接氧化
SO
2
O
[SO] , [OH]max,[SO2] max
生成OH
O H 2S O H S H H
2
O OH H
2
H O
生成水
OH O
2
OH H
H 2O H
二. SO2和SO3之间的转化
反应方程式 低浓度的SO3通过反应（1）产生于燃烧过程中。 SO2 + O + M SO3 + M （1） SO3 + O SO2 + O2 （2） SO3 + H SO2 + OH （3） SO3 + M SO2 + O + M （4）
是否产生积碳主要取决于核化步骤和氧化这些中间体的反应速率是否 较快：
燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 积炭的生成与火焰的结构有关 提高氧气量可以防止积炭生成 压力越低则积炭的生成趋势越小
1. 碳粒子的生成
火焰的结构
预混火焰：气体燃料和空气在燃烧前充分混合 （ bursen burner, meeker burner） 扩散火焰：燃料和空气分别进入燃烧区，混合然后 发生反应（实际中应用最多），不同的区域有不同 的 (0～) 值
燃烧时, 故一般主要生成SO2,计算时可忽略SO3。
二、SOx的控制
1、重油脱硫
重油脱硫常用的方法：在钼、钴和镍等的 金属氧化物催化剂作用下，通过高压加氢反应， 加断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时氢 与硫作用形成H2S，从重油中分离出来。
重油脱硫的困难: (1)要彻底加工燃料，破坏了原来的组织。 （2）产生新的产物：固、液、气态物。
H2S的直接氧化
SO
2
O
[SO] , [OH]max,[SO2] max
生成OH
O H 2S O H S H H
2
O OH H
2
H O
生成水
OH O
2
OH H
H 2O H
二. SO2和SO3之间的转化
反应方程式 低浓度的SO3通过反应（1）产生于燃烧过程中。 SO2 + O + M SO3 + M （1） SO3 + O SO2 + O2 （2） SO3 + H SO2 + OH （3） SO3 + M SO2 + O + M （4）
是否产生积碳主要取决于核化步骤和氧化这些中间体的反应速率是否 较快：
燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 积炭的生成与火焰的结构有关 提高氧气量可以防止积炭生成 压力越低则积炭的生成趋势越小
1. 碳粒子的生成
火焰的结构
预混火焰：气体燃料和空气在燃烧前充分混合 （ bursen burner, meeker burner） 扩散火焰：燃料和空气分别进入燃烧区，混合然后 发生反应（实际中应用最多），不同的区域有不同 的 (0～) 值
燃烧时, 故一般主要生成SO2,计算时可忽略SO3。
二、SOx的控制
1、重油脱硫
重油脱硫常用的方法：在钼、钴和镍等的 金属氧化物催化剂作用下，通过高压加氢反应， 加断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时氢 与硫作用形成H2S，从重油中分离出来。
重油脱硫的困难: (1)要彻底加工燃料，破坏了原来的组织。 （2）产生新的产物：固、液、气态物。
《大气污染物控制工程》燃烧与大气污染
Cd + H d +Od + Nd + S d + Ad =100%
干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
Cdaf + H daf + Odaf + N daf + S daf = 100%
三、煤的性质 3、煤的成分的表示方法
ar ad d daf
A Sly 灰分
C 固定碳
固体部分 （焦炭）
O + SO → SO2 + h
在所有的情况下，SO都作为一种重要的反应中间体
二、硫的氧化机理 有机硫化物的氧化
RCH2SSCH2R O2 RCH2S S CHR HO2 RCH2SS CHR RCH2S RCHS RCH2S RH RCH2SH R RSH O2 RS HO2 RS O2 R SO2
原油中还含有微量金属，如钒、镍、氯、砷、铅等。
氢含量增加时，比重减少，发热量增加
五、天然气的组成与性质
典型的气体燃料 一般组成为甲烷85％、
乙烷10％、丙烷3％ 单位热量产生的CO2最少，且无灰分，是最清洁的化石燃料 天然气中还含有H2O、CO2、N2、He、H2S等。
东华大学
第二章 燃烧与大气污染
磷黄铁矿(Fe1-xS)
无机硫
黄铜矿(CuFeS2)
石膏(CaSO4·2H2O)
煤
硫酸盐硫 绿矾(FeSO4 ·7H2O)
中
重晶石(BaSO4)
硫 的
硫醇或醚基化合物（R-SH)
形
硫醚(R-S-R)
态
有机硫
二硫醇羧(R-S-S-R)
噻吩类环硫化物
环醌化合物
元素硫
干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
Cdaf + H daf + Odaf + N daf + S daf = 100%
三、煤的性质 3、煤的成分的表示方法
ar ad d daf
A Sly 灰分
C 固定碳
固体部分 （焦炭）
O + SO → SO2 + h
在所有的情况下，SO都作为一种重要的反应中间体
二、硫的氧化机理 有机硫化物的氧化
RCH2SSCH2R O2 RCH2S S CHR HO2 RCH2SS CHR RCH2S RCHS RCH2S RH RCH2SH R RSH O2 RS HO2 RS O2 R SO2
原油中还含有微量金属，如钒、镍、氯、砷、铅等。
氢含量增加时，比重减少，发热量增加
五、天然气的组成与性质
典型的气体燃料 一般组成为甲烷85％、
乙烷10％、丙烷3％ 单位热量产生的CO2最少，且无灰分，是最清洁的化石燃料 天然气中还含有H2O、CO2、N2、He、H2S等。
东华大学
第二章 燃烧与大气污染
磷黄铁矿(Fe1-xS)
无机硫
黄铜矿(CuFeS2)
石膏(CaSO4·2H2O)
煤
硫酸盐硫 绿矾(FeSO4 ·7H2O)
中
重晶石(BaSO4)
硫 的
硫醇或醚基化合物（R-SH)
形
硫醚(R-S-R)
态
有机硫
二硫醇羧(R-S-S-R)
噻吩类环硫化物
环醌化合物
元素硫
大气 第2章 燃烧与大气污染-
TiO2 Na2OK2O
SO3
含量% 0.3-4 0.5-2.5 1-4 0.1-12
12
煤的结构模型
13
3.煤的元素分析及成分表示方法
煤中主要成分包括：碳、氧、氮、硫等元素。 常用的基准有：收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰
基四种。 ☆
14
☆收到基（ar-as received）
以全部灰分和水分的燃料作为100%成分。 各收到基成分的总和用下式表示：
9.8 7 3 (3 .7 8 1 )4.6m 7 3/k o重 g l 油
即 46.67 31 2.0 4 2 010 .4 0m 7N 3/k重 g 油
37
三、热化学关系式 1.发热量
☆ 发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化， 即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下 (通常为298K和1atm)的热量变化。（kJ/kg or kJ/m3(气体)）。分为高位发热量和低位发热量。
28
由此可得燃料与空气中氧完全燃烧的化学 反应方程式。
CXHYSZO W(x4 yzw 2)O23.7(8x4 yzw 2)N2 xC2O 2 yH2OzS2 O3.7(8x4 yzw 2)N2Q
29
那么，理论空气量
V a 0 2 .4 2 4 .7 ( x 8 4 y z w 2 ) /1 ( x 2 1 .0y 0 3 z 8 2 1 w )6 1.1 0 (x y 7 z w )/1 (x 2 1 .0y 0 3 z 8 2 1 w ) m 6 3 /kg 42 一般煤的理论空气量 Va0 49m3/kg 液体燃料的 Va0 101m 13/kg
35
解：以1kg重油燃烧为基础，则：
燃烧与大气污染
Vy Vyo 1.016(a 1)Vko
VyVo ຫໍສະໝຸດ O2Vo SO2Vo N2
Vo H2O
1.016(a 1)Vko
•§2.3.1 污染物排放量的计算
• 通过测定烟气中污染物的浓度，根据实际排烟 量，很容易计算污染物排放量。但在很多情况下， 需要根据同类燃烧设备的排污系数，燃料组成和燃 烧情况，预测烟气量和污染物浓度。
•§2.4 燃烧过程硫氧化物的形成与控制 •§2.4.1硫氧化物发生机制
燃料燃烧过程中硫氧化物生成的主要化学反应为
•单体硫的燃烧： •硫铁矿的燃烧
S O2 SO2
SO2
1 2
O2
SO3
4FeS2 11O2 2Fe2O3 8SO2
SO2
1 2
O2
SO3
• 硫醚等有机硫的燃烧
• CH3CH2
• §2.2.燃烧产生的污染物 • 燃烧烟其主要有颗粒物、氧化物、氧化剂 及惰性气
体组成。主要物按物有硫氧化物、氮氧化物、碳氧化 物、碳氢化合物、飞灰等。其形成与燃料种类、燃烧 条件等有关。
• §2.3 燃烧过程污染物排放量计算 • §2.3.1 烟气体积计算 • 1.理论烟气体积 • 若供给燃料以理论空气量，燃料完全燃烧，烟气中
•
振动炉：
烟尘浓度 ~7 g / Nm3；
•
抛煤机炉：
烟尘浓度 9 ~ 13 g / Nm3
燃煤锅炉初始排放最高允许烟尘浓度和烟气黑度
燃烧方式
烟尘浓度(mg/m3)
Ⅰ时段
Ⅱ时段
烟气黑度 (林格曼黑度,级)
煤炭灰分
煤炭灰分
层燃炉
Aad≤18% Aad≤10% 10%≤Aad≤18%
1
第02章 燃烧与大气污染01
硫
选择题
• 煤种哪些成分是可燃的？
• (1) C (2) H (3) O (4) N (5) S
C
H
S
3、煤中硫的形态
4、煤的实验室分析
【工业分析】
煤的工业分析包括测定煤中的水分、 灰分、挥发分和固定碳，以及估测硫含 量和热值，这是评价工业用煤的主要指 标。
【元素分析】
煤的元素分析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
• 液体燃料的 Va0 = 10~11 m3／kg， • 天然气的 Va0 = 8.0~19.5 m3／m3。
例题2-2 • 假定煤的化学组成以质量计为：C: 77.2%; H: 5.2%; N:1.2%; S: 2.6%; O: 5.9%; 灰分：7.9%。试计算这 种煤燃烧时的理论空气量
2.3.3 空气过剩系数
2.1.3 天然气 ——典型的气体染料
• 天然气是从地下产生的含碳氢化合物的 气体，是典型的气体燃料。一般含85％ 甲烷、10％乙烷、3％丙烷，还含有少 量乙烯、氮气、氦气和二氧化碳，痕量 成分为硫化氢和硫醇。 • • 天然气的碳氢比约为 1：4，密度 7.5×10-4g/cm3，平均热值 8900-9800 kcal/mN3。
2.1.4 非常规染料
• • • • • • • • 城市固体废弃物； 商业和工业固体废弃物； 农产物及农村废弃物； 水生植物和水生废物； 污水处理厂污泥； 可燃性工业和采矿废物； 天然存在的含碳和含碳氢的资源； 合成燃料。
城市固体废弃物
比较燃料各自的特点
2.2 燃烧过程
2.2.1 燃料的燃烧过程
5. 煤的成分表示方法
煤中水分和灰分受外界条件的影响，其百分比必 然也随之改变。要确切说明煤的特性，必须同时指明 百分比的基准。
大气污染控制工程 第02章_燃烧与大气污染
以上组分的量均可由烟气分析仪测定。
2.污染物排放量计算
▪ 方法：
✓ 根据实测的污染物浓度和排烟量
✓ 根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况预 测烟气量和污染物浓度
➢ 排放因子（Emission Factor）
2.污染物排放量计算
▪ 排放因子举例（烟煤、次烟煤－SOx、NOx、CO）
第二章 燃烧与大气污染
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
第一节 燃料的性质
1. 燃料的分类
按获得方法分 按物态分
天然燃料
人工燃料
固体燃料
木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等
液体燃料 气体燃料
石油 天然气
在实验室内进行燃料分析时的试样成分
Cad H ad Oad N ad Sad Aad W ad 100%
4.煤的分类和组成
✓ 干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基 更能反映出灰分的多少
Cd H d Od N d Sd Ad 100%
✓ 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
▪ 煤的基本分类
褐煤
最低品味的煤，形成年代最短，热值较低
烟煤
形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性较强，适宜工 业一般应用
无烟煤
煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性差,发热量 大
4.煤的分类和组成
▪ 煤的成分分析
✓ 工业分析（ proximate analysis ）
➢ 决定燃料的消耗量
❖ 杂质
➢ 污染物产生的来源
第二节 燃料燃烧过程
1.影响燃烧过程的主要因素
2.污染物排放量计算
▪ 方法：
✓ 根据实测的污染物浓度和排烟量
✓ 根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况预 测烟气量和污染物浓度
➢ 排放因子（Emission Factor）
2.污染物排放量计算
▪ 排放因子举例（烟煤、次烟煤－SOx、NOx、CO）
第二章 燃烧与大气污染
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
第一节 燃料的性质
1. 燃料的分类
按获得方法分 按物态分
天然燃料
人工燃料
固体燃料
木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等
液体燃料 气体燃料
石油 天然气
在实验室内进行燃料分析时的试样成分
Cad H ad Oad N ad Sad Aad W ad 100%
4.煤的分类和组成
✓ 干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基 更能反映出灰分的多少
Cd H d Od N d Sd Ad 100%
✓ 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
▪ 煤的基本分类
褐煤
最低品味的煤，形成年代最短，热值较低
烟煤
形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性较强，适宜工 业一般应用
无烟煤
煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性差,发热量 大
4.煤的分类和组成
▪ 煤的成分分析
✓ 工业分析（ proximate analysis ）
➢ 决定燃料的消耗量
❖ 杂质
➢ 污染物产生的来源
第二节 燃料燃烧过程
1.影响燃烧过程的主要因素
第02章燃烧与大气污染.ppt
汽车动力系统
Carbon Dioxide
Water Vapor
Fuel +
Oxygen
Ignition
Energy动能、热能
汽车传动系统机械效率ηet 汽油车: 0.25~0.3 柴油车: 0.3~0.45
汽车动力系统
因此，通过提高发动机的热效率或者其他减少汽车发 动机燃料消耗的方法(例如减少车辆自重)，对于减少
形成历程 1.链烃分子氧化脱氢形成乙烯CH2=CH2和乙炔 CH=CH 2.不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔 3.不饱和基通过环化反应形成C6－C2型芳香族化合物 4.C6－C2基逐步合成为多环有机物
1.有机污染物的形成
➢ 比较活泼的碳氢化合物可能是产生光化学烟雾的直 接原因
➢ 碳氢化合物的产生量与燃料组成密切相关:烯烃和 芳香烃的燃料浓度大。
一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制
不同燃料中硫存在的形态
1）式气存体在燃，料少：量9有5%机无硫机（硫C，S2主、要CO以S硫、化CH氢3SHH2S、形 C4H4S、CH2SCH3）
2）液体燃料：主要以硫化氢、单质硫和各种有 机硫化物形式存在，有机硫以噻吩类居多。
3）固体燃料： 可燃硫：有机硫（30~40%）、硫铁矿硫
3. Hg的形成与排放
燃煤排入大气的汞分为三种形态：气态 元素汞（Hgo），气态二价汞（Hg2+）， 颗粒态汞（Hgp）。在通常炉膛温度下， 煤中汞几乎全部以Hgo形式进入烟气中， 在烟气冷却过程中，部分Hgo同其他燃烧 产物相互作用转化为Hg2＋和Hgp。
3. Hg的形成与排放
2000年排放量
物理法脱硫—基于煤中的硫与煤基体的物 理化学性质（如密度、导电性、悬浮性） 不同来脱除煤炭中无机硫的方法。如重力 脱硫法、浮选法脱硫、磁电脱硫法。
天津大学 环境化学化工 大气治理部分 第2章 燃烧与大气污染
温度对燃烧产物 的绝对量和相对 量都有影响
燃料种类和燃烧 方式对燃烧产物 也有影响
5.1 燃烧污染物－硫氧化物
有机硫的分解温度较低 无机硫的分解速度较慢 含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色，由于反应：
在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体
O SO SO2 hv
5.2 燃烧污染物－燃煤烟尘
3. 燃料组成及对燃烧的影响：固体燃料
硫以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫（挥发硫）和硫酸盐硫。前两种 能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2 占95%以上。
有机硫：以各种官能团形式存在，如噻吩、芳香基硫化物、环硫化物、 脂肪族硫化物及硫醇等，需要采用化学方法进行脱硫。
5.7 燃烧污染物－二恶英
• “二恶英”(Dioxin)：氯代含氧三环芳烃类化合物。无色无味、 脂溶性，包括210种化合物，毒性是氰化物的130倍，砒霜的 900倍，目前世界上已知的毒性最强的有毒化合物。
• 二恶英的发生源:
– 一是在制造包括农药在内的化学物质，尤其是氯系化学物 质,象杀虫剂、除草剂、木材防腐剂、落叶剂（美军用于 越战）、多氯联苯等产品的过程中派生；
• 烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：
黑烟：未燃尽的碳粒
飞灰：不可燃矿物质微粒，灰分中含有Hg、As、Se、Pb、 Cu、Zn等污染元素
• 煤粉燃烧过程:碳表面的燃烧产物为CO，它扩散离开表面并与
O2反应
灰层
外扩散
碳层
• 理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟
Cm H n
O2
2CO
2 n
3.燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv
• Sample: C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%, S: 2.6%, O: 5.9% and ash: 7.9% by weight. Determine the normalized molar composition.
燃料种类和燃烧 方式对燃烧产物 也有影响
5.1 燃烧污染物－硫氧化物
有机硫的分解温度较低 无机硫的分解速度较慢 含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色，由于反应：
在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体
O SO SO2 hv
5.2 燃烧污染物－燃煤烟尘
3. 燃料组成及对燃烧的影响：固体燃料
硫以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫（挥发硫）和硫酸盐硫。前两种 能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2 占95%以上。
有机硫：以各种官能团形式存在，如噻吩、芳香基硫化物、环硫化物、 脂肪族硫化物及硫醇等，需要采用化学方法进行脱硫。
5.7 燃烧污染物－二恶英
• “二恶英”(Dioxin)：氯代含氧三环芳烃类化合物。无色无味、 脂溶性，包括210种化合物，毒性是氰化物的130倍，砒霜的 900倍，目前世界上已知的毒性最强的有毒化合物。
• 二恶英的发生源:
– 一是在制造包括农药在内的化学物质，尤其是氯系化学物 质,象杀虫剂、除草剂、木材防腐剂、落叶剂（美军用于 越战）、多氯联苯等产品的过程中派生；
• 烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：
黑烟：未燃尽的碳粒
飞灰：不可燃矿物质微粒，灰分中含有Hg、As、Se、Pb、 Cu、Zn等污染元素
• 煤粉燃烧过程:碳表面的燃烧产物为CO，它扩散离开表面并与
O2反应
灰层
外扩散
碳层
• 理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟
Cm H n
O2
2CO
2 n
3.燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv
• Sample: C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%, S: 2.6%, O: 5.9% and ash: 7.9% by weight. Determine the normalized molar composition.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、无机汞化合物
氧化汞：用作电池的阳极
3、有机汞化合物
沉积于河底的汞离子，经过厌氧细菌的作用，在甲基维生素B12存 在下，形成甲基汞和二甲基汞，甲基汞能积聚在水生生物中，参加 食物链，使汞在鱼体内富集浓缩，达到极高浓度。如日本水俣湾鱼 体中，甲基汞浓度达1～20 mg/kg。
3. Hg的形成与排放
几种燃烧方式的烟尘颗粒概况
2. 燃煤烟尘的形成
影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素——运行负荷
3. 大气污染物排放标准
火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011 2012年1月1日起实施
调整了大气污染物排放浓度限值
规定了现有火电锅炉达到更加严格的排放浓度限制的时 限
取消了全厂二氧化硫最高允许排放速率的规定
1.有机污染物的形成
比较活泼的碳氢化合物可能是产生光化学烟雾的直 接原因 碳氢化合物的产生量与燃料组成密切相关 燃料与空气的充分混合可降低有机物的含量，但不 利于NOx的控制
2. CO的形成
CO是所有大气污染物中量最大、分布最广的一种
CO的全球排放量为200×106t/a 燃料中的碳都先形成CO，然后进一步氧化
积炭的生成与火焰的结构有关 燃料的分子结构是影响积炭的主导因素
压力越低则积炭的生成趋势越小 提高氧气量可以防止积炭生成
1. 碳粒子的生成
火焰的结构
预混火焰：气体燃料和空气在燃烧前充分混 合
扩散火焰：燃料和空气分别进入燃烧区，混 合然后发生反应（实际中应用最多）。
1. 碳粒子的生成
增设了燃气锅炉大气污染物排放浓度限值
增设了大气污染物特别排放限值
第六节 燃烧过程中其他污染物的形成
1.有机污染物的形成
一般指未燃尽的碳氢化合物，是燃料不完全燃烧的结果
形成历程 1. 链烃分子氧化脱氢形成乙烯和乙炔 2. 延长乙炔的链形成各种不饱和基 3. 不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔 4. 不饱和基通过环化反应形成C6－C2型芳香族化 合物 5. C6－C2基逐步合成为多环有机物
COS hv CO S S O2 SO O O COS CO SO SO O2 SO2 O
1.硫的氧化机理
元素S的氧化
S8 S 7 S S O 2 SO O S 8 O SO S S 6 SO O SO * SO 2 hv 2 SO O 2 SO 2 O SO 2 O 2 SO 3 O SO 2 O M SO 3 M
2. SO2和SO3之间的转化
SO，SO3浓度达到最大
d SO3 k1 SO 2 O M k2 SO3 O dt
S O 3 m ax
在富燃料的碳氢化合物火焰中，[O]浓度低得多，SO3 的消耗主要为反应（3），SO3的最大浓度：
第四节 燃烧过程中硫氧化物的形成
1.硫的氧化机理
有机硫的分解温度较低 700-800K
无机硫的分解速度较慢
含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色，由于反应：
O SO SO2 hv
在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体
1.硫的氧化机理
H2S的氧化
O H 2S S O H 2 SO O 2 SO 2 O O H 2S O H S H H 2 O OH H H O2 OH O O H H 2 H 2O H
Hg对人的肾和神经系统有危害
煤碳燃烧是Hg的一大来源 煤中Hg的析出率与燃烧条件有关。燃烧温度>900oC时， 还原性气氛的析出率低于氧化性气氛
析出率>90％
Hg排放控制是燃煤污染控制的新课题之一
黑烟：未燃尽的碳粒 飞灰：不可燃矿物质微粒
煤粉燃烧过程 靠近碳表面的燃烧产物为CO，它扩散离开表面并与O2 反应
灰 层
碳层
2. 燃煤烟尘的形成·
燃烧碳层中成分和温度分布
2. 燃煤烟尘的形成
煤粉燃烧过程
研究证明，碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟 2 CmHn O2 2CO H2 (m 2 )Cs n 易燃烧又少出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤 焦炭 褐煤 低挥发分烟煤 高挥发分烟煤 碳粒子燃尽的时间与粒子的初始直径、表面温度、 氧气浓度等有关
%
转化率与温度密切相关
H2SO4浓度越高，酸露点越高
烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀
2. SO2和SO3之间的转化
SO3的转化率/%
第五节 燃烧过程中颗粒物的形成
1.碳粒子的生成
积炭的生成
1. 2. 3.
核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳 核表面上发生非均质反应 较为缓慢的聚团和凝聚过程
1.硫的氧化机理
CS2和COS的氧化
CS 2 O 2 CS SOO CS O 2 CO SO SO O 2 SO 2 O O CS 2 CS SO CS O CO S O CS 2 COS S S O 2 SO O
2. 燃煤烟尘的形成
高灰分燃料的扩散燃烧
2. 燃煤烟尘的形成
影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素
煤质 燃烧方式
烟气流速
炉排和炉膛的热负荷 锅炉运行负荷 锅炉结构
2. 燃煤烟尘的形成
影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素——煤质
2. 燃煤烟尘的形成
几种燃烧方式的烟尘百分比
2. 燃煤烟尘的形成
石油焦和煤胞的生成
燃料油滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液
相裂化和高温分解，出现结焦
多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞，难以燃烧。 焦粒生成反应的顺序：烷烃 烯烃 带支链芳烃 凝聚 环系 沥青 半园体沥青 沥青焦 焦炭
2. 燃煤烟尘的形成
烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：
k 1 S O 2 M k2
SO 3 m ax
k 1 SO 2 M O k3 H
2. SO2和SO3之间的转化
燃烧后烟气中的水蒸气可能与SO3结合生成H2SO4， 转化率:
x 100 PH 2SO4 /( PSO3 PH 2SO4 )
纯硫氧化特点：生成的SO3所占SOX的百分比高，20%
2. SO2和SO3之间的转化
反应方程式
SO2 SO3 SO3 SO3 + + + + O + M SO3 + M O SO2 + O2 H SO2 + OH M SO2 + O + M （1） （2） （3） （4）
在炽热反应区 ，[O] 浓度很高，反应（1）和（2）起支配 作用
CO OH
CO 2 H
在火焰温度下有足够的氧并且停留时间足够长，可以降低
CO含量。
3. Hg的形成与排放
Hg的形态 1、金属汞（元素汞）：
空气中汞主要来源于岩石的风化、火山爆发及水中汞的蒸发。估 计全球每年有2700～6000吨汞散发到空气中。此外，来自煤的燃烧、 金属冶炼、水泥生产、废料焚烧等。