燃烧与大气污染资料重点
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大气污染控制工程第二章1-2
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
（3）时间条件
时间条件即燃料在燃烧室中的停留时间。燃料 在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。
（4）燃料与空气的混合程度
一般取决于空气的湍流度。若混合不充分， 部分燃料在富燃条件下燃烧，将产生较多未燃尽物 质。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
完全燃烧需要的条件
2.1.1 固体燃料的燃烧
煤的燃烧 在燃烧器中，煤主要以煤粉或块状固体形式燃 烧。 a.煤粉燃烧 煤粉的燃烧受到两种形式的控制：同相燃烧和 异相燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
同相燃烧
燃料中挥发性组分首先被蒸 馏，与空气扩散混合，达到着火 点后迅速燃烧，称为同相燃烧。
异相燃烧
煤粉挥发后残留的固定 碳与空气反应，以固态燃 烧，称为异相燃烧。
图4 煤的同相燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
b.煤块燃烧
煤块燃烧则是将块状固体置于炉栅上或随炉栅 移动而燃烧。右图是上部加煤的层燃炉结构示意图。
图6 煤块的燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
2.1.2液体燃料和气体燃料的燃烧
a.液体燃料的燃烧
燃料油的燃烧过程包括： 燃料油的雾化、油雾粒子中可燃物的蒸发与扩散， 以及可燃物与空气的混合燃烧，燃烧状态受蒸发过程 控制。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
b.气体燃料的燃烧
燃烧过程包括气体燃料与空气的混合、可燃 气的加热与着火、燃烧反应三个阶段。燃烧状态 受空气的扩散和混合过程控制。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
小结：
1.煤的挥发分以气态燃烧，称为固相燃烧； 2.煤中的固定碳以固态燃烧，称为异相燃烧； 3.煤的燃烧速率取决于氧气向表面的扩散速率； 4.液体燃料以气态形式燃烧，燃烧过程受蒸发 过程控制 5.气体燃料最易燃烧，燃烧过程受空气的扩散 和混合控制
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。
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。
燃烧反应与大气污染的关系
燃烧反应与大气污染 的关系
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录 /目录
01
燃烧反应的产 物
02
燃烧反应对大 气环境的影响
03
燃烧反应与空 气质量的关系
04
燃烧反应与健 康的关系
05
燃烧反应的减 排措施
01 燃烧反应的产物
燃烧产生的气体
二氧化碳：燃烧的主要产物之一，会导致温室效应 一氧化碳：有毒气体，易与血红蛋白结合导致缺氧 氮氧化物：主要成分是一氧化氮和二氧化氮，对环境有害 硫氧化物：主要成分是二氧化硫和三氧化硫，对环境有害
长期接触燃烧产生的污染物会增加患肺癌和其他呼吸系统疾病的风险。
燃烧反应释放的二氧化碳和其他温室气体加剧全球气候变化，对人类健康 产生负面影响。 空气污染对儿童和老年人的影响更为显著，因为他们的免疫系统较弱或容 易受到伤害。
对生态系统的破坏
燃烧反应产生有害物质，如二氧化碳、一氧化碳、颗粒物等，对人体健康产生负面影响。 长期暴露于燃烧产生的污染物中会增加患心血管疾病、呼吸道疾病和肺癌等健康问题的风险。 燃烧反应释放的温室气体加剧全球气候变化，影响人类生存环境。 燃烧反应产生的光化学烟雾对眼睛和皮肤造成刺激和损伤，影响人类健康。
燃烧产生的颗粒物
颗粒物的成分：包括炭黑、硫酸盐、硝酸盐等
颗粒物的形成：在燃烧过程中，燃料中的有机物质和添加剂在高温下发生热解和氧化反应， 生成炭黑和有机气溶胶等颗粒物
颗粒物对大气的危害：颗粒物是大气污染的主要来源之一，对人体健康和生态环境造成严重 危害，如引起呼吸道疾病、降低能见度等
颗粒物的控制：采用低硫燃料、使用脱硫脱硝技术等措施可以有效减少颗粒物的排放
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目录 /目录
01
燃烧反应的产 物
02
燃烧反应对大 气环境的影响
03
燃烧反应与空 气质量的关系
04
燃烧反应与健 康的关系
05
燃烧反应的减 排措施
01 燃烧反应的产物
燃烧产生的气体
二氧化碳：燃烧的主要产物之一，会导致温室效应 一氧化碳：有毒气体，易与血红蛋白结合导致缺氧 氮氧化物：主要成分是一氧化氮和二氧化氮，对环境有害 硫氧化物：主要成分是二氧化硫和三氧化硫，对环境有害
长期接触燃烧产生的污染物会增加患肺癌和其他呼吸系统疾病的风险。
燃烧反应释放的二氧化碳和其他温室气体加剧全球气候变化，对人类健康 产生负面影响。 空气污染对儿童和老年人的影响更为显著，因为他们的免疫系统较弱或容 易受到伤害。
对生态系统的破坏
燃烧反应产生有害物质，如二氧化碳、一氧化碳、颗粒物等，对人体健康产生负面影响。 长期暴露于燃烧产生的污染物中会增加患心血管疾病、呼吸道疾病和肺癌等健康问题的风险。 燃烧反应释放的温室气体加剧全球气候变化，影响人类生存环境。 燃烧反应产生的光化学烟雾对眼睛和皮肤造成刺激和损伤，影响人类健康。
燃烧产生的颗粒物
颗粒物的成分：包括炭黑、硫酸盐、硝酸盐等
颗粒物的形成：在燃烧过程中，燃料中的有机物质和添加剂在高温下发生热解和氧化反应， 生成炭黑和有机气溶胶等颗粒物
颗粒物对大气的危害：颗粒物是大气污染的主要来源之一，对人体健康和生态环境造成严重 危害，如引起呼吸道疾病、降低能见度等
颗粒物的控制：采用低硫燃料、使用脱硫脱硝技术等措施可以有效减少颗粒物的排放
燃烧与大气污染教学课件
全球问题
全球大气污染问题日益严重，特别是发展中国家的城市和工 业区，空气质量普遍较差。
区域问题
不同地区的大气污染类型和程度存在差异，如欧洲的颗粒物 污染、北美的酸雨等。
03
燃烧产生的污染物与排放控制
燃烧产生的污染物及其危害
颗粒物
煤、油等燃料燃烧产生大量细颗
粒物，影响空气质量，Байду номын сангаас人体健
康产生危害。
大气污染治理的未来趋势与挑战
未来趋势
随着科技的不断进步和社会经济的发展，大 气污染治理将不断向精细化、综合化方向发 展。
未来挑战
随着大气污染治理工作的深入推进，面临着 技术、经济、社会等多方面的挑战。
06
结语与展望
大气污染治理的重要性和紧迫性
大气污染对人类健康的影响
01
大气污染可以导致各种呼吸道疾病、心脏病等健康问题，对人
对人类健康的影响
大气污染可导致呼吸系统 疾病、心血管疾病等，严 重时甚至可能导致肺癌等
恶性肿瘤。
对环境的影响
大气污染会破坏生态平衡， 影响植物生长，加速材料 和设备的腐蚀和损坏。
对气候的影响
大气污染可能导致全球气 候变暖、臭氧层破坏、酸 雨等环境问题，对人类社 会和自然环境造成严重影响。
大气污染的全球与区域问题
加强污染物排放控制，推广低碳交通、绿 色农业等，可以有效降低大气污染物的排放。
区域联防联控
大气环境监测与评估
加强区域合作，建立联防联控机制，协同 解决大气污染问题，是未来发展的重要趋势。
加强大气环境监测与评估，掌握大气污染 的现状和变化趋势，为制定有效的大气污 染治理政策提供科学依据。
谢谢您的聆听
政策效果
全球大气污染问题日益严重，特别是发展中国家的城市和工 业区，空气质量普遍较差。
区域问题
不同地区的大气污染类型和程度存在差异，如欧洲的颗粒物 污染、北美的酸雨等。
03
燃烧产生的污染物与排放控制
燃烧产生的污染物及其危害
颗粒物
煤、油等燃料燃烧产生大量细颗
粒物，影响空气质量，Байду номын сангаас人体健
康产生危害。
大气污染治理的未来趋势与挑战
未来趋势
随着科技的不断进步和社会经济的发展，大 气污染治理将不断向精细化、综合化方向发 展。
未来挑战
随着大气污染治理工作的深入推进，面临着 技术、经济、社会等多方面的挑战。
06
结语与展望
大气污染治理的重要性和紧迫性
大气污染对人类健康的影响
01
大气污染可以导致各种呼吸道疾病、心脏病等健康问题，对人
对人类健康的影响
大气污染可导致呼吸系统 疾病、心血管疾病等，严 重时甚至可能导致肺癌等
恶性肿瘤。
对环境的影响
大气污染会破坏生态平衡， 影响植物生长，加速材料 和设备的腐蚀和损坏。
对气候的影响
大气污染可能导致全球气 候变暖、臭氧层破坏、酸 雨等环境问题，对人类社 会和自然环境造成严重影响。
大气污染的全球与区域问题
加强污染物排放控制，推广低碳交通、绿 色农业等，可以有效降低大气污染物的排放。
区域联防联控
大气环境监测与评估
加强区域合作，建立联防联控机制，协同 解决大气污染问题，是未来发展的重要趋势。
加强大气环境监测与评估，掌握大气污染 的现状和变化趋势，为制定有效的大气污 染治理政策提供科学依据。
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政策效果
《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
燃烧与大气污染更新
烷、3%丙烷及少量含C更高的碳氢化合物组成。此外还含有水、二氧
化碳和硫化氢等。硫化氢燃烧生成硫氧化物，污染环境，很多国家都
规定了天然气中总硫量和硫化氢的最大允许值。
•
液化石油气主要成分是C2、C3、C4。具有易运输、储存、发热
高、含硫低、轻污染等特点。广泛用于汽车和民用生活燃料。
24
非常规燃料
• 非常规燃料 城市固体废弃物 商业和工业固体废弃物 农产物和农村废物 水生植物和水生废物 污泥处理厂废物 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 非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式 城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题
• 用作锅炉燃料或化工原料 ，当地使用。
泥煤
• 褐煤：形成时间较短，黑
、褐色，含炭量较高 ，氢 、氧含量较低；水分和灰 分含量较高 ，热值较低； 易碎，当地使用。
褐煤
• 烟煤：形成时间较长，含
碳量高，氢、氧含量较低； 密度较大，含水量较少，燃 烧易粘结；
• 品种多（长烟煤、气煤、肥 煤、瘦煤、结焦煤等）
Va01.1045 .1Q 8l17300.02
43
• 例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C： 88.3%，H：9.5%,H2O：0.5 % ，S：1.6%，灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油 所需的理论空气量。
解：以1kg重油燃烧为基础，则：
重量（g）
C
883
第一节 燃料的性质
• 燃料：在燃烧过程中能散发出热量，并能被利用的可燃性物质。 • 燃料分类
（1）按物理状态分 固体燃料: 液体燃料： 气体燃料：
（2）按燃料来源分： 天然燃料：
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：
第2章 燃烧与大气污染
V空*
2020/11/15
烟气量计算：
1kg煤生成的烟气成分 烟气量(m3)
CO2 SO2 N2 H2O
1.867 WC 0 .7WS 0.8 WN +0.79V空* 11.2 W H +1.24 W H2O +1.24V空*da
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其中，烟气中的氮气由两部分组成： ➢燃料氮生成的氮气： 0.8 WN ➢空气中的氮气： 0.79V空*
O2
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SO2H2O
A、前控制
分选、洗选
气化
液化
B、中控制
煤炭
CaCO3 1000cCaOCO2
型煤 沥青
CaOSO2 CaSO3
固硫剂
2CaSO3 O2 2CaSO4
循环流化床：煤炭与固硫剂混合均匀后进入燃烧室，
并在其中以流化态进行燃烧。
C、后控制 末端控制
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燃烧过程中NOx的控制
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煤：C、S、N、H、0、H2O、灰分 CO2、SO2、N2、H2O
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2.3煤的燃烧计算
以1kg煤为基准进行燃烧计算：
煤成分 C S N H O
H2O 灰分
含量（kg）
WC WS WN WH WO
W H2O W灰
需O2量(m3) 1.867 WC 0 .7WS
几种燃烧方式的烟尘颗粒概况
飞灰颗粒组成
<10μm的含量 <20μm 的含量 <44μm的含量 <74μm的含量 <149μm的含量 >149μm的含量
手烧炉排 /％ 5 8 30 40 49 51
链条炉 抛煤机炉
第二章—燃烧与大气污染 大气污染控制工程课件
来源于形成煤的植物蛋白质的原 生质，一般蛋白质含硫量为5％， 以各种不同形式的含硫杂环存在。
是由一种松懈的键与煤中有机物 构成的有机联系。在煤中分布不 均匀，主要局限于黄铁矿包裹体 的周围。
有机硫主要以噻吩、芳香基
硫化物、环硫化物、脂肪 族硫化物、二硫化物、硫 醇等各种官能团形式存在， 且与煤中有机质构成复杂 的分子,不宜用一般重力分 选的办法除去，需要采用 化学方法进行脱硫。
三、燃料的发热量
燃料的发热量：单位燃料完全燃烧产生的热量，单 位kJ/kg(固体、液体燃料)或kJ/m3( 气体燃料)。
高位发热量：包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化 潜热。
低位发热量：指燃烧产物中水蒸气仍以气态存在时 完全燃烧所释放的热量。
由于一般燃烧设备的排烟温度高于水的露点温 度，故可利用的热量是低位发热量。
一、燃料的分类
煤中硫的分类 硫化铁硫
原生有机硫
有
机 硫
次生有机硫
硫酸盐硫
煤中硫的分类
存在形态及主要性质
主要代表为黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分。黄铁矿比矸石和煤
重得多；本身虽无磁性但在强磁场感应下能够转变为顺磁性物质； 和煤炭相比有不同的微波效应，吸收微波能力较强，据此可采用不 同的物理或化学方法，把黄铁矿从煤中脱除。
理论湿烟气量为：
Vf0 1.866 wC,y 11.111 wH,y 1.24(Va0 a wW,y )
液化石油气（LPG）：液化石油气是石油精炼 过程的副产品，含C1～C4烃类，加压液化后储 存和输送，减压汽化后燃烧。
一、燃料的分类
裂化石油气：裂化石油气是石油类裂解制得的气 体。在城市燃气构成中，替代煤气占有较高的比 例。
煤气：煤干馏所得的气体总称煤气，主要成分是 甲烷及氢，发热量高。
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污
染 控
火焰的结构（续）
制 工
层流火焰：Re<2200，分子扩散和传导是控制过程
程
湍流火焰：Re>2200，强烈的湍流作用，但分子扩散
仍然起作用
Laminar
transition
developed turbulent
height
Jet velocity
14
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大 气
1. 碳粒子的生成
程
➢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
2
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大 气
1. 硫的氧化机理
污
染
控 制
✓ H2S的氧化
工
程
O H 2S SO H 2
SO O2 SO2 O
O H 2S O H SH
2. SO2和SO3之间的转化
污
SO2 + O + M SO3 + M SO3 + O SO2 + O2
染 控 制 工 程
SO3生成速率
d
SO3
dt
k1
SO2
O
M
k2
SO3
O
当d[SO3] /dt = 0 时，SO3浓度达到最大
S O 3 max
k1 SO 2 M
k2
在富燃料条件下，[O]浓度低得多，SO3的去除反应主要
SO O2 SO2 O O CS2 CS SO CS O CO S
O CS2 COS S S O2 SO O
COS hv CO S S O2 SO O O COS CO SO SO O2 SO2 O
4
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大 气
1. 硫的氧化机理
污
12
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大 气
1. 碳粒子的生成
污
染
控 火焰的结构
制
工
程
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）
13
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大 气
1. 碳粒子的生成
为反应（3）， SO3的最大浓度：
d[SO3 dt
]
k1[SO2
][O][M
]
k3[SO3
][H
]
0
SO 3 max
k1 SO 2 M O k3 H
8
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大 气 污
2. SO2和SO3之间的转化
染
控 制 工
燃烧后烟气中的水蒸气可能与SO3结合生成H2SO4， 转化率:
制
工
程
RCH2SSCH2R O2 RCH2S S CHR HO2
RCH2S S CHR RCH2S RCHS
RCH2S RH RCH2SH R
RSH O2 RS HO2
RS O2 R SO2
6
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大 气
2. SO2和SO3之间的转化
污
染 控
污
染 乙炔火焰中生碳反应过程
控
制
工
程
15
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大 1. 碳粒子的生成
气
污
染 石油焦和煤胞的生成
控
制 ✓ 燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，
工
程
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
反应方程式
制
工
程
SO2 + O + M SO3 + M
SO3 + O SO2 + O2
SO3 + H SO2 + OH
SO3 + 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
7
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大 气
程
x 100PH2SO4 /(PSO3 PH2SO4 )
%
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
9
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大 气
2. SO2和SO3之间的转化
污
染
控
制
工
程
SO3的转化率/%
10
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大 气
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大
气 污
第二章 燃烧与大气污染
染
控
制
工 程
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
1
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大 第四节 燃烧过程中硫氧化物的形成
气
污
染 1. 硫的氧化机理
控
制 工
➢有机硫的分解温度较低
H2 O OH H
H O2 OH O
OH H 2 H 2O H
1、H2S消耗 2、SO减少、OH增大
3、氢达到最大时， 水的浓度开始上升
3
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大 气
1. 硫的氧化机理
污
染 控
✓ CS2和COS的氧化
制
工 程
CS2 O2 CS SOO
CS O2 CO ห้องสมุดไป่ตู้O
SO2排放因子举例
污
染
控
制
工
程
11
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大 第五节 燃烧过程中颗粒物的形成
气
污 染
1.碳粒子的生成
控
制 积炭的生成
工
程
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
染 控
✓ 元素S的氧化
制
工 程
S8 S7 S S O2 SO O
S8 O SO S S6
SO
O
S
O
* 2
SO 2
hv
SO O2 SO2 O
SO2 O2 SO3 O
SO2 O M SO3 M
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大 气
1. 硫的氧化机理
污
染
控
✓ 有机硫化物的氧化
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大 气
2. 燃煤烟尘的形成
污
染 控
烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：
制
工 程
✓ 黑烟：未燃尽的碳粒
✓ 飞灰：不可燃矿物质微粒
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
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大 气 污 染 控 制 工 程
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大 气
2. 燃煤烟尘的形成
污
染
控 制
煤粉燃烧过程
工 程
✓ 理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟
CmHn
O2
2CO
2 n
H2
(m
2)Cs
✓ 在预混火焰中，C/O大约为0.5时最易形成黑烟 ✓ 易燃烧又少出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤 焦炭 褐煤