大气污染控制工程第二章燃烧与大气污染

％ Ad/％ % % % % %
河南观 音堂
安徽淮 南
3.00 26.00 87.00 5.50 5.00 1.50 6.92 22.80 81.40 5.60 10.60 1.43
1.00 0.92
烟煤
黑龙江 鹤岗
广西合 山
5.50 24.00 83.10 5.70 10.00 0.80
4.93 49.20 77.60 4.50 6.90 1.70
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第二十九页，课件共有126页
✓干燥基：
以去掉全部水分的燃料作为100％的成 分。
C d H d O d N d S d A d ＝ 1 0 0 ％
式中，d表示干燥基成分。Cd、Hd、Od、Nd、 Sd、Ad分别表示完全干燥煤样中碳、氢、氧、 氮、硫、灰分的含量。
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第三十页，课件共有126页
大气污染控制工程第二 章燃烧与大气污染
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第一页，课件共有126页
OUTLINE
➢2.1 燃料的性质 ➢2.2 燃料的燃烧过程 ➢2.3 与燃烧相关的计算 ➢2.4 燃烧过程中硫氧化物的形成 ➢2.5 燃烧过程中颗粒污染物的形成
➢2.6 燃烧过程中其他污染物的形成
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第二页，课件共有126页
2.1 燃料的性质
辽宁平庄 24.00 28.00 72.00 4.90 20.40 1.00 1.70
褐煤
云南皂角 矿 45.00 24.91 70.02 5.91 20.94 1.82
第三十三页，课件共有126页
1.31
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煤种
产地
干燥无灰基元素分析
War/
Cdaf/ Hdaf/ Odaf/ Ndaf/ Sdaf/
✓干燥无灰基：
以去掉全部水分和灰分的燃料作为100％的 成分。
C d a f H d a f O d a f N d a f S d a f ＝ 1 0 0 ％
式中，daf表示干燥无灰基成分。Cdaf、Hdaf、
Odaf、Ndaf、Sdaf分别表示干燥无灰煤样中碳、 氢、氧、氮、硫的含量。
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第三十一页，课件共有126页
•煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类矿物， 如石灰岩和方解石等。
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第二十一页，课件共有126页
✓氢 •煤中第二重要的组成元素。除有机氢外，在煤的 矿物质中也含有少量的无机氢。它主要存在于矿
物质的结晶水中，如高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、 石膏(CaSO4·2H2O )等。
•在煤的整个变质过程中，随着煤化度的加深，氢 含量随碳含量的增加而降低。尤其在无烟煤阶段 尤为明显。当碳含量由92%增至98％时，氢含量 则由2.1%降到1%以下。
无烟 北京京
煤
西
4.00 24.00 94.00 1.40
第三十五页，课件共有126页
3.70
0.60
0.30
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其他燃料
石油 ✓原油是天然存在的易流动的液体燃料，比重在 0.78-1.00之间。它是多种化合物的混合物，主要 由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物组成。 ✓原油通过蒸馏、裂化生产出各种汽油、溶剂、化
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第二十七页，课件共有126页
煤的成分表示方法
✓收到基： 以包括全部水分和灰分的燃料作为100％ 的成分，即锅炉燃料的实际成分。
C a r H a r O a r N a r S a r A a r W a r ＝ 1 0 0 ％
式中，ar表示收到基成分。Car、Har、Oar、
Nar、Sar、Aar、War分别表示未干燥煤样中 碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分的含量。
燃料的分类 燃料的化学组成 燃料组成对燃烧的影响
煤
其他燃料 燃料组成的化学表达式
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第三页，课件共有126页
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 液体燃料 气体燃料
木柴、煤、 木炭、焦炭、煤
油页岩
粉等
石油
天然气
第四页，课件共有126页
汽油、煤油、柴 油、重油
高炉煤气、发生 炉煤气、焦炉煤
ar ad d daf
A Sty 灰分
C 固定碳
H O N Sr Wn Ww
挥发分
水分
固体部分（焦碳）
挥发部分
固体燃料成分及其组成相互关系
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第三十二页，课件共有126页
煤种
产地
干燥无灰基元素分析
War/
Cdaf/ Hdaf/ Odaf/ Ndaf/ Sdaf/
％ Ad/％ % % % % %
内蒙扎贲 诺尔 35.42 15.20 73.00 4.85 20.30 0.89 0.96
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第二十三页，课件共有126页
✓氮 •煤中的氮含量比较少，约为0.5～3.0％。煤中有 机氮化物被认为是比较稳定的杂环和复杂的非环 结构的化合物。
•动物脂肪、植物中的植物碱、叶绿素和其他组织， 相当稳定，在煤化过程中不发生变化，成为煤中保 留的氮化物。以蛋白质形态存在的氮，仅在泥炭和 褐煤中发现，在烟煤很少，几乎没有发现。煤中氮 含量随煤的变质程度的加深而减少。它与氢含量的 关系是，随氢含量的增高而增大。
✓氮
燃料中含氮量很少，一般为0.5-1.5%。
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第九页，课件共有126页
✓硫
以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐 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。 ✓水分
其存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水 分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部 水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除 去。内部水分要放在干燥箱中加热到102-105C， 保持2h后才能除掉。
煤的成分分析
工业分析（ proximate analysis ） 测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。 估测硫含量和热量，是评价工业用煤的主 要指标。
元素分析（ ultimate analysis ） 用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中 主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。
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第十六页，课件共有126页
学产品和燃料油。
✓原油中的硫大部分以有机硫的形式存在，原油 中硫的含量变化范围较大，一般为0.1％－7％。
✓原油中氮的平均含量为0.65%。
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第三十六页，课件共有126页
天然气
✓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
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第二十二页，课件共有126页
✓氧
•煤中第三重要的组成元素。以有机和无机两种状态 存在。有机氧如羧基(-COOH)，羟基(-OH)和甲氧基
（-OCH3)等；无机氧主要存在于煤中水分、硅酸 盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物中等。
•煤中有机氧随煤化度的加深而减少，甚至趋于 消失。褐煤在干燥无灰基碳含量小于70％时， 其氧含量可高达20％以上。烟煤碳含量在85％ 附近时，氧含量几乎都小于10％。当无烟煤碳 含量在92％以上时，其氧含量都降至5%以下。
煤的工业分析
✓水分 •一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥 箱内318-323K温度下干燥8小时，取出冷
却，称重 外部水分。
•将失去外部水分的煤样保持在375380K下，约2h后，称重 内部水分。
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第十七页，课件共有126页
✓挥发分
•失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的 马弗炉中加热7分钟，放入干燥箱中冷却至常温 再称重。
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第二十四页，课件共有126页
✓硫
•煤中的硫是有害杂质，含硫量与煤化度的深浅 没有明显的关系，无论是变质程度高的煤或变质 程度低的煤，都存在着有机硫。
硫化铁硫：黄铁矿、白铁矿等
无机硫 元素硫
硫
硫酸盐硫：石膏、绿矾等
有机硫：R-SH、R-S-R、R-S-S-R、杂环硫
化物等
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第二十五页，课件共有126页
✓灰分
是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。 10
第十页，课件共有126页
煤
煤是重要的固体燃料，是一种不均匀的有 机燃料，主要是植物的部分分解和变质形 成。
煤的可燃成分主要是碳、氢及少量氧、 氮和硫等一起构成的有机聚合物。
煤中有机成分和无机成分的含量，因煤的
种类和产地的不同而有很大差别。
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第十一页，课件共有126页
气4
燃料的化学组成
典型的气体燃料的化学组成成分
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第五页，课件共有126页
典型的液体燃料的化学组成成分
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第六页，课件共有126页
典型的固体燃料的化学组成成分
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第七页，课件共有126页
燃料组成对燃烧的影响
✓碳
可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出
7850 kcal的热量。当不完全燃烧生成CO
时，放出2214 kcal的热量。纯碳起燃温度
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第二十八页，课件共有126页
✓空气干燥基：
以去掉外部水分的燃料作为100％的成分， 即在实验室内进行燃料分析时的试样成 分。
C a d H a d O a d N a d S a d A a d W a d ＝ 1 0 0 ％
式中，ad表示空气干燥基成分。Cad、Had、 Oad、Nad、Sad、Aad、Wad分别表示空气干燥 煤样中碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分的 含量。
很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不
是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组
成有机化合物。煤形成的地质年代越长，
其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对
增加。例如，无烟煤含碳量约90-98%，
一般煤的含碳量约50-95%。
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第八页，课件共有126页
✓氢
是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢 的含量为2-10%，以碳氢化合物的形式存在， 1 kg氢完全燃烧时能放出28780 kcal的热量。 ✓氧 在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料 的发热量。
第三十四页，课件共有126页
0.40 9.30
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干燥无灰基元素分析
War/
Cdaf/ Hdaf/ Odaf/ Ndaf/ Sdaf/
煤种 产地
％ Ad/％ % % % % %
山西阳 泉 5.00 26.00 91.70 3.80 2.20 1.30 1.00
湖南金 竹山 7.50 24.00 92.50 3.60 2.00 0.90 1.00
✓固定碳
•从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部 分为固定碳。
•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在变化时， 取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳。
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第十八页，课件共有126页
✓灰分 •煤中不可燃矿物物质的总称。我国煤炭的平 均灰分含量为25％。灰分的存在降低了煤的热 值，也增加了烟尘污染和出渣量。
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第十三页，课件共有126页
✓ 无烟煤 无烟煤是碳含量最高、煤化时间最 长的煤。它具有明显的黑色光泽， 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。
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第十四页，课件共有126页
煤的详细分类
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第十五页，课件共有126页
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第十九页，课件共有126页
煤的元素分析
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第二十页，课件共有126页
✓碳
•碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。碳 含量随煤化度的升高而增加。在我国泥炭中干燥无 灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量就增 加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％；一 直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98％。个别煤 化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上，如北 京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～98％。
✓各元素的CO2和H2O的生成量测定 ▪氮：在催化剂作用下使煤中的氮转 化为氨，碱液吸收，滴定
▪硫：在氧化镁和无水碳酸钠混合物
上加热，S
SO42-，滴定
▪氧：通过计算求得。
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第二十六页，课件共有126页
▪Oad=100-Cad-Had-Nad-St,ad-Wad-Aad ▪当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于2%时， 则： ▪Oad=100-Cad-Had-Nad-St,ad-Wad-Aad-（CO2） ad ▪Oad：空气干燥煤样的氧含量，%； St,ad：空气干燥煤样的全硫含量（GB214），%； Wad：空气干燥煤样的水分含量（GB212），%； Aad：空气干燥煤样的灰分含量（GB212），%； (CO2)ad：空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳的含量 （GB218），%。
煤的基本分类
✓ 褐煤
最低品位的煤，是由泥煤形成的 初始煤化物，形成年代最短。呈 黑色、褐色和泥土色，其结构类 似木材。褐煤呈现出粘结状及带 状，水分含量高，与高品位煤相 比，其热值较低。
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第十二页，课件共有126页
✓ 烟煤
形成年代较褐煤长，呈黑色，外 形有可见条文，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，适宜于 工业上的一般应用。在空气中，它 比褐煤更能抵抗风化。