(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。测定内部水分的方法是将上述失去外部水分的煤样继续在375—380K下干燥约2h．所失去的水分质量占试样原来质量的百分数即内部水分。两部分水分之和即为煤所含的全水分。

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及粗加工的不同而异。煤中灰分的存在，降低了煤的热值，也增加了烟尘污染及出渣率。高灰分、的熔点的煤极易结渣，使煤不能充分燃烧，从而影响热效率。

③挥发分：挥发分系煤干馏时所释放出的气态可燃物质．通过将风干的煤样在1200K的炉个加热7min而测定。挥发分主要由氢气、碳氢化合物、一氧化碳及少量的硫化氢等组成。在相同的热值下，煤中挥发分越高，就越容易燃着，火焰越长，越易燃烧完全但含量过高容易污染环境。

④固定碳：从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分。是煤的主要可燃物质。

3.元素分析

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CO2和H2O的生成量而测定的。

氮含员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韧物上加热、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.煤中硫的形态

煤中含有四种形态的硫：黄铁矿硫(FeS2)。硫酸盐硫(MeSO4)、有机硫(C X H Y S Z)和元素硫。

(1)硫化铁硫：代表为黄铁矿硫，煤中主要的含硫成分，呈独立相分布，可转变为顺磁性物质，吸收微波能力强，可采用不同的物理或化学方法除去。

(2)有机硫：可分为

原生有机硫：来源于成煤植物蛋白质的原生质。

次生有机硫：是在成煤时期，在形成黄铁矿的同时分离心来的。

有机硫分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。

(3)硫酸盐硫：硫酸盐硫主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，以石膏(CaSO4·2H2O)为主，含量少。

5.煤的成分表示法

常用基准有收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基。

（1）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可表示为：

C ar + H ar + O ar + N ar + S ar + A ar + W ar =100%

ar—收到基成份

（2）空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分表示法。

C ad + H ad + O ad + N ad + S ad + A ad + W ad =100%

ad—空气干燥基成份

（3）干燥基：以去掉全部全部水分的燃料作为100％的成分表示法。

C d + H d + O d + N d + S d + A d =100%

ad—干燥基成份

（4）干燥无灰基：以去掉水分和挥发分的燃料作为100％的成分表示法。

C daf + H daf + O daf + N daf + S daf =100%

daf—干燥无灰基成份

干燥无灰基因为避免了水分和灰分的影响，故而比较稳定。煤矿通常提供的煤质资料为干燥无灰基成分。

二、石油

液体燃料的主要来源，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。

三、天然气

典型的气体燃料，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与天然气中。

四、非常规燃料

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。

第二节燃料燃烧过程

一、影响燃烧过程的主要因素

1．燃烧过程及燃烧产物