大气污染控制第二章大气污染控制基础

微爆理论 水煤气反应理论
固体燃料的燃烧 流化床燃烧
悬浮式燃烧
①气体燃料的燃烧
褶皱层流火焰的表面燃烧理论
小尺度紊流
ST SL
1 LK u2
R
大尺度紊流
ST SL
1
2
u SL
2
2
修正公式
ST SL
2u 2
ln 1
u2 S L
微扩散的容积燃烧理论
紊流火焰的传播速度增大不是由于火焰 前锋面面积的增加，而是由于紊流中热传递和 质量（即活化中心）扩散等紊流迁移性质的加 强，加速了火焰中的化学反应、加大了燃烧区 的宽度。
C＋O2
CO2＋ Q
2C＋O2 2CO＋Q
C＋CO2 2CO＋ Q
2CO＋O2 2CO2＋ Q
CO的控制方法
充分的氧气，停留时间足够
水蒸气含量较多时： C＋2H2O→CO＋H2
C＋2H2O → CO2＋2H2 3C＋4H2O → 4H2＋CO＋2CO2
C＋2H2 → CH4 在固体表面的催化下，H2O容易与CO、CO2发生反应：
③氮氧化物：燃烧过程中的NOx主要来源于空 气和燃料中含有的氮
④碳氧化物：主要来自燃料燃烧和机动车排 气。
二.燃烧过程与污染控制
CO与CO2的生成与控制 烟尘的生成与控制 硫氧化物的生成与控制 NOX生成与控制 碳氢化合物的生成与控制
（1）CO与CO2的生成与控制
CO与CO2的生成(最基本的反应)
（1） 燃料种类和性质。包括燃料中 所含的水分、挥发物灰量及其可熔性 燃料的发热量，燃料的粘结性和热稳定 性
（2）化学反应速度和氧气向燃料表面 的扩散速度。
燃烧与大气污染物
①烟尘：是指煤等固体燃料在燃烧过程中由 烟囱排出的烟气中所含的烟、烟黑、灰分、 粒状浮游物质的混合物
②硫氧化物：包括，有机硫和无机硫（如黄 铁矿、硫酸盐类等）
链锁反应理论认为有很多化学反应需要经过若干中间基元反应 才能完成。在这些中间反应中会产生一些活性很高的活性产物 （活性中心），再由这些活性中心与原始反应物进行化学反应， 这时除产生最终生成物外会再生出若干活性中心，使得化学反 应得以继续。
活性中心是一些很不稳定的自由原子、自由基，它们与原始反 应物反应时的活化能很低，能大大提高化学反应速率。
②液体燃料的燃烧
a.油滴的燃烧
油滴蒸发 油滴热解和裂化 着火燃烧
添图
b.油雾的燃烧
c.乳化油的燃烧
燃料油乳化之后燃烧，既节约了燃 料，又强化了燃烧过程，是一种较 常用的燃烧方法。一般采用机械法、 气动法或超声波法使水分散在油中， 形成油包水型乳化液。有两种理论 对乳化油燃烧过程做出较好的解释。
Vk /V0
1.机理
ห้องสมุดไป่ตู้
①活化分子碰撞理论
反应物
活化分子
原子间振动大
分子能量>活 化能
原子间联系小
生成物+放热
新产物
②链锁反应理论
活化分子碰撞理论在阐述温度对反应速度的影响时，能够正确 地反应客观规律。但是，不一定能解释燃烧反应过程中的某些 现象。如干燥的CO和O2混合气体，即使在700℃高温下也几乎不 会发生反应；若在其中加入微量的水蒸汽，就能大大加速这一 反应，甚至着火燃烧。其反应式仍为2CO+O2 → 2CO2 ，这就不 能用有效碰撞理论来解释了，需要有新的理论来解释，如链锁 反应理论。
点燃：依靠外热能量强化局部可燃混合气化
学反应，使反应速率急剧升高而达到爆炸式反 应，并向周围未燃的可燃混合气传播的现象。
气体燃料的燃烧
（紊流火焰）
紊流燃烧 扩散燃烧
褶皱层流火焰的表面燃烧理论 微扩散的容积燃烧理论
.
3
燃
料
与 燃
液体燃料的燃烧
烧
（乳化油）
方
式
油滴的燃烧 油雾的燃烧 乳化油的燃烧
层燃式燃烧
应，同时发光发热的现象。 （2）燃料
用以产生热量或动力的可燃性物质， 如煤、焦炭、木柴等。
（3）理论空气量、实际空气量与空气过剩系数。
理论空气量：
按照燃料中各可燃质氧化反应方程来计算燃料燃
烧过程所需的空气量，用V0表示
实际空气量：
实际供给的空气量称为实际空气量。实际空气量 用Vk表示。 空气过剩系数：
涡流燃烧：燃烧强度大
直流燃烧/火炬式
涡流燃烧/旋风式
直流燃烧与层燃式相比，最大优点 是可以大量使用劣质煤和煤屑，甚 至还可以掺用一部分无烟煤和焦炭 屑。用层燃式燃烧发热量较低和灰 分含量较高的劣质煤时，炉温只能 达到1100℃，改用直流燃烧法时， 炉温可达到1300℃。
影响燃烧过程的因素：
CO＋H2 O → CO2 ＋H2 2CO＋2H2 → CO2 ＋CH4 CO＋3H2 → H2 O＋CH4 CO2 ＋4H2 → 2H2 O＋CH4
2CO → CO2 ＋C
（2）烟尘的生成与控制
①生成原因：不完全燃烧
气体燃料
碳黑
液体燃料
积碳+碳粒
煤 黑烟（主要含有苯、芘、蒽、苯并芘等）
第二章 大气污染控制基础
本章要点
燃烧反应物—燃料的分类和性质 完全燃烧与不完全燃烧过程 燃烧反应产物—污染物的生成机理、计
算烟气排放量、计算污染物排放量
一、燃烧与大气污染
燃烧基本理论
燃烧的化学反应机理
活化分子碰撞理论 链琐反应理论
着火理论
自燃着火理论 点燃着火理论
有关燃烧的基本概念
（1）燃烧 燃烧是指一种物质起剧烈的氧化反
流化床燃烧示意图
流化床的料层温度一般控制在850℃～1050 ℃ ， 流化层的高度为1.0 ～1.5m.
优点 :
很快升温并着火燃烧 热负荷大 ,温度分布比较均匀
可实现低温燃烧
缺点：
工况不稳定时不完全燃烧 煤气质量低
悬浮式燃烧
悬浮式燃烧 直流燃烧
优点 ：容易调节炉温 ， 改善劳动条件 缺点 ：大量的飞灰
链锁反应有不分支链锁反应与分支链锁反应两大类。
均相燃烧过程中的链锁反应
H 2O H HO HO CO CO2 H H O2 O HO O H 2O 2HO
总反应: 2C O O 2 2C O 2
2.着火理论
自燃
自燃
热自燃： 自身化学反应 链锁自燃 ：活性中心迅速繁殖
微爆理论
水煤气反应理论
③固体燃料的燃烧
a. 煤的燃烧阶段特征
挥发分燃烧阶段
焦炭燃烧阶段 燃烬阶段
b. 燃烧方式
层燃式燃烧 流化床燃烧 悬浮、 式燃烧
煤的有机化学结构
挥发分燃烧阶段
图2-5
焦炭燃烧阶段
燃烬阶段
层燃式燃烧主要的优点是：
能获得最大的热密度 可以较大地增加鼓风 燃烧过程稳定