燃烧与大气污染(1)

水分：水分的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。
灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。
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3.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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（1）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375-380K下，约2h后，称重 内部水分 • 外部水分＋内部水分=煤所含的全水分。煤所含水分使热值降 低，影响燃烧稳定，一般控制煤中水分在10%～13%。
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.
Element Wt % mol/100g mol/mol C 77.2 12 = 6.43 6.43 = 1.00 H 5.20 1 = 5.20 6.43 = 0.808 N 1.20 14 = 0.0857 6.43 = 0.013 S 2.60 32 = 0.0812 6.43 = 0.013 O 5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057 ash 7.9 6.43 = 1.23 g/molC The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057 100 g g Mf 15.55 6.43 molC molC
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300MW、600MW“W”形火焰燃低挥发份无烟煤锅炉 该锅炉的主要技术特点：分级送风的双拱炉膛；旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器；双进 双出球磨机正压直吹式燃烧系统。
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600MW及以上超临界本生直流机组锅炉
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600MW亚临界自然循环前后墙对冲燃烧 中间再热锅炉
600MW亚临界自然循环前后墙对冲燃烧中间再热锅炉
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二.燃料燃烧的理论空气量
燃烧方程式： y w y w Cx H y S zOw x z O2 3.78 x z N 2 4 2 4 2
d d d d d d
干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的 成分
C
daf
H
daf
O
daf
N
daf
S
daf
100%
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（4）煤的成分的表示方法
煤的成分的表示方法及其组成的相互关系
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（4）煤的成分的表示方法
我国部分煤种的分析结果
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（4）煤的成分的表示方法
我国部分煤种的分析结果(续）
可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一 起构成的有机聚合物。 性质： 煤中有机成分和无机成分的含量 因种类、产地不同而异。
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§1燃料的性质
1.煤的分类：按基于沉积年代的分类
法分为褐煤、烟煤、无烟煤。 （1）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、泥土色，象木材结构。
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2. 燃料组成对燃烧的影响
氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量
氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5-1.5%
硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两 其中SO2占95%以上。
种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，
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2. 燃料组成对燃烧的影响
第2章 燃烧与大气污染(1) 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
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§2 燃烧与大气污染(1)
1.教学要求
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，理解通过改 变燃烧条件减少污染物生成的途径
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三、天然气
典型的气体燃料 一般组成为CH485%, 乙烷10%， 丙烷3%， 此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。 天然气中的H2S具有腐蚀性 ，它的燃烧产物 为硫的氧化物，因此许多国家规定了 天然气中 总硫和H2S含量的最大允许子值。
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四、燃料组成的表示方法:
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二、石油
液体燃料的主要来源 链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物 主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧 氢含量增加时，比重减少，发热量增加
天然气 典型的气体燃料
一般组成为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％
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二、石油
石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流
空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低
炉温，增加热损失
温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度 时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料
燃烧所需时间
燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分 混合
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一.影响燃烧过程的主要因素
典型燃料的着火温度
即在实验室内进行燃料分析时的试样成分
C H O N S A W 100%
ad ad ad ad ad ad ad
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（4）煤的成分的表示方法
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
C H O N S A 100%
√灰分：
• 灰分是煤中不可燃矿物物质的总称。
高灰分、低熔点的煤极易结渣，从尔影响热效率。
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（1）煤的工业分析
煤中灰分的组成：
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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（2）煤的元素分析
碳和氢：通过燃烧后分析尾气中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：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，S SO42-，滴定
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五、燃料的最重要的两个属性

热值

决定燃料的消耗量
杂质

污染物产生的来源
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六、其他燃料
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
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一.影响燃烧过程的主要因素
燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以CH4为例）
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一.影响燃烧过程的主要因素
典型锅炉热损失与过剩空气量的关系
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一.影响燃烧过程的主要因素
燃气比和混合程度对燃烧产物的影响
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二.燃料燃烧的理论空气量
1.理论空气量 建立燃烧方程式的假定：
空气组成 20.9%O2 和 79.1%N2 ， 两 者 体 积 比 为 ： N2/ O2 = 3.78 燃料中固定氧可用于燃烧 燃料中硫主要被氧化为 SO2 不考虑NOX的生成 燃料中的N在燃烧时转化为N2 燃料的化学方程式为CxHySzOw
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§2 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
完全燃烧：CO2、H2O
不完全燃烧： CO2、H2O & CO、黑烟及其他 部分氧化产物
如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO
空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NOx
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一.影响燃烧过程的主要因素
2.燃料完全燃烧的条件（3T）
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§1燃料的性质
燃料的定义：指燃烧过程中能放出热量，且 经济上可行的物质
燃料的分类
按获得方法分 按物态分 固体燃料 液体燃料
天然燃料
木柴、煤、油页岩 石油
人工燃料
木炭、焦炭、煤粉等 汽油、煤油、柴油、 重油
气体燃料
天然气
高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
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§1燃料的性质 一、煤 煤定义： 是一种复杂的物质聚集体。主要
2、教学重点
重点理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理，重点掌握 燃烧过程污染物排放计算。
3、教学难点
燃烧过程污染物排放计算。
建议学时数：4学时
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焚烧秸秆
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300MW、600MW"W"形火焰燃低挥发份无烟煤锅炉
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600MW亚临界自然循环前后墙对冲燃烧中间再热锅炉
600MW亚临界自然循环前后墙对冲燃烧中间再热锅炉
动液体。比重0.78—1.00 主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量 金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右。 原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成非碳氢化
合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为 0.1—7%。
原油通过蒸馏、裂化和重整过程生产出各种产品。 原油中的S约有80—90%留于重馏分中。硫以复杂的 环状结构存在，而需去除的仅是硫原子，故不能用物理 方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏C—S— C键形成H2S气体，可达目的，但费用很高。