第三章 燃烧过程其它污染物的形成

• 氯在煤中存在的形式主要有三种：（1）无机氯化物（如Na Cl、KCl和CaCl2等）；（2）有机氯化物；（3）以氯离子的 形式存在于煤的水分中。
• 煤中的氯在200～600℃主要以HCl的形式析出；在1465℃ 左右的高温下，NaCl则会蒸发成气体，参与化学反应。
2NaCl H 2O Na2O 2HCl
含氧化合物
环状碳氢化合物 乙醛C2H4O
链烷烃CnH2n+2 烯烃CnH2n 炔烃CnH2n-2 PAH
3.2.2碳氢化合物的危害
1) 臭氧的前驱物(precursor) 2) 温室效应气体 3) 产生烟尘时的前驱物或附产物:PAH 4) 导致基因变异的物质和致癌性物质 5) 恶臭物质:甲醛（HCHO）
3.1.2 控制CO生成的燃烧技术
• 对于气体碳氢燃料 CO OH CO2 H
• 燃烧过程中控制CO生成的方法：在火焰温度下，有充分的氧 气，停留时间足够长，CO浓度在反应之后会降至很低的程度。
3.2 有机污染物的生成与控制
3.2.1燃烧生成物中的碳氢化合物
链状碳氢化合物
碳氢化合物
不含氧化合 物
3.2.6碳氢化合物的抑制技术
碳氢化合物的 抑制技术
更换燃料
确保氧气供给量
控制空气比
改善燃烧
确保燃烧温度
控制燃料 防止通过燃烧室壁的消焰现象 改善燃烧室的形状
确保滞留时间
改善着火性能 防止短路现象
缩短火焰传播距离
加强气体混合
改善燃烧室内气体的流动 促进燃料的雾化
使用温度传感器控制温度
电子控制
使用氧气传感器控制空燃比 利用负荷控制气体混合程度
NaCl H2O NaOH HCl
2NaCl H 2O SO3 Na2SO4 2HCl
2NaCl H2S Na2S 2HCl
3.5痕量重金属元素的迁移转化机理
煤中的元素根据含量可分为： 主量元素（C，H，O，N和S）的含量通常大于100 0ppm； 次量元素（Si，Al，Ca，Mg，K，Na，Fe，Mn，T i， Cl和F ）的含量在100ppm和1000ppm之间； 其它含量小于100ppm，大部分是重金属元素，称 为痕量元素。
富集因子
• 富集因子：某元素相对于一种标准高熔点元素的质量比占
其余各部分总质量比的份额。
Eij
[x]ij / Tj
n
n
[x]ij / Tj
j 1
j 1
[x]ij——某元素i在j固相燃烧产物中的质量流量（g/min）， 它等于燃烧产物的流量与某元素在燃烧产物中浓度的乘积； Tj ——某一高熔点元素（钛、铝或铁等）在燃烧产物中的质 量流量（g/min）； n ——燃烧产物j的个数。
痕量元素对人体健康的影响
• 在人体中几乎含有自然界存在的所有元素，按其含 量的多少可以分为常量元素和微量元素。
• 根据微量元素在机体内生物学作用的不同，可分为 必需元素、可能必需元素及非必需元素三类。
• 目前较肯定的人体必需微量元素有碘、铁、铜、硒、 锌、氟、铬、锰、钼和钴等；某些元素即使在浓度 比较低时也显示出毒性，重要元素有：砷、铅、镉、 汞等。
温室效应气体及其效应度
温室效应气体
二氧化碳 甲烷气体 一氧化二氮 对流层臭氧 氯氟烃
CO2 CH4 N2O O3 CFCs
水蒸气
H2O
效应度 1 20 100 2000 10000 2
3.2.3在燃烧过程中产生碳氢化合物的原因
碳氢化合物 的发生原因
氧气供给量不足
不完全 燃烧
燃烧温度不够高
滞留时间不够长
废弃物焚烧炉的构造及管理要求
燃烧室
冷却装置
排气处理装置
完全燃烧 温 度 保 持 在 800℃ 以 上 停留时间保持在2秒 采用助燃装置
烟气冷却置
3.3氟化物
氟主要来源于以下三个方面： • 岩石的风化 • 火山喷发 • 人为氟污染:工业大气氟污染、含氟废水污染和含
气体混合不充分 燃烧室泄漏未燃燃料 燃烧供给设备泄漏燃料
绝对氧气量不足(空气比<1.0)
存在局部性高浓度部分 绝对温度低
存在局部性低温部分 与低温壁接触 燃烧室容积过小 发生短路 点火延迟
3.2.4多环芳香族碳氢化合物
PAH分子中含有两个或两个以上的苯环 煤中的多环芳烃主要为菲类、萘类以及杂 环芳烃 3.2.5多环芳烃的生成机理主要有两种： 一种机理是由于植物燃烧产生大量的多环 芳烃; 另一种机理是芳香烃含量高的物质燃烧产 生的多环芳烃。
2）二次反应
C CO2 2CO 162 (kJ / mol )
2C O2 CO 246 (kJ / mol) 2CO O2 2CO2 571(kJ / mol)
3）C及CO2与空气中水蒸气产生的附从反应
C H 2O CO H 2
C 2H2O CO2 2H2
CO H2O CO2 H2
第三章 燃烧过程其它 污染物的形成
主要内容
• 3.1 碳氧化物的生成机理和控制 • 3.2 有机污染物的生成与控制 • 3.3 氟化物 • 3.4 氯化物的生成机理 • 3.5 痕量重金属元素的迁移转化机理
3.1.1 碳氧化物的生成机理
CO， CO2
1)碳氢化合物燃烧过程中碳氧化物的生成：
RH→R→RCHO→RCO→CO CO形成过程中的主要反应归因于RCO原子团的热分解作用。
CO生成过程：用一步反应模型表示。
即碳氢化合物同氧分子反应，生成CO和氢气。
Cn Hm
n 2
O2
nCO
m 2
H2
CO转化为CO2的唯一主要机理
CO OH CO2 H
甲烷的燃烧反应机理
2)固体含碳燃料燃烧过程中碳氧化物的生成
碳的燃烧化学反应过程： 1）一次反应
C O2 CO2 409 (kJ / mol )
日允许摄入量（TDI）pg/kg day 10
0.057/0.0066 1 5 5 10 10 10
10/5
二恶英的来源
1.自然界的很多自发过程； 2.工业过程：归纳起来主要为4个方面 燃烧过程：主要来源于城市生活垃圾焚烧和医疗废 物的焚烧过程 金属冶炼过程 化学制造过程及光化学作用 生化作用过程
2C 3H2O CO2 CO 3H2
碳的一次反应
目前存在以下三种学说： • 第一种说法即二氧化碳学说
在碳的氧化反应中二氧化碳是初次反应产物 • 第二种说法为一氧化碳学说
碳与氧反应的初级反应物为一氧化碳 • 第三种说法为CxOy学说
首先生成不稳定的中间络合物－碳氧化合物CxOy， 然后络合物分解。
痕量重金属元素的迁移、富集
痕量重金属元素在煤燃烧过程中的行为可分为三类： 第一类元素由于熔点高，燃烧时极不易挥发，主要 滞留在灰渣中； 第二类元素在煤粉火焰温度下，会部分或全部地挥 发气化，并随着烟气的冷却在微粒和烟道壁面上凝 结下来。它不易被除尘装置所捕获，最终常常以飞 灰的形式排入大气； 第三类元素在燃烧过程中极易挥发，主要以气态的 形式排入大气，并通过干湿沉降进入地面，危害陆 生生态系统。
氟废渣污染 • 工业大气氟污染:排烟工业的无机氟化物 (磷矿石
加工、冶炼、工业炉窑和煤的燃烧过程,以及陶瓷、 玻璃、塑料、农药等工业；碳氟有机氟化物
煤燃烧与利用过程中氟化物对环境的污染途径
3.4氯化物的生成机理
• 固体废弃物由于含有聚氯乙烯、NaCl等无机氯化物，故在焚 烧过程中排放出大量的HCl气体
焚烧过程中二恶英的生成机理
1.固体废弃物含有的痕量二恶英 2.高温合成：即高温气相生成二恶英 3.含氯前驱物生成的二恶英 4. “de novo” 合成
2HCl 12 O2 Cu(2)Cl2 H 2 O
具体哪一种机理起主导作用取决于炉型、工作状态 和燃烧条件。
二恶英的控制技术
1.烟气中PCDD/Fs的脱除 2.飞灰二恶英的处理 3.抑制PCDD/Fs在焚烧炉燃后段的生成 4.燃烧过程中控制二恶英生成 5.废物组成和特性控制
利用运转情况控制燃料或排放气体的再循环量
防止未燃燃料的泄漏－密闭化
3.2.7二口恶口英
二恶英是指聚合氯代二苯并二恶英（简称PCDDs），它是 由两个苯环和两个氧结合而成的含氯有机化合物。
聚合氯代二苯并呋喃（简称PCDFs）具有和PCDDs类似的 性质，它是由两个苯环和一个氧结合而成的含氯有机化合物。
二恶英化学物质很稳定，在环境中能长时间存在。
在低温下很稳定，温度超过800℃容易分解；极易溶于脂肪， 容易在人体内积累。
9O 8
1 2
9 8
1 2
7 6
O
3 4
7 6
3 O4
PCDDs
PCDFs
部分国家规定的二恶英日允许摄入量（TDI）
国家 加拿大 美国EPA
荷兰 瑞典 丹麦 瑞士 德国 英国 日本厚生省/环境厅