第三章 燃烧过程其它污染物的形成
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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
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
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。
Hale Waihona Puke Baidu
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。
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。
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
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。
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 在200℃以下冷却
高效率处理 采用高效率除尘装置
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
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。
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
• 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
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
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 )
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。
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。
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
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）
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
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
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
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
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。
Hale Waihona Puke Baidu
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。
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。
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
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。
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 在200℃以下冷却
高效率处理 采用高效率除尘装置
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
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。
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
• 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
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
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 )
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。
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。
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
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）
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
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