燃烧与大气污染

第二章燃烧与大气污染

建议学时数：4学时

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

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。教学难点

燃烧过程污染物排放计算。

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

燃烧与大气污染

烟尘、SO2、NOx、等主要是因燃烧而引起的。本章主要介绍燃料燃烧过程中的基本原理、污染物的生成机理以及如何控制燃烧过程，减少污染物的排放。

§2-1 燃料的性质

燃料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：（1）常规燃料：如煤（coal）、patrolum、天然气等。

（2）非常规燃料

按其物理状态分为：（1）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固定

炭以固态燃烧（扩散控制）。

（2）液体燃料：有蒸发过程控制（气态形式燃烧）。

(3)气态燃料：有扩散或混合控制。

燃料的性质影响大气污染物的排放。

一、煤：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起构成的有

机聚合物。

煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。

1.分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。

a.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。

特点：①挥发分较高，析出温度低；②燃烧热值低，不能制炭。

干燥后：C含量60—75%，O2含量20—25%。

b.烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。

挥发分20—45%，C 75—90%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜

工业使用。

c.无烟煤：碳含量最高，煤化时间最长的煤，具有明显的黑色光泽，机械强度高。

C含量>93%, 无机物量<10%, 着火难，不易自燃，成焦性差。

2.煤的组成

煤的组成测定方法分为工业分析；元素分析两大类。

a.工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、S含量、热值。

3.元素分析：用化学法测定去除掉外部水分的主要组分。C、H2、N2、S、O2等。煤中硫的

形态

有机硫（C x H y S z）

煤中含硫硫化物硫（FeS2）

无机硫无系硫（S

硫酸盐硫（MeSO4）

硫酸盐硫在燃烧时不参加燃烧，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它能燃烧放出热量。我们所说的污染物SOx只包括有机硫、硫化物，不包括MeSO4，而一般给我们的含硫量是指总硫量。应注意。

a.硫化铁硫：是主要的含硫成分，主要代表黄铁矿硫。

黄铁矿：硬度 6—6.5

比重 4.7—5.2

本无磁性，但在强磁场感应下能转变为顺磁性物，吸收微波能力较强，据此，可把其从煤中脱除。

b.有机硫：以各种官能团形式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分选的

方法除去，需采用化学方法脱硫。

c.石油：石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动液体。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、裂化和重态过程生产出各种产品。原油中的S约有80—90%留于重硫分中。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。

三、天然气

一般组成CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。

§2-2 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

燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。

多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。

若燃料中含S、N会生成SO2和NOx，燃烧温度较高时，空气中的部分氮会被氧化成NOx。Fuel NOx(燃料型NOx)——燃料中的N)

NOx的生成量

Thermal NOx(热型NOx)——高温时空气中

2．燃料完全燃烧的条件

燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混合。

（1）空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。

（2）温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。

着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃烧的着火温度见表2-3 。P348.

（3）时间条件：

燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。

燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需时间。

（4）燃烧与空气的混合条件：

燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度、时间、湍流度。(三T)

3．发热量及热损失

①发热量

单位量燃料完全燃烧产生的热量。即反应物开始状态和反应物终了状态相同情况下（常温298K,101325Pa）的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是KJ/Kg。（固体）KJ/m3(气体)。发热量有高位、低位之分。

高位：包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热，Q h

低位：指燃料燃烧生成物中水蒸汽仍以气态存在时，完全燃烧释放的热量。Q1

Q1与Q h的换算见式2.2，2.3。

可用氧弹式量热计测定，也可用经验公式计算。经验公式见式2.4。

根据煤的工

业分析数据计算。

煤的发热量

注意：煤中H有两种形态①可燃氢(参

根据燃料的关加燃烧)、自由氢。②结合氢（与O2）

系分析数据计算自由氢与C、S结合

需应用基来表明组成

注：干燥基（上标d）

可燃基（上标b）应用基（上标a）

气体燃料的发热量2.8，2.9。

②设省煤器、空气预热器可降温，供应防止温度过低而受酸蚀。一般工业锅炉160—

200℃；大中工业锅炉120—180℃。热损失。

排烟热损失：热损失为6—12%：