第2章 燃烧与大气污染——【大气污染控制】
大气污染控制工程第二章1-2
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
（3）时间条件
时间条件即燃料在燃烧室中的停留时间。燃料 在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。
（4）燃料与空气的混合程度
一般取决于空气的湍流度。若混合不充分， 部分燃料在富燃条件下燃烧，将产生较多未燃尽物 质。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
完全燃烧需要的条件
2.1.1 固体燃料的燃烧
煤的燃烧 在燃烧器中，煤主要以煤粉或块状固体形式燃 烧。 a.煤粉燃烧 煤粉的燃烧受到两种形式的控制：同相燃烧和 异相燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
同相燃烧
燃料中挥发性组分首先被蒸 馏，与空气扩散混合，达到着火 点后迅速燃烧，称为同相燃烧。
异相燃烧
煤粉挥发后残留的固定 碳与空气反应，以固态燃 烧，称为异相燃烧。
图4 煤的同相燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
b.煤块燃烧
煤块燃烧则是将块状固体置于炉栅上或随炉栅 移动而燃烧。右图是上部加煤的层燃炉结构示意图。
图6 煤块的燃烧
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
2.1.2液体燃料和气体燃料的燃烧
a.液体燃料的燃烧
燃料油的燃烧过程包括： 燃料油的雾化、油雾粒子中可燃物的蒸发与扩散， 以及可燃物与空气的混合燃烧，燃烧状态受蒸发过程 控制。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
b.气体燃料的燃烧
燃烧过程包括气体燃料与空气的混合、可燃 气的加热与着火、燃烧反应三个阶段。燃烧状态 受空气的扩散和混合过程控制。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
小结：
1.煤的挥发分以气态燃烧，称为固相燃烧； 2.煤中的固定碳以固态燃烧，称为异相燃烧； 3.煤的燃烧速率取决于氧气向表面的扩散速率； 4.液体燃料以气态形式燃烧，燃烧过程受蒸发 过程控制 5.气体燃料最易燃烧，燃烧过程受空气的扩散 和混合控制
(完整word版)《大气污染控制工程》教案第二章
第二章燃烧与大气污染在大气污染物浓度较高的城市，烟尘、NOx和SO2等主要是由燃料燃烧产生的。
本章侧重介绍燃料燃烧过程的基本原理、污染物的生成机理、以及如何控制燃烧过程，以便减少污染物的排放量。
第一节燃料的性质燃料是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。
常规燃料：煤、燃料油和天然气非常规燃料：除了煤、石油和天然气等常规燃料外，所有可燃性物质都包括在非常规燃料之列。
燃料按物理状态可分为：（1）气体燃料：气体燃料的优点是燃烧迅速，其燃烧状态可基本上由空气与燃料的扩散或混合所控制。
（2）液体燃料：液体燃料也是以气态形式燃烧，因此它的燃烧速度受其蒸发过程控制。
（3）固体激料：固体燃料的燃烧则受此二种现象控制：燃料中挥发性组分被蒸馏后以气态燃烧，而遗留下来的固定碳则以固态燃烧，后者的速率由氧向固体表面的扩散控制。
一、煤煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体。
煤的可燃成分主要是由碳、氢及少量氧、氮和硫等一起构成的有机聚合物。
1.煤的分类：(1)褐煤：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、或泥土色，其结构类似木材。
水分和灰分含量都较高，燃烧热值较低。
(2)烟煤：烟煤的形成历史较褐煤为长．呈黑色．外形有可见条纹。
成焦性较强，且含氧量低．水分和灰分含量一般不高，适宜工业上的一般应用。
(3)无烟煤：无烟煤是碳含量最高．煤化时间最长的煤。
它具有明亮的黑色光泽，机械强度高。
碳含量一般高于93％，无机物含量低于10％，因而着火困难，储存时稳定，不易自燃。
2.煤的工业分析煤的工业分析包括测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳，以及故测硫含量和热值，这是评价工业用煤的主要指标。
①水分：水分包括外部水分和内部水分。
测定外部水分的方法是：称取一定量的13mm以下粒度的煤样，置于干燥箱内，在318—323K温度下干燥8h，取出冷却．干燥后所失去的水分质量占煤样原来质量的百分数就是煤的外部水分。
2《大气污染控制工程》第二章解析
第二章燃烧与大气污染在大气污染物浓度较高的城市，烟尘、NOx和SO2等主要是由燃料燃烧产生的。
本章侧重介绍燃料燃烧过程的基本原理、污染物的生成机理、以及如何控制燃烧过程，以便减少污染物的排放量。
第一节燃料的性质（请同学们列举哪些是燃料并做总结）定义：燃料是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。
燃料是指用以生产产生热量或动力的可燃性物质。
可分为常规燃料和非常规燃料。
常规燃料：煤、石油和天然气等化石燃料。
非常规燃料：除了煤、石油和天然气等常规燃料外，所有可燃性物质都包括在非常规燃料之列；如生活垃圾、农作物秸秆等。
燃料按物理状态可分为：(1)气体燃料：气体燃料的优点是燃烧迅速，其燃烧状态可基本上由空气与燃料的扩散或混合所控制。
(2)液体燃料：液体燃料也是以气态形式燃烧，因此它的燃烧速度受其蒸发过程控制。
(3)固体激料：固体燃料的燃烧则受以下二种现象控制：燃料中挥发性组分被蒸馏后以气态燃烧，而遗留下来的固定碳则以固态燃烧，后者的速率由氧向固体表面的扩散控制。
燃料的性质影响燃烧设备设计和各种操作条件，也影响大气污染物的形成和排放，所以接下来对常规燃料及非常规燃料做一简要介绍。
一、煤煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体，主要是由植物的部分分解和变质而形成的。
煤的可燃成分主要是由碳、氢及少量氧、氮和硫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，因煤的种类和产地不同而有很大差别。
下面对煤的分类做一介绍。
1.煤的分类：我们知道，煤是由植物做在高压覆盖和较高温度条件下经过长期过程形成的，不同的植物及其不同覆盖时间即腐蚀程度会形成不同的煤。
（我们把植物原料变成煤的过程称为“煤化”过程）根据“煤化”程度，桨煤分成以下三大类：(1)褐煤：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、褐色或泥土色，其结构类似木材。
水分和灰分含量都较高，燃烧热值较低。
(2)烟煤：烟煤的形成历史较褐煤为长，呈黑色，外形有可见条纹。
大气污染控制工程-讲稿_02燃烧与污染
第2章燃烧与大气污染人类所造成的环境污染物很大一部分也是来自燃烧。
特别是空气污染，其污染源主要是各种燃烧设备。
每年用于防治空气污染的费用中95 %以上是消耗在燃烧装置上的。
由于燃烧而产生的著名污染事件有伦敦烟雾事件（在潮湿的空气中SO2和粉尘的综合作用结果）、洛山矶光化学烟雾事件邙日光下NO x和。
3等产生强烈刺激的二次污染物）等。
而频繁出现的酸雨事件更是令人头痛不已，并曾造成国际纠纷。
我国的酸雨情况更是不容乐观60年代对大气污染来源的统计结果:2.1燃料的性质常规燃料按其物理形态可以分固体燃料、液体燃料和气体燃料三大类。
2.1.1 固体燃料固体燃料包括煤、木材、焦炭等。
煤是一种重要的固体燃料，在我国的能源总消费中煤炭约占3/4以上，用于火力发电、工业锅炉和民用等领域。
1. 煤的分类煤的形成要经历一个很长的时间，分阶段的逐渐转化。
按沉积年代不同，煤被分为褐煤、烟煤和无烟煤三种。
（1）褐煤褐煤形成年代最短，褐煤中的水分和灰分含量都很高，干燥无灰的褐煤中碳含量为60 % ~ 75 %，挥发分为40 % ~ 50 % ;燃烧热值低，低位发热量11.7 ~ 15.5 MJ/kg。
（2）烟煤烟煤的形成历史较长，挥发分含量占19 % ~ 40 %，碳含量为75 % ~90 %，低位发热量15.5 ~ 18.4 MJ/kg。
（3）无烟煤无烟煤是含碳量最高、煤化时间最长的煤。
碳的含量一般高于93 %，无机物含量低于10 %，挥发分小于9 %，低位发热量> 20.9 MJ/kg 。
2. 煤的组成一一工业分析（1）水分：外部水分（45 ~ 50 C下失水）和内部水分（102 ~ 107 C下失水）；（2）灰分：不可燃矿物质总称，主要是铝、硅、铁、钙、镁等的氧化物。
我国煤炭平均灰分为25 % ；（3）挥发分：煤在隔绝空气的条件下加热（干馏）时所释放的气态可燃物；（4）固形碳：从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分。
大气污染控制技术课件——燃烧与大气污染
变燃烧条件减少污染物生成的途径
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。
3
600MW亚临界自然循环前后墙对冲燃烧中间再热锅炉
6
§1燃料的性质
一、煤 煤定义：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。
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。
7
8
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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
是灰分的一部分，其它形态的硫能燃烧放出热量。通常所 说的SOx污染物只包括有机硫、硫化物，不包括MeSO4。
c.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。
21
（4）煤的成分的表示方法
要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的 基准，常用的基准有以下四种：
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（1）煤的工业分析
√ 固定碳
• 从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为 固定碳，是煤的主要可燃物质。
• 失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在 80020C的环境中灼烧到重量不在变化时，取出冷 却。焦炭所失去的重量为固定碳。
√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。
• 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
大气污染控制工程燃烧与大气污染
例 2-5 ： 已知某电厂烟气温度为 473K， 压力为 已知某电厂烟气温度为473 K
解：（1）污染物排放的质量流量为： 污染物排放的质量流量为：
22 . 7 Kg 60 min h t × × 24 × = 32 . 7 t / d min h d 1000 Kg
（2）测定条件下的干空气量为： 测定条件下的干空气量为：
第2章燃烧与大气污染(2) 章燃烧与大气污染(2)
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
§3 烟气体积及污染物排放量计算
一．烟气体积计算 １. 理论烟气体积
在理论空气量下， 在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称 表示， 烟气成分主要是CO 为理论烟气体积。 为理论烟气体积 。 以 Vfg0 表示 ， 烟气成分主要是 CO2 、 SO2、N2和水蒸气。 和水蒸气。 干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气； 干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气； 湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。 湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。
1.648 × 100 = 13.69% 12.04
9 6 . 9 3 Kpa, 湿 烟 气 量 Q=10400m3/min， 含 水 汽 Q=10400m /min， 6 . 25 % （ 体积 ） ， 奥萨特仪分析结果是 ： CO2 占 25% 体积） 奥萨特仪分析结果是： 10.7%， O2占 8.2%， 不含 CO，污染物排放的质量 10. 不含CO， 流量为22. kg/min。 流量为22.7kg/min。 污染物排放的质量速率（ t/d表示 表示） （1） 污染物排放的质量速率（以t/d表示） （2） 污染物在烟气中浓度 （3） 烟气中空气过剩系数 校正至空气过剩系数α （4）校正至空气过剩系数α=1.4时污染物在烟气 中的浓度。 中的浓度。
大气污染控制工程课后题
第二章：燃烧与大气污染2.1 已知重油元素分析结果如下：C ：85.5% H ：11.3% O ：2.0% N ：0.2% S ：1.0%，试计算：1）燃油1kg 所需理论空气量和产生的理论烟气量； 2）干烟气中SO 2的浓度和CO 2的最大浓度；3）当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。
【解】：1kg 燃油含：重量（g ） 摩尔数（g ） 需氧数（g ）C 855 71.25 71.25H 113－2.5 55.25 27.625（转化为氧，即原料中含有氧，20g ，相当于0.625molO2，转化为H 为2.5g ）S 10 0.3125 0.3125 H 2O 22.5 1.25 0 N 元素忽略。
1）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg设干空气O 2：N 2体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg 重油。
即474.12×22.4/1000=10.62m 3N /kg 重油。
烟气组成为CO 271.25mol ，H 2O 55.25+11.25=56.50mol ，SO 20.1325mol ，N 23.78×99.1875=374.93mol 。
理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg 重油。
即502.99×22.4/1000=11.27 m 3N /kg 重油。
2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg 重油。
SO 2百分比浓度为%07.0%10049.4463125.0=⨯，空气燃烧时CO 2存在最大浓度%96.15%10049.44625.71=⨯。
3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m 3N /kg 重油， 产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m 3N /kg 重油。
大气污染控制 第二章 燃烧与大气污染
空气过剩系数↑、温度↑、反应时间↑ SO3↑ 因此不希望火焰中心温度过高，也不希望火焰拖得太长，以SO3浓
度过高。
⑵对流受热面上的积灰和氧化膜的催化作用。
积灰中含有：V2O5、氧化硅、氧化铝、氧化钠等都有一定催化作用。 加速二氧化硫的氧化。
3. 硫酸
SO3+H2O
H2SO4
200-400℃开始进行，110℃反应基本结束，形成硫酸蒸汽。
燃烧污染物：CO、SOx、NOx、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、 醛、酮、和稠环炭氢化合物等。
我国的煤为燃料还可能有：汞、砷等微量重金属及氟、氯等卤素污染和 低水平的放射性污染。
四、热化学关系式
1. 发热量 单位燃料完全燃烧时所发生的热量变化(298k、1atm)。
kJ/m3(气)、kJ/kg（液、固） 高发热量qH、低发热量qL qL=qH-25(9wH+ww) 式中： wH、ww分别为燃料中氢和水的质量百分数。
含硫量％ 0.25-0.75 0.2-2.8 0.6-5.0 0.5-5.0
含氮量％
0.08-0.4 0.08-0.04 0.5-2.5
产生的污染物主要是：SO2、SO3、硫酸雾、酸性尘、酸雨等。
二、 燃烧过程含硫污染物的生成
1. 二氧化硫
a＜1时，有机硫分解，SO2、S、H2、SO。 a＞1时，全部氧化为SO2。 烟气中SO2的含量正比于原料中S含量。煤中的硫酸盐进入灰分中。
固体燃料燃烧产生的颗粒物通常称为烟尘，包括黑烟和飞灰两部分。 黑烟：主要是未燃尽的炭粒。 飞灰：主要是燃料所含的不可燃矿物质微粒。 1. 煤粉的燃烧过程
煤的热解很容易形成多环化合物，这样就会冒黑烟。 出现黑烟的燃料顺序为：
高挥发分烟煤、低挥发分烟煤、褐煤、焦碳、无烟煤 减少未燃尽碳粒的途径：改善燃料和空气的混合，保证足够高 的燃烧温度，以及碳粒在高温区必要的停留时间。 2. 影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素 烟煤尾气中飞灰的浓度和粒度与煤质、燃烧方式、烟气流速、 炉排、锅炉运行负荷以及锅炉结构等多种因素有关。
天津大学 环境化学化工 大气治理部分 第2章 燃烧与大气污染
燃料种类和燃烧 方式对燃烧产物 也有影响
5.1 燃烧污染物－硫氧化物
有机硫的分解温度较低 无机硫的分解速度较慢 含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色，由于反应：
在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体
O SO SO2 hv
5.2 燃烧污染物－燃煤烟尘
3. 燃料组成及对燃烧的影响：固体燃料
硫以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫（挥发硫）和硫酸盐硫。前两种 能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2 占95%以上。
有机硫：以各种官能团形式存在，如噻吩、芳香基硫化物、环硫化物、 脂肪族硫化物及硫醇等，需要采用化学方法进行脱硫。
5.7 燃烧污染物－二恶英
• “二恶英”(Dioxin)：氯代含氧三环芳烃类化合物。无色无味、 脂溶性，包括210种化合物，毒性是氰化物的130倍，砒霜的 900倍，目前世界上已知的毒性最强的有毒化合物。
• 二恶英的发生源:
– 一是在制造包括农药在内的化学物质，尤其是氯系化学物 质,象杀虫剂、除草剂、木材防腐剂、落叶剂（美军用于 越战）、多氯联苯等产品的过程中派生；
• 烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：
黑烟：未燃尽的碳粒
飞灰：不可燃矿物质微粒，灰分中含有Hg、As、Se、Pb、 Cu、Zn等污染元素
• 煤粉燃烧过程:碳表面的燃烧产物为CO，它扩散离开表面并与
O2反应
灰层
外扩散
碳层
• 理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟
Cm H n
O2
2CO
2 n
3.燃料组成的表示方法: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.
第二章 燃烧与大气污染 大气污染控制工程课件
的《环境空气质量标准》增加了PM2.5监测指标。 颗粒物来源：一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自道路
扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）则主要来自日常发电、工业生产、 汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒 物质。
大气污染对能见度的长期影响相对较小。但是，如果大气污染对气 候产生大规模影响，则其结果肯定是极为严重的。
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知识点回顾—大气污染的综合防治
➢ 大气污染综合防治的含义 为了达到区域环境空气质量控制目标，对多种大气污染控制方案的
技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性等进行最优化 选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。
✓ 硫酸盐硫：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 它形态的硫能燃烧放出热量。通常所说的SOx污染物只包括有机硫、硫化物， 不包括MeSO4。
✓ 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。
低硫煤中主要是有机硫，为无机硫的8倍；高硫煤中主要为无机硫， 约为有机硫的3倍。
碳以固态燃烧，后者的速率由氧分子向固体表面的扩散控制。
燃料的性质
➢ 燃料的化学组成（碳、氢、氧、氮、硫、水份、灰份等）
典型的固体燃料的化学组成成分
典型的气体燃料的化学组成成分
典型的液体燃料的化学组成成分
燃料的性质
➢ 燃料的化学组成对燃烧的影响
✓ 碳：可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出32,860 kJ的热量。当不完全燃烧生 成CO时，放出9,268kJ的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤 中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地 质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。
第二章—燃烧与大气污染 大气污染控制工程课件
来源于形成煤的植物蛋白质的原 生质，一般蛋白质含硫量为5％， 以各种不同形式的含硫杂环存在。
是由一种松懈的键与煤中有机物 构成的有机联系。在煤中分布不 均匀，主要局限于黄铁矿包裹体 的周围。
有机硫主要以噻吩、芳香基
硫化物、环硫化物、脂肪 族硫化物、二硫化物、硫 醇等各种官能团形式存在， 且与煤中有机质构成复杂 的分子,不宜用一般重力分 选的办法除去，需要采用 化学方法进行脱硫。
三、燃料的发热量
燃料的发热量：单位燃料完全燃烧产生的热量，单 位kJ/kg(固体、液体燃料)或kJ/m3( 气体燃料)。
高位发热量：包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化 潜热。
低位发热量：指燃烧产物中水蒸气仍以气态存在时 完全燃烧所释放的热量。
由于一般燃烧设备的排烟温度高于水的露点温 度，故可利用的热量是低位发热量。
一、燃料的分类
煤中硫的分类 硫化铁硫
原生有机硫
有
机 硫
次生有机硫
硫酸盐硫
煤中硫的分类
存在形态及主要性质
主要代表为黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分。黄铁矿比矸石和煤
重得多；本身虽无磁性但在强磁场感应下能够转变为顺磁性物质； 和煤炭相比有不同的微波效应，吸收微波能力较强，据此可采用不 同的物理或化学方法，把黄铁矿从煤中脱除。
理论湿烟气量为：
Vf0 1.866 wC,y 11.111 wH,y 1.24(Va0 a wW,y )
液化石油气（LPG）：液化石油气是石油精炼 过程的副产品，含C1～C4烃类，加压液化后储 存和输送，减压汽化后燃烧。
一、燃料的分类
裂化石油气：裂化石油气是石油类裂解制得的气 体。在城市燃气构成中，替代煤气占有较高的比 例。
煤气：煤干馏所得的气体总称煤气，主要成分是 甲烷及氢，发热量高。
《大气污染物控制工程》燃烧与大气污染
干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
Cdaf + H daf + Odaf + N daf + S daf = 100%
三、煤的性质 3、煤的成分的表示方法
ar ad d daf
A Sly 灰分
C 固定碳
固体部分 （焦炭）
O + SO → SO2 + h
在所有的情况下，SO都作为一种重要的反应中间体
二、硫的氧化机理 有机硫化物的氧化
RCH2SSCH2R O2 RCH2S S CHR HO2 RCH2SS CHR RCH2S RCHS RCH2S RH RCH2SH R RSH O2 RS HO2 RS O2 R SO2
原油中还含有微量金属，如钒、镍、氯、砷、铅等。
氢含量增加时，比重减少，发热量增加
五、天然气的组成与性质
典型的气体燃料 一般组成为甲烷85％、
乙烷10％、丙烷3％ 单位热量产生的CO2最少，且无灰分，是最清洁的化石燃料 天然气中还含有H2O、CO2、N2、He、H2S等。
东华大学
第二章 燃烧与大气污染
磷黄铁矿(Fe1-xS)
无机硫
黄铜矿(CuFeS2)
石膏(CaSO4·2H2O)
煤
硫酸盐硫 绿矾(FeSO4 ·7H2O)
中
重晶石(BaSO4)
硫 的
硫醇或醚基化合物（R-SH)
形
硫醚(R-S-R)
态
有机硫
二硫醇羧(R-S-S-R)
噻吩类环硫化物
环醌化合物
元素硫
《大气污染控制工程》第二章 燃烧与大气污染(2)
燃烧过程中颗粒物的形成
1.碳粒子的生成(气态、液态燃料）
燃烧过程中生成一些主要成分为碳的粒子：气相反应生 成积炭，由液态烃燃料高温分解产生的那些粒子是结焦 或煤胞。
积炭的生成 1. 核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳 2. 核表面上发生非均质反应 3. 较为缓慢的凝团和凝聚过程
1. 碳粒子的生成
CO2 +C 2CO
实际上到达碳表面的 氧气很少，碳主要消 耗在使CO2还原成CO。
外扩散
灰 层
碳层
燃烧碳层中成分和温度分析
2. 燃煤烟尘的形成
煤粉燃烧过程
燃烧完全，余下灰分 燃烧不完全，煤易热解形成多环化合物，就冒黑烟
C m H n O2 2CO
石油焦和煤胞的生成
燃料油滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液 相裂化和高温分解，出现结焦
多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞(焦粒），难以燃 烧。
煤胞外形为微小空心的球形粒子，粒径10-300um
焦粒生成反应的顺序：烷烃 烯烃 带支链芳烃 凝聚环系 沥青 半园体沥青 沥青焦 焦炭
2. 燃煤烟尘的形成
理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟 在预混火焰中，C/O大约为0.5时最易形成黑烟 煤的种类余质量影响黑烟形成。 易于燃烧且较少出现黑烟的燃料顺序为：
n H 2 ( m 2 )C s 2
无烟煤
焦炭
褐煤
低挥发分烟煤
高挥发分烟煤
2. 燃煤烟尘的形成
高灰分燃料的扩散燃烧
燃烧模型： 假设：灰层中的氧浓度分 布见图2-9 烟气 结论：碳粒子燃尽的时间 与粒子的初始直径、表面 温度、氧气浓度等有关
第二章 燃烧与大气污染 大气污染控制工程课件
CO2体积为：
7.3 58 2.2 41.64m 8 3N/K重 g 油 1000
所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为：
1.648100 13.75% 11.985
例3：已知某电厂烟气温度为473K，压力为
NOx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。各种燃料的着火温度 见表2-3 。P28
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
理论空气量：
Va0
22.44.76xyzw/12x1.00y832z16w
4 2
10.6xyzw/12x1.00y832z16w
4 2
m3 /k g
一般煤的理论空气量
Va04~7m3/kg
3.6~6.0 褐煤 7.5~8.5 无烟煤 9~10 烟煤
液体燃料（燃料油）的 Va010~1m 13/kg
（mol）为：
CO2：73.58
H2O：47.5+0.0278
SOX：0.5
NX： 97.833.76
大气污染控制工程 第02章_燃烧与大气污染
2.污染物排放量计算
▪ 方法：
✓ 根据实测的污染物浓度和排烟量
✓ 根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况预 测烟气量和污染物浓度
➢ 排放因子（Emission Factor）
2.污染物排放量计算
▪ 排放因子举例（烟煤、次烟煤－SOx、NOx、CO）
第二章 燃烧与大气污染
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
第一节 燃料的性质
1. 燃料的分类
按获得方法分 按物态分
天然燃料
人工燃料
固体燃料
木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等
液体燃料 气体燃料
石油 天然气
在实验室内进行燃料分析时的试样成分
Cad H ad Oad N ad Sad Aad W ad 100%
4.煤的分类和组成
✓ 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
Cd H d Od N d Sd Ad 100%
✓ 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
▪ 煤的基本分类
褐煤
最低品味的煤，形成年代最短，热值较低
烟煤
形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性较强，适宜工 业一般应用
无烟煤
煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性差,发热量 大
4.煤的分类和组成
▪ 煤的成分分析
✓ 工业分析（ proximate analysis ）
➢ 决定燃料的消耗量
❖ 杂质
➢ 污染物产生的来源
第二节 燃料燃烧过程
1.影响燃烧过程的主要因素
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4.煤的分类和组成
• 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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4.煤的分类和组成
• 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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4.煤的分类和组成
• 煤中硫的形态
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4.煤的分类和组成
• 煤的成分的表示方法 • 要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，
常用的基准有以下四种：
• 收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分
Car H ar Oar N ar Sar Aar W ar 100%
石油 天然气
汽油、煤油、柴油、 重油
高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
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2. 燃料的化学组成
典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分
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2. 燃料的化学组成
典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）
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2. 燃料的化学组成
• 液态燃料的挥发（以汽油为例）
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3. 燃料组成对燃烧的影响
• 碳：可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出32860 kJ的热量。当不 完全燃烧生成CO时，放出9268kJ的热量。纯碳起燃温度很高，燃 烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、 硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含 量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约90%~98%， 一般煤的含碳量约50%~95%。
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6.燃料组成的表示方法: 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 c。
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4.煤的分类和组成
• 煤的基本分类
• 褐煤 • 最低品味的煤，形成年代最短，热值较低 • 烟煤 • 形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性较强，
适宜工业一般应用 • 无烟煤 • 煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性
差,发热量大
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4.煤的分类和组成
• 煤的详细分类
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4.煤的分类和组成
• 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
含量和热值，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
• 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
Cdaf H daf Odaf N daf Sdaf 100%
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4.煤的分类和组成
• 煤的成分的表示方法及其组成的相互关系 •
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4.煤的分类和组成
• 我国部分煤种的分析结果 •
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4.煤的分类和组成
• 我国部分煤种的分析结果(续） •
能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3， 其中SO2占95%以上。
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3. 燃料组成对燃烧的影响
• 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102~105 C，保持2h后才能除掉。
• 氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为 2%~10%，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出 120500 kJ的热量。
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3. 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。前两种
• 空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分， 即在实验室内进行燃料分析时的试样成分
Cad H ad Oad N ad Sad Aad W ad 100%
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4.煤的分类和组成
• 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
Cd H d Od N d Sd Ad 100%
要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。
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4.煤的分类和组成
• 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8h，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
• 挥发分： • 失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中加
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5.其他燃料
• 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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5.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
第二章 燃烧与大气污染
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
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第一节 燃料的性质
1. 燃料的分类
按获得方法分 按物态分
天然燃料
人工燃料
固体燃料
木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等
液体燃料 气体燃料
热7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重
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4.煤的分类和组成
• 煤的工业分析（续）
• 固定碳 •失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在
800 20 C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。 焦炭所失去的重量为固定碳
• 灰分： • 从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定
碳
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