第02章 燃烧与大气污染-2013-3
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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。
大气第2章燃烧与大气污染
97.83 (3.78 1) 467.63mol / kg重油
即467.63 22.4 1000
10.47mN3
/
kg重油
36
三、热化学关系式 1.发热量
☆ 发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化， 即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下 (通常为298K和1atm)的热量变化。（kJ/kg or kJ/m3(气体)）。分为高位发热量和低位发热量。
时间条件(time):燃料在高温区的停留时间
燃料与空气的混合条件（湍流度turbulent） 通常把温度、时间和湍流称为燃烧过程的“3T”
24
燃料 木炭 无烟煤 重油 发生炉煤气 氢气 甲烷
表 2-3 燃料的着火温度
着火温度（K） 593-643 713-773 803-853 973-1073 853-873 923-1023
37
发热量
高位发热量:包括燃料燃烧生成物中水蒸气的 汽化潜热qH
低位发热量:燃烧产物中的水蒸气仍以气态存 在时，完全燃烧过程所释放的热量qL
38
若已知燃料中氢和水的含量，qL可由qh减去水蒸气的凝 结热求得。若发热量以kJ/kg表示，则
qL qH 25(9wH wW )
wH、wW----为燃料中氢和水分的质量分数。
39
2.燃烧设备的热损失
（1）排烟热损失：一般锅炉排烟热损失为6-12%， ➢ 影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟体
积。烟温每升高12-15K，排烟热损失可增加1%。 锅炉尾部一般设置省煤器和空气预热器，就是为 了降低排烟温度。
➢ 工业锅炉的排烟温度选取433-473K，大、中型锅
炉的排烟温度选取383-453K。
11
煤的结构模型
即467.63 22.4 1000
10.47mN3
/
kg重油
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三、热化学关系式 1.发热量
☆ 发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化， 即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下 (通常为298K和1atm)的热量变化。（kJ/kg or kJ/m3(气体)）。分为高位发热量和低位发热量。
时间条件(time):燃料在高温区的停留时间
燃料与空气的混合条件（湍流度turbulent） 通常把温度、时间和湍流称为燃烧过程的“3T”
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燃料 木炭 无烟煤 重油 发生炉煤气 氢气 甲烷
表 2-3 燃料的着火温度
着火温度（K） 593-643 713-773 803-853 973-1073 853-873 923-1023
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发热量
高位发热量:包括燃料燃烧生成物中水蒸气的 汽化潜热qH
低位发热量:燃烧产物中的水蒸气仍以气态存 在时，完全燃烧过程所释放的热量qL
38
若已知燃料中氢和水的含量，qL可由qh减去水蒸气的凝 结热求得。若发热量以kJ/kg表示，则
qL qH 25(9wH wW )
wH、wW----为燃料中氢和水分的质量分数。
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2.燃烧设备的热损失
（1）排烟热损失：一般锅炉排烟热损失为6-12%， ➢ 影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟体
积。烟温每升高12-15K，排烟热损失可增加1%。 锅炉尾部一般设置省煤器和空气预热器，就是为 了降低排烟温度。
➢ 工业锅炉的排烟温度选取433-473K，大、中型锅
炉的排烟温度选取383-453K。
11
煤的结构模型
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。
第二章 燃烧与大气污染 大气污染控制工程课件
➢ 空气质量对人体健康的影响 PM2.5、PM10和PM100的含义。2012年2月，国务院同意发布新修订
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。
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
•失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗 炉中加热7分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称重 。
在相同的热值下，煤中挥发分越高，越容易燃着， 火焰越长，越易燃烧完全。但挥发分含量过高时，容 易造成炉膛内没有充分的空间、时间使氧气与挥发分 充分混合，易形成浓烟，污染环境。
9
第二章 燃烧与大气污染
（1）煤的工业分析
11
第二章 燃烧与大气污染
（2）煤的元素分析
用化学方法测定去掉外部水分的煤中主要成分碳、氢、 氮、硫和氧等的含量。
✓ 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2 和H2O 的生成 量测定 ✓ 煤中氧的含量一般用间接方法测定。 ✓ 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸 收，滴定 ✓ 硫：艾氏法、库伦滴定法和高温燃烧法测定
非常规燃料
1）城市固体废弃物；2）商业和工业固体废弃物； 3）农产物和农村废物；4）水生植物和水生废物； 5）污泥处理厂废物；6）可燃性工业和采矿废物； 7）天然存在的含碳和含碳氢的资源；8）合成燃料。 非常规燃料通常需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
24
第二章 燃烧与大气污染
17
第二章 燃烧与大气污染
（4）煤的成分的表示方法
18
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
19
第二章 燃烧与大气污染
二. 石油
石油资源主要分布在中东、拉丁美洲、北美洲、 西欧、非洲、东南亚和中国。
空气过剩系数定义为实际空气量（Va）与理论空气
量（ V）a0 之比。以表示，通常>1。
在相同的热值下，煤中挥发分越高，越容易燃着， 火焰越长，越易燃烧完全。但挥发分含量过高时，容 易造成炉膛内没有充分的空间、时间使氧气与挥发分 充分混合，易形成浓烟，污染环境。
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第二章 燃烧与大气污染
（1）煤的工业分析
11
第二章 燃烧与大气污染
（2）煤的元素分析
用化学方法测定去掉外部水分的煤中主要成分碳、氢、 氮、硫和氧等的含量。
✓ 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2 和H2O 的生成 量测定 ✓ 煤中氧的含量一般用间接方法测定。 ✓ 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸 收，滴定 ✓ 硫：艾氏法、库伦滴定法和高温燃烧法测定
非常规燃料
1）城市固体废弃物；2）商业和工业固体废弃物； 3）农产物和农村废物；4）水生植物和水生废物； 5）污泥处理厂废物；6）可燃性工业和采矿废物； 7）天然存在的含碳和含碳氢的资源；8）合成燃料。 非常规燃料通常需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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第二章 燃烧与大气污染
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第二章 燃烧与大气污染
（4）煤的成分的表示方法
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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
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第二章 燃烧与大气污染
二. 石油
石油资源主要分布在中东、拉丁美洲、北美洲、 西欧、非洲、东南亚和中国。
空气过剩系数定义为实际空气量（Va）与理论空气
量（ V）a0 之比。以表示，通常>1。
简版_2013第2章燃烧与大气污染
二恶英的危害
• 通过呼吸进入人体的二恶英极少，主要是通过食品被人体吸收。
• 二恶英中毒症状：眼睛、鼻子和喉咙等部位有刺激感，头晕， 呕吐。在脸部、颈部等裸露的皮肤出现红肿，数周后出现“氯座 疮”等皮肤受损症状。
• 二恶英急性中毒症状：肝肿，肝组织受损，肝功能改变，血脂 和胆固醇增高，消化不良，腹泻，呕吐等。精神-神经系统症状 主要为失眠，头痛，烦躁不安，易激动，视力和听力减退以及 四肢无力，感觉丧失，性格变化，意志消沉等。
第二章 燃烧与大气污染
1. 大气污染的定义
定 义
如果大气中的物质达到一定浓度，并持续足够的时间，以致 对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生
于火山爆发、森林火灾、生物腐烂等非人力 所能控制的自然现象形成的污染源。
人为污染源：由于人类生产、生活活动形成的污染源。
4.燃料燃烧过程—燃料完全燃烧的条件
• 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
3. 燃料组成及对燃烧的影响——固体燃料
• 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。
(湍流度)
燃料燃烧过程—典型燃料的着火温度
燃料燃烧理论空气量的计算
• 建立燃烧方程式的假定： 空气组成：79.1%N2和20.9%O2，两者体积比为：N2/O2= 3.78 燃料的化学方程式为CxHySzOw 燃料中固定氧可用于燃烧 燃料中硫主要被氧化为 SO2 燃料中的N在燃烧时转化为N2，不考虑NOX的生成
第二部分燃烧与大气污染
▪ 燃烧热损失与空燃比的关系
在充分混合的条件下，热量总损失在理论空气量条 件下最低；混合不充分时，热量总损失的最小值出 现在空气过量一侧。
第三节 烟气体积及污染物排放量计算
一.烟气体积计算
✓ 理论烟气体积
CO2、SO2、N2和H2O
干烟气、湿烟气 ✓ 烟气体积和密度的校正
转化为标态下（273K、1atm）的体积和密度
➢ 燃烧方程式：
CxHySzOwx4 yzw 2O23.78x4 yzw 2N2 xCO22 yH2OzSO23.78x4 yzw 2N2Q
➢ 燃料重量 = 12x+1.008y+32z+16w (kg/kmol)
➢ 理论需氧量：
2 2 .4 2 2.4 4. ×7 8 x 4 y z w 2 / ( 1 2 x 1 .0 0 8 y 3 2 z 1 6 w )m 3 / k g
比) 则，理论空气量为：
9.8 7 3 3 .7 1 8 4.6m3 7 ol/kg重油
▪
即
46.67322.410.47 1000
m3N/kg重油
2.燃料燃烧的理论空气量
▪ 空气过剩系数 ✓ 实际空气量与理论空气量之比。以表示，通常>1
实际空气量Va 理论空气量Va0
✓ 部分炉型的空气过剩系数
硫：我国煤的平均含硫量约为1％。煤中的硫主要以有机 硫、硫化铁硫和硫酸盐硫的形式存在。燃烧时大部分硫 以SO2的形式排放，是大气污染物SO2的主要排放源。
➢ 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102~105C，保持2h后才 能除掉。
第02章燃烧与大气污染
来源于形成煤的植物蛋白质的原生 有机硫主要以 香基硫化物、环硫化物、
种不同形式的含硫杂环存在
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
是由一种松懈的键与煤中有机物构 机硫构成复杂分子，不
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。
i— i成分的体积分数
对气体燃料，按元素组成计算
V0 a
8.881wC , y
3.329wS,y
26.457wH ,y
3.333wO,y
V
0—
a
固、液体燃烧的理论空气量，m3/（kg燃料）
Wc,y等—燃料中碳等的质量分数
（二）实际空气量
为使燃料完全燃烧，就必须供给过量的空气。一般把超过理 论空气量多供给的空气量称为过剩空气量。并把实际空气量 Va与理论空气量Va0之比定义为空气过剩系数α，即
——
（1）1 kg重油需要的理论氧气量a为：
a=71.25+28.25+0.313-0.625=99.19 mol
理论空气量为4.76×99.19=472.1mol/kg煤＝10.58m3/kg重油 理论烟气量 71.25 56.5 0.07 0.313 99.19 3.76 501.1mol / kg煤＝11.22mN3 / kg煤
➢ 燃烧方程式：
CxH ySzOw
x
y 4
z
w 2
O2
3.768
x
y 4
z
w 2
N
2
xCO2
y 2
H 2O
zSO2
3.768
x
y 4
z
w 2
N
2
Q
第02章燃烧与大气污染
第五十七页，编辑于星期二：十八点 六分。
第十七页，编辑于星期二：十八点 六分。
第十八页，编辑于星期二：十八点 六分。
第十九页，编辑于星期二：十八点 六分。
第二十页，编辑于星期二：十八点 六分。
第二十一页，编辑于星期二：十八点 六分。
第二十二页，编辑于星期二：十八点 六分。
第二十三页，编辑于星期二：十八点 六分。
第二十四页，编辑于星期二：十八点 六分。
第四十一页，编辑于星期二：十八 六分。
第四十三页，编辑于星期二：十八点 六分。
第四十四页，编辑于星期二：十八点 六分。
第四十五页，编辑于星期二：十八点 六分。
第四十六页，编辑于星期二：十八点 六分。
第四十七页，编辑于星期二：十八点 六分。
第四十八页，编辑于星期二：十八点 六分。
第一页，编辑于星期二：十八点 六分。
第二页，编辑于星期二：十八点 六分。
第三页，编辑于星期二：十八点 六分。
第四页，编辑于星期二：十八点 六分。
第五页，编辑于星期二：十八点 六分。
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第七页，编辑于星期二：十八点 六分。
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3.燃烧过程中产生的污染物
燃烧可能释放的污染物：
CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等
温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响
燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响
3.燃烧过程中产生的污染物
燃烧产物与温度的关系：
3.燃烧过程中产生的污染物
燃料种类对燃烧产物的影响（以1000MW电站为例）：
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 热7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重
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 80020C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：
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。
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
18 18 18 C8H18 8 O2 3.788 N2 8CO2 9H2O 3.788 N2 4 4 4
• 汽油的质量：128+1.00818 = 114.14 • 空气的质量：3212.5+283.7812.5 = 1723 • 空燃比 AF=15.11
天然气
典型的气体燃料 一般组成为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％
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Fra bibliotek气体燃料
天然气
高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
3. 燃料组成对燃烧的影响
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 ）
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 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
Cad H ad Oad N ad S ad 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 S d Ad 100%
干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
2.燃料燃烧的理论空气量
燃烧方程式：
y w y w C x H ySz O w x z O2 3.78 x z N 2 4 2 4 2 y y w xCO2 H 2O zSO2 3.78 x z N 2 Q 2 4 2
1.烟气体积计算
过剩空气校正
理论需氧量 = 0.264 N2P - O2P，空气过剩系数 = 1 + O2P / （ 0.264 N2P - O2P ） 假如燃烧过程中产生 CO，过剩氧量必须加以校正： O2P 0.5 COP
= 1 + （ O2P - 0.5 COP ）/ [ 0.264 N2P - （ O2P - 0.5 COP ）]
O SO SO 2 hv
在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体
1.硫的氧化机理
H2S的氧化
O H 2S S O H 2 SO O 2 SO 2 O O H 2S O H S H H 2 O OH H H O2 OH O O H H 2 H 2O H
1.影响燃烧过程的主要因素
燃料完全燃烧的条件（3T）
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
Cdaf H daf Odaf N daf S daf 100%
4.煤的分类和组成
我国部分煤种的分析结果
4.煤的分类和组成
我国部分煤种的分析结果(续）
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
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
第二节 燃料燃烧过程
1.影响燃烧过程的主要因素
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
1.硫的氧化机理
有机硫化物的氧化
RCH 2SSCH 2 R O2 RCH 2S S CHR HO2 RCH 2S S CHR RCH 2S RCHS RCH 2S RH RCH 2SH R RSH O2 RS HO2 RS O2 R SO2
(kJ/kg)
4.热化学关系式
燃烧设备的热损失
• 排烟热损失 • 不完全燃烧热损失 • 散热损失
在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最 低 不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧
4.热化学关系式
燃烧热损失与空燃比的关系
第三节 烟气体积及污染物排放量计算
1.烟气体积计算
过剩空气校正
实际空气量 = （1+ ）（O2 + 3.78N2） 完 全 燃 烧 ： 与 理 论 空 气 量 相 比 多 （ O 2+ 3.78N2） 此时烟气中，O2的量为O2P= O2，N2的量为 N2P = 3.78（1+）N2 空气中 O2=（ 20.9/79.1 ） N2=0.264N2 ，即进入燃烧 系统的空气总氧量为 0.264N2P
COS hv CO S S O2 SO O O COS CO SO SO O2 SO2 O
1.硫的氧化机理
元素S的氧化
S8 S 7 S S O 2 SO O S 8 O SO S S 6 SO O SO * 2 SO 2 hv SO O 2 SO 2 O SO 2 O 2 SO 3 O SO 2 O M SO 3 M
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 S ar Aar W ar 100%
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
1.影响燃烧过程的主要因素
典型燃料的着火温度
2.燃料燃烧的理论空气量 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 燃料的化学式为CxHySzOw
例题：
2.燃料燃烧的理论空气量
空气过剩系数 实际空气量与理论空气量之比。以表示，通常>1
实 际 空 气 量 Va 理 论 空 气 量 V a0
部分炉型的空气过剩系数
2.燃料燃烧的理论空气量
空燃比
单位质量燃料燃烧所需要的空气质量 例如：汽油（～C8H18）的完全燃烧：
4.热化学关系式
发热量：
• 单位燃料完全燃烧时，所放出的热量，即在反应物开始 状态和反应产物终了状态相同下的热量变化（ kJ/kg or kcal/kg） • 高位发热量：包括燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热 • 低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时，完 全燃烧过程所释放的热量
q L q H 25(9W H W W )
Element Wt % mol/100g mol/mol(碳) 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 mol（碳） mol（碳）