第2章燃烧与大气污染(2) 大气污染控制工程 课件_575

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第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
1
3.过剩空气较正
因为实际燃烧过程是有过剩空气的,所以燃烧 过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过 剩空气量之和。
生反应(实际中应用最多),不同的区域有不同的
(0~) 值
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一. 碳粒子的生成
火焰的结构(续)
• 层流火焰:Re<2200,分子扩散和传导是控制过程 • 湍流火焰:Re>2200,强烈的湍流作用,但分子扩散
仍然起作用
Laminar
transition
developed turbulent
height
9750
标态下的浓度:
C N C P P N T T N 23 .2 1 2 9..9 3 0 8 6 3 3 1 2 4 7 7 43 3 2 .0 m 1 /m g 3 7 N
15
(3)空气过剩系数:
1 Q 2 P 1 8 .2 1 .613
0 .2N 62 P 8 O 2 P 0 .26 88 .1 1 8 .2
17
2.H2S的氧化
O H 2S S O H 2 SO O 2 SO 2 O O H 2S O H S H H2 O OH H H O2 OH O O H H 2 H 2O H
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3.CS2和COS的氧化
CS2 O 2 CS SO O CS O 2 CO SO SO O 2 SO 2 O O CS2 CS SO CS O CO S O CS2 COS S S O 2 SO O
CSO2
0.0109106 13.05
835.25ppm
CSO3
3.36104 13.05
106
25.75p
p
m
12
二.污染物排放量的计算
当α=1.2时,干烟气量为:
4.4 8 5 4 9 .5 7 0 .0 2 2 7 .4 2 8 1 .4 0 0 3 .2 1 .9 1 m 8 3 N /5 K
燃烧碳层中成分和温度分布
33
二. 燃煤烟尘的形成
黑烟形成的化学过程
34
二. 燃煤烟尘的形成
高灰分燃料的扩散燃烧
35
二. 燃煤烟尘的形成
飞灰的形成过程
36
二. 燃煤烟尘的形成
影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素 ✓ 煤质 ✓ 燃烧方式 ✓ 烟气流速 ✓ 炉排和炉膛的热负荷 ✓ 锅炉运行负荷 ✓ 锅炉结构
理论空气量。
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二.污染物排放量的计算
烟气中SO2的体积为 0 .5 0 .9 2 7.4 1 20 0 .0 00 1 m 3N 0/K 9g
烟气中SO3的体积为 0 .5 0 .0 2 3.4 1 20 3 .3 0 1 6 0 4 0 m 3 N /Kg
所以,烟气中SO2、、SO3的浓度分别为:
气量和污染物浓度
➢ 排放因子(Emission Factor)
6
二.污染物排放量计算
排放因子举例(烟煤、次烟煤-SOx、NOx、CO)
7
二.污染物排放量计算
排放因子举例(烟煤、次烟煤- PM)
8
二.污染物排放量计算
排放因子举例(机动车)
单位:g/mi
车速:15km/h
EF 车型
LDGV LDGT1 LDGT2 HDGV LDDV LDDT HDDV MC
k1SO2M
k2
在富燃料条件下,[O]浓度低得多,SO3的去除反应主要为反应
(3), SO3的最大浓度:
SO3 maxk1SO k3 2H M O
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二. SO2和SO3之间的转化
燃烧后烟气中的水蒸气可能与SO3结合生成 H2SO4,转化率:
x 1 0 0 P H 2 S O 4/(P S O 3 P H 2 S O 4 ) %
• 燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 • 积炭的生成与火焰的结构有关 • 提高氧气量可以防止积炭生成 • 压力越低则积炭的生成趋势越小
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一. 碳粒子的生成
火焰的结构
• 预混火焰:气体燃料和空气在燃烧前充分混合 ( bursen burner, meeker burner)
• 扩散火焰:燃料和空气分别进入燃烧区,混合然后发
✓ 在预混火C 焰m H 中n,CO /2 O 大2 约C 为O 0 .5n 2 时H 最2 易(m 形 成2 黑)烟C s
✓ 易燃烧又少出现黑烟的燃料顺序为:无烟煤 焦炭 褐煤 低挥发分烟煤 高灰发分烟煤
✓ 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
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二. 燃煤烟尘的形成
SO 2 O M SO 3 M
20
5.有机硫化物的氧化
RCH2SSCH2RO2 RCH2SSCHRHO2 RCH2SSCHRRCH2SRCHS RCH2SRHRCH2SHR RSHO2 RSHO2 RSO2 RSO2
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二. SO2和SO3之间的转化
反应方程式
SO2 + O + M SO3 + M SO3 + O SO2 + O2 SO3 + H SO2 + OH SO3 + M SO2 + O + M
SOX:0.5
理论烟气量:
H2O:47.5+0.0278 NX:
97 .83 3.76
73.58+0.5+(47.5+0.0278)+(
)=489.45mol/kg
重油
97 .83 3.76
即 489.45=10.96m3/kg重油
空气过剩系数a=1.2时,实际烟气量为:
其中10.43为理论空气量,即1Kg重油完全燃烧所需
例2-4 对例2--3给定的重油,若燃料中 硫转化为SOX(其中SO2占97%),试计 算空气过剩系数a=1.20时烟气中SO2及 SO3的浓度,以ppm表示,并计算此时烟 气中CO2的含量,以体积百分比表示。
10
二.污染物排放量的计算
解:由例1可知,理论空气量条件下烟气组成(mol)为:
CO2:73.58
1000
CO2体积为:7.3582.241.64m83N/K重 g 油 1000
所以干烟气中CO2的含量(以体积计)为:
1.648
100 13.75%
11.985
13
二.污染物排放量的计算
例2-5:已知某电厂烟气温度为473K,压力为
9 6 . 9 3 Kpa, 湿 烟 气 量 Q=10400m3/min, 含 水 汽占的质61.0量2.57流%%量(,为体O22积2占.)78K,.g2奥/%m萨,in特不。仪含分CO析,结污果染是物:排CO放2 (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 (4)校正至空气过剩系数α=1.8时污染物在烟 气中的浓度。
转化率与温度密切相关 H2SO4浓度越高,酸露点越高 烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐

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SO3的转化率/%
二. SO2和SO3之间的转化
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§5燃烧过程中颗粒物的形成
一、碳粒子的生成
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. 较为缓慢的聚团和凝聚过程
C 1 a O 2 1 a 3 . 7 N 2 C 6 2 P O 2 P O N 2 P
假设空气只有O2、N2,分别为21%、79%,则空气中总氧量为
理论需氧量: 0.266N2P-O2P
所以(燃烧完全时)
a1
O2P
0.26N62PO2P
若燃烧不完全会产生CO,须校正。即从测得的过剩氧中减去
污染物
THC CO
18.61 27.67 42.88 44.92 3.25 3.46 11.24 12.07 123.45 106.4 202.45 293.1 7.63 7.68 18.96 59.57
NOx
3.57 5.55 9.57 18.6 5.03 5.38 53.5 0.21
9
二.污染物排放量的计算
(1) (2) (3) (4)
在炽热反应区 ,[O] 浓度很高,反应(1)和(2)起支配作 用
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二. SO2和SO3之间的转化
SO3生成速率 d S d O t3 k 1 S O 2 O M k 2S O 3 O
当d[SO3] /dt = 0 时,SO3浓度达到最大
SO3 max
用CO奥的氏含烟量气,分可析以仪确测定定燃烟烧气设中备的在C运O行2、中O烟2和气
成分和空气过剩系数。
空气过剩系数为
α=
实际空气量 理论空气量1a
a-----过剩空气中O2的过剩数
设式存燃在烧,是燃完烧全产燃物烧用,下过标剩P空表气示中,的氧只以O2形
4
若燃烧是完全的,过剩空气中的O仅能够以的o2形式存在,假定 燃烧产物以下标p表示:
系 沥青 半园体沥青 沥青ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 焦炭
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二. 燃煤烟尘的形成
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
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

外扩散

碳层
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二. 燃煤烟尘的形成
煤粉燃烧过程
✓ 理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟
CO氧化为CO2所需的O2
此时
a10.26N O 26P 2P O 0.25P C0 P O .5CP O
各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。
实际烟气体积 Vfg0
Vfg = Vfg0 + (α-1)Va
5
二.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
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二. 燃煤烟尘的形成
影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素——煤质
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二. 燃煤烟尘的形成
燃煤颗粒大小对飞灰含量的影响
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二. 燃煤烟尘的形成
影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素——燃烧方式
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二. 燃煤烟尘的形成
几种燃烧方式的烟尘百分比
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二. 燃煤烟尘的形成
几种燃烧方式的烟尘颗粒概况
(4)校正至α=1.8条件下的浓度:
C校C实1.实 8
C校42
1.071.613377.9m 8 g/m3N 1.8
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§4 燃烧过程中硫氧化物的形成
一、燃料中硫的氧化机理 1.燃料中硫的氧化
√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:
OSO SOhv 在所有的情况下,它都作为一种重要2的反应中间体
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二. 燃煤烟尘的形成
几种燃烧方式的烟尘颗粒概况
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火电厂大气污染物排放标准
第Ⅲ时段的火电厂锅炉最高允许烟尘排放浓度
分类
烟尘最高允许排 放浓度(mg/m3)
在县及县以上城镇规划区内的火电厂 200
锅炉
在县规划区以外地区的火电厂锅炉
500
第I时段的在县及县以上城镇规划区内、 600 1997年1月1日后还有10年及以上剩余 寿命的火电厂锅炉
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Jet velocity
一. 碳粒子的生成
乙炔火焰中生碳反应过程
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一. 碳粒子的生成
石油焦和煤胞的生成
✓ 燃料油雾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,难以燃烧。 ✓ 焦粒生成反应的顺序:烷烃 烯烃 带支链芳烃 凝聚环
14
解:(1)污染物排放的质量流量为:
2.7 2K g 6m 0 i2 nh 4 t 3.7 2 t/d
minh
d10 K 0g 0
(2)测定条件下的干空气量为:
Q d 10 1 4 0 .0 06 0 9 27 m 5 3 /5 m 0in
测定状态下干烟气中污染物的浓度:
C2.2 7 16 023.2 2 m 8/g m 3
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火电厂大气污染物排放标准
第Ⅲ时段火电厂各烟囱SO2最高允许排放浓度
燃料收到基硫分 (%)
≤1.0
>1.0
最高允许排放浓 度(mg/m3)
2100
1200
第Ⅲ时段的火电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度(mg/m3)
锅炉额定蒸发量
煤粉锅炉
液态排渣
固态排渣
≥1000t/h
1000
650
45
二. 燃煤烟尘的形成
CO S hv CO S S O 2 SO O O COS CO SO SO O 2 SO 2 O
19
4.元素S的氧化
S8 S7 S
S O 2 SO O
S8 O SO S S6
SO
O
SO
* 2
SO 2 hv
SO O 2 SO 2 O
SO 2 O 2 SO 3 O
影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素——运行负荷
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