大气污染控制工程课件 第2章

《大气污染控制工程课件 第2章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气污染控制工程课件 第2章（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1,第2章 燃烧与大气污染(1),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,2,2 燃烧与大气污染(1),1.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 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。,建议学

2、时数：4学时,3,焚烧秸秆,4,5,300MW、600MW火焰燃低挥发份无烟煤锅炉,6,300MW、600MW火焰燃低挥发份无烟煤锅炉该锅炉的主要技术特点：分级送风的双拱炉膛；旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器；双进双出球磨机正压直吹式燃烧系统。,7,600MW及以上超临界本生直流机组锅炉,8,600MW亚临界自然循环前后墙对冲燃烧中间再热锅炉,600MW亚临界自然循环前后墙对冲燃烧中间再热锅炉,9,10,1燃料的性质,燃料的分类,燃料的定义：指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质,11,1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O、N、S等一起构成的有机聚合

3、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。,12,13,14,1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：挥发分较高，析出温度低；燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量6075%，O2含量2025%。,15,1燃料的性质,（2）烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。 挥发分2045%，C 7590%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。 （3）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

4、械强度高。 C含量93%, 无机物量10%, 着火难，不易自燃，成焦性差。,16,2. 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7850 kcal的热量。当不完全燃烧生成CO时，放出2214 kcal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%。 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28780 kcal的热量。

5、,17,2. 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。,18,3.煤的成分分析,工业分析 测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热量，是评价工业用煤的主要指标。 元素分析 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。,19,（1）煤的工业分析,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

6、成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。 一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内318-323K温度下干燥8小时，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 外部水分内部水分=煤所含的全水分。煤所含水分使热值降低，影响燃烧稳定，一般控制煤中水分在10%13%。 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7分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称重 。,20,（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

7、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，从而影响热效率。,21,（1）煤的工业分析,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,22,（2）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：与氧化镁和无水碳酸钠混合物反应，S SO42-，滴定,23,（3）煤中硫的形态,24,（3）煤中硫的形态,a.硫化铁硫：是主要的含硫成分，常见形态是黄铁矿硫。 黄铁矿：硬度 66.5 , 比重

8、 4.75.2 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. 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。 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。,25,（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： 收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分 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

9、燃料分析时的试样成分,26,（4）煤的成分的表示方法,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 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分,27,（4）煤的成分的表示方法,煤的成分的表示方法及其组成的相互关系,28,（4）煤的成分的表示方法,我国部分煤种的分析结果,29,（4）煤的成分的表示方法,我国部分煤种的分析结果(续）,30,什么是洗中煤？一般炼焦用煤、化工用煤、出口用煤及某些特殊用煤的原煤，都要预先送选煤厂洗选。在重力选煤过程中的中间产物称洗中煤。经过洗选后的精煤，其灰分、硫分都大大降低。洗中煤是选煤厂选出的灰分高于精煤而低于煤矸石的产品。我

10、国洗中煤的挥发分Vdaf约在2540范围内，水分Mar根据脱水程度而异，一般在1015，灰分Aar则较高，一般为3040，有的高达50。由于送选的原煤质量都较好，故洗中煤的发热量多为中等水平，一般Qnet,ar=1600021000kJ/kg。洗中煤由于灰分高，结渣的倾向较大。我国洗中煤的产量约为原煤产量的78，大多数为电站锅炉所燃用。因此，洗中煤在动力燃料中占有相当重要的地位，研究其燃烧特性也是一项重要工作。,31,二、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 天然气 典型的气体燃料 一般组

11、成为甲烷85、乙烷10、丙烷3,32,二、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0.781.00 主要含C、H、少量的S、N、O，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0.17%。 原油通过蒸馏、裂化和重整过程生产出各种产品。 原油中的S约有8090%留于重馏分中。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CSC键形成H2S气体，可达目的，但费用很高。,33,三、天然气,典型的气体燃料 一般组成为C

12、H485%, 乙烷10%， 丙烷3%， 此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。 天然气中的H2S具有腐蚀性，它的燃烧产物为硫的氧化物，因此许多国家规定了天然气中总硫和H2S含量的最大允许值。,34,四、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. Element Wt % mol/100g mol/mol C 77.2 12 = 6.43 6.43

13、 = 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:CH0.808N0.013S0.013O0.057,35,五、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,36,六、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

14、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 城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题 垃圾发电,37,2 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 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,38,一.影响燃烧过程的主要因素,2.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

15、（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,39,一.影响燃烧过程的主要因素,典型燃料的着火温度,40,二.燃料燃烧的理论空气量,1.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 燃料的化学方程式为CxHySzOw,41,二.燃料燃烧的理论空气量,燃烧方程式： 燃料重量 = 12x+1.

16、008y+32z+16w 煤 4-7 m3/kg，液体燃料10-11 m3/kg,42,二.燃料燃烧的理论空气量,理论空气量:,43,二.燃料燃烧的理论空气量,3.66.0 褐煤 一般煤的理论空气量 7.58.5 无烟煤 910 烟煤 液体燃料（燃料油）的 煤炉：4.55.5 煤气 液化气：2.97 高炉： 0.7 干: 8.849.01 天然气 湿：11.412.1,44,二.燃料燃烧的理论空气量,例题：,45,二.燃料燃烧的理论空气量,2.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 部分炉型的空气过剩系数,46,二.燃料燃烧的理论空气量,3空燃比（AF） 定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。 例如，甲烷在理想空气量下的完全燃烧： CH42O27.56N2CO27.56N2 空燃比： AF=(2327.5628)/116=17.2 汽油（C8H