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1、大气污染控制工程第三讲 燃烧与大气污染扬州大学环境科学与工程学院 2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. 其他污染物的形成扬州大学环境科学与工程学院 3燃烧与大气污染-燃料的性质燃料的分类燃料的分类按获得方法分按获得方法分 按物态分按物态分 天然燃料天然燃料 人工燃料人工燃料 固体燃料固体燃料 木柴、煤、油页岩木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等木炭、焦炭、煤粉等 液体燃料液体燃料 石油石油 汽油、煤油、柴油、汽油、煤油、柴油、 重油重油 气体燃料气体燃料 天然气天然气 高炉煤气、发生炉煤高炉煤气、发生炉煤
2、 气、焦炉煤气气、焦炉煤气 扬州大学环境科学与工程学院 4燃烧与大气污染-燃料的性质典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分扬州大学环境科学与工程学院 5燃烧与大气污染-燃料的性质典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分( (续续) )扬州大学环境科学与工程学院 6燃烧与大气污染-燃料的性质液态燃料的挥发（以汽油为例）液态燃料的挥发（以汽油为例）扬州大学环境科学与工程学院 7燃烧与大气污染-燃料的性质l 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
3、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%。l 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。 扬州大学环境科学与工程学院 8燃烧与大气污染-燃料的性质l 氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量l 氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%1.5%l 硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能
4、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。扬州大学环境科学与工程学院 9燃烧与大气污染-燃料的性质l 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102105C，保持2h后才能除掉。l 灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。褐煤扬州大学环境科学与工程学院 10燃烧与大气污染-燃料的性质扬州大学环境科学与工程学院 11燃烧与大气污染-燃料的性质煤的基本分类煤的基本分类q褐煤 - 最低品味的煤，形成年代最短，热值较低 q烟煤 - 形成年
5、代较褐煤长，碳含量75%90。成 焦性较强，适宜工业一般应用 q无烟煤 - 煤化时间最长，含碳量最高（高于93）， 成焦性差,发热量大扬州大学环境科学与工程学院 12燃烧与大气污染-燃料的性质褐煤烟煤无烟煤扬州大学环境科学与工程学院 13煤的详细分类煤的详细分类燃烧与大气污染-燃料的性质扬州大学环境科学与工程学院 14燃烧与大气污染-燃料的性质煤的成分分析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要组分
6、 碳、氢、氮、硫和氧的含量。扬州大学环境科学与工程学院 15煤的工业分析煤的工业分析 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375380K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 炉中加热7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重 燃烧与大气污染-燃料的性质扬州大学环境科学与工程学院 16燃烧与大气污染-燃料的性质煤的工业分析（续）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
7、，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 固定碳扬州大学环境科学与工程学院 17燃烧与大气污染-燃料的性质l 煤中灰分的组成：l 我国煤炭的平均灰分含量为25 l 灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量扬州大学环境科学与工程学院 18煤的元素分析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-，滴定燃烧与大气污染-燃料的性质扬州大学环境科学与工程学院 19煤中硫的形态煤中硫的形态燃烧与大气污染-燃料的性质扬州大
8、学环境科学与工程学院 20l l 煤的成分的表示方法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 ，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分 燃烧与大气污染-燃料的性质扬州大学环境科学与工程学院 21燃烧与大气污染-燃料的性质干燥基：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%的成分扬州大学环境科学与工程学院 22煤的成分的表示方法及其组成的相互关系煤的成分的表示方法及其组成的相互关
9、系 燃烧与大气污染-燃料的性质扬州大学环境科学与工程学院 23我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果 燃烧与大气污染-燃料的性质扬州大学环境科学与工程学院 24燃烧与大气污染-燃料的性质我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果( (续）续） 扬州大学环境科学与工程学院 25燃烧与大气污染-燃料的性质其他燃料 l 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l 天然气典型的气体燃料一般组成为甲烷85、乙烷10、丙烷3扬州大学环境科学与工程学院 26燃烧与大气污染-燃料的性质其他燃料其他燃料 非常规
10、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城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题扬州大学环境科学与工程学院 27燃烧与大气污染-燃料的性质l 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.l Element Wt % mol/100g m
11、ol/mol(碳)C 77.2 12 = 6.43 6.43 = 1.00H 5.20 1 = 5.20 6.43 = 0.808N 1.20 14 = 0.0857 6.43 = 0.013S 2.60 32 = 0.0812 6.43 = 0.013O 5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057ash 7.9 6.43 = 1.23 g/molC l The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057 扬州大学环境科学与工程学院 28燃料的最重要的两个属性燃料的最重要的两个属性v热值决定燃料的消耗量v杂质污染物
12、产生的来源燃烧与大气污染-燃料的性质扬州大学环境科学与工程学院 29燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 影响燃烧过程的主要因素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扬州大学环境科学与工程学院 30燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 燃料完全燃烧的条件（燃料完全燃烧的条件（3T3T）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
13、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）：燃料与氧充分混合扬州大学环境科学与工程学院 31典型燃料的着火温度典型燃料的着火温度燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 扬州大学环境科学与工程学院 32燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以CHCH4 4为例）为例）燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 扬州大学环境科学与工程学院 33典型锅炉热损失与过剩空气量的典型锅炉热损失与过剩空气量的关系关系燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 扬州大学环境科学与工程学院 34燃气比和混合程度对燃烧产物的影响燃气比和混合程度对燃烧产物的影响燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 扬
14、州大学环境科学与工程学院 35燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 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扬州大学环境科学与工程学院 36 燃烧方程式：燃烧方程式： 燃料重量燃料重量 = 12= 12x x+1.008+1.008y y+32+32z z+16+16ww 理论空气量：理论空气量： 煤煤 47 m47 m3 3/kg/kg，液体燃料，液体燃料1011 m1011 m3 3/kg /kg 燃烧与大气污
15、染-燃料燃烧过程 扬州大学环境科学与工程学院 37燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 例题：例题：扬州大学环境科学与工程学院 38空气过剩系数空气过剩系数 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燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 扬州大学环境科学与工程学院 39燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 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：- 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扬州大学环境科学与工程学院 40燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 l 例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分 析结果如下（按质量）C：88.3%，H：9.5%,S ：1.6%，灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油所 需的理论空气量。 l 解：以1kg重油燃烧为基础，则：扬州大学环境科学与工程学院 41燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 重量（g）摩尔数 （mol）需氧量 （mol）
