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1、第2章 燃烧与大气污染(2)n教学内容n1燃料的性质 n2燃料燃烧过程 n3烟气体积及污染物排放计算 n4燃烧过程中硫氧化物的形成 n5燃烧过程中颗粒物的形成 n6燃烧过程中其他污染物的形成 1第三节第三节 烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算 1.1.烟气体烟气体积计积计积计积计 算算 理论烟气体积理论烟气体积COCO2 2、SOSO2 2、NN2 2和和HH2 2O O 干烟气、标准干烟气、湿烟气干烟气、标准干烟气、湿烟气 烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正 转化为标态下（转化为标态下（273K273K、1atm1atm）的体积和密度）的体积和密度 注意：美、日和全球
2、监测系统网的标态为注意：美、日和全球监测系统网的标态为298K298K、1atm1atm。21.1.烟气体烟气体积计积计积计积计 算算 过剩空气校正过剩空气校正 实际空气量实际空气量 = = （1+ 1+ a a） （OO2 2 + 3.78N+ 3.78N2 2） 完全燃烧：与理论空气量相比多完全燃烧：与理论空气量相比多a a （OO2 2+ + 3.78N3.78N2 2） 此时烟气中，此时烟气中，OO2 2的量为的量为OO2P2P= = a a OO2 2，NN2 2的量为的量为 NN2P2P = 3.78= 3.78 （1+1+a a） NN2 2 空气中空气中OO2 2= =（20.
3、9/79.120.9/79.1）N N2 2=0.264N=0.264N2 2，即进入燃烧，即进入燃烧 系统的空气总氧量为系统的空气总氧量为 0.264N0.264N2P2P31.1.烟气体烟气体积计积计积计积计 算算 过剩空气校正过剩空气校正 理论需氧量理论需氧量 = 0.264 N= 0.264 N2P2P - O- O2P2P，空气过剩系数，空气过剩系数 = 1 + O= 1 + O2P2P / /（ 0.264 N0.264 N2P2P - O- O2P 2P ） 假如燃烧过程中产生假如燃烧过程中产生COCO，过剩氧量必须加以校，过剩氧量必须加以校 正：正： OO2P2P - 0.5
4、CO- 0.5 COP P = = 1 1 + + （ OO2P2P - - 0.5 0.5 COCOP P）/ / 0.264 0.264 N N2P2P - - （ OO2P2P - - 0.5 0.5 COCOP P） 以上以上组组组组分的量均可由烟气分析分的量均可由烟气分析仪测仪测仪测仪测 定。定。 标况下烟气量计算标况下烟气量计算的经验式：的经验式：P47 2.13P47 2.13。42.2.污污污污染物排放量染物排放量计计计计算算 方法：方法：根据实测的污染物浓度和排烟量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根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状
5、况 预测烟气量和污染物浓度预测烟气量和污染物浓度 排放因子（排放因子（Emission FactorEmission Factor）52.2.污污污污染物排放量染物排放量计计计计算算 例例2 2 对例对例1 1给定的重油，若燃料中硫转化为给定的重油，若燃料中硫转化为SOSOX X（其（其 中中SOSO2 2占占97%97%），试计算空气过剩系数），试计算空气过剩系数a=1.20a=1.20时烟气中时烟气中 SOSO2 2及及SOSO3 3的浓度，以的浓度，以ppmppm表示，并计算此时烟气中表示，并计算此时烟气中COCO2 2的含量，以体积百分比表示。的含量，以体积百分比表示。 6二污染物排放
6、量的计算n解：由例1可知，理论空气量条件下烟气组成（mol） 为：nCO2：73.58 H2O：47.5+0.0278nSOX：0.5 NX： n理论烟气量： 73.58+0.5+(47.5+0.0278)+( )=491.4mol/kg重油n即 11.01m3/kg重油n空气过剩系数=1.2时，实际烟气量为：n11.01+10.470.2=13.01m3/kgn其中10.47为理论空气量，即1Kg重油完全燃烧所需理论 空气量。7二污染物排放量的计算n烟气中SO2的体积为 n烟气中SO3的体积为 n所以，烟气中SO2、SO3的浓度分别为：n 8二污染物排放量的计算n当=1.2时，干烟气量为：C
7、O2体积为：l所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为：9二污染物排放量的计算n例2-5：已知某电厂烟气温度为473K，压力为 96.93Kpa,湿烟气量Q=10400m3/min，含水汽6.25%（ 体积），奥萨特仪分析结果是：CO2占10.7%，O2占 8.2%，不含CO，污染物排放的质量流量为22.7Kg/min 。n求：n（1） 污染物排放的质量速率（以t/d表示）n（2） 污染物在烟气中浓度n（3） 烟气中空气过剩系数n（4）校正至空气过剩系数=1.8时污染物在烟气中的 浓度。10n解：（1）污染物排放的质量流量为： n n n （2）测定条件下的干空气量为：n n 测定状态下干烟气中
8、污染物的浓度：n n n 标态下的浓度：n 11n （3）空气过剩系数：n （4）校正至=1.8条件下的浓度：124 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：在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体132.H2S的氧化143.CS2和COS的氧化154.元素S的氧化165.有机硫化物的氧化17二. SO2和SO3之间的转化 n反应方程式nSO2 + O + M SO3 + M （1）nSO3 + O SO2 + O2 （2）nSO3 + H SO2 + OH （3）nSO3 + M
9、 SO2 + O + M （4）n在炽热反应区 ，O 浓度很高，反应（1）和（2）起支配作 用 18二. SO2和SO3之间的转化nSO3生成速率 n当dSO3 /dt = 0 时，SO3浓度达到最大 n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：19二. SO2和SO3之间的转化n燃烧后烟气中的水蒸气可能与SO3结合生成 H2SO4，转化率:n转化率与温度密切相关nH2SO4浓度越高，酸露点越高n烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的 腐蚀20二. SO2和SO3之间的转化SO3的转化率/%215燃烧过程中颗粒物的形成一、碳粒子的生成核化过程：气相
10、脱氢反应并产生凝聚相固体碳核表面上发生非均质反应较为缓慢的聚团和凝聚过程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22一. 碳粒子的生成n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 生反应（实际中应用最多23一. 碳粒子的生成n火焰的结构（续）层流火焰：Re2200，强烈的湍流作用，但分子扩散仍然起作用Laminartransitiondeveloped turbulentheightJet velocity
11、24一. 碳粒子的生成n乙炔火焰中生碳反应过程25一. 碳粒子的生成n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 凝聚环系 沥青 半园体沥青 沥青焦 焦炭 26二. 燃煤烟尘的形成n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n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 层碳层外扩散27二. 燃煤烟尘的形成n煤粉燃烧过程理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟在预混火焰中，C/O大约为0.5时最易形成
12、黑烟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28二. 燃煤烟尘的形成n燃烧碳层中成分和温度分布29二. 燃煤烟尘的形成n黑烟形成的化学过程30二. 燃煤烟尘的形成n高灰分燃料的扩散燃烧31二. 燃煤烟尘的形成n飞灰的形成过程32二. 燃煤烟尘的形成n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33二. 燃煤烟尘的形成n影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素煤质34二. 燃煤烟尘的形成n燃煤颗粒大小对飞灰含量的影响35二. 燃煤烟尘的形成n影响烟煤烟气中飞灰排
13、放特征的因素燃烧方式36二. 燃煤烟尘的形成n几种燃烧方式的烟尘百分比37二. 燃煤烟尘的形成n几种燃烧方式的烟尘颗粒概况38二. 燃煤烟尘的形成n几种燃烧方式的烟尘颗粒概况39火电厂大气污染物排放标准分类烟尘最高允许 排放浓度（mg/m3）在县及县以上城镇规划区内的火电厂 锅炉200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 、1997年1月1日后还有10年及以上剩 余寿命的火电厂锅炉600第时段的火电厂锅炉最高允许烟尘排放浓度40火电厂大气污染物排放标准第时段火电厂各烟囱SO2最高允许排放浓度燃料收到基硫分 （）1.01.0最高允许排放浓 度（mg/m3）210
14、01200锅炉额定蒸发量煤粉锅炉液态排渣固态排渣1000t/h1000650第时段的火电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度（mg/m3）41二. 燃煤烟尘的形成n影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素运行负荷426燃烧过程中其他污染物的形成一.有机污染物的形成形成历程链烃分子氧化脱氢形成乙烯和乙炔延长乙炔的链形成各种不饱和基不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔不饱和基通过环化反应形成C6C2型芳香族化合 物C6C2基逐步合成为多环有机物43一.有机污染物的形成比较活泼的碳氢化合物可能是产生光化学烟雾的直接 原因碳氢化合物的产生量与燃料组成密切相关燃料中高分子碳氢化合物浓度与POM排放水平具有相关 性燃料与空气的充分混合可降低有机物的含量，但不利 于NOx的控制同时减少CH和NOx的排放需要仔细控制混合的型式、温度水平和整个系统的停留时间44二. CO的形成nCO是所有大气污染物中量最大、分布最广的一种nCO的全球排放量为200106t/an燃料中的碳都先形成CO，然后进一步氧化n在火焰温度下有足够的氧并且停留时间足够长，可以降低CO含量。nCO的形成和破坏都由动力学控制，反应路线：RH R RCHO RCO CO452. CO的形成46三. Hg的形成与排放nHg对人的肾和神经系统有危害n煤碳燃烧是Hg的一大来源n煤中
