www.islide.cc1第一节 一氧化氮及碳黑的形成与防治第十章 燃烧污染物的形成与防治 第十章 燃烧污染物产生与防治l化石燃料燃烧产生的污染对环境危害很大,必须进行严格控制l燃烧产生的污染物主要有硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、粉尘和碳氢化合物CO2由于温室效应,也面临巨大的减排压力l一氧化碳和碳黑产生机理 一、一氧化氮及碳黑的形成与防治1.一氧化碳产生机理lCO是一种窒息性气体,在大气对流层能滞留约半年lCO是含碳燃料燃烧过程中生成的一种中间产物,CO的产生主要由于燃料的不完全燃烧l燃料不完全燃烧的原因包括:氧气总量不足和局部缺氧,气体混合不充分;燃烧区域温度不够高、存在局部低温区和CO与低温壁面直接接触;CO在燃烧室停留时间不够,如燃烧室容积较小、气体流动短路一、一氧化氮及碳黑的形成与防治2.碳黑产生机理l碳黑是碳氢化合物在高温缺氧条件下热解产生的碳烟颗粒碳黑的生成机理复杂,其结构属于无定形碳,粒径分布较宽,从不足1m到100ml碳氢燃料燃烧生成粒径为10nm以上的微粒的过程分为两个阶段第一阶段,低分子量不饱和烃由化学反应形成微粒核的高分子化阶段,产生碳烟核;第二阶段,碳烟核经过聚合、生长形成碳黑微粒。
l碳黑一旦形成则难以燃尽,往往以黑色碳烟的形式污染大气燃料与空气混合不充分时,容易产生碳黑,这时燃烧产生的火焰是发光火焰燃料的碳氢比较高时,更容易产生碳烟一、一氧化氮及碳黑的形成与防治(2)炭黑的种类l碳氢类燃料燃烧时生成的碳黑,按其生成机理及其特殊形式,有气相析出型碳黑、剩余型碳黑、雪片型碳黑以及积碳等几种形式1)气相析出型碳黑l气相析出型碳黑是气体燃料、液体燃料的蒸发油气和固体燃料的挥发分气体,在空气不足的高温条件下热分解所生成的固体颗粒l气相析出型碳黑是碳氢燃料经过一系列脱氢聚合反应而生成的例如甲烷的热分解:CH4C+2H2l产生过程是以最初形成的碳黑颗粒为核心,然后,一方面是气相组分向核心表面吸附,另一方面是核心颗粒之间的碰撞凝聚,使核心不断长大,近似球状一、一氧化氮及碳黑的形成与防治2)剩余型碳黑l剩余型碳黑是液体燃料燃烧剩余的固体颗粒,称为油灰或烟炱油滴被炉内被高温和其周围的火焰加热,产生油蒸汽,同时油滴发生聚缩反应,一面激烈地发泡,一面固化,生成孔隙率高的絮状空心微珠,尺寸很大(10300m),外形近似球状l重油或渣油燃烧时容易形成剩余型碳黑,而汽油和柴油等易燃油燃烧时不易产生。
l积炭可以认为是剩余型碳黑的一种,油滴附着在燃烧器和燃烧室壁面,受炉内高温作用,油滴不断气化而剩下的物质一、一氧化氮及碳黑的形成与防治3)雪片型炭黑l雪片型是以碳黑为核心,在烟气温度接近露点温度时,炭黑吸附烟气中的硫酸,长大成为雪片形状的烟尘,又称为酸性烟尘颗粒尺寸较大,常常会沉落在烟囱附近,且具有很强的腐蚀性l碳黑粒径很小,尤其是小于1m的气相析出型碳黑,因其表面积很大,给硫酸蒸汽的凝结提供了良好的核心l烟尘粒子中有大量的可燃碳,是很好的吸附剂,对SO2和SO3具有很高的亲合力,而且对SO2氧化生成SO3有催化作用当烟气温度低于露点温度时,粒子之间相互碰撞或粒子碰到壁面上,从而被粘附而形成大颗粒,这是粒子的聚合长大过程1.CO的控制技术控制CO排放的方法主要是使之完全燃烧,主要措施有:l及时供给空气,燃料及时着火,防止燃料热解;l保证氧气总量足够;l维持燃烧区域温度足够高,防止存在局部低温区;l有足够的停留时间,合理设计燃烧装置结构,防止CO与低温壁面直接接触;l加强气体混合充分,防止局部缺氧一、一氧化氮及碳黑的形成与防治 一、一氧化氮及碳黑的形成与防治2.碳黑的控制技术l控制过量空气系数l提高火焰的温度l促进雾化l烟气再循环l燃料添加碱土金属l碳黑的氧化。