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1、第二章第二章 大气污染控制基础大气污染控制基础（1）本章教学大纲本章教学大纲燃烧与大气污染燃烧的性质燃料的燃烧过程烟气体积及污染物排放量计算燃烧过程中污染物的生成燃烧过程中SO2的生成燃烧过程中NOx的生成燃烧过程中其他污染物的生成2第一节第一节燃料的性质燃料的性质1.1燃料的分类燃料的分类定义：燃料是指在定义：燃料是指在能够产生热量或动力的可燃性物质。能够产生热量或动力的可燃性物质。 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、煤木柴、煤 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
2、、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、发生炉煤气、焦炉煤气气、焦炉煤气 3气体燃料的优点是燃烧迅速，其燃烧状态可基本上由空气与燃料的扩散或混合所控制；液体燃料也是以气态形式燃烧，因此它的燃烧速度受其蒸发过程控制；固体燃料的燃烧则受这两种现象的控制：燃料中挥发性组分被蒸馏后以气态燃烧，而遗留下来的固定碳则以固态燃烧，后者的速率由氧向固体表面的扩散控制。各种燃料的燃烧特点各种燃料的燃烧特点41.2燃料的化学组成燃料的化学组成碳、氢、氧、氮、硫、水份、灰份碳、氢、氧、氮、硫、水份、灰份液体和气体燃料的组成液体和气体燃料的组成5固体燃料的组成固体燃料的组成无烟煤
3、沥青烟煤61.3燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响碳：可燃元素。碳：可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出纯碳完全燃烧时，放出32，860 kJ的热量。的热量。当不完全燃烧生成当不完全燃烧生成CO时，放出时，放出9，268kJ的热量。纯碳起燃温的热量。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，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。而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越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。长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，例如，无烟煤含碳量约无
4、烟煤含碳量约90%98%，一般煤的含碳量约，一般煤的含碳量约50%95%。7氢氢：是是燃燃料料中中发发热热量量最最高高的的元元素素。固固体体燃燃料料中中氢氢的的含含量量为为2%10%，以以碳碳氢氢化化合合物物的的形形式式存存在在，1 kg氢氢完完全全燃燃烧烧时时能能放放出出120，500 kJ的热量。的热量。 氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量氧：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，一般为氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%1.5%0.5%1.5%燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响8硫硫：以以三三种种形形态态存存在在：有有机机硫硫、硫硫
5、化化铁铁硫硫和和硫硫酸酸盐盐硫硫。前前两两种种能能放放出出热热量量，称称之之为为挥挥发发硫硫。硫硫燃燃烧烧生生成成产产物物为为SO2和和SO3，其中，其中SO2占占95%以上。以上。水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤水分：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水分要放在干燥箱中加热到102105 C，保持，保持2h后才后才能除掉。能除掉。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有
6、害成分。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。91.1.4 4 煤的分类和组成煤的分类和组成煤的基本分类煤的基本分类q褐煤（褐煤（Ligite,Browncoal)lnat最低品味的煤，形成年代最短，热值较低q烟煤烟煤(Bituminous) btju:mns形成年代较褐煤长，碳含量75%90。成焦性较强，适宜工业一般应用q无烟煤无烟煤(Anthracite)nrsat煤化时间最长，含碳量最高（高于93），成焦性差,发热量大10工业分析（工业分析（proximateanalysis）prksmt,近似 测测定定煤煤中中水水分分（moisturemoisture）、挥挥发发分分（vola
7、tile volatile mattermatter）、灰灰分分（ashash）和和固固定定碳碳（fixed fixed carboncarbon）。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。元素分析（元素分析（ultimateanalysis） ltmt，最终 用用化化学学分分析析的的方方法法测测定定去去掉掉外外部部水水分分的的煤煤中中主主要要组组分分碳、氢、氮、硫和氧的含量。碳、氢、氮、硫和氧的含量。煤的成分分析煤的成分分析11煤的工业分析煤的工业分析水分：水分：称称一一定定重重量量13mm以以下下粒粒度度的的煤煤样样，在在干干燥燥箱箱内内31
8、8323K温度下干燥温度下干燥8h，取出冷却，称重，取出冷却，称重外部水分外部水分将将失失去去外外部部水水分分的的煤煤样样保保持持在在375380K下下，约约2h后后，称称重重内部水分内部水分挥发分：挥发分：失失去去水水分分的的试试样样密密封封在在坩坩埚埚内内，放放在在1200K的的马马弗弗炉炉中中加加热热7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重，放入干燥箱中冷却至常温再称重12固定碳固定碳失失去去水水分分和和挥挥发发分分后后的的剩剩余余部部分分（焦焦炭炭）放放在在800 20 C的的环环境境中中灼灼烧烧到到重重量量不不再再变变化化时时，取取出出冷冷却却。焦焦炭炭所所失失去去的的重重量量为为固固
9、定碳定碳灰分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从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳煤的工业分析煤的工业分析13煤的工业分析煤的工业分析煤中灰分的组成：煤中灰分的组成：我国煤炭的平均灰分含量为我国煤炭的平均灰分含量为2525灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量14煤的煤的元素元素分析分析碳碳和和氢氢：通通过过燃燃烧烧后后分分析析尾尾气气中中CO2和和H2O的的生生成成量测定量测定氮氮：在在催催化化剂剂作作用用下下使使煤煤中中的的氮氮转转化化为为氨氨，碱碱液液吸吸收，滴定收，滴定硫硫：与与氧氧化化镁镁
10、和和无无水水硫硫酸酸钠钠混混合合物物反反应应，SO42-，滴定滴定15煤的煤的元素元素分析分析：硫的形态：硫的形态16煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法 要要确确切切说说明明煤煤的的特特性性，必必须须同同时时指指明明百百分分比比的的基基准准，常用的基准常用的基准有以下四种：有以下四种：收收到到基基：锅锅炉炉炉炉前前使使用用的的燃燃料料，包包括括全全部部灰灰分分和和水水分的燃料作为分的燃料作为100%100%的成分的成分空空气气干干燥燥基基：以以去去掉掉外外部部水水分分的的燃燃料料作作为为100%100%的的成成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分
11、17煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法 干干燥燥基基：以以去去掉掉全全部部水水分分的的燃燃料料作作为为100%100%的的成成分分，干干燥燥基更能反映出灰分的多少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干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%100%的成分的成分18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及其组成的相互关系 19我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果 20 21我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果1.5其他燃料其他燃料石油石油液体燃料的主要来源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链烷烃、环烷烃
12、和芳香烃等多种化合物组成的混合物主要含碳和氢，还有主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧少量硫、氮和氧氢含量增加时，比重减少，发热量增加氢含量增加时，比重减少，发热量增加天然气天然气典型的气体燃料典型的气体燃料一般组成为一般组成为甲烷甲烷8585、乙烷、乙烷1010、丙烷、丙烷3 322非常规燃料非常规燃料城市固体废弃物城市固体废弃物商业和工业固体废弃物商业和工业固体废弃物农产物和农村废物农产物和农村废物水生植物和水生废物水生植物和水生废物污泥处理厂废物污泥处理厂废物可燃性工业和采矿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天然存在的含碳和含碳氢的资源合成燃料合成燃料 非常规燃料通常需要专
13、门技术转化为易于利用的形式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城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题；231.6燃料组成的表示方法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 thenormalizedmolarcomposition.ElementWt%mol/100gmol/mol(碳碳)C77.2 12=6.43 6.43=1.00H5.20 1=5.20 6.43=0.808N1.20 14=0.0857 6.43=0.013S2.60 32=0.0812 6.43=0.013O5.90 16=0.369 6.43=0.057ash7.9Thenormalizedmolarcomposition:CH0.808N0.013S0.013O0.05724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杂质污染物产生的来源25
