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1、第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染1. 1. 燃料的性质燃料的性质燃料的性质燃料的性质2. 2. 燃料的燃烧过程及燃烧产物燃料的燃烧过程及燃烧产物燃料的燃烧过程及燃烧产物燃料的燃烧过程及燃烧产物3. 3. 燃烧所需空气量和产生烟气量的计算燃烧所需空气量和产生烟气量的计算燃烧所需空气量和产生烟气量的计算燃烧所需空气量和产生烟气量的计算4. 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成燃烧过程中硫氧化物的形成燃烧过程中硫氧化物的形成燃烧过程中硫氧化物的形成5. 5. 燃烧过程中颗粒污染物的形成燃烧过程中颗粒污染物的形成燃烧过程中颗粒污染物的形成燃烧过程中颗粒污染物的形成6. 6. 燃烧过程中其他污染物的
2、形成燃烧过程中其他污染物的形成燃烧过程中其他污染物的形成燃烧过程中其他污染物的形成第一节第一节第一节第一节 燃料的性质燃料的性质燃料的性质燃料的性质1.1.1.1.燃料的分类燃料的分类燃料的分类燃料的分类 按获得方法分按获得方法分按获得方法分按获得方法分 按物态分按物态分按物态分按物态分 天然燃料天然燃料天然燃料天然燃料 人工燃料人工燃料人工燃料人工燃料 固体燃料固体燃料固体燃料固体燃料 木柴、煤等木柴、煤等木柴、煤等木柴、煤等 木炭、焦炭等木炭、焦炭等木炭、焦炭等木炭、焦炭等 液体燃料液体燃料液体燃料液体燃料 石油石油石油石油 汽油、煤油、柴油、汽油、煤油、柴油、汽油、煤油、柴油、汽油、煤油
3、、柴油、重油重油重油重油 气体燃料气体燃料气体燃料气体燃料 天然气天然气天然气天然气 高炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气焦炉煤气焦炉煤气焦炉煤气 2.2.2.2. 燃料的化学组成燃料的化学组成燃料的化学组成燃料的化学组成典型液体和气体燃料的化学组成成分典型液体和气体燃料的化学组成成分典型液体和气体燃料的化学组成成分典型液体和气体燃料的化学组成成分2.2.2.2. 燃料的化学组成燃料的化学组成燃料的化学组成燃料的化学组成典型固体燃料的化学组成成分典型固体燃料的化学组成成分典型固体燃料的化学组成成分典型固体燃料的化学组成成分3.3.3.3. 燃
4、料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响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。碳：可燃元素。碳：可燃元素。 1 kg1 kg纯碳完全燃烧时，放出纯碳完全燃烧时，放出纯碳完全燃烧时，放出纯碳完全燃烧时，放出32860 kJ32860 kJ的热量。的热量。的热量。的热量。 不完全燃烧生成不完全燃烧生成不完全燃烧生成不完全燃烧生成COCO时，放出时，放出时，放出时，放出9268kJ9268kJ的热量。的热量。的热量。的热量。 无烟煤含碳量约无烟煤含碳量约无烟煤含碳量约无烟煤含碳量约90%98%90%98%，一般煤的含碳量约，一般煤的含碳量约，一般煤的含碳量约，一般煤的含碳
5、量约50%95%50%95%。氢：是燃料中发热量最高的元素。氢：是燃料中发热量最高的元素。氢：是燃料中发热量最高的元素。氢：是燃料中发热量最高的元素。 煤中氢的含量为煤中氢的含量为煤中氢的含量为煤中氢的含量为2%10%2%10% 1 kg1 kg氢完全燃烧时能放出氢完全燃烧时能放出氢完全燃烧时能放出氢完全燃烧时能放出120500 kJ120500 kJ的热量。的热量。的热量。的热量。 3.3.3.3. 燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响氧氧氧氧：氧氧氧氧在在在在燃燃燃燃料料料料中中中中与与与与碳碳碳碳和和和和氢氢氢氢生生生生成成成成化化化化合合合合
6、物物物物，降降降降低低低低了了了了燃燃燃燃料料料料的的的的发发发发热量热量热量热量氮：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%硫硫硫硫：以以以以三三三三种种种种形形形形态态态态存存存存在在在在：有有有有机机机机硫硫硫硫、硫硫硫硫化化化化铁铁铁铁硫硫硫硫和和和和硫硫硫硫酸酸酸酸盐盐盐盐硫硫硫硫。前前前前两两两两种种种种能能能能放放放放出出出出热热热热量量量量，称称称称之之之之为为为为挥挥挥挥发发发发硫硫硫硫。硫硫硫硫燃燃燃燃烧烧烧烧生生生生成成成成产产产产物物物物为为为为SOSO2 2和和和和SO
7、SO3 3，其中其中其中其中SOSO2 2占占占占95%95%以上。以上。以上。以上。3.3.3.3. 燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响水分：水分：水分：水分：煤中水分由表面（外部）水分和吸附（内部）水分组成。煤中水分由表面（外部）水分和吸附（内部）水分组成。煤中水分由表面（外部）水分和吸附（内部）水分组成。煤中水分由表面（外部）水分和吸附（内部）水分组成。外部水分可以靠自然干燥除去。外部水分可以靠自然干燥除去。外部水分可以靠自然干燥除去。外部水分可以靠自然干燥除去。内部水分要放在干燥箱中加热到内部水分要放在干燥箱中加热到内部水分要放在干燥箱中加
8、热到内部水分要放在干燥箱中加热到102105102105 C C，保持保持保持保持2h2h后才后才后才后才能除掉。能除掉。能除掉。能除掉。灰分：是燃料中不可燃矿物质。灰分：是燃料中不可燃矿物质。灰分：是燃料中不可燃矿物质。灰分：是燃料中不可燃矿物质。4.4.4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成 煤的煤的煤的煤的基本分类基本分类基本分类基本分类qq褐煤：热值为褐煤：热值为褐煤：热值为褐煤：热值为30004000kcal/kg30004000kcal/kg 最低品位的煤，形成年代最短最低品位的煤，形成年代最短 挥发分大于挥发分大于40%40%，适于烧锅炉、气化，适于烧锅
9、炉、气化qq烟煤：热值为烟煤：热值为烟煤：热值为烟煤：热值为42007500kcal/kg42007500kcal/kg 形成年代较褐煤长，碳含量形成年代较褐煤长，碳含量75%9075%90，成焦性较强，成焦性较强 挥发分在挥发分在10% 40%10% 40%之间，适于炼焦、气化、动力燃料之间，适于炼焦、气化、动力燃料qq无烟煤：热值为无烟煤：热值为无烟煤：热值为无烟煤：热值为42007500kcal/kg42007500kcal/kg 煤化时间最长，含碳量最高（高于煤化时间最长，含碳量最高（高于9393），成焦性差），成焦性差 挥发分小于挥发分小于10%10%，适于民用、冶金、建材、气化，适
10、于民用、冶金、建材、气化4.4.4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成 煤的成分分析煤的成分分析煤的成分分析煤的成分分析工业分析（工业分析（工业分析（工业分析（ proximate analysis proximate analysis proximate analysis proximate analysis ） 测测定定煤煤中中水水分分、挥挥发发分分、固固定定碳碳和和灰灰分分。估估测测碳碳含含量量和和热热值，是评价工业用煤的主要指标。值，是评价工业用煤的主要指标。元素分析（元素分析（元素分析（元素分析（ ultimate analysis ultimate ana
11、lysis ultimate analysis ultimate analysis ） 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碳、氢氢、氮、硫和氧的含量。氮、硫和氧的含量。4.4.4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成煤中硫的形态煤中硫的形态煤中硫的形态煤中硫的形态4.4.4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法 要要要要确确确确切切切切说说说说明明明明煤煤煤煤的的的的成成成成分分分分，必必必必须须须须同同同同时时时时
12、指指指指明明明明百百百百分分分分比比比比的的的的基基基基准准准准，常常常常用用用用的基准有以下四种的基准有以下四种的基准有以下四种的基准有以下四种：收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分 空空空空气气气气干干干干燥燥燥燥基基基基：以以以以去去去去掉掉掉掉外外外外部部部部水水水水分分分分的的的的燃燃燃燃料料料料作作作作为为为为100%100%100%100%的的的的成成成成分分分分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分即在实验室内进行燃料分析时的试样成
13、分即在实验室内进行燃料分析时的试样成分即在实验室内进行燃料分析时的试样成分 4.4.4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成干干干干燥燥燥燥基基基基：以以以以去去去去掉掉掉掉全全全全部部部部水水水水分分分分的的的的燃燃燃燃料料料料作作作作为为为为100%100%100%100%的的的的成成成成分分分分，干干干干燥燥燥燥基更能反映出灰分的多少基更能反映出灰分的多少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
14、%100%100%的成分的成分的成分的成分4.4.4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成煤的分类和组成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系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系 第二节第二节第二节第二节 燃料燃烧过程及燃烧产物燃料燃烧过程及燃烧产物燃料燃烧过程及燃烧产物燃料燃烧过程及燃烧产物1. 1. 1. 1. 燃烧过程及燃烧产物燃烧过程及燃烧产物燃烧过程及燃烧产物燃烧过程及燃烧产物 燃烧过程是可燃物的快速氧化过程（放热反应）燃烧过程是可燃物的快速氧化过程（放热反应）燃烧过程是可燃物的快速氧化过程（放热反应）燃
15、烧过程是可燃物的快速氧化过程（放热反应）完全燃烧的产物：完全燃烧的产物：完全燃烧的产物：完全燃烧的产物：COCO2 2、HH2 2OO不不不不完完完完全全全全燃燃燃燃烧烧烧烧的的的的产产产产物物物物： COCO2 2、HH2 2O O & & COCO、黑黑烟烟及其他部分氧化产物及其他部分氧化产物如果燃料中含有如果燃料中含有S S和和NN，则会生成则会生成SOSO2 2和和NONO空气中的部分空气中的部分NN可能被氧化成可能被氧化成NONO热力型热力型NONOx x2. 2. 2. 2. 燃烧过程产生的污染物燃烧过程产生的污染物燃烧过程产生的污染物燃烧过程产生的污染物燃烧可能释放的污染物：燃烧
16、可能释放的污染物：燃烧可能释放的污染物：燃烧可能释放的污染物：COCO2 2、COCO、SOSOx x、NONOx x、CHCH烟、飞灰、金属及其氧化物等烟、飞灰、金属及其氧化物等烟、飞灰、金属及其氧化物等烟、飞灰、金属及其氧化物等温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响（见后图）温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响（见后图）温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响（见后图）温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响（见后图）燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响3. 3. 3. 3. 燃烧产物
17、与温度的关系燃烧产物与温度的关系燃烧产物与温度的关系燃烧产物与温度的关系4.4.4.4.燃料完全燃烧的条件（燃料完全燃烧的条件（燃料完全燃烧的条件（燃料完全燃烧的条件（3T3T3T3T） 空空空空气气气气条条条条件件件件：提提提提供供供供充充充充足足足足的的的的空空空空气气气气；但但但但是是是是空空空空气气气气量量量量过过过过大大大大，会会会会降低炉温，增加热损失降低炉温，增加热损失降低炉温，增加热损失降低炉温，增加热损失温度条件（温度条件（温度条件（温度条件（TemperatureTemperatureTemperatureTemperature）：）：）：）：达到燃料的着火温度达到燃料的着
18、火温度达到燃料的着火温度达到燃料的着火温度时时时时间间间间条条条条件件件件（TimeTimeTimeTime）：燃燃燃燃料料料料在在在在高高高高温温温温区区区区停停停停留留留留时时时时间间间间应应应应超超超超过过过过燃燃燃燃料料料料燃烧所需时间燃烧所需时间燃烧所需时间燃烧所需时间燃燃燃燃料料料料与与与与空空空空气气气气的的的的混混混混合合合合条条条条件件件件（TurbulenceTurbulenceTurbulenceTurbulence）：燃燃燃燃料料料料与与与与氧氧氧氧充充充充分分分分混合混合混合混合第三节第三节第三节第三节 燃烧所需空气量和产生烟气量的计算燃烧所需空气量和产生烟气量的计算
19、燃烧所需空气量和产生烟气量的计算燃烧所需空气量和产生烟气量的计算1. 1. 燃料燃烧烟气量计算的假定：燃料燃烧烟气量计算的假定：uu空空气气组组成成 ：20.9%O20.9%O2 2和和79.1%N79.1%N2 2，两两者者体体积积比比为为：N N2 2/ O/ O2 2 = 3.78 = 3.78uu气体的标准状态：温度气体的标准状态：温度273.15k,273.15k,压力压力101325Pa101325Pauu燃料中的氧可用于燃烧燃料中的氧可用于燃烧uu燃料中硫被氧化为燃料中硫被氧化为 SOSO2 2uu不考虑不考虑NONOX X的生成的生成uu燃料的化学式为燃料的化学式为C Cx x
20、H Hy yS Sz zO Ow w2. 2. 2. 2. 燃烧方程式燃烧方程式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+ +1616ww3. 3. 燃料燃烧所需的空气量燃料燃烧所需的空气量理论空气量：按化学反应式计算，燃料完全燃理论空气量：按化学反应式计算，燃料完全燃烧时所需要的空气量烧时所需要的空气量3.3.3.3.燃料燃烧所需的空气燃料燃烧所需的空气燃料燃烧所需的空气燃料燃烧所需的空气量量量量空气过剩系数空气过剩系数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。以实际空气量与理论空气量之比。以实际空气量与理论空气量
21、之比。以实际空气量与理论空气量之比。以 表示，表示，表示，表示， 通常通常通常通常11所需实际空气量所需实际空气量部分炉型的空气过剩系数部分炉型的空气过剩系数部分炉型的空气过剩系数部分炉型的空气过剩系数4. 4. 燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量n烟气量计算（烟气量计算（烟气量计算（烟气量计算（COCO2 2、SOSO2 2、NN2 2和和和和HH2 2OO）l l完全燃烧时理论烟气量（完全燃烧时理论烟气量（完全燃烧时理论烟气量（完全燃烧时理论烟气量（mm3 3/kg)/kg)l l完全燃烧时理论干烟气量（完全燃烧时理论干烟气量（完全燃烧时理论干烟气量（完全燃烧
22、时理论干烟气量（mm3 3/kg)/kg)4. 燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量l l完全燃烧时实际烟气量（完全燃烧时实际烟气量（完全燃烧时实际烟气量（完全燃烧时实际烟气量（mm3 3/kg)/kg)l l完全燃烧时实际干烟气量（完全燃烧时实际干烟气量（完全燃烧时实际干烟气量（完全燃烧时实际干烟气量（mm3 3/kg)/kg)u燃料燃烧烟气量计算实例燃料燃烧烟气量计算实例 例题例题例题例题 某种煤（收到基）的元素分析为：某种煤（收到基）的元素分析为：C 65.7%C 65.7%；H 3.2%H 3.2%； S 1.7%S 1.7%； O 2.3% O 2.3% ；灰分；灰分 18.1% 18.
23、1% ；水分水分 9.0% 9.0% 。 假设空气过剩系数为假设空气过剩系数为1.41.4，燃料完全燃，燃料完全燃烧。假定空气中不含水分。烧。假定空气中不含水分。1 1）计算燃煤）计算燃煤1kg1kg所需要的理论空气量和实际空气量；所需要的理论空气量和实际空气量；2 2）计算燃煤）计算燃煤1kg1kg所产生的理论烟气量和实际烟气量；所产生的理论烟气量和实际烟气量；3 3）计算实际烟气中）计算实际烟气中SOSO2 2的浓度以（的浓度以（mg/mmg/m3 3表示）；表示）；4 4）假定烟尘的排放因子为）假定烟尘的排放因子为20%20%，计算实际烟气中烟尘的，计算实际烟气中烟尘的浓度（以浓度（以m
24、g/mmg/m3 3表示）。表示）。煤组成的表示方法煤组成的表示方法: : CxHySzOw已知：已知：已知：已知：C: 65.7%, H: 3.2%, S: 1.7%, O: 2.3% C: 65.7%, H: 3.2%, S: 1.7%, O: 2.3% 灰分灰分灰分灰分: 18.1%, : 18.1%, 水分水分水分水分: 9%: 9%，按，按，按，按1000g1000g煤计算煤计算煤计算煤计算可燃元素可燃元素可燃元素可燃元素 质量质量质量质量g g 摩尔数摩尔数摩尔数摩尔数 C 657 C 657 12 = 54.75 12 = 54.75 H 32 H 32 1 = 32 1 = 3
25、2 S 17 S 17 32 = 0.53 32 = 0.53 O 23 O 23 16 = 1.44 16 = 1.44 水分水分水分水分 90 90 18 = 5 18 = 5 灰分灰分灰分灰分 181181化学分子式化学分子式: C54.75H32S0.53O1.44 1）理论空气量、实际空气量的计算2）理论烟气量、实际烟气量的计算3 3）计算实际烟气中）计算实际烟气中SOSO2 2的浓度（的浓度（mg/mmg/m3 3）1kg煤中含硫17g,可产生34g二氧化硫1kg煤燃烧产生的烟气量为9.685m3。烟气中二氧化硫浓度为：4）计算实际烟气中烟尘的浓度1kg1kg煤中含灰分煤中含灰分181g,20%181g,20%进入烟气，进入烟气，1kg1kg煤燃烧产生的烟气量为煤燃烧产生的烟气量为9.685m9.685m3 3。烟气中烟尘浓度为：烟气中烟尘浓度为：
