大气污染控制工程第二章(3).ppt

第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成燃料中硫氧化物的形成燃料中硫氧化物的形成过程：程：燃料硫氧化生成燃料硫氧化生成 SO2SO2 氧化生成氧化生成 SO3SO3和水反和水反应生成硫酸生成硫酸1.燃料硫氧化到燃料硫氧化到 SO2硫化氢的氧化硫化氢的氧化 萨克简萨克简(Sachzan)等人的研究认为，等人的研究认为，H2S 的氧的氧化过程分直接氧化、生成化过程分直接氧化、生成 OH和和生成水三个阶段。生成水三个阶段。H2S O2+H2O+SO23/2H2S 的氧化过程的氧化过程CS2 和和 COS 的氧化的氧化 CS2 易燃易燃,COS的可燃性较差，是的可燃性较差，是 CS2 燃烧燃烧形成的中间体。氧化产生形成的中间体。氧化产生 SO2 的途径如下的途径如下。CS2 O2+SO2元素硫的氧化元素硫的氧化 燃料中的硫通常呈原子态或二聚硫燃料中的硫通常呈原子态或二聚硫 S2。低温低温下纯硫蒸发时，这些蒸气分子是聚合的，其分子下纯硫蒸发时，这些蒸气分子是聚合的，其分子式为式为 S8。S8 O2+SO2有机硫化物的氧化有机硫化物的氧化 燃料中的有机硫通常以硫醇、硫化物或二燃料中的有机硫通常以硫醇、硫化物或二硫化物的形式存在，它们燃烧的主要产物基本硫化物的形式存在，它们燃烧的主要产物基本上是二氧化硫。上是二氧化硫。RCH2SSCH2R O2+SO2 R+有机硫化物的氧化步骤有机硫化物的氧化步骤初始步骤：初始步骤：接着发生基的分解：接着发生基的分解：然后通过氢的取代生成硫醇：然后通过氢的取代生成硫醇：硫醇的氧化反应：硫醇的氧化反应：最后生成烃基和最后生成烃基和SO22.SO2 和和 SO3之间的转化之间的转化a.O2氧化氧化SO2 生成生成 SO3b.金属催化生成金属催化生成 SO3 SO3 的生成反应的生成反应a.O2氧化氧化SO2 生成生成 SO3 SO3 的消耗反应的消耗反应b.金属催化生成金属催化生成 SO3 3.SO3 向向 H2SO4 的转化的转化 燃料燃烧后烟气中含有部分水蒸气，这些燃料燃烧后烟气中含有部分水蒸气，这些水分和生成的水分和生成的 SO3 化合生成化合生成 H2SO4 蒸汽。蒸汽。SO3 H2O+H2SO4a.转化率转化率SO3 向向 H2SO4 转化的份额转化的份额 x 可定义为可定义为：转化率转化率 x 与温度有很大关系。与温度有很大关系。X=100PH2SO4/H2SO4PPSO3(+)%转化率转化率 x 与温度的关系与温度的关系b.酸露点酸露点 硫酸蒸汽的存在使烟气的露点（通常称酸硫酸蒸汽的存在使烟气的露点（通常称酸雾点）显著升高。酸露点的提高极易引起燃烧雾点）显著升高。酸露点的提高极易引起燃烧室和排气设备的腐蚀。室和排气设备的腐蚀。图图1 设备的腐蚀设备的腐蚀思考题思考题如何降低烟气中如何降低烟气中SO3的浓度？的浓度？例题：甲烷在空气过剩例题：甲烷在空气过剩20的条件下燃烧，的条件下燃烧，已知空气的湿度为已知空气的湿度为0.0116molH2O/mol干干空气，估算所产生烟气的露点。空气，估算所产生烟气的露点。第一步：确定烟气成分第一步：确定烟气成分假设假设1mol甲烷燃烧，所需空气量为：甲烷燃烧，所需空气量为：1.224.7811.47mol干空气干空气其中水蒸气量为：其中水蒸气量为：211.70.01162.13mol产生的烟气量为：产生的烟气量为：1+223.7811.470.01160.224.7812.6mol第二步：计算烟气中水蒸气所占的百分比第二步：计算烟气中水蒸气所占的百分比第三步：确定酸露点第三步：确定酸露点假定烟气的压力为假定烟气的压力为1atm，即即101.325KPa，那么水蒸气的分压为：那么水蒸气的分压为：101.3250.16917.12KPa。由书的。由书的附录可知，该分压约等于温度为附录可知，该分压约等于温度为57时时的饱和水蒸气压力，因此甲烷燃烧所产的饱和水蒸气压力，因此甲烷燃烧所产生烟气的露点约为生烟气的露点约为57。2.1316.9512.6100第五第五节 燃燃烧过程中程中颗粒粒污染物的形成染物的形成积炭积炭石油焦和煤胞石油焦和煤胞1.炭粒子的生成炭粒子的生成 碳粒子是燃烧过程中生成一些主要成分碳粒子是燃烧过程中生成一些主要成分为碳的粒子。为碳的粒子。积碳积碳 积碳是气相反应产生的碳粒子。火焰中形成积碳是气相反应产生的碳粒子。火焰中形成的积炭至少含有的积炭至少含有1(重量重量)的氢，近似地相当于的氢，近似地相当于一个经验分子式一个经验分子式C8H。图图1 积炭积炭图图2 积炭的形成过程积炭的形成过程积炭生成影响因素积炭生成影响因素a.燃料的分子结构燃料的分子结构b.燃烧条件燃烧条件c.燃烧产物和添加剂燃烧产物和添加剂石油焦和煤胞石油焦和煤胞 图图3 石油焦石油焦 煤胞是重油燃料液滴燃烧后期生成的一种焦煤胞是重油燃料液滴燃烧后期生成的一种焦粒，难以继续燃烧。煤胞为微小空心的球形粒子，粒，难以继续燃烧。煤胞为微小空心的球形粒子，其大小与油滴的直径成正比，一般为其大小与油滴的直径成正比，一般为 10300 。图图4 煤胞煤胞煤胞煤胞黑烟黑烟 煤粉燃煤粉燃烧时，碳粒表面温度和氧含量相，碳粒表面温度和氧含量相对较低。低。如果燃如果燃烧不不够理想，煤粉在高温下理想，煤粉在高温下发生生热解作用，解作用，产生多生多环化合物，化合物，这样就会冒黑烟。就会冒黑烟。图图5 黑烟黑烟2.燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成黑烟的形成过程黑烟的形成过程图图6 飞灰烟形成化学过程飞灰烟形成化学过程飞灰飞灰 影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素1.煤质煤质2.空气流速空气流速3.炉排热负荷炉排热负荷4.炉膛热负荷炉膛热负荷5.锅炉运行负荷锅炉运行负荷6.燃烧方式燃烧方式第六节第六节 燃烧过程中氮氧化物的形成燃烧过程中氮氧化物的形成2.热力型热力型 NOx 1.燃料型燃料型 NOx 3.瞬时型瞬时型 NOx 燃烧过程中生成氮氧化物的种类燃烧过程中生成氮氧化物的种类图图7 氮氧化物和温度之间的关系氮氧化物和温度之间的关系 燃料型燃料型 NOx的生成的生成 图图8 燃料型氮氧化物的生成燃料型氮氧化物的生成 热力型热力型 NOx的生成的生成 热力型热力型NOx是高温下大气中氮气与氧气反是高温下大气中氮气与氧气反应的产物。应的产物。图图8 热力型热力型 NOx的形成的形成 瞬时型瞬时型 NOx的生成的生成 瞬时瞬时 NOx 是低温火焰中含碳自由基与氮是低温火焰中含碳自由基与氮气分子反应，并被最终氧化的产物。低温火焰中气分子反应，并被最终氧化的产物。低温火焰中形成的形成的 NO 多数为瞬时型多数为瞬时型 NO。思考题：思考题：NOx含量和空然比的关系？含量和空然比的关系？第七节第七节 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1.有机污染物的形成有机污染物的形成有机污染物的形成过程有机污染物的形成过程 燃烧过程中碳氢化合物通过链式反应进行热燃烧过程中碳氢化合物通过链式反应进行热分解，在简单燃烧的火焰后区形成复杂的碳氢化分解，在简单燃烧的火焰后区形成复杂的碳氢化合物。合物。形成步骤：形成步骤：a.氧化脱氢形成乙烯和乙炔；氧化脱氢形成乙烯和乙炔；b.延长乙炔的链形成各种不饱和基；延长乙炔的链形成各种不饱和基；c.不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔；不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔；d.不饱和基通过环化反应形成不饱和基通过环化反应形成C6C2型芳香族型芳香族化合物；化合物；e.C6C2基逐步合成为多环有机物；基逐步合成为多环有机物；小结：小结：1.烟气中的烟气中的HC是是燃料不完全燃烧的产物燃料不完全燃烧的产物2.烯烃、芳香烃含量的燃料容易产生较高浓度碳氢烯烃、芳香烃含量的燃料容易产生较高浓度碳氢化合物化合物3.富燃条件、混合不充分、停留时间不当能产生大富燃条件、混合不充分、停留时间不当能产生大量有机污染物量有机污染物2.一氧化碳的形成一氧化碳的形成 在碳氢化合物燃烧过程中，形成在碳氢化合物燃烧过程中，形成 CO 的最基的最基本反应途径如下：本反应途径如下：RH R RCHO RCO CO 准综合模式为：准综合模式为：小结：小结：1.CO是是不完全燃烧产物不完全燃烧产物2.控制控制CO排放的关键是将排放的关键是将CO完全氧化成完全氧化成CO23.控制控制CO排放的措施是提供足够的氧和停留时间排放的措施是提供足够的氧和停留时间3.汞的形成和排放汞的形成和排放汞的形成汞的形成 图图9 汞的形成和排放汞的形成和排放小结：小结：1.煤炭燃烧是煤炭燃烧是Hg的一大的一大来源来源2.煤中煤中Hg的析出率与燃烧条件有关的析出率与燃烧条件有关3.燃烧温度燃烧温度90时，析出率时，析出率90%。4.Hg在还原性气氛的析出率低于氧化性气氛在还原性气氛的析出率低于氧化性气氛重点：重点：4.了解燃烧过程中其他污染物的形成机理，及影响了解燃烧过程中其他污染物的形成机理，及影响条件；条件；1.理解燃料中不同形态硫的氧化机理；理解燃料中不同形态硫的氧化机理；2.了解了解SO2到到SO3的转化关系；的转化关系；3.掌握酸露点的计算；掌握酸露点的计算；作业作业P62 2.6、2.7