第二章燃烧与大气污染精选PPT.ppt

第二章 燃烧与大气污染第1页，本讲稿共53页1.燃燃 料料 的的 性性 质质 燃料的定义：指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。第2页，本讲稿共53页燃料的分类燃料的分类：（1）常规燃料常规燃料如煤（coal）、石油(petroleum)、天然气(rudegas)等。（2）非常规燃料非常规燃料按物理状态又可分为：按物理状态又可分为：（1）固固体体燃燃料料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧；留下的固定炭以固态燃烧。（2）液液体体燃燃料料：由蒸发过程控制，气态形式燃烧。(3)气态燃料气态燃料：由扩散或混合控制。第3页，本讲稿共53页几种常规燃料 一、煤定定义义：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O、N、S等一起构成的有机聚合物。性性质质：煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。第4页，本讲稿共53页 分分类类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。a.褐褐煤煤：是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等级最低的一类，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象木材结构。特特点点：挥发分较高；燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量6075%，O2含量2025%。第5页，本讲稿共53页b.b.烟煤烟煤：形形成成历历史史较较褐褐煤煤长长。黑黑色色，外外形形有有可可见见条纹。条纹。挥挥发发分分2045%，C7590%。成成焦焦性性较较强强，氧氧含含量量低低，水水分分及及灰灰分分含含量量不不高高，适宜工业使用。适宜工业使用。c.无烟煤：碳碳含含量量最最高高，煤煤化化时时间间最最长长的的煤煤，具具有有明显的黑色光泽，机械强度高。明显的黑色光泽，机械强度高。C含含量量93%,无无机机物物量量13空燃比（空燃比（AF）定定义义：单单位位质质量量燃燃料料燃燃烧烧所所需需的的空空气气质质量，它可由燃烧方程直接求得。量，它可由燃烧方程直接求得。4理论空气量的经验理论空气量的经验计算公式第29页，本讲稿共53页例1：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C：88.3%，H：9.5%，S：1.6%，灰分：0.10%，水分0.5%。试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。解：以1kg重油燃烧为基础，则：第30页，本讲稿共53页重量（g）摩尔数（mol）需氧(O2)量（mol）C88373.5873.58H9547.5以H2O计23.75S160.50.5H2O0.50.02780第31页，本讲稿共53页理论需氧量为：73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油假定空气中N2与O2的摩尔比为3.76(体积比)则，理论空气量为：mol/kg重油即Nm3/kg重油第32页，本讲稿共53页2-3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一烟气体积计算一烟气体积计算.理论烟气体积理论烟气体积在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理理论论烟烟气气体体积积。以Vfg0表示，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。Vfg0=V干烟气+V水蒸气V理水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中+V理论空气量带入的第33页，本讲稿共53页2实际烟气体积实际烟气体积VfgVfg=Vfg0+(a-1)Va03.烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正燃烧产生的烟气其燃烧产生的烟气其T、P总高于标态（总高于标态（273K、1atm）故需换算成标态。）故需换算成标态。大多数烟气可视为理想气体，故可应用理想气体状态方程。大多数烟气可视为理想气体，故可应用理想气体状态方程。设观测状态下（设观测状态下（Ts、Ps）：烟气的体积为）：烟气的体积为Vs，密度为，密度为s标态下（标态下（TN、PN）：）：烟气的体积为烟气的体积为VN，密度为，密度为N标态下体积为：标态下体积为：标态下密度为：标态下密度为：应应指指出出，美美国国、日日本本和和国国际际全全球球监监测测系系统统网网的的标标准准态态是是298K、1atm，在作数据比较时应注意。，在作数据比较时应注意。第34页，本讲稿共53页4.过剩空气较正过剩空气较正因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。用奥氏烟气分析仪测定烟气中的CO2、O2和CO的含量，可以确定燃烧设备在运行中烟气成分和空气过剩系数。空气过剩系数为a=m-过剩空气中O2的过剩系数设燃烧是完全燃烧，过剩空气中的氧只以O2形式存在，燃烧产物用下标P表示，第35页，本讲稿共53页假设空气只有O2、N2，分别为21%、79%，则空气中总氧量为(21/79)N2p=0.266N2p理论需氧量：0.266N2P-O2P所以（燃烧完全时）若燃烧不完全会产生CO，须校正。即从测得的过剩氧中减去CO氧化为CO2所需的O2此时各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。5标况下烟气量计算的经验式标况下烟气量计算的经验式第36页，本讲稿共53页二污染物排放量的计算二污染物排放量的计算例例2对例1给定的重油，若燃料中硫转化为SOX（其中SO2占97%），试计算空气过剩系数a=1.20时烟气中SO2及SO3的浓度，以x10-6表示，并计算此时烟气中CO2的含量，以干烟气体积百分比干烟气体积百分比表示。第37页，本讲稿共53页解解：由例1可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：CO2：73.58H2O：47.5+0.0278SOX：0.5NX：理论烟气量：理论烟气量：73.58+0.5+(47.5+0.0278)+()=489.45mol/kg重油即10.96Nm3/kg重油空气过剩系数a=1.2时，实际烟气量为：10.96+(1.2-1)*10.43=13.05Nm3其中10.43为理论空气量为理论空气量，即1Kg重油完全燃烧所需理论空气量。第38页，本讲稿共53页烟气中SO2的体积为烟气中SO3的体积为所以，烟气中SO2、SO3的浓度分别为：25.75/835.25=3.1%第39页，本讲稿共53页当=1.2时，干烟气量为：CO2体积为：所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为：第40页，本讲稿共53页例例3：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。（1）污染物排放的质量速率（以t/d表示）（2）污染物在烟气中浓度（3）烟气中空气过剩系数（4）校正至空气过剩系数=1.8时污染物在烟气中的浓度。第41页，本讲稿共53页解：解：（1）污染物排放的质量流量为：（2）测定条件下的干空气量为：测定状态下干烟气中污染物的浓度：标态下的浓度：第42页，本讲稿共53页（3）空气过剩系数：N2p=100-10.7-8.2=81.1（4）校正至=1.8条件下的浓度：第43页，本讲稿共53页2-4 2-4 燃烧过程燃烧过程SOxSOx的形成及控制的形成及控制一、燃料中硫的氧化机理一、燃料中硫的氧化机理 燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应，主要产物是SO2和SO3，但SO3的浓度相当低，即使在贫燃料状态下，生成的SO3也只占SO2生成量的百分之几。在富燃料状态下，除SO2外，还有一些其它S的氧化物，如SO及其二聚物(SO)2，还有少量一氧化二硫S2O。这些产物化学反应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现。故一般主要生成一般主要生成SO2,计算时可忽略计算时可忽略SO3。第44页，本讲稿共53页二、二、SOx的控制的控制1 1.重油脱硫重油脱硫 重油脱硫常用的方法：在钼、钴和镍等的金属氧化物催化剂作用下，通过高压加氢反应，打断碳与硫的化合键，氢与硫作用形成H2S，从重油中分离出来。重油脱硫的困难:(1)要彻底加工燃料，破坏了原来的组织。(2)产生新的产物：固、液、气态物。第45页，本讲稿共53页2燃料脱硫燃料脱硫）煤炭的固态加工煤炭的固态加工国外要求用于发电、冶金、动力的煤质标准是：炼焦煤：硫分1%，灰分68%；动力煤：硫分0.51%，灰分1520%。故原煤必经分选以除去煤中的矿物质。目前选煤工艺普遍应用的是重力分选法（可降低4090%的S）,此法对有机硫含量较大的煤还不能达到环保条例的要求。正在研究的新脱硫法有：浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫法、微波脱硫法、磁力脱硫及溶剂精炼等，工业上应用的很少。型煤固硫是控制SO2的一条经济有效途径。第46页，本讲稿共53页2）煤炭的转化煤炭的转化煤炭的转化主要是气化、液化。即对煤进行脱硫或加氢改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。A.煤的气化煤的气化煤的气化技术发展很快：“第一代”干式排灰的鲁奈加压气化（已商业化）和科柏斯-托切克气化；“第二代”液态排渣气化、Hygas气化、Cogas气化等未商业化；“第三代”处于实验阶段的煤催化气化。煤气主要是H2、CO、CH4等，硫以H2S形式存在。生产出煤气中H2S含量几百到几千mg/m3。去除方法有干法、湿法。B.煤的液化煤的液化直接液化SRC-法间接液化鲁奈气化-弗托合成法煤的液化时耗水量很大，排水含高浓度COD，要求大规模水处理设施。第47页，本讲稿共53页3.煤燃烧二氧化硫的控制煤燃烧二氧化硫的控制 分为燃前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后脱硫和煤转化过程中脱硫，其中烟气脱硫烟气脱硫被认为是最有效的脱硫方式。燃前脱硫燃前脱硫:（1）逃汰选煤是各种密度、粒度和形状的物料在不断变化的流体中运动过程的选煤。属于物理选煤，主要利用煤中各种成分比例不同，而去除部分灰份和黄铁矿，不能去有机硫。（2）重介质选煤采用磁铁矿和水配置的悬浮液作为选煤的介质，利用不同浮力进行选煤，属于物理方法。（3）浮选选煤是气、液、固三相界面的分选过程，包括水中矿物颗粒粘附在气泡，然后上浮到煤浆表面。因为煤的湿润性较好而矿物的湿润性较差。（4）高梯度强磁分离煤脱硫技术煤中有机硫为逆磁性而大部分无机硫为顺磁性，利用磁性不同分离。第48页，本讲稿共53页（5）微波辐射法煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机硫次之，煤基质基本不吸收微波。微波吸收后削弱化学键，采用浸取液洗涤煤中硫，可以去无机硫，也可以去有机硫，目前在实验室状态。（6）化学处理法，如在煤中加入碱溶液，在一定反应条件下，脱去无机和有机硫，但该工艺成本高，对煤质有一定影响，在工程上应用少。（7）生物脱硫 利用微生物破坏煤中无机硫和有机硫，可以达到经济、有效的脱硫，但目前的难点是找到能破坏煤中硫而不影响碳结构的高效菌种。国外准备进行半工业实验，国内目前处于起步阶段。第49页，本讲稿共53页（8）型煤固硫技术将不同原料经过筛分按照一定比例配煤，粉碎后同经过预处理的粘结剂和固硫剂混合，经过机械设备成型与干燥，得到具有一定形状和成品的工业固硫型煤。固硫剂按照化学形态分为钙系、钠系及其他。第50页，本讲稿共53页石灰石、大理石粉、电石渣是工业上较好的固硫剂，应用废液做粘结剂，如碱性纸浆黑液，也有一定的固硫作用。盐泥、糖泥、钙渣、烟道灰等可以作为粘结剂和脱硫剂。型煤燃烧烟气中粉尘、二氧化硫、CO浓度及烟气黑度明显下降，但由于型煤增加了原煤成本，可能使某些炉型的锅炉出锅炉出力力受到一些影响，目前还处于工业示范阶段。注：锅炉额定出力锅炉额定出力是指锅炉在额定参数（压力、温度）和保证一定效率下的最大连续出力。对于蒸汽锅炉，叫额定蒸发量，单位为吨/小时。第51页，本讲稿共53页第52页，本讲稿共53页烟气脱硫技术烟气脱硫技术目前主要有吸吸收收法法和吸吸附附法法，以吸收法应用最为广泛，另外还有许多物理方法，如电子辐射法、等离子法等正在积极发展中。吸收法中又分为湿湿法法和干干法法脱硫，其中湿法脱硫是商业应用最为广泛的方法，如石石灰灰（石石）-石石膏膏法法，双双碱碱法法、海水脱硫、氨吸收法等，干法中有旋转喷雾吸收法、烟气循环流化床脱硫等。第53页，本讲稿共53页