专题一--燃烧与大气污染.教程文件.ppt

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1、专题一一-燃燃烧与大气与大气污染染.第一节第一节 燃料的性质燃料的性质一、燃料的分类一、燃料的分类 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、油页岩木柴、煤、油页岩 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、重油汽油、煤油、柴油、重油 气体燃料气体燃料 天然气天然气 高炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气焦炉煤气 二、燃料组成及对燃烧的影响二、燃料组成及对燃烧的影响n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7850 7850 kc

2、alkcal的热量。的热量。煤中的碳不是单质状态存在，而是与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。煤形成的地质年代氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约加。例如，无烟煤含碳量约90-98%90-98%，一般煤的含碳，一般煤的含碳量约量约50-95%50-95%。n氢：氢：是燃料中发热量最高的元素是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的。固体燃料中氢的含量为含量为2-10%2-10%，以碳氢化合物的形式存在，以碳氢化合物的形式存在，1 kg1 kg氢完氢完全

3、燃烧时能放出全燃烧时能放出28780 kcal28780 kcal的热量。的热量。三、燃料组成对燃烧的影响三、燃料组成对燃烧的影响n氧氧：氧氧在在燃燃料料中中与与碳碳和和氢氢生生成成化化合合物物，降降低低了了燃燃料料的发热量的发热量n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%n硫硫：以以三三种种形形态态存存在在：有有机机硫硫(CxHySz)(CxHySz)、黄黄铁铁矿矿硫硫(FeS(FeS2 2)和和硫硫酸酸盐盐硫硫（MeSOMeSO4 4)。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SOSO2 2

4、和和SOSO3 3，其其中中SOSO2 2占占95%95%以上。以上。三、燃料组成对燃烧的影响三、燃料组成对燃烧的影响n水水分分：水水分分的的存存在在使使燃燃料料中中可可燃燃成成分分相相对对地减少。地减少。n灰灰分分：是是燃燃料料中中不不可可燃燃矿矿物物质质，为为燃燃料料中中有害成分。有害成分。四、煤四、煤n煤是重要的固体燃料，是一种不均匀的有机燃煤是重要的固体燃料，是一种不均匀的有机燃料，主要是植物的部分分解和变质形成。料，主要是植物的部分分解和变质形成。n煤的可燃成分主要是煤的可燃成分主要是碳、氢及少量氧、氮和硫碳、氢及少量氧、氮和硫等一起构成的有机聚合物。各种聚合物之间由等一起构成的有机

5、聚合物。各种聚合物之间由不同的碳氢支链相互连成更大的颗粒。不同的碳氢支链相互连成更大的颗粒。n煤中有机成分和无机成分的含量，因煤的煤中有机成分和无机成分的含量，因煤的种类种类和产地和产地的不同而有很大差别。的不同而有很大差别。煤的分类和组成煤的分类和组成n n褐煤褐煤褐煤褐煤 最低品位的煤，最低品位的煤，最低品位的煤，最低品位的煤，是由泥煤形成的初始煤化物，形成年代最是由泥煤形成的初始煤化物，形成年代最是由泥煤形成的初始煤化物，形成年代最是由泥煤形成的初始煤化物，形成年代最短。呈黑色、褐色和泥土色，其结构类似木材。褐煤呈现短。呈黑色、褐色和泥土色，其结构类似木材。褐煤呈现短。呈黑色、褐色和泥土

6、色，其结构类似木材。褐煤呈现短。呈黑色、褐色和泥土色，其结构类似木材。褐煤呈现出粘结状及带状，出粘结状及带状，出粘结状及带状，出粘结状及带状，水分含量高，水分含量高，水分含量高，水分含量高，与高品位煤相比，与高品位煤相比，与高品位煤相比，与高品位煤相比，其热值其热值其热值其热值较低。较低。较低。较低。n n烟煤烟煤烟煤烟煤 形成年代较褐煤长，呈黑色，外形有可见条文，挥发分含形成年代较褐煤长，呈黑色，外形有可见条文，挥发分含形成年代较褐煤长，呈黑色，外形有可见条文，挥发分含形成年代较褐煤长，呈黑色，外形有可见条文，挥发分含量为量为量为量为20%-45%20%-45%20%-45%20%-45%，

7、碳含量为碳含量为碳含量为碳含量为75%-90%75%-90%75%-90%75%-90%。烟煤含氧量低，烟煤含氧量低，烟煤含氧量低，烟煤含氧量低，水水水水分和灰分含量一般不高，适宜于工业上的一般应用。分和灰分含量一般不高，适宜于工业上的一般应用。分和灰分含量一般不高，适宜于工业上的一般应用。分和灰分含量一般不高，适宜于工业上的一般应用。在空在空在空在空气中，它比褐煤更能抵抗风化。气中，它比褐煤更能抵抗风化。气中，它比褐煤更能抵抗风化。气中，它比褐煤更能抵抗风化。n n无烟煤无烟煤无烟煤无烟煤 无烟煤是碳含量最高、煤化时间最长的煤。无烟煤是碳含量最高、煤化时间最长的煤。无烟煤是碳含量最高、煤化时

8、间最长的煤。无烟煤是碳含量最高、煤化时间最长的煤。它具有明显的它具有明显的它具有明显的它具有明显的黑色光泽，机械强度高。黑色光泽，机械强度高。黑色光泽，机械强度高。黑色光泽，机械强度高。碳的含量一般高于碳的含量一般高于碳的含量一般高于碳的含量一般高于93%93%93%93%，无机物无机物无机物无机物含量低于含量低于含量低于含量低于10%10%10%10%，因而着火困难，因而着火困难，因而着火困难，因而着火困难，储存时稳定，不易自燃。储存时稳定，不易自燃。储存时稳定，不易自燃。储存时稳定，不易自燃。n煤的成分分析煤的成分分析工业分析（工业分析（proximate analysis proxima

9、te analysis）测测定定煤煤中中水水分分、挥挥发发分分、灰灰分分和和固固定定碳碳。估估测测硫硫含含量量和和热量，是评价工业用煤的主要指标。热量，是评价工业用煤的主要指标。元素分析（元素分析（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、氢、氮、硫和氧碳、氢、氮、硫和氧的含量的含量。煤的分类和组成煤的分类和组成n煤的工业分析煤的工业分析水分：水分：一一 定定 重重 量量 13mm13mm以以 下下 粒粒 度度 的的 煤煤 样样，在在 干干 燥燥 箱箱 内内318323

10、K318323K温温 度度 下下 干干 燥燥 8 8小小 时时，取取 出出 冷冷 却却，称称 重重 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375-380K375-380K下下，约约2h2h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1200K1200K的的马马弗弗炉炉中中加加热热7 7分分钟钟，放放入入干干燥燥箱箱中中冷冷却却至至常常温温再再称称重重，质质量量差差为为挥发分。挥发分。煤的分类和组成煤的分类和组成n煤的工业分析（续）煤的工业分析（续）灰分：灰分：失失去去水水分分和和挥挥发发分分后后的的

11、剩剩余余部部分分放放在在800800 2020 C 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，该该重重量量为为灰灰分分。煤煤中中的的灰灰分分主主要要是是二二氧氧化化硅硅，氧氧化化铝铝，氧氧化化铁铁，氧氧化化钙钙等。等。固定碳：固定碳：从从煤煤中中扣扣除除水水分分、灰灰分分以以及及挥挥发发分分后后剩剩余余的的部部分分为为固固定定碳。固定碳是煤中主要的可燃物质。碳。固定碳是煤中主要的可燃物质。煤的分类和组成煤的分类和组成n煤中灰分的组成：煤中灰分的组成：n我国煤炭的平均灰分含量为我国煤炭的平均灰分含量为2525n灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量

12、灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量煤的分类和组成煤的分类和组成n煤中硫的形态煤中硫的形态煤的分类和组成煤的分类和组成 在我国煤炭资源在我国煤炭资源中，硫的平均质中，硫的平均质量分数为量分数为1.111.11Sn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，常用的基准有以下四种：常用的基准有以下四种：收到基：收到基：锅炉燃料的实际成分，包括全部灰分和水分锅炉燃料的实际成分，包括全部灰分和水分 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%的的成成分分，即在实验室

13、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 煤的分类和组成煤的分类和组成干干燥燥基基：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：干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为以去掉水分和灰分的燃料作为100%100%的成分的成分煤的分类和组成煤的分类和组成n n已知某种煤的收到基水分含量为已知某种煤的收到基水分含量为已知某种煤的收到基水分含量为已知某种煤的收到基水分含量为5%5%5%5%，干燥基灰分，干燥基灰分，干燥基灰分，干燥基灰分含量为含量为含量为含量为26%26%26%26%

14、，干燥无灰基元素分析结果：，干燥无灰基元素分析结果：，干燥无灰基元素分析结果：，干燥无灰基元素分析结果：C 91.7%C 91.7%C 91.7%C 91.7%，H 3.8%H 3.8%H 3.8%H 3.8%，O 2.2%O 2.2%O 2.2%O 2.2%，N 1.3%N 1.3%N 1.3%N 1.3%，S 1.0%S 1.0%S 1.0%S 1.0%。试求该种煤收到基组成。试求该种煤收到基组成。试求该种煤收到基组成。试求该种煤收到基组成。n n干燥基为干燥基为干燥基为干燥基为1-5%=95%1-5%=95%1-5%=95%1-5%=95%；则灰分占收到基；则灰分占收到基；则灰分占收到基

15、；则灰分占收到基95%26%=24.7%95%26%=24.7%95%26%=24.7%95%26%=24.7%n n干燥无灰基为干燥无灰基为干燥无灰基为干燥无灰基为95%-24.7%=70.3%95%-24.7%=70.3%95%-24.7%=70.3%95%-24.7%=70.3%n nC C C C：70.3%91.7%=64.5%70.3%91.7%=64.5%70.3%91.7%=64.5%70.3%91.7%=64.5%n nH HH H：70.3%3.8%=2.7%70.3%3.8%=2.7%70.3%3.8%=2.7%70.3%3.8%=2.7%n nOOOO：70.3%2.2

16、%=1.6%70.3%2.2%=1.6%70.3%2.2%=1.6%70.3%2.2%=1.6%n nNNNN：70.3%1.3%=0.9%70.3%1.3%=0.9%70.3%1.3%=0.9%70.3%1.3%=0.9%n nS S S S：70.3%1.0%=0.7%70.3%1.0%=0.7%70.3%1.0%=0.7%70.3%1.0%=0.7%五、石油五、石油石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动的液体，比重在在的易流动的液体，比重在0.78-1.000.78-1.00之间。之间。它是多种化合物的混合物，它是多种化合物的混合物，主要由

17、链烷烃、主要由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物组成。环烷烃和芳香烃等碳氢化合物组成。原油通过蒸馏、裂化和重整生产出各种汽油、原油通过蒸馏、裂化和重整生产出各种汽油、溶剂、化学产品和燃料油。溶剂、化学产品和燃料油。原油中的硫大部分以有机硫的形式存在。原油中的硫大部分以有机硫的形式存在。原原油中硫的含量变化范围较大，一般为油中硫的含量变化范围较大，一般为0.10.17 7。六、天然气六、天然气 天然气是典型的气体燃料，它的组成一般天然气是典型的气体燃料，它的组成一般为甲烷为甲烷85%85%、乙烷、乙烷10%10%、丙烷、丙烷3%3%；含碳更；含碳更高的碳氢化合物也可能存在于天然气中。高的碳氢化合

18、物也可能存在于天然气中。天然气还含有碳氢化合物以外的其他组分，天然气还含有碳氢化合物以外的其他组分，如如H H2 2OO、COCO2 2、NN2 2、HeHe和和H H2 2S S等。等。天然气中的天然气中的H H2 2S S具有腐蚀性，它的燃烧产物具有腐蚀性，它的燃烧产物为硫的氧化物，因此许多国家规定了天然为硫的氧化物，因此许多国家规定了天然气中总硫含量和硫化氢含量的最大允许值。气中总硫含量和硫化氢含量的最大允许值。七、非常规燃料七、非常规燃料 n城市固体废弃物；城市固体废弃物；n商业和工业固体废弃物；商业和工业固体废弃物；n农产品及农村废物；农产品及农村废物；n水生植物和水生废物；水生植物

19、和水生废物；n污泥处理厂废物。污泥处理厂废物。第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程 一、燃烧过程及其主要影响因素一、燃烧过程及其主要影响因素 1.1.燃烧过程及燃烧产物燃烧过程及燃烧产物 n燃烧是指可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量燃烧是指可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量（光和热）的释放，同时使燃料的组成元素转化成为（光和热）的释放，同时使燃料的组成元素转化成为相应的氧化物。相应的氧化物。n多数化石燃料完全燃烧的产物是多数化石燃料完全燃烧的产物是COCO2 2和和H H2 2OO。然而，。然而，不完全燃烧过程将产生黑烟、不完全燃烧过程将产生黑烟、COCO和其他部分氧化产和其他部分氧

20、化产物等大气污染物。若燃烧过程含有氮和硫，则会生成物等大气污染物。若燃烧过程含有氮和硫，则会生成SOSO2 2和和NONO，以污染物形式存在在于烟气中。，以污染物形式存在在于烟气中。n此外，当燃烧温室温度较高时，空气中的部分氮也会此外，当燃烧温室温度较高时，空气中的部分氮也会被氧化成为被氧化成为NOxNOx，常称为，常称为热力型氮氧化物热力型氮氧化物。2.2.燃料完全燃烧的条件燃料完全燃烧的条件 （1 1 1 1）空气条件空气条件空气条件空气条件 燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。燃料

21、燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。如果空气供应不足，燃烧就不安全。相反空气量过如果空气供应不足，燃烧就不安全。相反空气量过如果空气供应不足，燃烧就不安全。相反空气量过如果空气供应不足，燃烧就不安全。相反空气量过大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟损失。因此，大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟损失。因此，大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟损失。因此，大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟损失。因此，按燃烧不同阶段供给相适应的空气量是十分必要的。按燃烧不同阶段供给相适应的空气量是十分必要的。按燃烧不同阶段供给相适应的空气量是十分必要的。按燃烧不同阶段供给相适应的空气量是十分必要的。（2 2 2 2）温

22、度条件）温度条件）温度条件）温度条件 燃料只有达到燃料只有达到燃料只有达到燃料只有达到着火温度着火温度着火温度着火温度才能与氧化合燃烧。着火温才能与氧化合燃烧。着火温才能与氧化合燃烧。着火温才能与氧化合燃烧。着火温度是在氧存在下可燃物质开始燃烧所必须达到的最度是在氧存在下可燃物质开始燃烧所必须达到的最度是在氧存在下可燃物质开始燃烧所必须达到的最度是在氧存在下可燃物质开始燃烧所必须达到的最低温度。各种燃料都具有自己特征的着火温度，按低温度。各种燃料都具有自己特征的着火温度，按低温度。各种燃料都具有自己特征的着火温度，按低温度。各种燃料都具有自己特征的着火温度，按固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序

23、上升。固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序上升。固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序上升。固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序上升。n典型燃料的着火温度典型燃料的着火温度2.2.燃料完全燃烧的条件燃料完全燃烧的条件 （3 3）时间条件）时间条件 燃料在高温区的停留时间应超过燃烧需要的时间。燃料在高温区的停留时间应超过燃烧需要的时间。（4 4）燃料与空气的混合条件）燃料与空气的混合条件 燃料和空气中燃料和空气中氧氧的充分混合也是有效燃烧的基本的充分混合也是有效燃烧的基本条件。条件。混合程度取决于空气的湍流度。混合程度取决于空气的湍流度。若混合不充若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产生。对于蒸汽相的分

24、，将导致不完全燃烧产物的产生。对于蒸汽相的燃烧，湍流可以加速液体燃料的蒸发。对于固体燃燃烧，湍流可以加速液体燃料的蒸发。对于固体燃料的燃烧，湍流有助于破坏燃烧产物在燃料表面形料的燃烧，湍流有助于破坏燃烧产物在燃料表面形成的边界层，从而提高表面反应的氧利用率，并使成的边界层，从而提高表面反应的氧利用率，并使燃烧过程加速。燃烧过程加速。通常把温度、时间和湍流称为燃烧过程的通常把温度、时间和湍流称为燃烧过程的“三三T T”二、燃料燃烧的理论空气量二、燃料燃烧的理论空气量 1.1.理论空气量理论空气量 燃料燃烧所需要的氧气，一般是从空气中燃料燃烧所需要的氧气，一般是从空气中获得的；获得的；单位量燃料按

25、燃烧反应方程式完单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量全燃烧所需要的空气量称为理论空气量，由燃料的组成决定，可根据由燃料的组成决定，可根据燃烧方程式燃烧方程式计计算求得。算求得。建立燃烧化学方程式时，通常假设：建立燃烧化学方程式时，通常假设：（1 1）空气仅是由）空气仅是由氮和氧氮和氧组成的，其体积比为组成的，其体积比为79.1:20.9=3.78 79.1:20.9=3.78；（2 2）燃料中的固定态氧可用于燃烧；）燃料中的固定态氧可用于燃烧；（3 3）燃料中的硫主要被氧化为）燃料中的硫主要被氧化为SOSO2 2；（4 4）热力型）热力型NOxNOx的生成量较小，燃料

26、中含氮量也的生成量较小，燃料中含氮量也较低，在计算理论空气量时可以忽略；较低，在计算理论空气量时可以忽略；（5 5）燃料中的氮在燃烧时转化为）燃料中的氮在燃烧时转化为NN2 2和和NONO，一般，一般以以NN2 2为主；为主；（6 6）燃料的化学式为）燃料的化学式为CxHySzOwCxHySzOw，其下标，其下标x x、y y、z z、ww分别代表碳、氢、硫和氧的原子数分别代表碳、氢、硫和氧的原子数 于是，理论空气量于是，理论空气量 一般煤的理论空气量Va049m3/kg，液体燃料的Va0=10-11m3/kg例例例例1 1 1 1 计算辛烷计算辛烷计算辛烷计算辛烷(C(C(C(C8 8 8

27、8H HH H18181818)在理论空气量条件下燃烧时的在理论空气量条件下燃烧时的在理论空气量条件下燃烧时的在理论空气量条件下燃烧时的燃料燃料燃料燃料/空气质量比，并确定燃烧产物气体的组成。空气质量比，并确定燃烧产物气体的组成。空气质量比，并确定燃烧产物气体的组成。空气质量比，并确定燃烧产物气体的组成。燃烧燃烧1mol辛烷需要辛烷需要12.54.7859.75mol空气。辛烷的摩尔质量为空气。辛烷的摩尔质量为114，于是理论空气量下燃烧时燃料，于是理论空气量下燃烧时燃料/空气的质量比为：空气的质量比为：气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。气体组成通常以摩尔百分比表示，它不

28、随气体温度和压力变化。气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。燃烧产物的总摩尔数为燃烧产物的总摩尔数为燃烧产物的总摩尔数为燃烧产物的总摩尔数为8 8 8 89 9 9 947.2547.2547.2547.2564.2564.2564.2564.25，因此烟气组成为：，因此烟气组成为：，因此烟气组成为：，因此烟气组成为：x x x xCO2CO2CO2CO2=8/64.25=0.125=12.5%=8/64.25=0.125=12.5%=8/64.25=0.125=12.5%=8/64.25=0.125=12.5%x x

29、x xH2OH2OH2OH2O=9/64.25=0.140=14.0%=9/64.25=0.140=14.0%=9/64.25=0.140=14.0%=9/64.25=0.140=14.0%x x x xN2N2N2N2=47.25/64.25=0.735=73.5%=47.25/64.25=0.735=73.5%=47.25/64.25=0.735=73.5%=47.25/64.25=0.735=73.5%例例例例2 2 2 2 假定煤的化学组成以质量计为：假定煤的化学组成以质量计为：假定煤的化学组成以质量计为：假定煤的化学组成以质量计为：C:77.2%C:77.2%C:77.2%C:77.

30、2%，H:5.2%H:5.2%H:5.2%H:5.2%，N:1.2N:1.2N:1.2N:1.2，S:2.6%S:2.6%S:2.6%S:2.6%，O:5.9%O:5.9%O:5.9%O:5.9%，灰分，灰分，灰分，灰分:7.9%:7.9%:7.9%:7.9%。试计算这种煤燃。试计算这种煤燃。试计算这种煤燃。试计算这种煤燃烧时的理论空气量。烧时的理论空气量。烧时的理论空气量。烧时的理论空气量。解：首先确定煤的摩尔组成。设有解：首先确定煤的摩尔组成。设有解：首先确定煤的摩尔组成。设有解：首先确定煤的摩尔组成。设有1000g1000g煤。煤。煤。煤。g/1000g(g/1000g(煤煤煤煤)mol

31、/1000g(mol/1000g(煤煤煤煤)需氧量需氧量需氧量需氧量 mol/1000g(mol/1000g(煤煤煤煤)C C772772121264.364.364.364.3H H52521152521313N N121214140.8570.8570 0S S262632320.8120.8120.8120.812OO595916163.693.69-1.845-1.845灰分灰分灰分灰分79790 0a=x+y/4+z-w/2=64.3+13+0.812-1.845=76.27 mol1 kg煤需要的理论氧气量煤需要的理论氧气量a为：为：2.2.空气过剩系数空气过剩系数 在理想的混合状

32、态下，理论量的空气即可保证完全燃烧；在理想的混合状态下，理论量的空气即可保证完全燃烧；在理想的混合状态下，理论量的空气即可保证完全燃烧；在理想的混合状态下，理论量的空气即可保证完全燃烧；但实际的燃烧装置中，但实际的燃烧装置中，但实际的燃烧装置中，但实际的燃烧装置中，“三三三三T T T T”条件不可能达到理想化条件不可能达到理想化条件不可能达到理想化条件不可能达到理想化的程度，因此为使燃料完全燃烧，就必须供给过量的空的程度，因此为使燃料完全燃烧，就必须供给过量的空的程度，因此为使燃料完全燃烧，就必须供给过量的空的程度，因此为使燃料完全燃烧，就必须供给过量的空气。一般把超过理论空气量多供给的空气

33、量称为过剩空气。一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气。一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气。一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量，并气量，并气量，并气量，并把实际空气量把实际空气量把实际空气量把实际空气量V V V Va a a a与理论空气量与理论空气量与理论空气量与理论空气量V V V Va a a a0 0 0 0之比定义为之比定义为之比定义为之比定义为空气过剩系数空气过剩系数空气过剩系数空气过剩系数，即，即，即，即 通常通常通常通常1 1 1 1，值的大小取决于燃料种类、燃烧装置形值的大小取决于燃料种类、燃烧装置形值的大小取决于燃料种类、燃烧装置形值的大

34、小取决于燃料种类、燃烧装置形式及燃烧条件等因素。式及燃烧条件等因素。式及燃烧条件等因素。式及燃烧条件等因素。3、空燃比、空燃比 单位质量燃料燃烧所需要的空气质量单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可以，可以由燃烧方程式直接求得。由燃烧方程式直接求得。例如，甲烷燃烧：例如，甲烷燃烧：空燃比：空燃比：三、燃烧产生的污染物三、燃烧产生的污染物 燃料燃烧过程并不是那么简单，还有分解和其他的燃料燃烧过程并不是那么简单，还有分解和其他的氧化、聚合过程。氧化、聚合过程。n燃烧烟气主要由悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧烟气主要由悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃烧的燃料、氧化剂以及惰性气体（主燃烧和部

35、分燃烧的燃料、氧化剂以及惰性气体（主要是要是NN2 2）等组成。）等组成。n燃烧可能释放出的污染物有：燃烧可能释放出的污染物有：COCO2 2、COCO、SOxSOx、NOxNOx、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和绸环碳氢化合物等。这些都是有害物质，醛、酮和绸环碳氢化合物等。这些都是有害物质，它们的形成与燃烧条件有关。它们的形成与燃烧条件有关。n燃烧产物与燃烧产物与温度温度的关系：的关系：三、燃烧产生的污染物三、燃烧产生的污染物 n燃料种类燃料种类对燃烧产物的影响（以对燃烧产物的影响（以1000MW电站为例）：电站为例）：三、燃烧产生的污染物三、

36、燃烧产生的污染物 n发热量：发热量：单单位位燃燃料料完完全全燃燃烧烧时时，所所放放出出的的热热量量，即即在在反反应应物物开开始始状状态态和和反应产物终了状态相同下的热量变化（反应产物终了状态相同下的热量变化（kJ/kg or kcal/kg）高位发热量：高位发热量：包括燃料生成物中水蒸气的汽化潜热包括燃料生成物中水蒸气的汽化潜热低低位位发发热热量量：燃燃烧烧产产物物中中的的水水蒸蒸气气仍仍以以气气态态存存在在时时，完完全全燃燃烧烧过程所释放的热量过程所释放的热量WH,WW燃料中氢和水分的质量百分数四、热化学关系式四、热化学关系式 n燃烧设备的热损失燃烧设备的热损失排烟热损失排烟热损失不完全燃烧

37、热损失（化学不完全、机械不完全燃烧）不完全燃烧热损失（化学不完全、机械不完全燃烧）散热损失散热损失四、热化学关系式四、热化学关系式 n燃烧热损失与空燃比的关系燃烧热损失与空燃比的关系n在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最低在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最低n不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧。不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧。第三节第三节 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 1.1.理论烟气量与实际烟气量理论烟气量与实际烟气量 在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体在理论空气量下，燃料完全燃烧

38、所生成的烟气体积称为积称为理论烟气体积，以理论烟气体积，以V Vfgfg0 0表示表示。烟气成分主烟气成分主要是要是COCO2 2、SOSO2 2、NN2 2和水蒸气和水蒸气，通常分为干烟气，通常分为干烟气（不含水蒸汽）和湿烟气（含水蒸汽）。（不含水蒸汽）和湿烟气（含水蒸汽）。理论烟气量干烟气量水蒸气体积理论烟气量干烟气量水蒸气体积 理论水蒸气体积理论水蒸气体积燃料中氢燃烧后生成的水蒸气燃料中氢燃烧后生成的水蒸气体积燃料中所含的水蒸气体积由供给的理论体积燃料中所含的水蒸气体积由供给的理论空气量带入的水蒸气体积空气量带入的水蒸气体积 实际烟气量理论烟气量过剩空气量实际烟气量理论烟气量过剩空气量

39、V V V Vfgfgfgfg=V=V=V=Vfgfgfgfg0 0 0 0+(-1)V+(-1)V+(-1)V+(-1)Va a a a0 0 0 0理论烟气量可由燃烧方程计算，如理论烟气量可由燃烧方程计算，如理论烟气量可由燃烧方程计算，如理论烟气量可由燃烧方程计算，如CH4CH4CH4CH4燃烧：燃烧：燃烧：燃烧：1mol1mol1mol1mol的的的的CHCHCHCH4 4 4 4完全燃烧产生完全燃烧产生完全燃烧产生完全燃烧产生10.52mol10.52mol10.52mol10.52mol的烟气。根据的烟气。根据的烟气。根据的烟气。根据理想气体定律，近似认为理想气体定律，近似认为理想气

40、体定律，近似认为理想气体定律，近似认为烟气中各组分的摩尔比烟气中各组分的摩尔比烟气中各组分的摩尔比烟气中各组分的摩尔比等于体积比，等于体积比，等于体积比，等于体积比，所以所以所以所以1m1m1m1m3 3 3 3的甲烷完全燃烧产生的甲烷完全燃烧产生的甲烷完全燃烧产生的甲烷完全燃烧产生10.52m10.52m10.52m10.52m3 3 3 3的烟气，假设空气过剩系数为的烟气，假设空气过剩系数为的烟气，假设空气过剩系数为的烟气，假设空气过剩系数为1.051.051.051.05，则，则，则，则 V V V Vfgfgfgfg=V=V=V=Vfgfgfgfg0 0 0 0+(-1)V+(-1)V

41、+(-1)V+(-1)Va a a a0 0 0 0=10.52+(1.05-1)9.52=10.52+(1.05-1)9.52=10.52+(1.05-1)9.52=10.52+(1.05-1)9.52 =10.996 m =10.996 m =10.996 m =10.996 m3 3 3 3练习练习 2.3g/1000g(g/1000g(煤煤煤煤)mol/1000g(mol/1000g(煤煤煤煤)需氧量需氧量需氧量需氧量 mol/1000g(mol/1000g(煤煤煤煤)C C795795121266.366.366.366.3H H37371137.037.09.259.25N N9

42、914140.640.640 0S S6 632320.1860.1860.1860.186OO474716162.942.94-1.47-1.47灰分灰分灰分灰分1061060 0假设空气过剩系数为假设空气过剩系数为1.21.2，煤完全燃烧后煤完全燃烧后SO2浓度浓度？a=x+y/4+z-w/2=66.3+9.25+0.186-1.47=74.3 mol过剩空气为过剩空气为355.20.2=71.0 mol实际烟气量实际烟气量=理论烟气量理论烟气量+过剩空气量过剩空气量1 kg煤需要的理论氧气量煤需要的理论氧气量a为：为：n理论烟气组分：共理论烟气组分：共366.2 molnCO2 66.3

43、 mol；H2O 18.5 mol；SO2 0.186 mol；nN2 0.32+74.33.78=281.2 molnSO2浓度：浓度：0.186/(366.2+71.0)=0.04%燃烧装置产生的烟气的温度和压力总是高于标准状燃烧装置产生的烟气的温度和压力总是高于标准状态（态（273K273K、1atm1atm），烟气体积和密度往往需要换），烟气体积和密度往往需要换算成为标准状态。假设烟气体积和密度算成为标准状态。假设烟气体积和密度可应用理想可应用理想气体状态方程换算气体状态方程换算。于是，对于温度。于是，对于温度TsTs、压力、压力PsPs的的烟气，其体积烟气，其体积VsVs、密度、密度

44、 ，在标准状态下（温度，在标准状态下（温度TnTn、压力压力PnPn）烟气的体积为）烟气的体积为VnVn，密度为，密度为 ，则则标准状态下的烟气体积标准状态下的烟气体积：2.2.烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正 标准状态下烟气的密度标准状态下烟气的密度：3.3.过剩空气校正过剩空气校正 实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程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气体与过剩空中的实际烟气体积应为理论烟气气体与过剩空气量之和。用气量之和。用奥氏烟气分析仪测定干烟气中奥氏烟气分析仪测定干烟气中COCO2 2、OO2 2和和COCO的含量，就可以确定燃烧设备运行

45、时的的含量，就可以确定燃烧设备运行时的烟气成分和空气过剩系数。烟气成分和空气过剩系数。以碳在空气中完全燃烧为例：以碳在空气中完全燃烧为例：C+OC+O2 2+3.78N+3.78N2 2COCO2 2+3.78N+3.78N2 2 烟气中仅含有烟气中仅含有COCO2 2和和NN2 2，若空气过剩，则燃烧方，若空气过剩，则燃烧方程式变为程式变为 C+C+（1+a1+a）OO2 2+（1+a1+a）3.78N3.78N2 2COCO2 2+aO+aO2 2+（1+a1+a）3.78N3.78N2 2 a是是过剩过剩空气中空气中O2的的过剩过剩摩尔数。根据定义，摩尔数。根据定义，空气过剩系数：空气过

46、剩系数：要计算要计算,必须知道过剩氧的摩尔数。必须知道过剩氧的摩尔数。若燃烧是完全的，过剩空气中的氧仅能够以若燃烧是完全的，过剩空气中的氧仅能够以OO2 2的形式存在，的形式存在，假如燃烧产物以小标假如燃烧产物以小标P P表示表示C+C+（1+a1+a）OO2 2+（1+a1+a）3.78N3.78N2 2COCO2p2p+O+O2p2p+N+N2p2p其中，其中，OO2p2p=aO=aO2 2，表示过剩氧量，表示过剩氧量，NN2p2p为实际空为实际空气量中所含的总氮量。气量中所含的总氮量。假定空气的体积组成为假定空气的体积组成为20.9%O2和和79.1%N2，则实际空气量中所含的总氧量为则

47、实际空气量中所含的总氧量为 n理论需氧量为理论需氧量为0.264N2pO2p，因此空气过剩系数：，因此空气过剩系数：n假设燃烧过程产生假设燃烧过程产生CO，过剩氧量必须加以校正，过剩氧量必须加以校正，即从测得的过剩氧中减去氧化即从测得的过剩氧中减去氧化CO为为CO2所需要的氧。所需要的氧。因此因此因此因此 ，式中各组分的量均为奥萨特仪所测得的各组分的式中各组分的量均为奥萨特仪所测得的各组分的式中各组分的量均为奥萨特仪所测得的各组分的式中各组分的量均为奥萨特仪所测得的各组分的百分数。百分数。百分数。百分数。例如，奥萨特仪分析结果为：例如，奥萨特仪分析结果为：例如，奥萨特仪分析结果为：例如，奥萨特

48、仪分析结果为：COCO2 2=10%=10%，OO2 2=4%=4%，CO=1%CO=1%，那么，那么，那么，那么N N2 2=85%=85%，则，则，则，则 考虑过剩空气校正后，考虑过剩空气校正后，考虑过剩空气校正后，考虑过剩空气校正后，实际烟气体积：实际烟气体积：实际烟气体积：实际烟气体积：二、污染物排放量计算二、污染物排放量计算 通过测定烟气中污染物的浓度，根据实际排烟通过测定烟气中污染物的浓度，根据实际排烟量，很容易计算污染物的排放量。但在很多情量，很容易计算污染物的排放量。但在很多情况下，况下，需要根据同类燃烧设备的排污系数、燃需要根据同类燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状态，预测

49、烟气量和污染物浓度。料组成和燃烧状态，预测烟气量和污染物浓度。各种污染物的排污系数由其形成机理和燃烧条各种污染物的排污系数由其形成机理和燃烧条件决定。件决定。例例例例4 4 4 4 某燃烧装置采用重油作燃料，某燃烧装置采用重油作燃料，某燃烧装置采用重油作燃料，某燃烧装置采用重油作燃料，重油重油重油重油成分分析结果成分分析结果成分分析结果成分分析结果如下（按如下（按如下（按如下（按质量质量质量质量）：）：）：）：C 88.3C 88.3C 88.3C 88.3，H9.5H9.5H9.5H9.5，S 1.6S 1.6S 1.6S 1.6，H HH H2 2 2 2O 0.05O 0.05O 0.0

50、5O 0.05，灰分，灰分，灰分，灰分0.10%0.10%0.10%0.10%。试确定。试确定。试确定。试确定（1 1 1 1）燃烧燃烧燃烧燃烧1kg1kg1kg1kg重重重重油所需要的理论空气量；油所需要的理论空气量；油所需要的理论空气量；油所需要的理论空气量；（2 2 2 2）若燃料中硫全部转化）若燃料中硫全部转化）若燃料中硫全部转化）若燃料中硫全部转化为为为为SOxSOxSOxSOx（其中（其中（其中（其中SOSOSOSO2 2 2 2占占占占97979797），），），），试计算空气过剩系数为试计算空气过剩系数为试计算空气过剩系数为试计算空气过剩系数为1.201.201.201.20时