第02章 燃烧与大气污染.ppt

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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 主要的大气污染物：烟尘、主要的大气污染物：烟尘、NOxNOx和和SOSO2 2源于燃料源于燃料燃烧燃烧燃料燃烧过程的基本原理；燃料燃烧过程的基本原理；空气量、烟气量、污染物排放量等的计算空气量、烟气量、污染物排放量等的计算污染物的生成机理；污染物的生成机理；如何控制燃烧过程，以便减少污染物的排放量。如何控制燃烧过程，以便减少污染物的排放量。本章主要内容本章主要内容一、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

2、、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、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 燃料是指用以产生热量或动力的可燃性物质，主要是燃料是指用以产生热量或动力的可燃性物质，主要是含碳物质或碳氢化合物，如煤、焦炭、木柴、石油、天含碳物质或碳氢化合物，如煤、焦炭、木柴、石油、天然气、发生炉煤气等。然气、发生炉煤气等。第一节第一节 燃料燃料 （一）固体燃料（一）固体燃料煤煤n煤是最重要的固体燃料。它是由地质时代植物遗体堆积煤是最重要的固体燃料。它是由地质时代植物遗体堆积在大陆湖盆、沼泽盆地、封闭海湾等地方，经

3、过复杂的在大陆湖盆、沼泽盆地、封闭海湾等地方，经过复杂的生物化学和物理化学作用转化而成的固体可燃矿产。生物化学和物理化学作用转化而成的固体可燃矿产。根据煤化程度的不同，可分为褐煤、烟煤和无烟煤等。根据煤化程度的不同，可分为褐煤、烟煤和无烟煤等。根据煤化程度的不同，可分为褐煤、烟煤和无烟煤等。根据煤化程度的不同，可分为褐煤、烟煤和无烟煤等。1 1、煤的基本分类、煤的基本分类、煤的基本分类、煤的基本分类煤的种类和性质煤的种类和性质煤的种类煤的种类主要性质主要性质褐煤褐煤形成年代最短，呈黑色、褐色或泥土色，结构类似木材，形成年代最短，呈黑色、褐色或泥土色，结构类似木材，挥发分较高，析出温度较低，干燥

4、后无灰的褐煤中碳的挥发分较高，析出温度较低，干燥后无灰的褐煤中碳的含量为含量为60%-75%，氧含量为，氧含量为20%-25%，褐煤的水分和，褐煤的水分和灰分含量都较高，燃烧热值较低，不能用于制焦碳，易灰分含量都较高，燃烧热值较低，不能用于制焦碳，易于破裂。于破裂。烟煤烟煤形成历史较褐煤更长，呈黑色，外形有可见条纹，挥发形成历史较褐煤更长，呈黑色，外形有可见条纹，挥发分含量为分含量为20%-45%，碳含量为，碳含量为75%-90%。烟煤的成焦。烟煤的成焦性较强，且含氧量低，水分和灰分含量一般不高，适于性较强，且含氧量低，水分和灰分含量一般不高，适于工业上的一般应用。工业上的一般应用。无烟煤无烟

5、煤煤化时间最长，具有明亮的黑色光泽，机械强度高。碳煤化时间最长，具有明亮的黑色光泽，机械强度高。碳的含量一般高于的含量一般高于93%，无机物含量一般低于，无机物含量一般低于10%，着火，着火困难，储存时不稳定，不易自燃，成焦性极差。困难，储存时不稳定，不易自燃，成焦性极差。煤中硫的煤中硫的分类分类煤中煤中硫的硫的分类分类存在形态及主要性质存在形态及主要性质硫化铁硫硫化铁硫主要代表为黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分。黄铁矿比矸主要代表为黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分。黄铁矿比矸石和煤重得多；本身虽无磁性但在磁场感应下能转变为磁性石和煤重得多；本身虽无磁性但在磁场感应下能转变为磁性物质；和煤碳相比有

6、不同的微波效应，吸收微波能力较强，物质；和煤碳相比有不同的微波效应，吸收微波能力较强，据此可采用不同的物理和化学方法，把黄铁矿从煤中脱除。据此可采用不同的物理和化学方法，把黄铁矿从煤中脱除。有有机机硫硫原生原生有机硫有机硫来源于形成煤的植物蛋白质的原生来源于形成煤的植物蛋白质的原生质，一般蛋白质含硫量为质，一般蛋白质含硫量为5%，以各，以各种不同形式的含硫杂环存在种不同形式的含硫杂环存在有机硫主要以噻吩、芳有机硫主要以噻吩、芳香基硫化物、环硫化物、香基硫化物、环硫化物、脂肪族硫化物、二硫化脂肪族硫化物、二硫化物、硫醇等各种官能团物、硫醇等各种官能团形式存在，且与煤中有形式存在，且与煤中有机硫构

7、成复杂分子，不机硫构成复杂分子，不宜用一般重力分选的方宜用一般重力分选的方法除去，需用化学方法法除去，需用化学方法进行脱硫。进行脱硫。次生次生有机硫有机硫是由是由一种松懈的键与煤中有机物构一种松懈的键与煤中有机物构成的有机联系。在煤中分布不均匀，成的有机联系。在煤中分布不均匀，主要局限于黄铁矿包裹体的周围。主要局限于黄铁矿包裹体的周围。硫酸盐硫硫酸盐硫主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，以石膏主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，以石膏为主，也有少为主，也有少量绿矾（量绿矾（FeSO4.7H2O），），在煤中含量较少。在煤中含量较少。天然液体燃料天然液体燃料石油（原油）石油（原油）人人工工液液体体燃

8、燃料料石石油油加加工工后后的的产产品品，包包括括汽汽油油、煤煤油油、柴油、重油等柴油、重油等（二）液体燃料（二）液体燃料 属于较清洁燃料，热值高且稳定，燃烧产生的污染物较少属于较清洁燃料，热值高且稳定，燃烧产生的污染物较少（三）气体燃料（三）气体燃料 是是防防止止大大气气污污染染最最理理想想的的燃燃料料，燃燃烧烧效效率率高高，产产生生的的污污染染物物很少。很少。主主要要有有天天然然气气、液液化化石石油油气气、裂裂化化石石油油气气、煤煤气气、高高炉炉煤煤气气等等非常规燃料非常规燃料 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农业废物及农村废物；农业废物及农

9、村废物；n水生植物和水生废物；水生植物和水生废物；n污泥处理厂废物；污泥处理厂废物；n可燃性工业和采矿废物；可燃性工业和采矿废物；n天然存在的含碳的和含量碳氢的资源；天然存在的含碳的和含量碳氢的资源；n合成燃料合成燃料 煤的煤的组成及分析方法组成及分析方法项目项目煤矿的组煤矿的组成成分析测定方法分析测定方法工业工业分析分析水水分分外部外部水分水分称取称取一定量的一定量的13mm以下粒度的煤样，置于干燥箱内，在以下粒度的煤样，置于干燥箱内，在318K-323K温度下干燥温度下干燥8h，取出冷却，干燥后所失去的水取出冷却，干燥后所失去的水分质量分质量，占煤样原质量的百分数就是煤矿的外部水分。，占煤

10、样原质量的百分数就是煤矿的外部水分。内部内部水分水分将将失去外部水分的煤样继续在失去外部水分的煤样继续在375K-380K下干燥约下干燥约2H，所所失去水分质量占原来质量的百分数即为内部水分。失去水分质量占原来质量的百分数即为内部水分。灰分灰分煤矿中不可燃矿物质的总称，其含量和组成因煤种及粗加煤矿中不可燃矿物质的总称，其含量和组成因煤种及粗加工的不同而异。工的不同而异。挥发分挥发分系系煤矿干馏时所释放出的气态可燃物质，将风干的煤样在煤矿干馏时所释放出的气态可燃物质，将风干的煤样在1200K 的炉中加热的炉中加热7分钟而测定。分钟而测定。固定碳固定碳从煤中从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分

11、就是固定碳。扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分就是固定碳。元素元素分析分析碳和氢碳和氢是是通过燃烧后分析尾气中二氧化碳和水分的生成量而测定。通过燃烧后分析尾气中二氧化碳和水分的生成量而测定。氮氮在在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，继而用碱吸收，最催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，继而用碱吸收，最后用酸滴定。后用酸滴定。硫硫将将样品放在氧化镁和无水碳酸钠的混合物上加热，使硫化样品放在氧化镁和无水碳酸钠的混合物上加热，使硫化物转变为硫酸盐，再以重量法测定硫酸钡沉淀而测得。物转变为硫酸盐，再以重量法测定硫酸钡沉淀而测得。二、燃料的成分分析二、燃料的成分分析二、燃料的发热量二、燃料的发热量n 指指单单位

12、位燃燃料料完完全全燃燃烧烧后后产产生生的的热热量量，单单位位为为kJ/kgkJ/kg（固固体、液体燃料）或体、液体燃料）或kJ/mkJ/m3 3（气体燃料）。（气体燃料）。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，完完全燃烧过程所释放的热量。全燃烧过程所释放的热量。一般燃烧设备利用的热量是低位发热量一般燃烧设备利用的热量是低位发热量WH,WW：燃料中氢和水分的质量百分数：燃料中氢和水分的质量百分数第二节第二节 燃料的燃烧燃料的燃烧一、燃烧过程一、燃烧过程燃烧是指

13、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相（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。应的氧化物。燃烧产物燃烧产物 完全燃烧：完全燃烧：CO2、H2O不不完完全全燃燃烧烧：CO2、H2O&CO、黑黑烟烟及及其其他他部部分分氧化产物氧化产物如果燃料中含有如果燃料中含有S和和N，则会生成则会生成SO2和和NOx空气中的部分空气中的部分N可能被氧化成可能被氧化成NO热力型热力型NOx二、燃烧的基本条件二、燃烧的基本条件温温度度条条件件（Temperature）：燃燃燃燃料料料料只只只只有有有有达

14、达达达到到到到着着着着火火火火温温温温度度度度才才才才能能能能与与与与氧氧氧氧化化化化合合合合燃燃燃燃烧烧烧烧。着着着着火火火火温温温温度度度度是是是是在在在在氧氧氧氧存存存存在在在在下下下下可可可可燃燃燃燃物物物物质质质质开开开开始始始始燃燃燃燃烧烧烧烧所所所所必必必必须须须须达达达达到到到到的的的的最最最最低低低低温温温温度度度度。着着火火温温度度：固体固体液体液体气体气体 温温度度不不仅仅影影响响燃燃烧烧速速率率，还还影影响响产产物物的的成成分分和和数数量量。空空气气条条件件：需需要要充充足足的的空空气气；如如果果空空气气供供应应不不足足，燃燃烧烧就就不不完完全全。但但是是空空气气量量过

15、过大大，会会降降低低炉炉温温，增增加热损失加热损失n典型锅炉热损失与过剩空气量的关系典型锅炉热损失与过剩空气量的关系时时间间条条件件（Time）：燃燃料料在在高高温温区区停停留留时时间间应应超超过过燃燃料料燃烧所需时间燃烧所需时间燃燃料料与与空空气气的的混混合合条条件件（Turbulence）：混混合合条条件件即即燃燃料料与与空空气气的的混混合合程程度度，一一般般取取决决于于空空气气的的湍湍流流度度。若若混混合合不不充充分分，部部分分燃燃料料在在富富燃燃条条件件下下燃燃烧烧，将将导导致致不不完完全全燃燃烧烧产产物物的的产产生生。对对于于固固体体燃燃料料的的燃燃烧烧，湍湍流流有有助助于于破破坏坏

16、燃燃烧烧产产物物在在燃燃料料表表面面形形成成的的边边界界层层，从从而而提提高高表表面反应的氧利用率，并使燃烧过程加速。面反应的氧利用率，并使燃烧过程加速。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”三、燃料燃烧的理论空气量三、燃料燃烧的理论空气量n建立燃烧方程式的假定：建立燃烧方程式的假定：空气组成空气组成 21%O2和和79%N2，体积比为：，体积比为：N2/O2=3.762参加反应的元素为参加反应的元素为C、H、S、O。燃料中固定氧可用于燃烧。燃料中固定氧可用于燃烧燃料中硫主要被氧化为燃料中硫主要被氧化为 SO2热力型热力型NOX生成量小，燃料中含生成

17、量小，燃料中含N量也较低，均可忽略。量也较低，均可忽略。燃料化学式为燃料化学式为CxHySzOw，计算中气体按理想气体计算，计算中气体按理想气体计算（一）理论空气量（一）理论空气量 单位量燃料按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需空气量称单位量燃料按燃烧反应计量方程式完全燃烧所需空气量称为理论空气量为理论空气量，是燃料完全燃烧时所需的最小空气量。由燃料是燃料完全燃烧时所需的最小空气量。由燃料的组成决定，可根据的组成决定，可根据燃烧方程式燃烧方程式计算求得。计算求得。燃烧方程式：燃烧方程式：燃烧方程式：燃烧方程式：3.763.76理论空气量的计算式理论空气量的计算式对气体燃料，按化学组分对气体燃料，按

18、化学组分 气体燃料燃烧理论空气量，气体燃料燃烧理论空气量，mm3 3/（mm3 3干燃气）干燃气）i i成分的体积分数成分的体积分数对气体燃料，按元素组成计算对气体燃料，按元素组成计算 固、液体燃烧的理论空气量，固、液体燃烧的理论空气量，mm3 3/（kgkg燃料）燃料）WWc,yc,y等等燃料中碳等的质量分数燃料中碳等的质量分数（二）实际空气量（二）实际空气量为使燃料完全燃烧，就必须供给过量的空气。一般把超过理为使燃料完全燃烧，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量称为过剩空气量。并论空气量多供给的空气量称为过剩空气量。并把实际空气量把实际空气量Va与理论空气量与理论空气量

19、Va0之比定义为空气过剩系数之比定义为空气过剩系数，即，即（三）空燃比（三）空燃比（AF ）指单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可由燃指单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可由燃烧方程式直接得到。烧方程式直接得到。例如甲烷在理论空气量下的完全燃烧：例如甲烷在理论空气量下的完全燃烧：CH4+2O2+7.52N2CO2+2H2O+7.52N2其空燃比为其空燃比为例：例：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%，H:5.2%，N:1.2，S:2.6%，O:5.9%，灰分，灰分:7.9%。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。解：首先确定煤的摩尔

20、组成。设有解：首先确定煤的摩尔组成。设有1000g1000g煤。煤。g/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 C772772121264.364.364.364.3H H52521152521313N N1212 14140.8570.8570 0S S2626 32320.8120.8120.8120.812OO5959 16163.693.69-1.845-1.845灰分灰分灰分灰分79790 0a=x+y/4+z-w/2=64.3+13+0.812-1.845

21、=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：按式（按式（2-2）计算，则有：）计算，则有：=8.8810.772+3.3290.026+26.4570.052-3.3330.0596.856+0.087+1.376-0.1978.12m3/kg四、燃烧产生的污染物四、燃烧产生的污染物四、燃烧产生的污染物四、燃烧产生的污染物 燃料燃烧过程并不那么简单，还有分解和其他的氧化、聚燃料燃烧过程并不那么简单，还有分解和其他的氧化、聚合过程。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

22、性气体（主要是和部分燃烧的燃料、氧化剂以及惰性气体（主要是N2）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：CO2、CO、SOx、NOx、炭黑、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠炭黑、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物等。这些都是有害物质，它们的形成与燃环碳氢化合物等。这些都是有害物质，它们的形成与燃烧条件有关。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：温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响温度对燃烧产物的绝对量和相对量都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n燃烧设备的热损失燃烧设备

23、的热损失排排烟烟热热损损失失：烟烟温温升升高高1215K，排排烟烟热热损损失失增增加加1%。但烟温过低会造成受热面的酸腐蚀。但烟温过低会造成受热面的酸腐蚀。不不完完全全燃燃烧烧热热损损失失：化化学学不不完完全全燃燃烧烧和和机机械械不不完完全燃烧。全燃烧。散散热热损损失失：由由于于设设备备管管道道温温度度高高于于周周围围空空气气温温度度造成热损失。造成热损失。第三节第三节 燃烧过程污染物排放量计算燃烧过程污染物排放量计算 一、烟气量计算一、烟气量计算（一）理论烟气量（一）理论烟气量 在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积。理论

24、烟气体积。烟气成分主要是烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气，通常分为干和水蒸气，通常分为干烟气（不含水蒸汽）和湿烟气（含水蒸汽）。烟气（不含水蒸汽）和湿烟气（含水蒸汽）。1、气体燃料的理论烟气量、气体燃料的理论烟气量 理论干烟气量理论干烟气量 理论湿烟气量：见理论湿烟气量：见p28式（式（2-5）m3/m3干燃气干燃气 2、固体和液体燃料、固体和液体燃料 理论干烟气量理论干烟气量 m3/kg燃料燃料 理论湿烟气量理论湿烟气量：见：见p28式（式（2-7）（二）实际烟气量的计算（二）实际烟气量的计算 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实际烟气量理论烟气量过剩空气

25、量实际烟气量理论烟气量过剩空气量 Vf=Vf0+(-1)Va0二、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，根据实际排烟量，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。很容易计算污染物的排放量。但在很多情况下，但在很多情况下，需要根据同类燃烧设备的排污需要根据同类燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状态，预测烟气量和污染物浓系数、燃料组成和燃烧状态，预测烟气量和污染物浓度。度。组组分分质质量量/g摩摩尔尔数数/mol需氧量需氧量/mol产产生烟气量生烟气量/molC85585571.2571.2571.2571.2571.25（CO2）H1131

26、1311311328.2528.2556.5（H2O）N2 20.140.140 00.07（N2）S10100.31250.31250.31250.31250.313（SO2）O20201.251.25-0.625-0.625练习练习 重油的成分分析如下：重油的成分分析如下：C：85.5%；H：11.3%；O：2.0%；S：1.0%；N：0.2%；计算：；计算：理论空气量和理论烟气时；理论空气量和理论烟气时；干烟气中的干烟气中的SO2及及CO2最大浓度；最大浓度；在空气过剩在空气过剩10%条件下完条件下完全燃烧，产生的烟气量。全燃烧，产生的烟气量。解：按燃烧解：按燃烧1kg重油计算重油计算a

27、=71.25+28.25+0.313-0.625=99.19 mol干烟气量为干烟气量为（501.1-56.5）444.6 mol/kg重油重油9.96m3/kg重油重油（1）1 kg重油需要的理论氧气量重油需要的理论氧气量a为：为：理论空气量为理论空气量为4.7699.19=472.1mol/kg煤煤10.58m3/kg重油重油过剩空气量为过剩空气量为 10.580.1=1.058 m3/kg重油重油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=11.22+1.058=12.28m3/重油重油（3）在）在10%过剩空气中燃烧：过剩空气中燃烧：（2）干烟气中）干烟气中nSO

28、2浓度（体积比）：浓度（体积比）：0.313/(444.6)=0.07%nCO2浓度（体积比）：浓度（体积比）：71.25/(444.6)=16.0%第四节第四节 燃烧过程中污染物的生成与控制燃烧过程中污染物的生成与控制 一、一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制燃烧过程中硫氧化物的生成与控制1.单体硫的氧化单体硫的氧化2.硫化物的氧化硫化物的氧化3.3.有机硫化物的氧化有机硫化物的氧化 上述可燃性硫在燃烧时上述可燃性硫在燃烧时主要生成主要生成SOSO2 2。只有。只有1%1%至至5%5%生成生成SOSO3 34.4.硫酸盐硫不参与燃烧反应硫酸盐硫不参与燃烧反应 （一）硫氧化物的氧化机理（一）硫氧

29、化物的氧化机理 n 控制燃烧产生的硫氧化物主要通过以下三个途径控制燃烧产生的硫氧化物主要通过以下三个途径:燃烧前脱硫燃烧前脱硫 燃烧中脱硫燃烧中脱硫 燃烧后烟气脱硫燃烧后烟气脱硫（二）（二）硫氧化物的控制硫氧化物的控制 1、燃料脱硫燃料脱硫n燃烧前脱硫即对燃料进行脱硫，因此亦称之为燃料脱硫。燃烧前脱硫即对燃料进行脱硫，因此亦称之为燃料脱硫。燃料在燃烧前脱硫，可以降低燃烧器改进、烟气脱硫费用，燃料在燃烧前脱硫，可以降低燃烧器改进、烟气脱硫费用，减少设备腐蚀及灰渣处理量，还可回收部分硫资源。减少设备腐蚀及灰渣处理量，还可回收部分硫资源。1）煤炭脱硫）煤炭脱硫固型加工固型加工n物理选煤：物理选煤：利

30、用黄铁矿硫和煤的密度不同而通过重力分选和水选将利用黄铁矿硫和煤的密度不同而通过重力分选和水选将黄铁矿硫和部分矿物质除去。这样可使煤的含硫量降低黄铁矿硫和部分矿物质除去。这样可使煤的含硫量降低40%，灰份降低，灰份降低70%左右。左右。n化学选煤技术：化学选煤技术：加氢脱硫、加氧脱硫、用碱液浸煤后用微波照射等。加氢脱硫、加氧脱硫、用碱液浸煤后用微波照射等。n微生物方法：微生物方法：细菌脱硫细菌脱硫煤炭的转化煤炭的转化煤炭转化煤炭转化煤煤液化液化一定温度和压力下，通过加入气化剂一定温度和压力下，通过加入气化剂将煤转化为煤气将煤转化为煤气将煤转化为液体燃料将煤转化为液体燃料煤气化煤气化n煤的气化煤的

31、气化采用空气、氧气和水蒸气作为气化剂，在气化采用空气、氧气和水蒸气作为气化剂，在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气（炉内反应生成不同组分不同热值的煤气（H2、CO、CH4）。）。S主要以主要以H2S形式进入煤气，以湿法或干法脱除。形式进入煤气，以湿法或干法脱除。n煤的液化煤的液化通过化学加工（如直接催化加氢、热解）转化通过化学加工（如直接催化加氢、热解）转化为液态烃燃料（如汽油、柴油等）或化工原料等。为液态烃燃料（如汽油、柴油等）或化工原料等。煤可用各种方法加氢使之液化，并使有机硫转化为硫化氢，煤可用各种方法加氢使之液化，并使有机硫转化为硫化氢，从而得到几乎不含灰分和硫化物的清洁燃料。从而

32、得到几乎不含灰分和硫化物的清洁燃料。n2）重油脱硫）重油脱硫q在催化剂（在催化剂（Mo-Co、Mo-Ni、W-Ni等）作用下通等）作用下通过高压加氢反应，切断碳与硫的化学键，使氢与过高压加氢反应，切断碳与硫的化学键，使氢与硫作用形成硫作用形成H2S从从重油中分离，并将其用吸收法重油中分离，并将其用吸收法除去。除去。如如 RSR+2H2=2RH+H2S2、燃烧过程脱硫燃烧过程脱硫（1）型煤技术）型煤技术 型煤固硫的基本原理：将脱硫剂型煤固硫的基本原理：将脱硫剂CaO和煤粉末混合，加和煤粉末混合，加上粘结剂（如沥青、无硫纸浆黑液等）、催化剂，然后上粘结剂（如沥青、无硫纸浆黑液等）、催化剂，然后加压

33、成型。型煤燃烧时产生的加压成型。型煤燃烧时产生的SO2 气体遇到脱硫剂中的气体遇到脱硫剂中的CaO就会发生脱硫反应。就会发生脱硫反应。型煤燃烧时，可固硫型煤燃烧时，可固硫50%，减少烟尘，减少烟尘60%，并节煤，并节煤1015%。在我国，采用燃烧过程脱硫的技术主要有两种在我国，采用燃烧过程脱硫的技术主要有两种型型煤固硫和流化燃烧脱硫技术煤固硫和流化燃烧脱硫技术 概述概述n固体的流态化固体的流态化 把粒径把粒径8mm以下的碎煤和脱硫剂加入燃以下的碎煤和脱硫剂加入燃烧室的床层中，从炉底鼓风使床层处于流化状态。烧室的床层中，从炉底鼓风使床层处于流化状态。n流化床燃烧过程中脱硫：采用石灰石和白云石作为

34、脱硫剂。流化床燃烧过程中脱硫：采用石灰石和白云石作为脱硫剂。在燃烧过程中脱硫剂分解为石灰在燃烧过程中脱硫剂分解为石灰CaO，在氧化性气氛下在氧化性气氛下CaO与烟气中的与烟气中的SO2和氧反应生成和氧反应生成CaSO4。将燃烧产生的。将燃烧产生的SO2在离开燃烧器之前被脱除，是比较有效的脱硫方法。在离开燃烧器之前被脱除，是比较有效的脱硫方法。当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固体颗粒开始运动，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦体颗粒开始运动，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运动，所有固

35、体颗粒力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运动，所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象，这种现象称为流态化。表现出类似流体状态的现象，这种现象称为流态化。（2）流化床燃烧脱硫技术）流化床燃烧脱硫技术 流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫 流化床脱硫的化学过程流化床脱硫的化学过程q脱硫剂：石灰石（脱硫剂：石灰石（CaCO3）、）、白云石白云石（CaCO3MgCO3）q炉内化学反应炉内化学反应q流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境qCaSO4的摩尔体积大于的摩尔体积大于CaCO3，由于孔隙堵塞，由于孔隙堵塞，CaO不可能完全转化为不可能完全转化为CaSO4流化床燃烧脱硫流

36、化床燃烧脱硫 流化床燃烧脱硫的影响因素流化床燃烧脱硫的影响因素n钙硫比钙硫比q表示脱硫剂用量的指标，影响最大的性能参数表示脱硫剂用量的指标，影响最大的性能参数qCa/S比（比（R）对脱硫率（）对脱硫率（）的影响）的影响可用下式近似可用下式近似表达表达v 煅烧温度煅烧温度 存在最佳脱硫温度范围（存在最佳脱硫温度范围（一般为一般为800850）温度低时，孔隙量少、孔径小，反应被限制在颗粒外表面温度低时，孔隙量少、孔径小，反应被限制在颗粒外表面 温度过高，温度过高，CaCO3的烧结作用变得严重的烧结作用变得严重n钙硫比及温度的影响钙硫比及温度的影响流化床脱硫效率与钙硫摩尔比和床温的关系流化床脱硫效率

37、与钙硫摩尔比和床温的关系n温度的影响温度的影响a流化床脱硫效率与钙硫摩尔比和床温的关系流化床脱硫效率与钙硫摩尔比和床温的关系 b脱硫效率与流化速度的关系脱硫效率与流化速度的关系n 脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构q颗粒尺寸小于临界尺寸时脱硫剂发生扬析，脱硫率仍颗粒尺寸小于临界尺寸时脱硫剂发生扬析，脱硫率仍是增加的，但综合考虑，颗粒尺寸并非越小越好是增加的，但综合考虑，颗粒尺寸并非越小越好q颗粒孔隙结构应有适当的孔径大小，既保证一定孔隙颗粒孔隙结构应有适当的孔径大小，既保证一定孔隙容积，又保证孔道不易堵塞容积，又保证孔道不易堵塞脱硫剂的种类脱硫剂的种类白云石的孔径分布和低温煅

38、烧性能好，但易发生爆白云石的孔径分布和低温煅烧性能好，但易发生爆裂扬析，且用量大于石灰石近两倍裂扬析，且用量大于石灰石近两倍当气流通过颗粒层时，一些终端速度小于床层表观气速的当气流通过颗粒层时，一些终端速度小于床层表观气速的细颗粒将被上升气流带走，这一过程称为扬析。细颗粒将被上升气流带走，这一过程称为扬析。二、二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制燃烧过程中氮氧化物的生成与控制（一）（一）燃烧过程中氮氧化物生成的影响因素燃烧过程中氮氧化物生成的影响因素1、燃料型、燃料型NOxn燃料中的固定氮生成的燃料中的固定氮生成的NOx研究表明，燃料中研究表明，燃料中20%80%的氮转化为的氮转化为NOx，该机

39、，该机理是较低温度下常见的氮氧化物生成机制理是较低温度下常见的氮氧化物生成机制 2 2、热力、热力型型NONOx xn高温高温下下N2与与O2反应生成的反应生成的NOxq低于低于1273K热力型热力型NOX生成量很小，高于生成量很小，高于1373K上上是生成是生成NOX的主要时机。温度对热力型的主要时机。温度对热力型NOX的生的生成具有决定作用。成具有决定作用。3 3、瞬时型、瞬时型NOxNOxn低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOxNOxn碳氢化合物燃烧时，分解成碳氢化合物燃烧时，分解成CH、CH2和和C2等基团，等基团，与与N2发生如下反应发生如下反

40、应b 继而与火焰中的继而与火焰中的O、OH基团反应生成基团反应生成NOx。瞬时型。瞬时型NOx主要产生于主要产生于HC含量较高，氧浓度较低的富燃料区。含量较高，氧浓度较低的富燃料区。多发生在内燃机的燃烧过程中。多发生在内燃机的燃烧过程中。（二）（二）燃烧过程中氮氧化物生成的控制技术燃烧过程中氮氧化物生成的控制技术n控制控制NOx形成的因素形成的因素q空气燃料比空气燃料比q燃烧区温度及其分布燃烧区温度及其分布q后燃烧区的冷却程度后燃烧区的冷却程度q燃烧器形状燃烧器形状1、低氧燃烧、低氧燃烧n降低降低NOx的同时提高锅炉热效率的同时提高锅炉热效率n但造成但造成CO、HC、碳黑产生量增加碳黑产生量增

41、加n2 2、降低助燃空气预热温度、降低助燃空气预热温度q燃烧空气由燃烧空气由27oC预热到预热到315oC，NO排放量增加排放量增加3倍倍n3、排烟再循环法、排烟再循环法q将部分低温烟气与空气混合，使火焰温度及将部分低温烟气与空气混合，使火焰温度及O2浓度浓度降低，使降低，使NOx的生成受限。对热力型的生成受限。对热力型NOx的降低有的降低有明显效果。适用于含明显效果。适用于含N量少的燃料。量少的燃料。n4 4、两段燃烧法、两段燃烧法该法是燃烧过程中分两次供给空气该法是燃烧过程中分两次供给空气q第一段：供给的空气量约为第一段：供给的空气量约为Va0的的8590%。一级燃烧区。一级燃烧区温度降低

42、，温度降低，氧气量不足，氧气量不足，NOx生成量很小。生成量很小。q第二段：第二次供给的空气量约为第二段：第二次供给的空气量约为Va0的的1015%。CO、HC完全燃烧，烟气温度低完全燃烧，烟气温度低q实验表明：第一段过剩空气系数越小，实验表明：第一段过剩空气系数越小，NOx的控制效果的控制效果越好，但不完全燃烧产物增加。第二段主要完成未燃燃越好，但不完全燃烧产物增加。第二段主要完成未燃燃料和不完全燃烧产物的燃烧。料和不完全燃烧产物的燃烧。三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制三、燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制（一）碳粒子的生成与控制（一）碳粒子的生成与控制（1 1）积炭的生成）积炭的生成三阶

43、段理论：三阶段理论：核化过程：核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳；气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳；核表面上发生非均质反应；核表面上发生非均质反应；较为缓慢的凝团和凝聚过程。较为缓慢的凝团和凝聚过程。1 1、积炭的生成及控制、积炭的生成及控制5353燃烧过程中生成一些主要成分为碳的粒子，通常由气燃烧过程中生成一些主要成分为碳的粒子，通常由气相反应生成积炭，由液态烃燃料高温分解产生的粒子相反应生成积炭，由液态烃燃料高温分解产生的粒子都是结焦或煤胞都是结焦或煤胞（2 2）积炭的影响因素及控制：）积炭的影响因素及控制：取决于核化步骤和氧化这些中间体的反应速率取决于核化步骤和氧化这些中间体的反应速

44、率燃料的分子结构燃料的分子结构是影响积炭的主导因素；是影响积炭的主导因素；提高氧气量可以防止积炭生成；提高氧气量可以防止积炭生成；压力越低则积炭的生成趋势越小；压力越低则积炭的生成趋势越小；积炭的生成与积炭的生成与火焰的结构以及碳氢比的综合作用火焰的结构以及碳氢比的综合作用有关。有关。（1 1）生成）生成燃料油滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液燃料油滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液相裂化和高温分解，出现结焦（相裂化和高温分解，出现结焦（石油焦石油焦比积碳更硬比积碳更硬的物质）；油滴蒸发后残留的焦粒的物质）；油滴蒸发后残留的焦粒煤胞煤胞，难以燃烧，难以燃烧，其大小与油滴直径相关

45、；其大小与油滴直径相关；（2 2）控制）控制 控制壁面温度可减少其生成；控制壁面温度可减少其生成；喷嘴雾化保持良好；喷嘴雾化保持良好；注意燃烧空气量的控制注意燃烧空气量的控制2 2、石油焦和煤胞的生成与控制、石油焦和煤胞的生成与控制5555（二）燃煤烟尘的形成（二）燃煤烟尘的形成n烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：黑烟：未燃尽的碳粒，煤粉燃烧时，碳粒表面温度和黑烟：未燃尽的碳粒，煤粉燃烧时，碳粒表面温度和氧含量相对较低。如果燃烧不够理想，煤粉在高温下氧含量相对较低。如果燃烧不够理想，煤粉在高温下发生热解作用，产生多环化合物，这样就会冒黑烟。发生热解作用

46、，产生多环化合物，这样就会冒黑烟。飞灰：不可燃矿物质微粒，煤粉燃烧时，灰层中的部飞灰：不可燃矿物质微粒，煤粉燃烧时，灰层中的部分灰分被气流裹胁，最终以飞灰形式排放。理想的燃分灰分被气流裹胁，最终以飞灰形式排放。理想的燃烧条件下，几乎不产生黑烟，因此燃煤烟气产生的烟烧条件下，几乎不产生黑烟，因此燃煤烟气产生的烟尘主要成分是飞灰。尘主要成分是飞灰。四、燃烧过程中其它污染物的形成和控制四、燃烧过程中其它污染物的形成和控制（一）的形成与控制（一）的形成与控制空燃比太低空燃比太低燃气混合不均燃气混合不均控制措施控制措施保持合适的空燃比保持合适的空燃比保证燃气充分混合保证燃气充分混合保证足够的停留时间保证

47、足够的停留时间形成原因：燃料燃烧不完全形成原因：燃料燃烧不完全低温（低温（1000K）空气供应不足空气供应不足混合不充分混合不充分控制措施控制措施提高温度提高温度空气供应过量空气供应过量混合充分混合充分燃烧设备分类燃烧设备分类燃料是在炉子中燃烧的，炉子作为锅炉的燃烧设备，燃料是在炉子中燃烧的，炉子作为锅炉的燃烧设备，有多种形式。按照燃烧方式的不同，有多种形式。按照燃烧方式的不同，可划分为如下三类：可划分为如下三类：层燃炉层燃炉燃料被层铺在炉排上进行燃烧的炉子，也燃料被层铺在炉排上进行燃烧的炉子，也叫叫火床炉火床炉。是。是目前国内供热锅炉目前国内供热锅炉中采用最多的一种燃烧设中采用最多的一种燃烧

48、设备，常用的有备，常用的有手烧炉、风力机械抛煤机炉、链条炉排炉，手烧炉、风力机械抛煤机炉、链条炉排炉，以及往复炉排炉和振动炉排炉等多种形式。以及往复炉排炉和振动炉排炉等多种形式。流化床炉流化床炉燃料在炉膛中被气流托起携带呈上下翻燃料在炉膛中被气流托起携带呈上下翻滚沸腾状燃烧的炉子，又名滚沸腾状燃烧的炉子，又名沸腾炉沸腾炉。是目前能脱硫、脱氮。是目前能脱硫、脱氮和燃用几乎所有固体燃料的一种高效、清洁燃烧设备。和燃用几乎所有固体燃料的一种高效、清洁燃烧设备。室燃炉室燃炉燃料呈雾状细颗粒随空气喷入炉内呈悬燃料呈雾状细颗粒随空气喷入炉内呈悬浮状燃烧的炉子，又名浮状燃烧的炉子，又名悬燃炉悬燃炉，如燃用煤

49、粉的，如燃用煤粉的煤粉炉煤粉炉，燃用液体、气体燃料的燃油炉和燃气炉。燃用液体、气体燃料的燃油炉和燃气炉。我国是以煤为主要能源的国家，锅炉配置的燃烧设我国是以煤为主要能源的国家，锅炉配置的燃烧设备主要是备主要是层燃炉和煤粉炉层燃炉和煤粉炉。对于供热锅炉主要是层燃炉，。对于供热锅炉主要是层燃炉，并以链条炉排炉作为代表形式。对于并以链条炉排炉作为代表形式。对于电站锅炉电站锅炉，由于容，由于容量大、参数高，量大、参数高，通常配置煤粉炉通常配置煤粉炉。随着我国城市建设的。随着我国城市建设的需要和环境保护要求的提高，中、小型燃油燃气锅炉需需要和环境保护要求的提高，中、小型燃油燃气锅炉需求量日益增长。求量日益增长。燃烧设备分类燃烧设备分类