第02章-燃烧与大气污染1分解.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(1)1.1.燃料的性质燃料的性质燃料的性质燃料的性质2.2.燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程3.3.烟气体积计算烟气体积计算烟气体积计算烟气体积计算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.颗粒污染物的形成颗粒污染物的形成颗粒污染物的形成颗粒污染物的形成6.6.其他污染物的形成其他污染物的形成其他污染物的形成其他污染物的形成第一节 燃料的性质1.1 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

2、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、油页岩木柴、煤、油页岩木柴、煤、油页岩木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等木炭、焦炭、煤粉等木炭、焦炭、煤粉等木炭、焦炭、煤粉等 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、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、发生炉煤高炉煤气、发生炉煤高炉煤气、发生炉煤高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气气、焦炉煤气气、焦炉煤气气、焦炉煤气 1.2 1.2 1.2 1.2 燃料的

3、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气体、液体和固体燃料的化学组成成分典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）液态燃料的挥发液态燃料的挥发液态燃料的挥发液态燃料的挥发（以汽油为例）（以汽油为例）（以汽油为例）（以汽油为例）1.3 1.3 1.3 1.3 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

4、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。当的热量。当的热量。当的热量。当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。纯碳起燃温度很高，的热量。纯碳起燃温度很高，的热量。纯碳起燃温度很高，的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状

5、态存在，而是与氢、燃烧缓慢，火焰也短。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。煤形成的地质年代越长，其挥发性成氮、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，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，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，一般煤的含碳量

6、约50%95%50%95%。氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为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，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。氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的

7、发热量氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量氮：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

8、为SOSO2 2和和和和SOSO3 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。水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥外部水分可以靠自然干燥方法除

9、去。内部水分要放在干燥外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到箱中加热到箱中加热到箱中加热到102105102105 C C，保持保持保持保持2h2h后才能除掉。后才能除掉。后才能除掉。后才能除掉。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。1.4 1.4 1.4 1.4 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1.4.1 1.4.1 1.4.1 1.4.1 煤的分类煤的

10、分类煤的分类煤的分类 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褐煤褐煤褐煤褐煤 最低品味的煤，形成年代最短，热值较低最低品味的煤，形成年代最短，热值较低qq烟煤烟煤烟煤烟煤 形形成成年年代代较较褐褐煤煤长长，碳碳含含量量75%9075%90。成成焦焦性性较较强强，适适宜宜工业一般应用工业一般应用qq无烟煤无烟煤无烟煤无烟煤 煤煤化化时时间间最最长长，含含碳碳量量最最高高（高高于于9393），成成焦焦性性差差,发发热热量大量大煤的煤的煤的煤的详细分类详细分类详细分类详细分类1.4.2 1.4.2 1.4.2 1.4.2 煤的成分分析煤的成分分析煤的成分分析煤的成分分析 煤的成分分析方

11、法煤的成分分析方法煤的成分分析方法煤的成分分析方法工业分析（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、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 analysis ultimate analysis ultimate analysis）用用化化学学分分析析

12、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。煤的工业分析煤的工业分析煤的工业分析煤的工业分析水分：水分：水分：水分：一一一一定定定定重重重重量量量量13mm13mm以以以以下下下下粒粒粒粒度度度度的的的的煤煤煤煤样样样样，在在在在干干干干燥燥燥燥箱箱箱箱内内内内318318323K323K温温温温度下干燥度下干燥度下干燥度下干燥8h8h，取出冷却，称重取出冷却，称重取出冷却，称重取出冷却，称重 外部水分外部水分外部水分外部水分 将将将将失失失失去去去去外外外外部部部部水水水水分分分分的的的的煤煤煤煤样样样样保保保保持持

13、持持在在在在375375380K380K下下下下，约约约约2h2h后后后后，称称称称重重重重 内部水分内部水分内部水分内部水分挥发分：挥发分：挥发分：挥发分：失失失失去去去去水水水水分分分分的的的的试试试试样样样样密密密密封封封封在在在在坩坩坩坩埚埚埚埚内内内内，放放放放在在在在1200K1200K的的的的马马马马弗弗弗弗炉炉炉炉中中中中加加加加热热热热7min7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重放入干燥箱中冷却至常温再称重放入干燥箱中冷却至常温再称重放入干燥箱中冷却至常温再称重 煤的工业分析（续）煤的工业分析（续）煤的工业分析（续）煤的工业分析（续）固定碳固定碳固定碳固定碳 失失失失去去去

14、去水水水水分分分分和和和和挥挥挥挥发发发发分分分分后后后后的的的的剩剩剩剩余余余余部部部部分分分分（焦焦焦焦炭炭炭炭）放放放放在在在在800800 2020 C C的的的的环环环环境境境境中中中中灼灼灼灼烧烧烧烧到到到到重重重重量量量量不不不不再再再再变变变变化化化化时时时时，取取取取出出出出冷冷冷冷却却却却。焦焦焦焦炭炭炭炭所所所所失失失失去去去去的重量为固定碳的重量为固定碳的重量为固定碳的重量为固定碳灰分：灰分：灰分：灰分：从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳从煤中扣除水分、灰

15、分以及挥发分后剩余的部分为固定碳煤中灰分的组成：煤中灰分的组成：煤中灰分的组成：煤中灰分的组成：我国煤炭的平均灰分含量为我国煤炭的平均灰分含量为我国煤炭的平均灰分含量为我国煤炭的平均灰分含量为25252525灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量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元素分析煤的元素分析煤的元素分析煤的元素分析碳和氢：通过燃烧后分析尾气碳和氢：通过燃烧后分析尾气碳和氢：通过燃烧后分析尾气碳和氢：通过燃烧后分析尾气中中中中COCOCOCO2 2 2 2和

16、和和和H H H H2 2 2 2O O O O的生成量测定的生成量测定的生成量测定的生成量测定氮氮氮氮：在在在在催催催催化化化化剂剂剂剂作作作作用用用用下下下下使使使使煤煤煤煤中中中中的的的的氮氮氮氮转转转转化化化化为为为为氨氨氨氨，碱碱碱碱液液液液吸吸吸吸收收收收，滴定滴定滴定滴定硫硫硫硫：与与与与氧氧氧氧化化化化镁镁镁镁和和和和无无无无水水水水硫硫硫硫酸酸酸酸钠钠钠钠混混混混合合合合物物物物反反反反应应应应，S S S S SOSOSOSO4 4 4 42-2-2-2-，滴滴滴滴定定定定1.4.3 1.4.3 1.4.3 1.4.3 煤中硫的形态煤中硫的形态煤中硫的形态煤中硫的形态1.4

17、.4 1.4.4 1.4.4 1.4.4 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特特特特性性性性，必必必必须须须须同同同同时时时时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

18、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 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

19、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%100%100%的成分的成分的成分的成分1.4.51.4.5 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 1.4.6 1.4.6 我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果 1.5 1.5 其他燃料其他燃料其他燃料其他燃料1 1 1 1.5.1 5.1 其它常规燃料其它常规燃料其它常规燃料其它常规燃

20、料 石油石油石油石油液体燃料的主要来源液体燃料的主要来源液体燃料的主要来源液体燃料的主要来源链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧氢含量增加时，比重减少，发热量增加氢含量增加时，比重减少，发热量增加氢含量增加时，比重减少，发热量增加氢含量增加时，比重减少，发热量增加天然气天然气天然气天然气典型的气体燃料典型的气体燃料典型的气

21、体燃料典型的气体燃料一般组成为甲烷一般组成为甲烷一般组成为甲烷一般组成为甲烷85858585、乙烷、乙烷、乙烷、乙烷10101010、丙烷、丙烷、丙烷、丙烷3 3 3 31.5.2 1.5.2 其他非常规燃料其他非常规燃料其他非常规燃料其他非常规燃料 城市固体废弃物城市固体废弃物城市固体废弃物城市固体废弃物商业和工业固体废弃物商业和工业固体废弃物商业和工业固体废弃物商业和工业固体废弃物农产物和农村废物农产物和农村废物农产物和农村废物农产物和农村废物水生植物和水生废物水生植物和水生废物水生植物和水生废物水生植物和水生废物污泥处理厂废物污泥处理厂废物污泥处理厂废物污泥处理厂废物可燃性工业和采矿废物

22、可燃性工业和采矿废物可燃性工业和采矿废物可燃性工业和采矿废物天然存在的含碳和含碳氢的资源天然存在的含碳和含碳氢的资源天然存在的含碳和含碳氢的资源天然存在的含碳和含碳氢的资源合成燃料合成燃料合成燃料合成燃料 非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题1.6 1.6 燃料组成的表示方法燃料组成

23、的表示方法燃料组成的表示方法燃料组成的表示方法:C Cx xHHy yS Sz zOOw wN Nv v SampleSample（样样样样品品品品含含含含重重重重）:C:C:77.2%,77.2%,H:H:5.2%,5.2%,N:N:1.2%,1.2%,S:S:2.6%,2.6%,O:O:5.9%5.9%and and ashash（灰灰灰灰）:7.9%7.9%by by weight.weight.Determine Determine the the normalized normalized molar molar position.（决定标准摩尔组成）（决定标准摩尔组成）（决定标准摩

24、尔组成）（决定标准摩尔组成）（元素）（元素）（元素）（元素）（含重）（含重）（含重）（含重）Element Wt%mol/100g mol/mol(Element Wt%mol/100g mol/mol(碳碳碳碳)C 77.2 C 77.2 12 =6.43 12 =6.43 6.43 =1.00 6.43 =1.00 H 5.20 H 5.20 1 =5.20 1 =5.20 6.43 =0.808 6.43 =0.808 N 1.20 N 1.20 14 =0.0857 14 =0.0857 6.43 =0.013 6.43 =0.013 S 2.60 S 2.60 32 =0.0812

25、32 =0.0812 6.43 =0.013 6.43 =0.013 O 5.90 O 5.90 16 =0.369 16 =0.369 6.43 =0.057 6.43 =0.057 ash 7.9 ash 7.9 6.43 =1.23 6.43 =1.23 g/molCg/molCThe normalized molar composition:CHThe normalized molar composition:CH0.8080.808N N0.0130.013S S0.0130.013OO0.0570.057（标准摩尔组成）（标准摩尔组成）（标准摩尔组成）（标准摩尔组成）1.7 燃料的

26、最重要的两个属性燃料的最重要的两个属性vv热值决定燃料的消耗量决定燃料的消耗量vv杂质污染物产生的来源污染物产生的来源 第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程 2.1 2.1 影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 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 完全燃烧：完全燃烧：完全燃烧：完全燃烧：COCO2 2、HH2 2OO不不不不完完完完全全全全燃燃燃燃烧烧烧烧：COCO2 2、HH2 2O O&COCO、黑黑烟烟及及其其他他部分氧化产物部分氧化产物如果燃料中含有

27、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 x2.1.2 2.1.2 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（3T3T）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，会会会会降降降降低低低低炉温，增加热损失炉温，增加热损失炉温，增加热损失炉温，增加热损失温度条件（温度条件（温度条件（温度条件（TemperatureTemperatureTem

28、peratureTemperature）：）：）：）：达到燃料的着火温度达到燃料的着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2.1

29、.3 2.1.3 典型燃料的着火温度典型燃料的着火温度典型燃料的着火温度典型燃料的着火温度 2.1.42.1.4 燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以CHCH4 4为例）为例）为例）为例）2.1.5 2.1.5 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 2.1.6 2.1.6 燃气比和混合程度对燃烧产物的影响燃气比和混合程度对燃烧产物的影响燃气比和混合程度对燃烧产物的影响燃气比和混合程度对燃烧产物的影响2.2

30、 不同燃料的燃烧过程 2.2.12.2.1气体燃料的燃烧过程气体燃料的燃烧过程 气体燃料的燃烧过程可分为气体燃料的燃烧过程可分为三个阶段三个阶段三个阶段三个阶段：气体燃料与空气的混合阶段气体燃料与空气的混合阶段 气体燃料与空气的混合是一个物理过程，两种气体之间的混合气体燃料与空气的混合是一个物理过程，两种气体之间的混合需要一定的时间，还要消耗一定的能量。需要一定的时间，还要消耗一定的能量。混合后可燃气的加热和着火阶段混合后可燃气的加热和着火阶段 加热和着火阶段与上相同。加热和着火阶段与上相同。可燃气燃烧反应阶段可燃气燃烧反应阶段 燃烧反应是一个激烈的化学氧化过程，在瞬间即可完成。燃烧反应是一个

31、激烈的化学氧化过程，在瞬间即可完成。前两个阶段对整个燃料燃烧过程起控制作用。前两个阶段对整个燃料燃烧过程起控制作用。根据气体燃料和空气混合状态的不同，其燃烧过程具有根据气体燃料和空气混合状态的不同，其燃烧过程具有三种不同的状态：三种不同的状态：有焰燃烧有焰燃烧有焰燃烧有焰燃烧 有焰燃烧的特征是：有焰燃烧的特征是：1 1）气体燃料和空气在燃烧器（简称为烧嘴）中不预先气体燃料和空气在燃烧器（简称为烧嘴）中不预先混合，而是分别送入燃烧室或炉膛中边混合边燃烧，在混合，而是分别送入燃烧室或炉膛中边混合边燃烧，在炉膛中可见明显的火焰。炉膛中可见明显的火焰。2 2）由于两种气体不预先混合，因此气体燃料和空气

32、均由于两种气体不预先混合，因此气体燃料和空气均可预热到较高的温度，这样燃烧时既不受燃料着火温度可预热到较高的温度，这样燃烧时既不受燃料着火温度的限制，也不必担心回火和爆炸。的限制，也不必担心回火和爆炸。3 3）有焰燃烧在利用低热值煤气获得较高的燃烧温度和有焰燃烧在利用低热值煤气获得较高的燃烧温度和充分利用废气余热、节约燃料等方面都有着现实意义。充分利用废气余热、节约燃料等方面都有着现实意义。有焰燃烧的缺点：当燃烧含较高的气体燃料时，由于气体燃料与空气没有预先混合,炭氢化合物在缺氧情况下受高温加热作用，将会裂解出较多的固体碳黑（又称黑烟子）从而污染环境。减少碳黑生成的主要途径：由于燃烧室或炉膛内

33、有焰燃烧的速度主要取决于气体燃料和空气的混合速度，因此，强化燃烧过程、减少碳黑生成的主要途径是设法改进气体燃料和空气在燃烧室内的混合条件，燃烧工艺上应采用能使气体燃料与空气良好混合的燃烧器（烧嘴）。有焰燃烧多用在需要长火焰的大型窑炉中。无焰燃烧无焰燃烧无焰燃烧无焰燃烧 无焰燃烧是指气体燃料和空气在进入燃烧室或炉膛无焰燃烧是指气体燃料和空气在进入燃烧室或炉膛之前就已混合均匀，因此之前就已混合均匀，因此 它的燃烧速度比有焰燃烧它的燃烧速度比有焰燃烧快的多，整个燃烧过程在安装燃烧嘴的砖墙通道内快的多，整个燃烧过程在安装燃烧嘴的砖墙通道内就可以结束。就可以结束。无焰燃烧的火焰很短，几乎看不到火焰。无焰

34、燃烧无焰燃烧的火焰很短，几乎看不到火焰。无焰燃烧的特点为：的特点为：空气过剩系数较小空气过剩系数较小，一般为，一般为1.021.021.051.05；燃燃烧速度很快烧速度很快，燃烧空间的热强度比有焰燃烧大，燃烧空间的热强度比有焰燃烧大10010010001000倍；倍；高温区比较集中高温区比较集中，燃烧温度比有焰燃烧，燃烧温度比有焰燃烧的温度要高；由于燃烧速度很快，气体燃料中的碳的温度要高；由于燃烧速度很快，气体燃料中的碳氢化合物来不及分解出游离碳黑，对环境的氢化合物来不及分解出游离碳黑，对环境的污染程污染程度比有焰燃烧轻度比有焰燃烧轻；为了防止烧嘴内燃烧和爆炸，气；为了防止烧嘴内燃烧和爆炸，

35、气体燃料和空气的体燃料和空气的预热温度不能太高预热温度不能太高，原则上不能超，原则上不能超过可燃气体的着火温度，一般要低于过可燃气体的着火温度，一般要低于400400。半无焰燃烧半无焰燃烧 半无焰燃烧又称部分预混合燃烧。这种燃烧方式是将燃烧所需的空气分两部分与气体燃料相互混合，一次空气在烧嘴的混合室与气体燃料相混合。二次空气借助于混合后可燃气体的喷射作用，一边混合一边燃烧。无焰燃烧与半无焰燃烧所产生的游离碳黑量远比有焰燃烧少，因此对环境的污染程度也远比有焰燃烧轻。2.2.2 液体燃料的燃烧过程 液体燃料包括各种燃料油及酒精等，下面仅讨论燃料油的燃液体燃料包括各种燃料油及酒精等，下面仅讨论燃料油

36、的燃烧过程。烧过程。燃料油的燃烧过程是一个复杂的物理化学过程。它包括四燃料油的燃烧过程是一个复杂的物理化学过程。它包括四个过程：个过程：燃料油的雾化燃料油的雾化油雾粒子中的可燃组分的蒸发与扩散油雾粒子中的可燃组分的蒸发与扩散可燃气体与空气的混合可燃气体与空气的混合可燃气体的氧化燃烧可燃气体的氧化燃烧与气体燃料的燃烧过程类似，与气体燃料的燃烧过程类似，前三个阶段对整个燃料燃烧前三个阶段对整个燃料燃烧过程起着控制作用。过程起着控制作用。燃料油的雾化燃料油的雾化是燃料油燃烧的先决条件，雾化的是燃料油燃烧的先决条件，雾化的油滴粒子愈细，燃料油与空气接触的表面积就愈油滴粒子愈细，燃料油与空气接触的表面积

37、就愈大，就愈有利于油滴粒子中可燃组分的蒸发与扩大，就愈有利于油滴粒子中可燃组分的蒸发与扩散，就愈有利于油滴粒子中可燃气体与空气的混散，就愈有利于油滴粒子中可燃气体与空气的混合，有利于燃料油完全燃烧以及降低污染物的生合，有利于燃料油完全燃烧以及降低污染物的生成。所谓油的雾化，就是把燃料油分散成细小烟成。所谓油的雾化，就是把燃料油分散成细小烟雾粒子的过程。在工业上，这个过程是通过燃油雾粒子的过程。在工业上，这个过程是通过燃油烧嘴来实现的。烧嘴来实现的。燃料油中的可燃气体与空气的混合燃料油中的可燃气体与空气的混合是重质油燃烧是重质油燃烧过程中的很重要的问题。燃烧重质油所需要的空过程中的很重要的问题。

38、燃烧重质油所需要的空气量比燃烧气体燃料大，而油蒸气与空气混合也气量比燃烧气体燃料大，而油蒸气与空气混合也不象气体燃料与空气混合的那样好。因此不太容不象气体燃料与空气混合的那样好。因此不太容易得到更短的火焰；燃烧完全程度也不如气体燃易得到更短的火焰；燃烧完全程度也不如气体燃料好。对于燃油锅炉及窑炉，应该设法改善或强料好。对于燃油锅炉及窑炉，应该设法改善或强化油雾与空气的混合过程。化油雾与空气的混合过程。2.2.3 粉煤的燃烧过程 粉煤的燃烧过程比气体或液体燃料燃烧更为复粉煤的燃烧过程比气体或液体燃料燃烧更为复杂。粉煤的燃烧是将磨成一定细度的煤粉与空杂。粉煤的燃烧是将磨成一定细度的煤粉与空气一同喷

39、入炉内后进行燃烧。在燃烧过程中，气一同喷入炉内后进行燃烧。在燃烧过程中，不仅发生气体与气体之间的同相燃烧，而且还不仅发生气体与气体之间的同相燃烧，而且还发生气体与固体之间的异相燃烧。发生气体与固体之间的异相燃烧。同相燃烧同相燃烧 气体与气体之间的燃烧气体与气体之间的燃烧异相燃烧异相燃烧 气体与固体之间的燃烧气体与固体之间的燃烧煤粉喷入炉内受热后，首先蒸发出水分，继而煤粉喷入炉内受热后，首先蒸发出水分，继而从煤粉内部扩散出可燃性挥发性气体，炉内的从煤粉内部扩散出可燃性挥发性气体，炉内的氧气与挥发性气体相遇，在着火温度以上即发氧气与挥发性气体相遇，在着火温度以上即发生迅速燃烧，此为生迅速燃烧，此为

40、同相燃烧同相燃烧。随着煤粉中挥发性气体不断向外扩散，煤粉粒随着煤粉中挥发性气体不断向外扩散，煤粉粒子被干馏，逐渐形成焦炭粒子。焦炭粒子与空子被干馏，逐渐形成焦炭粒子。焦炭粒子与空气之间发生的燃烧为气之间发生的燃烧为异相燃烧异相燃烧。在实际燃烧过程中，通常是将在实际燃烧过程中，通常是将燃烧所需要的空燃烧所需要的空气分两次或三次加入气分两次或三次加入。一次空气与煤粉混合喷。一次空气与煤粉混合喷入炉内，主要用于挥发分的燃烧，以后加入的入炉内，主要用于挥发分的燃烧，以后加入的空气主要用于强化燃烧过程、使焦炭得到充分空气主要用于强化燃烧过程、使焦炭得到充分燃烧。燃烧。影响粉煤的燃烧过程的因素有四个：影响

41、粉煤的燃烧过程的因素有四个：一次空气的用量一次空气的用量 它与煤粉的品种及挥发分含量有关，一般为总空气量的它与煤粉的品种及挥发分含量有关，一般为总空气量的20204040；煤粉的喷出速度煤粉的喷出速度 它必须大于火焰的传播速度，否则容易发生回火。火焰的它必须大于火焰的传播速度，否则容易发生回火。火焰的传播速度也与煤粉的品种及挥发分含量有关。煤粉的火焰传传播速度也与煤粉的品种及挥发分含量有关。煤粉的火焰传播速度大约为播速度大约为3 34 4 m/sm/s。一次空气与煤粉混合后的喷出速度。一次空气与煤粉混合后的喷出速度至少应为火焰传播速度的至少应为火焰传播速度的3 34 4倍；倍；煤粉的燃烧时间煤

42、粉的燃烧时间 煤粉的燃烧时间不仅与煤粉的细度、挥发分含量和火焰的煤粉的燃烧时间不仅与煤粉的细度、挥发分含量和火焰的燃烧温度有关，而且还与燃烧室的空间大小、过剩空气系数燃烧温度有关，而且还与燃烧室的空间大小、过剩空气系数的大小以及二次空气的加入方式和气流扰动状况等多种因素的大小以及二次空气的加入方式和气流扰动状况等多种因素有关。有关。煤粉的细度与过剩空气系数煤粉的细度与过剩空气系数 煤粉的细度与煤粉的品种有关，煤粉的粒径范围一般为煤粉的细度与煤粉的品种有关，煤粉的粒径范围一般为1 17070微米，其中微米，其中20205050微米的煤粉粒子为最多。过剩空气系微米的煤粉粒子为最多。过剩空气系数一般

43、为数一般为1.21.21.31.3。2.2.4 块状固体燃料的燃烧过程 块状固体燃料的燃烧与气体燃料、液体燃料、块状固体燃料的燃烧与气体燃料、液体燃料、煤粉的燃烧方法不同。块状固体燃料的燃烧是将煤粉的燃烧方法不同。块状固体燃料的燃烧是将块状固体燃料块状固体燃料置于置于炉栅上或随炉栅炉栅上或随炉栅移动移动而燃烧的。而燃烧的。由于块状固体燃料燃烧时不随气体流动，因由于块状固体燃料燃烧时不随气体流动，因而空气流经煤块表面时的相对速度较大，包围在而空气流经煤块表面时的相对速度较大，包围在煤块表面外围的燃烧产物气层较薄，有利于氧气煤块表面外围的燃烧产物气层较薄，有利于氧气分子与煤块进行扩散燃烧。分子与煤

44、块进行扩散燃烧。煤块在炉栅上燃烧，也是先干馏出挥发分而煤块在炉栅上燃烧，也是先干馏出挥发分而残留焦炭，因此，煤块燃烧过程也可看作是由挥残留焦炭，因此，煤块燃烧过程也可看作是由挥发分气体与及焦炭两种燃烧过程所组成发分气体与及焦炭两种燃烧过程所组成 。煤块在炉内的燃烧方式与加煤方法有关，常见的有二种燃烧方式：煤块在炉内的燃烧方式与加煤方法有关，常见的有二种燃烧方式：从炉栅上部加入煤块，在炉栅上呈层状燃烧的燃烧方式从炉栅上部加入煤块，在炉栅上呈层状燃烧的燃烧方式 其煤层从上至下依次为干燥干馏层、还原层、氧化层和灰层，层状燃其煤层从上至下依次为干燥干馏层、还原层、氧化层和灰层，层状燃烧所需的一次空气从

45、炉栅下部通入，先经灰渣层预热，然后与其上部氧烧所需的一次空气从炉栅下部通入，先经灰渣层预热，然后与其上部氧化层的焦炭进行氧化反应，生成化层的焦炭进行氧化反应，生成COCO和和CO2CO2，氧化层的温度最高，其厚度大，氧化层的温度最高，其厚度大约为约为404060mm60mm，经过氧化层的空气，其中的氧气已大部分被消耗。还原，经过氧化层的空气，其中的氧气已大部分被消耗。还原层中的还原反应是吸热反应，层中的还原反应是吸热反应，CO2CO2转变为转变为COCO，气体温度有所下降。具有一，气体温度有所下降。具有一定温度的、定温度的、COCO含量较高的可燃性气体穿过最上一层煤层时，使煤层得到含量较高的可

46、燃性气体穿过最上一层煤层时，使煤层得到预热、干燥和干馏。经过干燥干馏层的可燃性气体进入燃烧室，与送入预热、干燥和干馏。经过干燥干馏层的可燃性气体进入燃烧室，与送入的二次空气继续燃烧。的二次空气继续燃烧。将煤块加到向前移动的炉栅上，煤块随炉栅一起移动将煤块加到向前移动的炉栅上，煤块随炉栅一起移动 一次空气仍从炉栅下部通入，此时，炉栅的前端为预热、干燥、干馏一次空气仍从炉栅下部通入，此时，炉栅的前端为预热、干燥、干馏带，中端为氧化带，末端为灰渣带。通过预热、干燥、干馏带及灰渣带带，中端为氧化带，末端为灰渣带。通过预热、干燥、干馏带及灰渣带的空气，在燃烧室中作为二次空气与氧化带上升的可燃性挥发分继续

47、二的空气，在燃烧室中作为二次空气与氧化带上升的可燃性挥发分继续二次燃烧。次燃烧。2.3 2.3 2.3 2.3 燃烧计算燃烧计算燃烧计算燃烧计算2.3.1 2.3.1 2.3.1 2.3.1 燃料燃烧的理论空气量计算燃料燃烧的理论空气量计算燃料燃烧的理论空气量计算燃料燃烧的理论空气量计算建立燃烧方程式的假定建立燃烧方程式的假定建立燃烧方程式的假定建立燃烧方程式的假定：空气组成空气组成空气组成空气组成 20.9%O20.9%O2 2和和和和79.1%N79.1%N2 2，两两两两者者者者体体体体积积积积比比比比为为为为：NN2 2/OO2 2=3.78=3.78燃料中固定氧可用于燃烧燃料中固定氧

48、可用于燃烧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燃料中硫主要被氧化为燃料中硫主要被氧化为 SOSO2 2不考虑不考虑不考虑不考虑NONOXX的生成的生成的生成的生成燃料中的燃料中的燃料中的燃料中的N N在燃烧时转化为在燃烧时转化为在燃烧时转化为在燃烧时转化为NN2 2燃料的化学式为燃料的化学式为燃料的化学式为燃料的化学式为C Cx xHHy yS Sz zOOw w2.3.2 2.3.2 2.3.2 2.3.2 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+1616ww

49、理论空气量：理论空气量：煤煤 47 m47 m3 3/kg/kg，液体燃料液体燃料1011 m1011 m3 3/kg/kg 例题例题2.3.3 2.3.3 2.3.3 2.3.3 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2.3.4 2.3.4 2.3.4 2.3.4 空燃比空燃比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

50、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单位质量燃料燃烧所需要的空气质量 例如：例如：例如：例如：汽油（汽油（汽油（汽油（C C8 8HH1818）的完全燃烧：的完全燃烧：的完全燃烧：的完全燃烧：汽油的质量：汽油的质量：1212 8+1.0088+1.008 18=114.14 18=114.14 空气的质量：空气的质量：3232 12.5+2812.5+28 3.783.78 12.5=172312.5=1723 空燃比空燃比 AF=15.11AF=15.112.4 2.4 燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物燃烧可能释放的污染