燃烧与大气污染..ppt
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1、湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染n燃料的性质燃料的性质 n燃料燃烧过程燃料燃烧过程 n烟气体积及污染物排放计算烟气体积及污染物排放计算 n燃烧过程中硫氧化物的形成燃烧过程中硫氧化物的形成 n燃烧过程中颗粒物的形成燃烧过程中颗粒物的形成 n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 n了解常见民用及工业燃料的组成和性质;了解常见民用及工业燃料的组成和性质;n掌握气态、液态和固态燃料的掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程燃烧过程,学会分析,学会分析影响燃烧过程的因素影响燃烧过程的因素;n学会学会计
2、算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度;n掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理产生机理,理解通过改变燃烧条件减,理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径。少污染物生成的途径。1湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程第一节第一节 燃料的性质燃料的性质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、油木柴、煤、油页岩页岩木炭、焦炭、煤粉木炭、焦炭、煤粉等等液体燃料液体燃料石油石油汽油、煤油、柴油、汽
3、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、发生炉高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气煤气、焦炉煤气2湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程2.2.燃料的化学组成燃料的化学组成-典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分3湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程2.2.燃料的化学组成燃料的化学组成典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分(续)典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分(续)4湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制
4、工工程程3.3.燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响n碳碳:可燃元素可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时,放出纯碳完全燃烧时,放出32,860 kJ的的热量。当不完全燃烧生成热量。当不完全燃烧生成CO时,放出时,放出9,268 kJ的热量。的热量。纯碳起燃温度很高,燃烧缓慢,火焰也短。煤中的碳不纯碳起燃温度很高,燃烧缓慢,火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在,而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。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,其挥发性成分含量越少,而含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,无烟煤含碳量一般高于碳量则相对增加。例
5、如,无烟煤含碳量一般高于93%,无机物含量低于无机物含量低于10%。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。固体燃料中氢的含量。固体燃料中氢的含量为为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 kg氢完全燃烧氢完全燃烧时能放出时能放出120,500 kJ的热量。的热量。5湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程3.3.燃料组成对燃烧的影响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的发发热量。热量。n氮氮:燃料中含氮量很少,一般为:燃料中含氮量很少,
6、一般为0.5%1.5%。n硫硫:以以四四种种形形态态存存在在:有有机机硫硫、硫硫化化铁铁硫硫、硫硫酸酸盐盐硫硫和和元元素素硫硫。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产物为成产物为SO2和和SO3,其中其中SO2占占95%以上。以上。6湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程3.3.燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响n水分水分:水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤: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(中水分由表面水分(外部水分外部水分)和吸附水分()和吸附水分(内部水内部水分分)
7、组成。外部水分可以靠)组成。外部水分可以靠自然干燥自然干燥方法除去。内部方法除去。内部水分要放水分要放在干燥箱中加热到在干燥箱中加热到102105 C,保持保持2h后后才才能除掉。能除掉。n灰分灰分:是燃料中不可燃矿物质,为燃料中有害成分。:是燃料中不可燃矿物质,为燃料中有害成分。7湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成 n煤的煤的基本分类基本分类q褐煤褐煤n最低品味的煤,形成年代最短,热值较低。Q=25004000kCal/kg.q烟煤烟煤n形成年代较褐煤长,碳含量75%90。成焦性较强,适宜工业一般应用。Q=
8、50008000kCal/kg.q无烟煤无烟煤n煤化时间最长,含碳量最高(高于93),成焦性差,发热量大。Q=46007800kCal/kg.8湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成 n煤的成分分析煤的成分分析工业分析(工业分析(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。估估测测硫硫含量和热值含量和热值,是评价工业用煤的主要指标。,是评价工业用煤的主要指标。元素分析(元素分析(ultimate analysis)用用化化学学分分析析的的方方法法测测定定
9、去去掉掉外外部部水水分分的的煤煤中中主主要要组分组分碳、氢、氮、硫和氧碳、氢、氮、硫和氧的含量。的含量。9湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.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包括内部水分和外部水分。包括内部水分和外部水分。一一定定重重量量13 mm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 K温温度度下下干干燥燥8 h,取取出出冷冷却却,称称重重 外外部部水分。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375380 K下下,约约2 h后,称重后,称重 内部水分。内部水分。挥
10、发分挥发分煤煤在在与与空空气气隔隔绝绝的的条条件件下下加加热热分分解解出出可可燃燃气气体体物物质。质。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1200K的的马马弗弗炉炉中中加加热热7min,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。10湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.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)固定碳固定碳失失去去水水分分和和挥挥发发分分后后的的剩剩余余部部分分(焦焦炭炭)放放在在800 20 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
11、出出冷冷却却。焦焦炭炭所所失失去去的的重重量量为为固固定定碳碳。从从煤煤中中扣扣除除水水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳。分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳。灰分灰分煤中不可燃矿物物质的总称。煤中不可燃矿物物质的总称。11湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.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我国煤炭的我国煤炭的平均灰分含量为平均灰分含量为2525n灰灰分分的的存存在在降降低低了了煤煤的的热热值值,也也增增加加了了烟烟尘尘污污染染和和出出渣量渣量。12湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学
12、院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成n煤的元素分析煤的元素分析碳碳和和氢氢:通通过过燃燃烧烧后后分分析析尾尾气气中中COCO2 2和和H H2 2O O的的生生成成量量测定测定氮氮:在在催催化化剂剂作作用用下下使使煤煤中中的的氮氮转转化化为为氨氨,碱碱液液吸收,滴定吸收,滴定硫硫:与与氧氧化化镁镁和和无无水水硫硫酸酸钠钠混混合合物物(艾艾氏氏剂剂)反反应,应,S SOS SO4 42-2-,滴定滴定13湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.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14湖南大学环
13、境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的成分表示方法煤的成分表示方法 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准,常用的基准有以下四种基准,常用的基准有以下四种:收收到到基基(应应用用基基):锅锅炉炉炉炉前前使使用用的的燃燃料料,包包括括全部灰分和水分。全部灰分和水分。空空气气干干燥燥基基(分分析析基基):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,即即在在实实验验室室内内进进行行燃燃料料分分析析时时的试样成分。的试样成分。15湖南大学环境科学与工
14、程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.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,干燥基更能反映出灰分的多少分,干燥基更能反映出灰分的多少 干干燥燥无无灰灰基基(可可燃燃基基):以以去去掉掉水水分分和和灰灰分分的的燃料作为燃料作为100%100%的成分的成分16湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成n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 17湖南大学环境科学与工程学院湖南
15、大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成18湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成n我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果 19湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程20湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程5.5.其他燃料其他燃料n石油石油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
16、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n天然气天然气典型的气体燃料典型的气体燃料一般组成为甲烷一般组成为甲烷8585、乙烷、乙烷1010、丙烷、丙烷3 321湖南大学环境科学与工程学院湖南大学环境科学与工程学院大大气气污污染染控控制制工工程程5.5.其他燃料其他燃料n非常规燃料非常规燃料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污泥处理厂废物污泥处理厂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
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