大气 第2章 燃烧与大气污染.ppt

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1、大气 第2章 燃烧与大气污染 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染主要内容：主要内容：第一节第一节 燃料的性质燃料的性质 第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程 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 第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成 第五节第五节 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第一节第一节 燃料的性质燃料的性质引言引言 一、燃料的分类一

2、、燃料的分类 二、燃料的化学组成二、燃料的化学组成 三、煤三、煤 四、石油四、石油 五、天然气五、天然气 六、非常规然燃料六、非常规然燃料 小结小结4第一节第一节 燃料的性质燃料的性质一、燃料的分类一、燃料的分类什么是燃料？什么是燃料？所谓燃料是指用以所谓燃料是指用以产生热量或动力产生热量或动力的的可燃性可燃性物质。物质。有哪些常用燃料？燃烧形式？有哪些常用燃料？燃烧形式？燃料按物理状态分：固体燃料、液体燃料和气体燃料。燃料按物理状态分：固体燃料、液体燃料和气体燃料。5燃料的性质影响燃烧设备设计和各种操作条件，也影响大气燃料的性质影响燃烧设备设计和各种操作条件，也影响大气污染物的形成和排放。污

3、染物的形成和排放。6二、燃料的化学组成二、燃料的化学组成碳：碳：完全燃烧：完全燃烧：7850kcal7850kcal热量热量/kg/kg不完全燃烧：不完全燃烧：2214kcal2214kcal热量热量/kg/kg与氢、氮、硫等组成有机化合物存在与氢、氮、硫等组成有机化合物存在氢氢7完全燃烧：完全燃烧：28780kcal28780kcal热量热量/kg/kg固体燃料中氢含量为固体燃料中氢含量为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氧和氮氧和氮8硫硫与碳、氢生成化合物，降低燃料的发热量与碳、氢生成化合物，降低燃料的发热量燃料中含氮量很少，一般为燃料中含氮量很少，一般为0.

4、5-1.5%0.5-1.5%有机硫有机硫硫化铁硫硫化铁硫硫酸盐硫硫酸盐硫挥发硫，产物：挥发硫，产物：SOSO2 2和和SOSO3 39水分水分灰分：灰分：燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分外部水分（表面水分）：自然干燥除去外部水分（表面水分）：自然干燥除去内部水分（吸附水分）：内部水分（吸附水分）：102-105102-105下烘干下烘干2h2h10褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤颜色颜色黑色、褐色、或黑色、褐色、或泥土色泥土色黑色黑色明亮黑色明亮黑色碳含量碳含量60-7560-7575-9075-909393氧含量氧含量20-2520-25含氧量低含氧量低低

5、低水分、灰分含量水分、灰分含量较高较高较低较低低低其他其他燃烧热值较低燃烧热值较低成焦性较强成焦性较强着火困难，储存着火困难，储存稳定，不易自燃，稳定，不易自燃，成焦性极差成焦性极差 三、煤三、煤 1 1煤的分类煤的分类 11 2 2煤的工业分析煤的工业分析水分水分挥发分挥发分固定碳和灰分固定碳和灰分硫含量硫含量（1 1）外部水分：）外部水分：45-5045-50干燥干燥8h8h，恒，恒重重失去的水分质失去的水分质量。量。（2 2）内部水分：继）内部水分：继续在续在100-105 100-105 干干燥燥2h2h，恒重，恒重失去失去的水分质量。的水分质量。失去水分的试样在失去水分的试样在927

6、927加热（与空气加热（与空气隔绝）隔绝）7min7min，恒重，恒重，失去的质量失去的质量.主要成主要成分：分：H H2 2、碳氢化合、碳氢化合物、物、COCO、H H2 2S S等。等。失去水分和挥发分失去水分和挥发分后的试样在后的试样在8008002020的环境中的环境中灼烧到重量不再变灼烧到重量不再变化。焦炭所失去的化。焦炭所失去的重量为重量为固定碳固定碳（煤（煤的主要可燃物质），的主要可燃物质），剩余部分为剩余部分为灰分。灰分。测硫仪测定测硫仪测定我国煤炭的平均灰分为我国煤炭的平均灰分为25%12成分含量%成分含量%SiO220-60MgO0.3-4Al2O310-35TiO20.5

7、-2.5Fe2O35-35Na2OK2O1-4CaO1-20SO30.1-12表 煤中灰分的组成 煤中灰分的组成煤中灰分的组成13煤的结构模型煤的结构模型14 3.3.煤的元素分析及成分表示方法煤的元素分析及成分表示方法煤中主要成分包括：煤中主要成分包括：碳、氧、氮、硫碳、氧、氮、硫等元素。等元素。常用的基准有：常用的基准有：收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基基四种。四种。收到基（收到基（ar-ar-as receivedas received）以以全部灰分和水分全部灰分和水分的燃料作为的燃料作为100%100%成分。成分。各收到基成分的总和用下式表示：

8、各收到基成分的总和用下式表示：1516空气干燥基空气干燥基ad(air dry basisad(air dry basis）以以去掉外部水分去掉外部水分的燃料作为的燃料作为100%100%的成分，也即在实验的成分，也即在实验室内进行燃料分析时的试样成分。室内进行燃料分析时的试样成分。17干燥基干燥基(dry basis)(dry basis)以以去掉去掉全部水分全部水分的燃料作为的燃料作为100%100%的成分。的成分。干燥基更能反映出灰分的多少。干燥基更能反映出灰分的多少。18干燥无灰基干燥无灰基daf(dry ash free）以去掉以去掉水分和灰分水分和灰分的燃料作为的燃料作为100%的

9、成分。的成分。干燥无灰基避免了水分和灰分的影响，故比较稳定。干燥无灰基避免了水分和灰分的影响，故比较稳定。19神华万利煤矿煤和燃料煤质分析表神华万利煤矿煤和燃料煤质分析表煤源煤源神华万利煤矿神华万利煤矿煤用途煤用途气化及燃料煤气化及燃料煤工业分析工业分析水份水份Mad%（ad）10.13挥发份挥发份Vdaf36.9灰份灰份Ad11.7固定碳固定碳41.27元素分析元素分析碳碳Cdaf（ad）76.87氢氢Hdaf3.72氮氮Ndaf0.98氧氧Odaf17.09硫硫St，d0.9氯氯Cld0.024磷磷Pd0.004氟氟Fadg/g81砷砷/硫分析硫分析黄铁矿硫黄铁矿硫St，d（ad）0.9硫

10、酸盐硫硫酸盐硫/有机硫有机硫/热值热值低位发热量低位发热量-Qnet，vakcal/g5.51高位发热量高位发热量-Qgr，vdkcal/g6.52灰成份分析灰成份分析SiO236.61Al2O311.21Fe2O316.93CaO13.54MgO1.64SO315.00TiO20.46四、石油四、石油20液体燃料液体燃料比重比重0.780.781.001.00含量含量0.1-70.1-7(质量质量)S S以以有机硫有机硫的形式存在的形式存在S 80-90S 80-90于重馏分中于重馏分中在轻馏份中，硫以在轻馏份中，硫以H H2 2S S、硫醇、一硫化物、硫醇、一硫化物、二硫化物、环状硫化物（

11、四氢噻吩）二硫化物、环状硫化物（四氢噻吩）形态存在形态存在五、天燃气五、天燃气气体燃料气体燃料组成：甲烷组成：甲烷8585、乙烷、乙烷1010、丙烷、丙烷3 3少量其它组分：少量其它组分：H H2 20 0、C0C02 2、N N2 2、HeHe和和H H2 2S S22六、非常规燃料六、非常规燃料 城市固体废物城市固体废物商业和工业固体废物商业和工业固体废物农产物及农村废物农产物及农村废物可燃性工业和采矿废物可燃性工业和采矿废物污水处理厂废物污水处理厂废物水生植物和水生废物水生植物和水生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合成燃料合成燃料注意二次污染，需要注意二次污染

12、，需要专门的制备技术！专门的制备技术！第二节第二节 燃燃料燃烧过程料燃烧过程引言引言 一、影响燃烧过程的主要因素一、影响燃烧过程的主要因素 二、燃料燃烧的理论空气量二、燃料燃烧的理论空气量 三、燃烧产生的污染物三、燃烧产生的污染物 四、热化学关系式四、热化学关系式 小结小结24一、影响燃烧过程的主要因素一、影响燃烧过程的主要因素 1 1、燃烧过程及燃烧产物、燃烧过程及燃烧产物n 燃燃烧烧过过程程是是可可燃燃混混合合物物快快速速氧氧化化过过程程，并并伴伴随随能能量量（光和热）的释放。（光和热）的释放。n 燃烧产物燃烧产物：n完全燃烧：完全燃烧：COCO2 2、水蒸气、水蒸气、SOSO2 2、NO

13、NO等等n不完全燃烧：黑烟、不完全燃烧：黑烟、COCO、其他部分氧化产物、其他部分氧化产物燃料燃烧的条件？燃料燃烧的条件？25必要条件必要条件温度条件温度条件(temperature):(temperature):达到着火温度。达到着火温度。按按 固、液、气体燃料的顺序上升固、液、气体燃料的顺序上升.燃料与空气的混合条件燃料与空气的混合条件（湍流度（湍流度turbulentturbulent）空气条件空气条件时间条件时间条件(time):(time):燃料在高温区的停留时间燃料在高温区的停留时间2 2、燃料完全燃烧的条件、燃料完全燃烧的条件通常把通常把温度、时间和湍流温度、时间和湍流称为燃烧过

14、程的称为燃烧过程的“3T3T”26当温度高于着火温度时，只有燃烧过程的当温度高于着火温度时，只有燃烧过程的放热速率放热速率高于向周高于向周围的围的散热速率散热速率，从而能够维持在较高的温度时，才能使燃烧，从而能够维持在较高的温度时，才能使燃烧过程继续进行过程继续进行.27二、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 单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需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要的空气量称为理论空气量.它由燃料的组成决定，可根据燃烧方程式计它由燃料的组成决定，可根据燃烧方程式计算求得。算求得。28建立燃烧化学方程式时，通常假

15、定：建立燃烧化学方程式时，通常假定：(1)(1)空空气气仅仅是是由由氮氮和和氧氧组组成成的的,其其体体积积比比为为79.1/20.979.1/20.93.783.78；(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)热热型型NOxNOx的的生生成成量量较较小小，燃燃料料中中含含氮氮量量也也较较低低，在在计计算理论空气量时可以忽略；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N N2 2和和NO,NO,一般以一般以N N2 2为主；为主；(6)(6)燃燃

16、料料的的化化学学式式为为C Cx xH HY YS SZ ZO Ow w，其其中中下下标标x x、y y、Z Z、W W分分别别代表碳、氢、硫和氧的原子数。代表碳、氢、硫和氧的原子数。29 由由此此可可得得燃燃料料与与空空气气中中氧氧完完全全燃燃烧烧的的化化学反应方程式。学反应方程式。30那么，理论空气量那么，理论空气量 一般煤的理论空气量一般煤的理论空气量 液体燃料的液体燃料的 312 2空气过剩系数空气过剩系数一般把超过理论空气量多供给的空气量称为一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩过剩空气量空气量，并把并把实际空气量实际空气量V Va a与理论空气量与理论空气量V Va a0 0之

17、比之比定义为空气过剩系数定义为空气过剩系数，即即 通常通常 1 1，值的大小决定于燃料种类、燃烧装值的大小决定于燃料种类、燃烧装置型式及燃烧条件等因素。置型式及燃烧条件等因素。3233 3.3.空燃比空燃比 空燃比定义为空燃比定义为单位质量燃料燃烧所需要的空气单位质量燃料燃烧所需要的空气质量质量，它可以由燃烧方程式直接求得。它可以由燃烧方程式直接求得。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空燃比空燃比 34随着燃料中氢相对含量的减少，碳相对含量增随着燃料中氢相对含量的减少，碳相对含量增加，理论空燃比随之减小。例加，理论空燃比随之减小。例 :汽油汽油(-C(-C8

18、8H H1818)的理论空燃比为：的理论空燃比为：汽油质量汽油质量：128+1.00818=114.14空气的质量空气的质量：3212.5+283.7812.5=1723 空燃比空燃比 35例例2-1 2-1 某某燃燃烧烧装装置置采采用用重重油油作作燃燃料料，重重油成分分析结果如下油成分分析结果如下(按质量按质量)：C 88.3C 88.3；H 9.5H 9.5；S 1.6S 1.6；H H2 2O 0.05O 0.05;灰分灰分0.100.10。试确定燃烧试确定燃烧1kg1kg重油所需要的理论空气量。重油所需要的理论空气量。36解：以解：以1kg1kg重油燃烧为基础，则：重油燃烧为基础，则：

19、重量重量/g /g 摩尔数摩尔数 理论需氧数理论需氧数/mol/molC88373.5873.58H959523.75S160.50.5H2O0.50.02780所以理论需氧量为所以理论需氧量为73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油重油。37假假定定干干空空气气中中氮氮和和氧氧的的摩摩尔尔比比（体体积积比比）为为3.783.78，则则1kg1kg重重油油完完全全燃燃烧烧所所需需要要的的理理论空气量为论空气量为:38三、热化学关系式三、热化学关系式 1.1.发热量发热量发发热热量量：单单位位燃燃料料完完全全燃燃烧烧时时发发生生的的热热量量变变化化，即即在在反反应应物物开开始始

20、状状态态和和反反应应产产物物终终了了状状态态相相同同下下(通通常常为为298K298K和和1atm)1atm)的的热热量量变变化化。（kJ/kg kJ/kg or or kJ/mkJ/m3 3(气体气体)）。分为）。分为高位发热量和低位发热量高位发热量和低位发热量。发热量发热量39高位发热量高位发热量:包括燃料燃烧生成物中水蒸气的包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热汽化潜热q qH H低位发热量低位发热量:燃烧产物中的水蒸气仍以气态存燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时，完全燃烧过程所释放的热量在时，完全燃烧过程所释放的热量q qL L40若若已已知知燃燃料料中中氢氢和和水水的的含含量量，q qL

21、 L可可由由q qh h减减去去水水蒸蒸气气的的凝凝结结热求得。若发热量以热求得。若发热量以kJ/kgkJ/kg表示，则表示，则w wH H、w wW W-为燃料中氢和水分的质量分数。为燃料中氢和水分的质量分数。燃烧设备的热损失有哪些？41 2.2.燃烧设备的热损失燃烧设备的热损失u（1 1）排烟热损失：一般锅炉排烟热损失为）排烟热损失：一般锅炉排烟热损失为6-12%6-12%，影响排烟热损失的主要因素是影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟体排烟温度和排烟体积积。烟温每升高。烟温每升高12-15K12-15K，排烟热损失可，排烟热损失可增加增加1%1%。锅炉尾部一般设置省煤器和空气预热器，

22、就是为锅炉尾部一般设置省煤器和空气预热器，就是为了降低排烟温度。了降低排烟温度。工业锅炉的排烟温度选取工业锅炉的排烟温度选取433-473K433-473K，大、中型锅，大、中型锅炉的排烟温度选取炉的排烟温度选取383-453K383-453K。4243u（2 2）不完全燃烧热损失）不完全燃烧热损失化学不完全燃烧化学不完全燃烧：损失不大，煤粉炉不超过：损失不大，煤粉炉不超过0.5%0.5%，油炉和气，油炉和气炉约为炉约为1-1.5%1-1.5%，层燃炉，层燃炉1%1%左右。左右。机械不完全燃烧机械不完全燃烧:由于灰中含有未燃尽的碳造成的。是比较由于灰中含有未燃尽的碳造成的。是比较大的一项损失。

23、煤粉炉约为大的一项损失。煤粉炉约为1-5%1-5%；液体、气体炉正常燃烧可；液体、气体炉正常燃烧可使该项损失减少到零；层燃炉可高达使该项损失减少到零；层燃炉可高达5-15%5-15%。u（3 3）炉体散热损失）炉体散热损失 这项损失取决于锅炉外表面积的大小、绝热层质量的优劣这项损失取决于锅炉外表面积的大小、绝热层质量的优劣以及环境温度和风速等。以及环境温度和风速等。44 在充分混合条件下，热量总损失在理论空气量下最低；当在充分混合条件下，热量总损失在理论空气量下最低；当混合不充分时，热量总损失的最小值出现在空气过量一侧。混合不充分时，热量总损失的最小值出现在空气过量一侧。第三节第三节 烟气体积

24、及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算引言引言 一、一、燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物 二、烟气体积计算二、烟气体积计算 三、污染物排放量的计算三、污染物排放量的计算 小结小结46一、燃烧产生的污染物一、燃烧产生的污染物燃烧烟气主要由悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、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未燃烧和部分燃烧的燃料、氧化剂以及惰性气体（主要为（主要为N N2 2）等组成。）等组成。燃烧可能释放出的污染物有：一氧化碳、硫的氧燃烧可能释放出的污染物有：一氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、烟、飞灰、金属及其氧化物、化物、氮的氧化物、烟、飞灰、

25、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物等。金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物等。形成与形成与燃烧条件燃烧条件有关。有关。47图图2-2 燃烧产物与温度的关系燃烧产物与温度的关系48二、烟气体积计算二、烟气体积计算 1 1理论烟气体积理论烟气体积n在在理理论论空空气气量量下下，燃燃料料完完全全燃燃烧烧所所生生成成的的烟烟气气体积称为理论烟气体积，以体积称为理论烟气体积，以V Vfgfg0 0 表示表示。烟气成分主要是烟气成分主要是COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2和水蒸气。和水蒸气。烟气分为烟气分为干烟气、湿烟气干烟气、湿烟气49理理论论烟烟气气体体积积等等于于干干烟烟气气体体

26、积积和和水水蒸蒸气气体积体积之和之和理理论论水水蒸蒸气气体体积积=燃燃料料中中氢氢燃燃烧烧后后生生成成的的水水蒸蒸气气体体积积+燃燃料料中中所所含含的的水水蒸蒸气气体体积积+理理论论空空气气量带入的水蒸气体积量带入的水蒸气体积50 2 2烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正 若设若设观测状态观测状态下：下：T Ts s、P Ps s、V Vs s、s s 标准状态标准状态下：下：T TN N、P PN N、V VN N、N N 根据理想气体状态方程可得标准状态下根据理想气体状态方程可得标准状态下（273K273K、1atm1atm）的烟气体积。）的烟气体积。美国、日本和国际全球监测系统网标

27、态：美国、日本和国际全球监测系统网标态：293K293K、1atm1atm51则标准状态下的烟气体积则标准状态下的烟气体积:标准状态下烟气的密度标准状态下烟气的密度:523 3过剩空气校正过剩空气校正实际烟气体积实际烟气体积=理论烟气体积理论烟气体积+过剩空气量过剩空气量 用奥氏烟气分析仪测定烟气中用奥氏烟气分析仪测定烟气中COCO2 2、O O2 2和和COCO的含量，可以确定燃烧设备在运行中的含量，可以确定燃烧设备在运行中烟气烟气成分和空气过剩系数成分和空气过剩系数。53以纯碳在空气中的以纯碳在空气中的完全燃烧完全燃烧为例为例:C+OC+O2 2+3.78N+3.78N2 2COCO2 2

28、+3.78N+3.78N2 2 若空气过量，则燃烧方程式变为若空气过量，则燃烧方程式变为C+(1+a)OC+(1+a)O2 2+(1+a)3.78N+(1+a)3.78N2 2COCO2 2+aO+aO2 2+(1+a)3.78N+(1+a)3.78N2 2 根据定义，空气过剩系数根据定义，空气过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54 设设燃燃烧烧是是完完全全燃燃烧烧，则则过过剩剩空空气气中中的的氧氧只只以以O O2 2的的形形式式存存在在，燃烧产物以下标燃烧产物以下标p p表示表示C+(1+a)OC+(1+a)O2 2+(1+a)3.78N+(1+a)3.78

29、N2 2COCO2p2p+O+O2p2p+N+N2p2p其中其中O O2p2p=aO=aO2 2,表示表示过剩氧量过剩氧量，N N2p2p为实际空气量中所含的为实际空气量中所含的总氮量总氮量。假假定定空空气气的的体体积积组组成成为为20.920.9O O2 2和和79.179.1N N2 2，则则实实际际空空气气量量中中所含的总氧量为：所含的总氧量为：55理论需氧量为理论需氧量为0.264N0.264N2p2p-O-O2p2p，因此空气过剩系数，因此空气过剩系数 若若燃燃烧烧不不完完全全会会产产生生COCO，过过剩剩氧氧量量必必须须加加以以校校正正，即即从从测测得得的过剩氧中减去氧化的过剩氧中

30、减去氧化COCO为为COCO2 2所需要的氧。因此所需要的氧。因此 式中各组分的量均为奥式仪所测得的各组分的百分数。式中各组分的量均为奥式仪所测得的各组分的百分数。56例例如如奥奥式式仪仪分分析析结结果果为为：COCO2 21010，O O2 24 4，COCO1 1、那么、那么N N2 28585，则，则:考虑过剩空气校正后，实际烟气体积：考虑过剩空气校正后，实际烟气体积：57三、污染物排放量的计算三、污染物排放量的计算 例例2-2 2-2 对对于于例例2-12-1给给定定的的重重油油，若若燃燃料料中中硫硫全全部部转转化化为为SOSOX X（其其中中SOSO2 2占占97%97%），试试计计

31、算算空空气气过过剩剩系系数数=1.20=1.20时时烟烟气气中中SOSO2 2及及SOSO3 3的的浓浓度度，以以1010-6-6表表示示（体体积积比比）；并并计计算算此此时时干干烟烟气气中中COCO2 2的的含含量量，以以体体积积百百分分比比表表示。示。58解：由例解：由例2-12-1知：知：重量重量(g)(g)摩尔数摩尔数(mol)(mol)需氧数需氧数(mol)(mol)C88373.5873.58H959523.75S160.50.5H2O0.50.02780理论空气量条件下烟气组成（理论空气量条件下烟气组成（molmol）为：）为：CO2:73.58H2O:47.5+0.0278SO

32、X：0.5N2:97.833.78理论需氧量理论需氧量59理论烟气量为理论烟气量为:73.58+(47.5+0.0278)+0.5+97.833.78=491.4mol/kg73.58+(47.5+0.0278)+0.5+97.833.78=491.4mol/kg重油重油即即 空气过剩系数空气过剩系数=1.20=1.20时，实际烟气量为时，实际烟气量为:烟气中烟气中SOSO2 2的体积为的体积为 SOSO3 3的体积为：的体积为：理论空气量理论空气量60所以烟气中所以烟气中SOSO2 2和和SOSO3 3的浓度分别为的浓度分别为:当当=1.2=1.2时，干烟气量为：时，干烟气量为：COCO2

33、2的体积为：的体积为：所以干烟气中所以干烟气中COCO2 2的含量以体积计为：的含量以体积计为：第四节第四节 燃烧过程中硫氧化物的形成燃烧过程中硫氧化物的形成引言引言 一、燃料中硫的氧化机理一、燃料中硫的氧化机理 二、二、S0S02 2和和S0S03 3之间的转化之间的转化 小结小结62一、一、燃料中硫的氧化机理燃料中硫的氧化机理 1.1.燃料中硫的氧化产物燃料中硫的氧化产物 主主要要产产物物是是SOSO2 2和和S0S03 3。在在富富燃燃料料状状态态，还还有有一一些些其它硫的氧化物。其它硫的氧化物。2.2.硫硫氧氧化化物物(H H2 2S S、CSCS2 2、COSCOS、元元素素硫硫、有

34、有机机硫硫)的的氧化机理（自学）氧化机理（自学）63二、二、S0S02 2和和S0S03 3之间的转化之间的转化低浓度的低浓度的S0S03 3通过下述反应产生于燃烧过程中通过下述反应产生于燃烧过程中 SOSO2 2+O+O+M M SOSO3 3+M M （1 1）在高温下，在高温下，SOSO3 3可能会通过下列反应而被消耗可能会通过下列反应而被消耗:S0S03 3+0 S0+0 S02 2+0+02 2 (2)(2)S0S03 3+H S0+H S02 2+OH (3)+OH (3)S0S03 3+M M S0S02 2+O+O+M M (4)(4)k1k2k364a.a.在炽热的反应区在炽

35、热的反应区:反应反应(1)(1)和和(2)(2)支配整个的反应。支配整个的反应。S0S03 3生成速率生成速率当当 SOSO3 3浓度达到最大浓度达到最大 根据根据k k1 1、k k2 2和和MM的估值可以求得的估值可以求得SOSO3 3 maxmax的数值。的数值。估算结果：估算结果：SOSO3 3 maxmax为为SOSO2 2浓度的浓度的0.1%-5%0.1%-5%。66在有些燃烧设备中，烟气离开炉膛进入在有些燃烧设备中，烟气离开炉膛进入低温受热面，烟气温度虽然降低了，但低温受热面，烟气温度虽然降低了，但SOSO3 3的生成量不断增加的生成量不断增加,为什么？为什么？67原因：原因：金

36、属氧化物的催化作用金属氧化物的催化作用（与（与温度温度有关）有关）nFeFe2 2O O3 3在在590590左右催化作用最大；左右催化作用最大；V V2 2O O5 5在在540540左右出现最左右出现最大值；大值；n据报道，在富含钒的燃料油燃烧烟气中，据报道，在富含钒的燃料油燃烧烟气中，SOSO3 3的产生量高的产生量高达达30%30%；n其他氧化物如其他氧化物如氧化硅、氧化铝、氧化钠氧化硅、氧化铝、氧化钠等对等对SOSO2 2的氧化均的氧化均有一定的催化作用；有一定的催化作用；n受热面的燃料灰受热面的燃料灰也能促进催化作用；也能促进催化作用；nSCRSCR法烟气脱硝过程法烟气脱硝过程也会

37、导致也会导致SOSO2 2向向SOSO3 3的转化。的转化。第五节第五节 燃烧过程中颗粒污染物的形成燃烧过程中颗粒污染物的形成引言引言 一、炭粒子的形成一、炭粒子的形成 二、燃煤烟尘的形成二、燃煤烟尘的形成 小结小结69一、碳粒子的形成一、碳粒子的形成1.1.积炭的生成：积炭的生成：气相反应生成积炭气相反应生成积炭火焰中形成的积炭至少含有火焰中形成的积炭至少含有1%1%（重量）的氢，（重量）的氢，近似相当于近似相当于C C8 8H H。粒子直径在粒子直径在100-2000100-2000范围。范围。生成积炭的过程生成积炭的过程：核化过程：核化过程：发生气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳发生气相脱氢

38、反应并产生凝聚相固体碳非均质反应：在核表面发生非均质反应：在核表面发生凝聚过程凝聚过程70是否出现积炭取决于是否出现积炭取决于核化步骤核化步骤和和氧化这些中间体氧化这些中间体的那些反应速率是否较快的那些反应速率是否较快。影响积炭的主导因素：影响积炭的主导因素：燃料的分子结构燃料的分子结构在在扩散火焰扩散火焰中，碳的生成顺序：中，碳的生成顺序：萘苯炔双烯单烯烷萘苯炔双烯单烯烷或或 芳香烃炔烃烯烃烷烃芳香烃炔烃烯烃烷烃在在预混火焰预混火焰中中 萘苯醇烷烯醛炔萘苯醇烷烯醛炔71u防止积炭生成：防止积炭生成：n燃料与足量的氧化合；燃料与足量的氧化合；n压力越低，积炭生成趋势越小；压力越低，积炭生成趋势

39、越小；n三氧化硫、气态氢、镍和碱土金属盐能够抑三氧化硫、气态氢、镍和碱土金属盐能够抑制碳的生成。制碳的生成。n工业汽油中加入工业汽油中加入钡盐钡盐抑制积炭的生成。抑制积炭的生成。722.2.石油焦和煤胞的生成（液态烃燃料高温分解）石油焦和煤胞的生成（液态烃燃料高温分解）石油焦石油焦：比积炭更硬：比积炭更硬煤胞：煤胞：多组分重残油燃烧生成，生成顺序：多组分重残油燃烧生成，生成顺序：烷烃烯烃带支链芳香烃凝聚环系柏油烷烃烯烃带支链芳香烃凝聚环系柏油沥青半圆体沥青沥青焦焦炭沥青半圆体沥青沥青焦焦炭煤胞外形为微小空心的球形粒子，其大小与油滴煤胞外形为微小空心的球形粒子，其大小与油滴的直径成正比，一般为的

40、直径成正比，一般为10-300m10-300m。73二、燃煤烟尘的形成二、燃煤烟尘的形成1 1、燃煤粉尘的形成：固体燃料燃烧产生，包括、燃煤粉尘的形成：固体燃料燃烧产生，包括黑黑烟和飞灰烟和飞灰理想条件下，是否容易形成黑烟，与煤的种类和理想条件下，是否容易形成黑烟，与煤的种类和质量有很大关系。易于燃烧又质量有很大关系。易于燃烧又少少出现黑烟的燃料出现黑烟的燃料顺序为：顺序为：无烟煤无烟煤焦煤焦煤褐煤褐煤低挥发分烟煤低挥发分烟煤高挥发分高挥发分烟煤烟煤742 2、影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素、影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素煤煤质质燃燃烧烧方方式式烟烟气气流流速速炉炉排排和和炉炉膛膛热热负负

41、荷荷锅锅炉炉运运行行负负荷荷75 煤质煤质(灰分和水分含量以及颗粒大小灰分和水分含量以及颗粒大小)：灰分越高，灰分越高，含水量越少，则排尘浓度就越高；含水量越少，则排尘浓度就越高；76燃烧方式燃烧方式对烟尘浓度及颗粒分布影响很大（煤粉炉烟尘颗对烟尘浓度及颗粒分布影响很大（煤粉炉烟尘颗粒最细）。粒最细）。77煤粉炉煤粉炉抛煤机炉抛煤机炉流化床燃烧流化床燃烧气旋炉气旋炉78几种燃烧方式的烟尘颗粒概况几种燃烧方式的烟尘颗粒概况烟气流速（锅炉引风）：烟气流速（锅炉引风）：自然自然引风锅炉引风锅炉排尘浓排尘浓度较低，只适用于小锅炉；机械引风锅炉，需度较低，只适用于小锅炉；机械引风锅炉，需合理地控制风量，

42、防止引风带尘的浓度过高。合理地控制风量，防止引风带尘的浓度过高。7980炉排和炉膛的热负荷：炉排和炉膛的热负荷：w炉排热负荷炉排热负荷是指是指每平方米炉排面积上每小时燃料燃烧每平方米炉排面积上每小时燃料燃烧所释放出来的热量。所释放出来的热量。炉排热负荷增加，灰分被气流夹炉排热负荷增加，灰分被气流夹带而飞逸的可能性就越大。带而飞逸的可能性就越大。w炉膛热负荷炉膛热负荷是每是每立方米立方米炉膛容积内每小时燃料燃烧所炉膛容积内每小时燃料燃烧所释放出的热量。保持足够的燃烧空间，提高消烟效果。释放出的热量。保持足够的燃烧空间，提高消烟效果。81锅炉运行负荷：锅炉运行负荷：w锅炉运行负荷锅炉运行负荷是指锅

43、炉每小时蒸发量与该锅是指锅炉每小时蒸发量与该锅炉额定蒸发量的百分比。炉额定蒸发量的百分比。w锅炉负荷越高，燃煤量越大，烟气量必然增锅炉负荷越高，燃煤量越大，烟气量必然增大，排尘浓度就会增加。大，排尘浓度就会增加。第六节第六节 燃烧过程中汞污染物的形成燃烧过程中汞污染物的形成引言引言 一、一、煤炭中汞含量及赋存形态煤炭中汞含量及赋存形态 二、二、影响烟气中汞存在形态的主要因素影响烟气中汞存在形态的主要因素 小结小结83一、煤炭中汞含量及赋存形态一、煤炭中汞含量及赋存形态1 1、煤炭中汞含量、煤炭中汞含量美国美国煤炭中平均汞含量为煤炭中平均汞含量为0.060.060.33mg/kg;0.33mg/

44、kg;我国我国煤炭中平均汞含量为煤炭中平均汞含量为0.15mg/kg0.15mg/kg。2 2、煤中汞的赋存形态、煤中汞的赋存形态与其成因密切相关：黄铁矿是煤中最普遍的汞载与其成因密切相关：黄铁矿是煤中最普遍的汞载体；汞也以硒化物形式存在，或以有机汞的形式体；汞也以硒化物形式存在，或以有机汞的形式存在。存在。84图图 2-12 煤燃烧过程颗粒态汞的形成路径煤燃烧过程颗粒态汞的形成路径粗颗粒粗颗粒凝结和破碎凝结和破碎气相反应气相反应焦炭燃烧焦炭燃烧除挥发分除挥发分细颗粒细颗粒挥挥发发破破碎碎凝凝结结捕捕集集燃煤烟气中汞有三种形态：燃煤烟气中汞有三种形态：与颗粒结合的汞与颗粒结合的汞(Hg(Hgp

45、 p)、单质汞、单质汞(Hg(Hg0 0)、二价的气态汞、二价的气态汞(Hg(Hg2+2+)二、影响烟气中汞存在形态的主要因素二、影响烟气中汞存在形态的主要因素1、燃煤种类的影响燃煤种类的影响n燃烧所用煤种不同，烟气中汞的形态分布也不同。燃烧所用煤种不同，烟气中汞的形态分布也不同。n烟煤燃烧时，烟气中烟煤燃烧时，烟气中Hg2+含量较高，含量较高，Hg0含量偏低；含量偏低；n褐煤在燃烧时，烟气中褐煤在燃烧时，烟气中Hg0的含量却较高。褐煤燃烧所产的含量却较高。褐煤燃烧所产生烟气中单质汞含量最高，亚烟煤次之，烟煤最低。生烟气中单质汞含量最高，亚烟煤次之，烟煤最低。85862、燃烧方式以及添加剂的影

46、响燃烧方式以及添加剂的影响n与司炉和链条炉相比，煤粉炉中煤粉与空气接触更加与司炉和链条炉相比，煤粉炉中煤粉与空气接触更加充分，燃烧效率较高，形成的烟气中充分，燃烧效率较高，形成的烟气中气态汞含量气态汞含量相对相对较高，而留在底渣中的汞相对较少。较高，而留在底渣中的汞相对较少。n在燃烧过程中，向炉膛内加入一定量的在燃烧过程中，向炉膛内加入一定量的CaO等添加剂，等添加剂，温度超过温度超过400时，所释放的烟气中气态单质汞含量将时，所释放的烟气中气态单质汞含量将明显减少。明显减少。8788对燃煤的循环流化床锅炉的汞平衡计算结果表明：对燃煤的循环流化床锅炉的汞平衡计算结果表明：不加石灰石，烟气中汞的

47、浓度为不加石灰石，烟气中汞的浓度为0.17mg/m3N；添加石灰石（添加石灰石（Ca/S=2.2）下，烟气中汞的浓度为）下，烟气中汞的浓度为0.0180.044mg/m3N，且在飞灰和灰渣中的汞的比例明显且在飞灰和灰渣中的汞的比例明显增加。增加。燃煤飞灰和添加的吸附剂燃煤飞灰和添加的吸附剂可以捕集烟气中的汞。可以捕集烟气中的汞。89图图2-13 煤燃烧过程中汞的流向示意图煤燃烧过程中汞的流向示意图汞释放汞释放煤煤飞灰形成飞灰形成气态气态汞汞额外添加额外添加吸附剂吸附剂Hg（飞灰）（飞灰）颗粒物捕集颗粒物捕集Hg（吸附）（吸附）排放至大气排放至大气Hg 2+Hgp Hg0飞灰飞灰飞灰贮存飞灰贮存

48、飞灰再利用飞灰再利用Hg（建材等）（建材等）Hg（释放）（释放）Hg（稳定）（稳定）3、温度的影响、温度的影响n温度高于温度高于900K时，烟气中的汞主要是以时，烟气中的汞主要是以Hg0(g)的形式存的形式存在，占在，占99%，同时有少量的氧化汞，同时有少量的氧化汞HgO，约占，约占1%。温度。温度低于低于750K时，主要形式是氯化汞时，主要形式是氯化汞HgCl2(g)904、烟气成分的影响烟气成分的影响（1）含氯物质含氯物质一般认为烟气中一般认为烟气中Hg的的氧化态氧化态物质主要是物质主要是HgCl2，是含氯物，是含氯物质质(Cl2、HCl、Cl等等)与与Hg作用的结果。作用的结果。91（2

49、）硫元素）硫元素在在氧化性氧化性气氛的烟气中，随着烟气温度的降低，单质汞将气氛的烟气中，随着烟气温度的降低，单质汞将发生化学反应而生成发生化学反应而生成氧化汞氧化汞，硫元素的存在可以促进汞元，硫元素的存在可以促进汞元素以固相素以固相硫酸汞硫酸汞(HgSO4)的形式的形式沉积下来。但烟气中高沉积下来。但烟气中高硫含量会硫含量会抑制抑制汞元素蒸气的氧化以及氯化汞的形成，使硫汞元素蒸气的氧化以及氯化汞的形成，使硫酸汞作为稳定相的温度范围变窄。酸汞作为稳定相的温度范围变窄。92煤中煤中S/Cl比率较低时，硫元素基本上不影响烟气中汞的比率较低时，硫元素基本上不影响烟气中汞的存在形态存在形态,取而代之的是

50、氯元素。取而代之的是氯元素。提高提高S/Cl比率会抑制氯化汞的形成，使单质汞作为稳定比率会抑制氯化汞的形成，使单质汞作为稳定相的温度范围增宽。烟气中高浓度的相的温度范围增宽。烟气中高浓度的SO2不仅会促进硫不仅会促进硫酸汞在灰粒表面凝结，而且还会通过抑制酸汞在灰粒表面凝结，而且还会通过抑制Cl2(g)的形成的形成抑制抑制HgCl2(g)的形成。的形成。93（3）一氧化氮一氧化氮uNO既能促进单质汞的氧化也能阻碍单质汞的氧化既能促进单质汞的氧化也能阻碍单质汞的氧化,这取这取决于决于NO浓度的高低，而浓度的高低，而NO能与能与OH的反应的反应,应是阻碍单应是阻碍单质汞氧化的原因。质汞氧化的原因。9