燃烧与大气污染更新.ppt

燃烧与大气污染更燃烧与大气污染更新新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；了解气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析了解气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素；影响燃烧过程的因素；学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度；学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度；了解颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理了解颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径。解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径。第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染学时：4学时3第一节第一节 燃料的性质燃料的性质燃料燃料：在燃烧过程中能散发出热量，并能被利用的：在燃烧过程中能散发出热量，并能被利用的可燃性物质可燃性物质。燃料分类燃料分类（1 1）按）按物理状态分物理状态分 固体燃料固体燃料:液体燃料液体燃料：气体燃料气体燃料：（2 2）按）按燃料来源燃料来源分：分：天然燃料天然燃料：人工燃料人工燃料：4煤炭煤炭固体酒精固体酒精石蜡石蜡5（3 3）按）按使用多少使用多少来分来分 常规燃料常规燃料：煤；石油；天然气：煤；石油；天然气 非常规燃料非常规燃料：城市固体废弃物、商业和工业固体废弃物、农产物和农村废：城市固体废弃物、商业和工业固体废弃物、农产物和农村废 物、水生植物和水生废物、污泥处理厂废物、可燃性工业和物、水生植物和水生废物、污泥处理厂废物、可燃性工业和 采矿废物、天然存在的含碳和含碳氢的资源、合成燃料等。采矿废物、天然存在的含碳和含碳氢的资源、合成燃料等。煤及其分类煤及其分类(1)最重要的固体燃料;(2)碳、氢、氧、氮、硫等一起构成的有机聚合物。(3)煤中各成分的含量因种类、产地不同而异。固体燃料固体燃料煤煤7分类分类按照植物在地层内碳化程度碳化程度的不同，可将煤分为：泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤。泥煤：泥煤：形成时间最短，质地形成时间最短，质地疏松、吸水性强、含水率疏松、吸水性强、含水率高、氧含量高、碳、硫含高、氧含量高、碳、硫含量较低、挥发分含量高、量较低、挥发分含量高、可燃性好；机械强度较差；可燃性好；机械强度较差；用作用作锅炉燃料或化工原料锅炉燃料或化工原料，当地使用。当地使用。泥煤泥煤褐煤：褐煤：形成时间较短，黑、形成时间较短，黑、褐色，含炭量较高褐色，含炭量较高 ，氢、，氢、氧含量较低；水分和灰分氧含量较低；水分和灰分含量较高含量较高 ，热值较低；易，热值较低；易碎，当地使用。碎，当地使用。褐煤褐煤 烟煤：烟煤：形成时间较长，含形成时间较长，含碳量高，氢、氧含量较低；碳量高，氢、氧含量较低；密度较大，含水量较少，燃密度较大，含水量较少，燃烧易粘结；烧易粘结；品种多品种多（长烟煤、气煤、肥（长烟煤、气煤、肥煤、瘦煤、结焦煤等）煤、瘦煤、结焦煤等）使用范围广使用范围广（制煤气、炼焦（制煤气、炼焦 、动力等）、动力等）烟煤烟煤无烟煤：无烟煤：形成时间最长，含形成时间最长，含碳量高，灰分及挥发分少；碳量高，灰分及挥发分少；质地密实，热值高、灰分少、质地密实，热值高、灰分少、含硫低、污染轻。可燃性差，含硫低、污染轻。可燃性差，多用作民用燃料。多用作民用燃料。无烟煤无烟煤12煤的化学组成煤的化学组成 工工业业分分析析：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。估测硫含量和热量，是评价工业用煤的主要指标。元元素素分分析析：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。13水分水分全水分全水分=外部水分内部水分。外部水分内部水分。煤中水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少，热值降低。煤中水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少，热值降低。外外部部水水分分可可以以靠靠自自然然干干燥燥方方法法除除去去。常常称称取取一一定定量量的的13mm13mm以以下下粒粒度度的的煤煤样样，置置于于干干燥燥箱箱内内，在在45504550温温度度下下干干燥燥8h8h，取取出出冷冷却却，干干燥燥后后所所失失去去的的水水分分质质量量占占煤煤样样原原来来质质量量的的百百分分数就是煤的外部水分数就是煤的外部水分WWWW。外部水分外部水分内内部部水水分分：是是把把失失去去外外部部水水分分的的煤煤样样在在干干燥燥箱箱中中加加热热到到102-102-105105，保持，保持2h2h后才能除掉。后才能除掉。一般控制煤中水分在一般控制煤中水分在10%10%13%13%。（1 1）煤的工业分析）煤的工业分析灰分灰分灰分是煤中灰分是煤中不可燃矿物物质不可燃矿物物质的总称。的总称。我国煤炭的平均灰分含量为我国煤炭的平均灰分含量为2525。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。高灰分、低熔点的煤极易结渣，从而影响热效率。高灰分、低熔点的煤极易结渣，从而影响热效率。煤中灰分的组成煤中灰分的组成挥发分挥发分是煤在与空气隔绝的条件下加热分解出的是煤在与空气隔绝的条件下加热分解出的可燃气体物质可燃气体物质。H H2 2、CHCH、COCO、H H2 2S S等。等。测测定定方方法法：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热加热7 7分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称重分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称重 。16 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碳，是是煤煤的的主要可燃物质主要可燃物质。测测定定：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800800 2020 C C的的环环境境中中灼灼烧烧到到重重量量不不在在变变化化时时，取取出出冷冷却却。焦焦炭炭所所失失去去的的重重量量为为固定碳。固定碳。17煤的元素分析煤的元素分析碳：碳：可燃元素。可燃元素。煤中的碳煤中的碳不是单质不是单质状态存在，而是状态存在，而是与氢、氮、硫等组成与氢、氮、硫等组成有机化合物。有机化合物。煤煤在在燃燃烧烧时时放放出出大大量量的的热热，煤煤形形成成的的地地质质年年代代越越长长，碳碳化化程程度度越越高高，含碳量越大。含碳量越大。氢：氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为2-10%。可燃氢可燃氢（自由氢）：与碳、硫等元素结合的氢。（自由氢）：与碳、硫等元素结合的氢。结合氢结合氢：与氧结合成水的结合氢。结合氢不参与燃烧反应。：与氧结合成水的结合氢。结合氢不参与燃烧反应。在燃烧计算时，应以可燃氢含量计算煤的发热量和燃烧所需要的空气量。在燃烧计算时，应以可燃氢含量计算煤的发热量和燃烧所需要的空气量。氧：氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量。氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量。氮氮：燃燃料料中中含含氮氮量量很很少少，一一般般为为0.5-1.5%0.5-1.5%。在在煤煤中中是是以以有有机机或或无无机机氮氮化化物物的的形形式式存存在在的的，少少数数有有机机氮氮化化物物参参与与燃燃烧烧反反应应，最最终终会会形形成成污污染染大大气气的的氮氮氧氧化化物物。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，碱碱液液吸吸收收，用用酸酸滴滴定定，而而无无机机氮氮化化物物在在一一般般情情况况下下不不参参与与燃燃烧烧反反应。应。硫：测定硫：测定全硫测定、各种形态的硫的测定。全硫测定、各种形态的硫的测定。全全硫硫测测定定煤煤中中全全硫硫的的测测定定方方法法GB/T214-2007 GB/T214-2007 艾艾氏氏法法（经典方法）（经典方法）、库伦滴定法、高温燃烧法、库伦滴定法、高温燃烧法 四种形态：四种形态：黄铁矿硫、硫酸盐硫、有机硫、单质硫黄铁矿硫、硫酸盐硫、有机硫、单质硫。灰分一部分灰分一部分 SO SO2 2 SO SO2 221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22煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法收到基：收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括锅炉炉前使用的燃料，包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：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燃料分析时的试样成分行燃料分析时的试样成分。干燥基：干燥基：以以去掉全部水分去掉全部水分的燃料作为的燃料作为100%100%的成分的成分。干燥无灰基：干燥无灰基：以以去掉水分和灰分去掉水分和灰分的燃料作为的燃料作为100%100%的成分的成分。23液体燃料液体燃料石油石油天然液体燃料：天然液体燃料：石油（原油）是液体燃料的主要来源，是天然存在的黑褐色 的黏稠液体。密度0.78-1.00g/cm3，其组成和物理化学成分随产地 的不同有很大差异。主要是由链烷烃，环烷烃、烯烃和芳香烃等碳 氢化合物组成的混合物。组成元素：C、H、O、N、S，还含有微量的 钒、铅等。石油硫的存在形式：大部分能有机硫形式存在，原油通 过蒸馏、裂化和重整过程生产出各种产品。原油中的S约有8090%留 于重馏分中。硫以复杂的环状结构存在，而需去除的仅是硫原子，故 不能用物理方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏CSC键 形成H2S气体，可达目的，但费用很高。人为加工的液体燃料：人为加工的液体燃料：石油经过加工后的产品、合成的液体燃料以及煤经高 压加氢所获得的液体燃料。如汽油、煤油、柴油、重油（原油加工后 残渣总称，对环境的污染最大）。24气体燃料气体燃料天然气天然气气体燃料属于气体燃料属于清洁燃料清洁燃料，是最理想的的燃料。主要包括，是最理想的的燃料。主要包括天然气、天然气、液化石油气、裂化石油气、焦炉煤气液化石油气、裂化石油气、焦炉煤气。天然气是典型的气体燃料，它的组成一般由天然气是典型的气体燃料，它的组成一般由85%85%的甲烷、的甲烷、10%10%乙烷、乙烷、3%3%丙烷及少量含丙烷及少量含C C更高的碳氢化合物更高的碳氢化合物组成。此外还含有组成。此外还含有水、二氧化碳水、二氧化碳和硫化氢等和硫化氢等。硫化氢燃烧生成硫氧化物，污染环境，很多国家都规定。硫化氢燃烧生成硫氧化物，污染环境，很多国家都规定了天然气中总硫量和硫化氢的最大允许值。了天然气中总硫量和硫化氢的最大允许值。液化石油气主要成分是液化石油气主要成分是C2C2、C3C3、C4C4。具有易运输、储存、发热高、。具有易运输、储存、发热高、含硫低、轻污染等特点。广泛用于汽车和民用生活燃料。含硫低、轻污染等特点。广泛用于汽车和民用生活燃料。25非常规燃料非常规燃料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 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26第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程 燃烧过程及燃烧产物燃烧过程及燃烧产物 燃燃烧烧是是可可燃燃混混合合物物的的快快速速氧氧化化过过程程，并并伴伴有有能能量量的的释释放放，同同时时使使燃燃料料的组成元素转化成相应的氧化物。的组成元素转化成相应的氧化物。完全燃烧：完全燃烧：COCO2 2、H H2 2O O不完全燃烧：不完全燃烧：COCO2 2、H H2 2O O、COCO、黑烟及其他部分氧化产物、黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有如果燃料中含有S S和和N N，则会生成，则会生成SOSO2 2和和NONOx x燃烧温度较高时，燃烧温度较高时，空气中的部分空气中的部分N N可能被氧化成可能被氧化成NONO热力型热力型NONOx x燃料种类对燃烧产物的影响（以燃料种类对燃烧产物的影响（以1000MW电站为例）电站为例）29影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素（3T3T）空气条件：空气条件：空气量过小，燃烧不完全；空气量过小，燃烧不完全；过过大大，会会降降低低炉炉温温，增增加加锅锅炉炉的的排烟损失。排烟损失。温度条件：温度条件：着火温度着火温度是指可燃性物质在空气中开始燃烧必须所达到最低温度。是指可燃性物质在空气中开始燃烧必须所达到最低温度。每种燃料的着火点不同，每种燃料的着火点不同，固体燃料固体燃料 液体燃料液体燃料 周围的空气温度周围的空气温度 降低锅炉的热效率、恶化炉工的工作条件。降低锅炉的热效率、恶化炉工的工作条件。损失与损失与散热面积、绝热层的厚度、环境温度、风速散热面积、绝热层的厚度、环境温度、风速等有关等有关40燃烧计算燃烧计算燃烧所需理论空气量燃烧所需理论空气量 1.1.理论空气量理论空气量 单位量燃料单位量燃料按燃烧反应方程式按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量。以（空气量。以（V Va a0 0）表示。）表示。与燃料种类有关。与燃料种类有关。理论空气量计算理论空气量计算:（1 1）可由燃烧反应方程式）可由燃烧反应方程式 （2 2）经验公式（由热值）经验公式（由热值）固体燃料、液体燃料、气体燃料、天然气固体燃料、液体燃料、气体燃料、天然气41建立燃烧化学方程式的五个假定建立燃烧化学方程式的五个假定：空气中仅由氮气和氧气组成，其体积分数为：空气中仅由氮气和氧气组成，其体积分数为：7979：21=3.7621=3.76。燃料中的燃料中的固定态氧参与燃烧反应固定态氧参与燃烧反应。燃料中的燃料中的硫硫主要被氧化为主要被氧化为二氧化硫二氧化硫。计算理论空气量时，计算理论空气量时，忽略热力型忽略热力型NONOx x的生成量的生成量。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NONO，一般以，一般以N N2 2为主。为主。燃烧的化学组成式为燃烧的化学组成式为C Cx xH Hy yS Sz zO Ow w,其中其中x x、y y、z z、w w分别代表碳、氢、硫分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。则燃料与空气中的氧气完全燃烧的化学反应式为：和氧的原子数。则燃料与空气中的氧气完全燃烧的化学反应式为：42式中式中Q Q为燃烧热。理论空气量为燃烧热。理论空气量 为：为：43理论空气量的经验计算公式理论空气量的经验计算公式 通过元素分析得出燃料中通过元素分析得出燃料中C C、H H、O O等含量后，可由前面反应式计算理论空气量。若知等含量后，可由前面反应式计算理论空气量。若知道道燃料的热值燃料的热值，可由以下经验公式估算理论空气量：，可由以下经验公式估算理论空气量：1 1）固体燃料：）固体燃料：2 2）液体燃料：）液体燃料：3 3）气体燃料：）气体燃料：当当 时，时，当当 时，时，天燃气：天燃气：44例例：某某燃燃烧烧装装置置采采用用重重油油作作燃燃料料，重重油油成成分分分分析析结结果果如如下下（按按质质量量）C C：88.3%88.3%，H H：9.5%,H9.5%,H2 2O O：0.5 0.5%，S S：1.6%1.6%，灰灰分分：0.10%0.10%。试试确确定定燃燃烧烧1kg1kg重重油油所需的理论空气量。所需的理论空气量。解：以解：以1kg1kg重油燃烧为基础，则：重油燃烧为基础，则：重量（重量（g g）摩尔数（摩尔数（molmol）需氧量（需氧量（molmol）C C8838837373585873735858H H959547475 523237575S S16160 05 50 05 5H H2 2O O502780 045 理论需氧量为：理论需氧量为：73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油重油 假定空气中假定空气中N N2 2与与O O2 2的摩尔比为的摩尔比为3.76(3.76(体积比体积比)则，理论空气量为：则，理论空气量为：mol/kg mol/kg重油重油 即即 NmNm3 3/kg/kg重油重油462.2.空气过剩系数（空气过剩系数（）空气过剩系数（空气过剩系数（）是指实际空气量）是指实际空气量 与理论空气量与理论空气量 的比。的比。即：即：通常通常11，值的大小决定于值的大小决定于燃料种类、燃烧方式及燃烧条件燃料种类、燃烧方式及燃烧条件等因素。等因素。473.3.空燃比（空燃比（AFAF）单位质量单位质量燃料燃烧所需要的燃料燃烧所需要的空气质量空气质量，可由，可由燃烧方程式燃烧方程式直接求得。直接求得。例：纯碳在理论空气量下的完全燃烧：例：纯碳在理论空气量下的完全燃烧：空燃比：空燃比：空燃比随着燃料中氢相对含量的减少，碳的相对含量的增加，理论空燃比空燃比随着燃料中氢相对含量的减少，碳的相对含量的增加，理论空燃比随之减小。随之减小。481.1.理论烟气量和实际烟气量理论烟气量和实际烟气量 理论烟气量：理论烟气量：在供给在供给理论空气量理论空气量条件下，燃料完全燃烧产生的烟条件下，燃料完全燃烧产生的烟气体积。气体积。以以 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。实际烟气量：实际烟气量：理论烟气量与过剩空气量之和。以理论烟气量与过剩空气量之和。以 表示。表示。即：即：干烟气：干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；除水蒸气以外的成分称为干烟气；湿烟气：湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。包括水蒸气在内的烟气。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Vfg0CO2V干烟气V湿烟气SO2N2VH2O燃料中H燃烧生成H2O燃料中H2OVa0带入的H2O50例：例：CHCH4 4完全燃烧完全燃烧 由反应式可以计算出由反应式可以计算出1mol1mol的的CHCH4 4完全燃烧产生完全燃烧产生10.52mol10.52mol烟烟气。气。设空气过剩系数设空气过剩系数=1.05=1.05，由可得：，由可得：=10.996 =10.996512.2.烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正 燃烧产生的烟气其燃烧产生的烟气其T T、P P总高于标态（总高于标态（273K273K、1atm1atm）故需换算成标态。）故需换算成标态。大多数烟气可视为理想气体，故可应用理想气体状态方程。大多数烟气可视为理想气体，故可应用理想气体状态方程。设观测状态下（设观测状态下（T Ts s、P Ps s下）：烟气的体积为下）：烟气的体积为V Vs s，密度为，密度为s s。标态下（标态下（T Tn n、P Pn n下）：下）：烟气的体积为烟气的体积为V Vn n，密度为，密度为n n。标态下体积为：标态下体积为：标态下密度为：标态下密度为：pV=mRT/M=nRT3.3.过剩空气校正过剩空气校正 因因为为实实际际燃燃烧烧过过程程是是有有过过剩剩空空气气的的，所所以以燃燃烧烧过过程程中中的的实实际际烟烟气气体体积积应应为理论烟气体积与过剩空气量之和。为理论烟气体积与过剩空气量之和。用用奥奥氏氏烟烟气气分分析析仪仪测测定定烟烟气气中中的的COCO2 2、O O2 2和和COCO的的含含量量，可可以以确确定定燃燃烧烧设设备备在运行中烟气成分和空气过剩系数。在运行中烟气成分和空气过剩系数。以碳在空气中的完全燃烧为例：以碳在空气中的完全燃烧为例：以碳在空气中的完全燃烧为例：以碳在空气中的完全燃烧为例：a a为空气过剩系数为空气过剩系数 =a-a-过剩空气中过剩空气中O O2 2的过剩系数的过剩系数设设燃燃烧烧是是完完全全燃燃烧烧，过过剩剩空空气气中中的的氧氧只只以以O O2 2形形式式存存在在，燃燃烧烧产产物物用用下下标标P P表示，表示，O O2 2 P P=a O=a O2 2 假假假假设设设设空空空空气气气气只只只只有有有有O O O O2 2 2 2、N N N N2,2,2,2,分分分分别别别别为为为为20.9%20.9%20.9%20.9%、79.1%79.1%79.1%79.1%，则则则则空空空空气气气气中中中中总总总总氧氧氧氧量量量量为为为为:20.9/79.1:20.9/79.1:20.9/79.1:20.9/79.1N N N N2P2P2P2P=0.264=0.264=0.264=0.264N N N N2P2P2P2P 理论需氧量：理论需氧量：理论需氧量：理论需氧量：0.264N0.264N0.264N0.264N2P2P2P2P-O-O-O-O2P2P2P2P 所以所以所以所以 （燃烧完全时）（燃烧完全时）（燃烧完全时）（燃烧完全时）若若若若燃燃燃燃烧烧烧烧不不不不完完完完全全全全会会会会产产产产生生生生COCOCOCO，须须须须校校校校正正正正。即即即即从从从从测测测测得得得得的的的的过过过过剩剩剩剩氧氧氧氧中中中中减去减去减去减去COCOCOCO氧化为氧化为氧化为氧化为COCOCOCO2 2 2 2所需的所需的所需的所需的O O O O2 2 2 2 此时此时此时此时 各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。54污染物排放量的计算污染物排放量的计算 1 1）实测法：实际测量烟气中）实测法：实际测量烟气中污染物浓度，排烟体积和温度污染物浓度，排烟体积和温度等数据，等数据，计算污染物的排放量。（工作量大，需要一定的仪器和条件）计算污染物的排放量。（工作量大，需要一定的仪器和条件）2 2）预测法：根据同类燃烧设备的排污系数，燃料成分和燃烧状况，）预测法：根据同类燃烧设备的排污系数，燃料成分和燃烧状况，通过燃料衡算预测通过燃料衡算预测烟气量、污染物浓度和污染物排放量烟气量、污染物浓度和污染物排放量。（简单方便）。（简单方便）例例2-42-4对于例对于例2-32-3给定的重油，若燃料中硫全部转给定的重油，若燃料中硫全部转化为化为SOSOx x（其中（其中SOSO2 2占占97%97%），试计算空气过剩系数），试计算空气过剩系数=1.2=1.2时烟气中时烟气中SOSO2 2和和SOSO3 3的体积分数，以的体积分数，以1010-6-6表示；表示；并计算此时干烟气中并计算此时干烟气中COCO2 2的含量，以体积分数表示。的含量，以体积分数表示。质量质量/g/g重油成分物质的量重油成分物质的量/mol/mol理论需氧量理论需氧量/mol/mol烟气量烟气量/mol/molC C88388373.5873.5873.5873.5873.58 CO73.58 CO2 2H H959547.547.523.7523.7547.5 H47.5 H2 2O OS S16160.50.50.50.50.5 So0.5 Sox xH H2 2O O0.50.50.02780.02780 00.0278 H0.0278 H2 2O ON N2 297.833.78 N97.833.78 N2 2解：理论烟气量为解：理论烟气量为解：理论烟气量为解：理论烟气量为73.58+47.5+0.5+0.0278+97.833.78=491.4mol/kg73.58+47.5+0.5+0.0278+97.833.78=491.4mol/kg73.58+47.5+0.5+0.0278+97.833.78=491.4mol/kg73.58+47.5+0.5+0.0278+97.833.78=491.4mol/kg（重油）（重油）（重油）（重油）=11.01m=11.01m=11.01m=11.01mN N N N3 3 3 3/kg/kg/kg/kg 实际烟气量实际烟气量实际烟气量实际烟气量11.01+10.470.2=13.10m11.01+10.470.2=13.10m11.01+10.470.2=13.10m11.01+10.470.2=13.10mN N N N3 3 3 3/kg/kg/kg/kg SO SO SO SO2 2 2 2体积体积体积体积0.50.9722.4/1000m0.50.9722.4/1000m0.50.9722.4/1000m0.50.9722.4/1000mN N N N3 3 3 3/kg=0.0109m/kg=0.0109m/kg=0.0109m/kg=0.0109mN N N N3 3 3 3/kg/kg/kg/kg SO SO SO SO3 3 3 3体积体积体积体积0.50.0322.4/1000m0.50.0322.4/1000m0.50.0322.4/1000m0.50.0322.4/1000mN N N N3 3 3 3/kg=3.3610/kg=3.3610/kg=3.3610/kg=3.3610-4-4-4-4m m m mN N N N3 3 3 3/kg /kg /kg /kg 体积分数体积分数体积分数体积分数 干烟气中干烟气中干烟气中干烟气中COCOCOCO2 2 2 2的含量：干烟气量的含量：干烟气量的含量：干烟气量的含量：干烟气量12.04m12.04m12.04m12.04mN N N N3 3 3 3/kg/kg/kg/kg CO CO CO CO2 2 2 2体积体积体积体积73.5822.4/1000m73.5822.4/1000m73.5822.4/1000m73.5822.4/1000mN N N N3 3 3 3/kg=1.648m/kg=1.648m/kg=1.648m/kg=1.648mN N N N3 3 3 3/kg/kg/kg/kg 干烟气中干烟气中干烟气中干烟气中COCOCOCO2 2 2 2的体积分数：的体积分数：的体积分数：的体积分数：1.648/12.04 100%=13.69%1.648/12.04 100%=13.69%1.648/12.04 100%=13.69%1.648/12.04 100%=13.69%例题例题2-5 2-5 已知某电厂烟气温度为已知某电厂烟气温度为473K473K，压力等于，压力等于96.93kPa96.93kPa，湿烟气量，湿烟气量q qV V=10400m=10400m3 3/min/min，含水汽，含水汽6.25%6.25%（体积（体积分数）。奥萨特仪分析结果是：分数）。奥萨特仪分析结果是：(CO(CO2 2)=10.7%)=10.7%，(O(O2 2)=8.2%)=8.2%，不含，不含COCO。污染物排放的质量流量是。污染物排放的质量流量是2222。7kg/min7kg/min。求：。求：(1)(1)污染物排放的质量流量污染物排放的质量流量(以以t/dt/d表示表示)；(2)(2)污染物在烟气中的浓度；污染物在烟气中的浓度；(3)(3)燃烧时的空气过剩系数；燃烧时的空气过剩系数；(4)(4)校正至空气过剩系数校正至空气过剩系数=1.4=1.4时污染物在烟气中的浓度时污染物在烟气中的浓度。解：（1）污染物排放的质量流量为：（2）测定条件下的干烟气量：测定条件下干烟气中污染物的浓度：标况下的浓度：（3）空气过剩系数：（4）校正至空气过剩系数为1.4条件下的污染物浓度：作业：作业：P31 2.8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 一一、燃料中硫的氧化机理、燃料中硫的氧化机理1.燃料中硫的氧化燃料中硫的氧化 61 含硫燃料燃烧的特征是含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色火焰呈蓝色，由于反应：，由于反应：在所有的情况下，它都作为一种重要的在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体出现。反应中间体出现。62 2.H2S的氧化的氧化633.CS2和和COS的氧化的氧化644.元素元素S的氧化的氧化 纯硫氧化的唯一特点在于生成的纯硫氧化的唯一特点在于生成的SO3所占所占SOx的百分的百分比较通常情况高得多（约比较通常情况高得多（约20%）。）。655.有机硫化物的氧化有机硫化物的氧化66二、二、SO2和和SO3之间的转化之间的转化 SO2+O+MSO3+M（1）SO3+OSO2+O2（2）SO3+HSO2+OH（3）SO3+MSO2+O+M（4）（1 1）在炽热反应区）在炽热反应区，O 浓度很高，反应浓度很高，反应（1）和和（2）起支配起支配作用作用(0.1%5%SO2)（2）在富燃料条件下，在富燃料条件下，OO浓度低得多，浓度低得多，SOSO3 3的去除反应主要为的去除反应主要为反应（反应（3 3）(1/40 (1/401/80SO2)67烟气离开炉膛进入低温受热面，烟气离开炉膛进入低温受热面，SOSO3 3的生成量不的生成量不断增加断增加受热面积和金属氧化物的催化作用的结果。受热面积和金属氧化物的催化作用的结果。燃烧后烟气中的水蒸气可能与燃烧后烟气中的水蒸气可能与SOSO3 3结合生成结合生成H H2 2SOSO4 4，转化率，转化率:转化转化率与温度密切相关率与温度密切相关：温度越低，温度越低，x越大越大H2SO4浓度越高，酸露点越高浓度越高，酸露点越高烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀腐蚀6869SO3的转化率的转化率/%第五节第五节 燃烧过程中颗粒物污染物的形成燃烧过程中颗粒物污染物的形成一一、碳粒子的生成、碳粒子的生成1.1.积炭的生成：积炭的生成：（1 1）核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳）核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳（2 2）核表面上发生非均质反应）核表面上发生非均质反应（3 3）较为缓慢的聚团和凝聚过程）较为缓慢的聚团和凝聚过程燃料的分子结构是影响积炭的主导因素燃料的分子结构是影响积炭的主导因素扩散火焰：萘扩散火焰：萘 苯苯 炔炔 双烯双烯 单烯单烯 烷烷预混火焰：萘预混火焰：萘 苯苯 醇醇 烷烷 烯烯 醛醛 炔炔积炭的生成与火焰的结构有关积炭的生成与火焰的结构有关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702.2.石油焦和煤胞的生成石油焦和煤胞的生成液态烃高温分解产生液态烃高温分解产生燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液燃料油雾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多组分重残油的燃烧后期会生成多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞煤胞，难以燃烧。，难以燃烧。焦粒生成反应的顺序：烷烃焦粒生成反应的顺序：烷烃烯烃烯烃带支链芳烃带支链芳烃凝聚环系凝聚环系沥青沥青半园体沥青半园体沥青沥青焦沥青焦焦炭焦炭71二、二、燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成烟尘烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：黑烟：未燃尽的碳粒黑烟：未燃尽的碳粒飞灰：不可燃矿物质微粒（飞灰：不可燃矿物质微粒（HgHg、AsAs、SeSe、PbPb、CuCu、ZnZn、ClCl、BrBr、S S）污染元素，有害健康。污染元素，有害健康。1.1.煤粉燃烧过程煤粉燃烧过程挥发分挥发分燃烧燃烧：燃烧速率快：燃烧速率快决定煤燃烧过程性能的是固定碳部分。决定煤燃烧过程性能的是固定碳部分。固定碳燃烧固定碳燃烧：表面燃烧速率：表面燃烧速率 72COO2CO2CO2+C CO 燃烧条件理想，完全燃烧；燃烧条件理想，完全燃烧；燃烧条件不理想，高温热解，形成多环化合物，冒黑燃烧条件不理想，高温热解，形成多环化合物，冒黑烟。烟。影响黑烟生成的条件：影响黑烟生成的条件：C/O（C/O900oC时，析出率时，析出率90还原性气氛的析出率低于氧化性气氛还原性气氛的析出率低于氧化性气氛Hg排放控制是燃煤污染控制的新课题之一排放控制是燃煤污染控制的新课题之一82本章小结通通过过本本章章的的学学习习，要要求求了了解解主主要要能能源源燃燃料料煤煤，石石油油，天天然然气气的的构构成成及及特特征征。能能够够进进行行空空气气量量及及烟烟气气量量的的计计算算，并并且且了了解解燃燃烧烧过过程程中中各各种种污染物的形成机理。污染物的形成机理。83