大气污染控制工程燃烧与大气污染.pptx

扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 1燃烧与大气污染1.1.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3.3.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5.5.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第1页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 2燃烧与大气污染-燃料的性质燃料的分类 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 第2页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 3燃烧与大气污染-燃料的性质典型气体、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第3页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 4燃烧与大气污染-燃料的性质典型气体、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(续续)第4页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 5燃烧与大气污染-燃料的性质 液态燃料的挥发（以汽油为例）液态燃料的挥发（以汽油为例）第5页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 6燃烧与大气污染-燃料的性质l碳：可燃元素。碳：可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出纯碳完全燃烧时，放出32860 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9268kJ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，无烟煤含碳量约碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约90%98%，一般煤的含碳量约一般煤的含碳量约50%95%。l氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量氢：是燃料中发热量最高的元素。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氢完全燃氢完全燃烧时能放出烧时能放出120500 kJ的热量。的热量。第6页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 7燃烧与大气污染-燃料的性质l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l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%l硫硫：以以三三种种形形态态存存在在：有有机机硫硫、硫硫化化铁铁硫硫和和硫硫酸酸盐盐硫硫。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成产产物物为为SOSO2 2和和SOSO3 3，其中，其中SOSO2 2占占95%95%以上。以上。第7页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 8燃烧与大气污染-燃料的性质l水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分：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）水分由表面水分（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箱中加热到放在干燥箱中加热到102105102105 C C，保持，保持2h2h后才能除掉。后才能除掉。l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。褐煤第8页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 9燃烧与大气污染-燃料的性质第9页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 10燃烧与大气污染-燃料的性质 煤的基本分类q褐煤褐煤-最低品味的煤，形成年代最短，热值较低q烟煤烟煤-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无烟煤无烟煤-煤化时间最长，含碳量最高（高于93），成焦性差,发热量大第10页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 11燃烧与大气污染-燃料的性质褐煤烟煤无烟煤第11页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 12 煤的详细分类燃烧与大气污染-燃料的性质第12页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 13燃烧与大气污染-燃料的性质 煤的成分分析工业分析（工业分析（proximate analysis proximate analysis）测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。元素分析（元素分析（ultimate analysis ultimate analysis）用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。第13页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 14 煤的工业分析水分：水分：-一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内318323K温度下干燥8h，取出冷却，称重 外部水分-将失去外部水分的煤样保持在375380K下，约2h后，称重 内部水分挥发分：挥发分：-失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中加热7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重 燃烧与大气污染-燃料的性质第14页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 15燃烧与大气污染-燃料的性质 煤的工业分析（续）固定碳固定碳-失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳灰分：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第15页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 16燃烧与大气污染-燃料的性质l煤中灰分的组成：l我国煤炭的平均灰分含量为25l灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量第16页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 17 煤的元素分析碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，S SO42-，滴定燃烧与大气污染-燃料的性质第17页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 18 煤中硫的形态燃烧与大气污染-燃料的性质第18页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 19l煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法 要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种：收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分 空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分 燃烧与大气污染-燃料的性质第19页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 20燃烧与大气污染-燃料的性质干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分第20页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 21 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 燃烧与大气污染-燃料的性质第21页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 22我国部分煤种的分析结果 燃烧与大气污染-燃料的性质第22页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 23燃烧与大气污染-燃料的性质我国部分煤种的分析结果(续）第23页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 24燃烧与大气污染-燃料的性质其他燃料其他燃料 l石油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l天然气典型的气体燃料一般组成为甲烷85、乙烷10、丙烷3第24页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 25燃烧与大气污染-燃料的性质其他燃料其他燃料 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 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第25页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 26燃烧与大气污染-燃料的性质lSample:C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%and ash:7.9%by weight.Determine the normalized molar composition.lElement Wt%mol/100g mol/mol(碳碳)C 77.2 12 =6.43 6.43 =1.00 H 5.20 1 =5.20 6.43 =0.808 N 1.20 14 =0.0857 6.43 =0.013 S 2.60 32 =0.0812 6.43 =0.013 O 5.90 16 =0.369 6.43 =0.057 ash 7.9 6.43 =1.23 g/molClThe normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057 第26页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 27燃料的最重要的两个属性v热值决定燃料的消耗量v杂质污染物产生的来源燃烧与大气污染-燃料的性质第27页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 28燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素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：CO2、H2O不不完完全全燃燃烧烧：CO2、H2O&CO、黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO空气中的部分N可能被氧化成NO热力型NOx第28页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 29燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 燃料完全燃烧的条件（3T）空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分混合第29页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 30典型燃料的着火温度燃烧与大气污染-燃料燃烧过程第30页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 31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）燃烧与大气污染-燃料燃烧过程第31页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 32典型锅炉热损失与过剩空气量的典型锅炉热损失与过剩空气量的典型锅炉热损失与过剩空气量的典型锅炉热损失与过剩空气量的关系关系燃烧与大气污染-燃料燃烧过程第32页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 33 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烧与大气污染-燃料燃烧过程第33页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 34燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 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 20.9%O2和和79.1%N2，两两者者体体积积比比为为：N2/O2=3.78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不考虑不考虑NOX的生成的生成燃料中的燃料中的NN在燃烧时转化为在燃烧时转化为N2燃料的化学式为燃料的化学式为C CxH HyS SzOOw第34页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 35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+16+16ww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燃烧与大气污染-燃料燃烧过程第35页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 36燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 例题：第36页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 37 空气过剩系数实际空气量与理论空气量之比。以表示，通常1部分炉型的空气过剩系数燃烧与大气污染-燃料燃烧过程第37页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 38燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 空燃比单位质量燃料燃烧所需要的空气质量 例如：汽油（C8H18）的完全燃烧：-汽油的质量：128+1.00818=114.14 -空气的质量：3212.5+283.7812.5=1723-空燃比 AF=15.11第38页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 39燃烧与大气污染-燃料燃烧过程l例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。l解：以1kg重油燃烧为基础，则：第39页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 40燃烧与大气污染-燃料燃烧过程重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C88373587358H954752375S160505H2O050027802009.10第40页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 41l理论需氧量为：l73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油l假定空气中N2与O2的摩尔比为3.78(体积比)则，理论空气量为：mol/kg重油l即 m3/kg重油燃烧与大气污染-燃料燃烧过程第41页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 42燃烧与大气污染-燃料燃烧过程 燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等 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第42页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 43燃烧与大气污染-燃料燃烧过程燃烧产物与温度的关系：第43页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 44燃烧与大气污染-燃料燃烧过程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1000MW1000MW电站为例）：电站为例）：电站为例）：电站为例）：第44页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 45燃烧与大气污染-燃料燃烧过程燃烧方式：燃烧方式：n固体燃料的燃烧方式有 u 层状燃烧u 悬浮燃烧 悬浮燃烧u 流化床燃烧（FBC）n液体和气体燃料均属于悬浮燃烧。第45页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 46燃烧与大气污染-燃料燃烧过程层状燃烧 燃料置于炉排（又称炉栅或炉篦）上燃烧，燃烧可以自下而上进行（称正烧）或自上而下进行（称反烧）。常见的炉排形式有固定式、往复式、平移式（链条炉排）。第46页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 47燃烧与大气污染-燃料燃烧过程悬浮燃烧燃料悬浮于炉腔内燃烧，煤粉炉、油炉燃料悬浮于炉腔内燃烧，煤粉炉、油炉和气炉都是这种燃烧方式。第47页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 48燃烧与大气污染-燃料燃烧过程流化床燃烧流化床燃烧又称沸腾燃烧。沸腾炉的原理如图所示，气流以较高的速度通过一定大小颗粒的燃料层，使其呈流化状态。这种燃烧方式可燃用劣质煤和矸石，且燃烧温度低，氮氧化物生成量很少。第48页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 49燃烧与大气污染-燃料燃烧过程发热量：发热量：单位燃料完全燃烧时，所放出的热量，即在反应物开始状态和反应产物 终 了 状 态 相 同 下 的 热 量 变 化（kJ/kg or kcal/kg）高位发热量：包括燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热低位发热量：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第49页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 50燃烧与大气污染-燃料燃烧过程l燃烧设备的热损失排烟热损失不完全燃烧热损失(化学、机械)散热损失l在在充充分分混混合合的的条条件件下下，热热损损失失在在理理论论空空气气量条件下最低量条件下最低l不不充充分分混混合合时时，热热损损失失最最小小值值出出现现在在空空气气过剩一侧过剩一侧第50页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 51燃烧与大气污染-燃料燃烧过程燃烧热损失与空燃比的关系第51页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 52燃烧与大气污染-烟气体积计算 烟气体积计算理论烟气体积 CO2、SO2、N2和H2O干烟气、标准干烟气、湿烟气烟气体积和密度的校正转化为标态下（273K、1atm）的体积和密度注意：美、日和全球监测系统网的标态为298K、1atm。第52页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 53过剩空气校正实际空气量=（1+）（O2+3.78N2）完全燃烧：与理论空气量相比多（O2+3.78N2）此时烟气中，O2的量为O2P=O2，N2的量为N2P=3.78（1+）N2空气中O2=（20.9/79.1）N2=0.264N2，即进入燃烧系统的空气总氧量为 0.264N2P燃烧与大气污染-烟气体积计算第53页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 54过剩空气校正理论需氧量=0.264 N2P-O2P，空气过剩系数 =1+O2P/（0.264 N2P-O2P）假如燃烧过程中产生CO，过剩氧量必须加以校正：O2P-0.5 COP=1+（O2P-0.5 COP）/0.264 N2P-（O2P-0.5 COP）以上组分的量均可由烟气分析仪测定。燃烧与大气污染-烟气体积计算第54页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 55l方法：方法：根据实测的污染物浓度和排烟量根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况预测烟气量和污染物浓度燃烧与大气污染-烟气体积计算2009.10第55页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 56燃烧与大气污染-烟气体积计算l例例：对对例例2-32-3给给定定的的重重油油，若若燃燃料料中中硫硫转转化化为为SOSOX X（其其中中SOSO2 2占占97%97%），试试计计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ppmppm表表示示，并并计计算算此此时时烟烟气气中中COCO2 2的的含含量量，以以体体积积百百分分比比表表示。示。2009.10第56页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 57燃烧与大气污染-烟气体积计算l解：由例2-3可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：CO2：73.58 H2O：47.5+0.0278SOX：0.5 NX：l理论烟气量：l73.58+0.5+(47.5+0.0278)+()=491.4mol/kg重油即 491.40.0224=11.01m3/kg重油l空气过剩系数=1.2时，实际烟气量为：11.01+10.470.2=13.10m3/kg重油l其中10.47为理论空气量，即1Kg重油完全燃烧所需理论空气量。第57页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 58燃烧与大气污染-烟气体积计算l烟气中SO2的体积为 l烟气中SO3N的体积为 l所以，烟气中SO2、SO3的浓度分别为：第58页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 59燃烧与大气污染-烟气体积计算l当=1.2时，干烟气量为：lCO2体积为：l所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为：第59页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 60燃烧与大气污染-燃烧过程中硫氧化物的形成 硫的氧化机理 有机硫的分解温度较低无机硫的分解速度较慢含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色，由于反应：在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体第60页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 611.硫的氧化机理硫的氧化机理H2S的氧化燃烧与大气污染-燃烧过程中硫氧化物的形成第61页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 62燃烧与大气污染-燃烧过程中硫氧化物的形成CS2和COS的氧化第62页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 63燃烧与大气污染-燃烧过程中硫氧化物的形成元素S的氧化第63页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 64有机硫化物的氧化 燃烧与大气污染-燃烧过程中硫氧化物的形成第64页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 65 SO2和SO3之间的转化 l反应方程式反应方程式-SO2+O+MSO3+M（1）-SO3+OSO2+O2（2）-SO3+HSO2+OH（3）-SO3+MSO2+O+M（4）l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）起支起支配作用配作用燃烧与大气污染-燃烧过程中硫氧化物的形成第65页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 66燃烧与大气污染-燃烧过程中硫氧化物的形成 SO SO2 2和和SOSO3 3之间的转化之间的转化lSOSO3 3生成速率生成速率 l当当dSOdSO3 3/d/dt t=0 =0 时，时，SOSO3 3浓度达到最大浓度达到最大 l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的去除反应主要为反应的去除反应主要为反应（3 3），），SOSO3 3的最大浓度：的最大浓度：第66页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 67燃烧与大气污染-燃烧过程中硫氧化物的形成l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:l转化率与温度密切相关转化率与温度密切相关lH2SO4浓度越高，酸露点越高浓度越高，酸露点越高l烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀第67页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 68燃烧与大气污染-燃烧过程中硫氧化物的形成SO3的转化率/%第68页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 69燃烧与大气污染-颗粒物的形成 碳粒子的生成碳粒子的生成积炭的生成1.核化过程：气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳2.核表面上发生非均质反应3.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压力越低则积炭的生成趋势越小第69页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 70燃烧与大气污染-颗粒物的形成 火焰的结构预混火焰：气体燃料和空气在燃烧前充分混合（bursen burner,meeker burner）扩散火焰：燃料和空气分别进入燃烧区，混合然后发生反应（实际中应用最多），不同的区域有不同的(0)值第70页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 71燃烧与大气污染-颗粒物的形成 火焰的结构（续）层流火焰：Re2200，强烈的湍流作用，但分子扩散仍然起作用LaminartransitiondevelopedturbulentheightJetvelocity第71页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 72燃烧与大气污染-颗粒物的形成 碳粒子的生成碳粒子的生成乙炔火焰中生碳反应过程乙炔火焰中生碳反应过程乙炔火焰中生碳反应过程乙炔火焰中生碳反应过程第72页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 73 碳粒子的生成碳粒子的生成 石油焦和煤胞的生成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，出现结焦多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞，难以燃烧。焦粒生成反应的顺序：烷烃 烯烃 带支链芳烃 凝聚环系 沥青 半园体沥青 沥青焦 焦炭 燃烧与大气污染-颗粒物的形成第73页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 74燃烧与大气污染-颗粒物的形成l烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：黑烟：未燃尽的碳粒飞灰：不可燃矿物质微粒l煤粉燃烧过程碳表面的燃烧产物为CO，它扩散离开表面并与O2反应灰层碳层外扩散第74页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 75燃烧与大气污染-颗粒物的形成 燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成l煤粉燃烧过程理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟在预混火焰中，C/O大约为0.5时最易形成黑烟易燃烧又少出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤 焦炭 褐煤 低挥发分烟煤 高灰发分烟煤碳粒子燃尽的时间与粒子的初始直径、表面温度、氧气浓度等有关第75页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 76燃烧碳层中成分和温度分布燃烧碳层中成分和温度分布燃烧与大气污染-颗粒物的形成第76页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 77黑烟形成的化学过程黑烟形成的化学过程燃烧与大气污染-颗粒物的形成第77页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 78 高灰分燃料的扩散燃烧燃烧与大气污染-颗粒物的形成第78页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 79燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成l灰分中含有灰分中含有HgHg、AsAs、SeSe、PbPb、CuCu、ZnZn等污染元素等污染元素燃烧与大气污染-颗粒物的形成第79页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 80燃烧与大气污染-颗粒物的形成飞灰的形成过程飞灰的形成过程 燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成第80页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 81燃烧与大气污染-颗粒物的形成 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质煤质燃烧方式燃烧方式烟气流速烟气流速炉排和炉膛的热负荷炉排和炉膛的热负荷锅炉运行负荷锅炉运行负荷锅炉结构锅炉结构第81页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 82燃烧与大气污染-颗粒物的形成 燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成 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质煤质第82页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 83燃烧与大气污染-颗粒物的形成l l影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素燃烧方式燃烧方式第83页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 84燃烧与大气污染-颗粒物的形成 燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成l几种燃烧方式的烟尘百分比第84页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 85燃烧与大气污染-颗粒物的形成 燃煤烟尘的形成燃煤烟尘的形成l l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第85页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 86燃烧与大气污染-颗粒物的形成l l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运行负荷运行负荷第86页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 871.有机污染物的形成形成历程1.链烃分子氧化脱氢形成乙烯和乙炔2.延长乙炔的链形成各种不饱和基3.不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔4.不饱和基通过环化反应形成C6C2型芳香族化合物5.C6C2基逐步合成为多环有机物燃烧与大气污染-其他污染物的形成第87页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 881.1.有机污染物的形成有机污染物的形成比较活泼的碳氢化合物可能是产生光化学烟雾的直接原因碳氢化合物的产生量与燃料组成密切相关燃料中高分子碳氢化合物浓度与POM排放水平具有相关性燃料与空气的充分混合可降低有机物的含量，但不利于NOx的控制同时减少CH和NOx的排放需要仔细控制混合的型式、温度水平和整个系统的停留时间燃烧与大气污染-其他污染物的形成第88页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 892.CO2.CO的形成的形成lCO是所有大气污染物中量最大、分布最广的一种lCO的全球排放量为200106t/al燃料中的碳都先形成CO，然后进一步氧化l在火焰温度下有足够的氧并且停留时间足够长，可以降低CO含量。lCO的形成和破坏都由动力学控制，反应路线：RH R RCHO RCO CO燃烧与大气污染-其他污染物的形成第89页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 90燃烧与大气污染-其他污染物的形成2.CO2.CO的形成的形成第90页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 91燃烧与大气污染-其他污染物的形成3.Hg3.Hg的形成与排放的形成与排放lHg对人的肾和神经系统有危害l煤碳燃烧是Hg的一大来源l煤中Hg的析出率与燃烧条件有关l燃烧温度900oC时，析出率90l还原性气氛的析出率低于氧化性气氛lHg排放控制是燃煤污染控制的新课题之一第91页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 92 NO NOx x的形成的形成lNOx的形成机理燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx：高温下N2与O2反应生成的NOx瞬时NOx：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx燃烧与大气污染-其他污染物的形成第92页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 934.NO4.NOx x的形成的形成燃烧与大气污染-其他污染物的形成第93页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 944.NO4.NOx x的形成的形成燃烧与大气污染-其他污染物的形成第94页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 955.5.二恶英的形成机理二恶英的形成机理燃烧与大气污染-其他污染物的形成第95页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 965.5.二恶英的形成机理二恶英的形成机理燃烧与大气污染-其他污染物的形成第96页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 975.5.二恶英的形成机理二恶英的形成机理燃烧与大气污染-其他污染物的形成第97页/共98页扬州大学环境科学与工程学院扬州大学环境科学与工程学院 985.5.二恶英的形成机理二恶英的形成机理燃烧与大气污染-其他污染物的形成第98页/共98页