燃燒課件第十二章 燃燒產(chǎn)生的污染與防治

1、燃料與燃燒第九章固體燃料燃燒由于人類(lèi)活動(dòng)和自然過(guò)程，引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中呈現(xiàn)出足夠濃度、達(dá)到足夠時(shí)間，因而危害了人體健康、舒適感和環(huán)境的，都叫做空氣污染。能引起空氣污染的物質(zhì)，叫做空氣污染物。空氣污染物濃度的兩種方法表示方式：1、以氣體污染物占體積的百萬(wàn)分之一，縮寫(xiě)為ppm2、單位體積內(nèi)空氣污染物的重量，g/m3，每立方米中多少微克，ppmmg24.4510/133分子量在標(biāo)準(zhǔn)溫度（25）和壓力1atm時(shí)，兩者換算關(guān)系為：第九章固體燃料燃燒成分清潔空氣污染空氣so20.001-0.01ppm0.02-2ppmco2310-330ppm350-370ppmco1ppm5-200ppmnox0.

2、001-0.01ppm0.01-0.5ppmcmhn1ppm1-20ppm氧化劑0.02ppm0.2-0.4ppm顆粒物質(zhì)10-20g/m370-700 g/m3清潔空氣與污染空氣載某些成分的含量：第九章固體燃料燃燒1、按形成過(guò)程分類(lèi)：1)原始污染物：直接從污染源排放到大氣中的有害物質(zhì)，常見(jiàn)的原始污染物有：so2、co、nox及顆粒物2)次生污染物：進(jìn)入大氣中原始污染物之間相互作用，或它們與大氣中正常組分發(fā)生一系列化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)而后生成新的污染物，最常見(jiàn)的次生污染物有臭氧、醛類(lèi)（甲醛、乙醛和丙烯醛等），過(guò)氧乙酰硝酸酯（pan）以及硫酸煙霧和硝酸煙霧。第九章固體燃料燃燒2、按存在狀態(tài)分類(lèi)：1)

3、顆粒狀污染物：除了純水以外的任何一種以液態(tài)或固態(tài)形式存在于大氣中的物質(zhì)如塵、煙、霧塵：散布在氣體中的固體微粒（粒徑1-200m）煙：較高濃度的過(guò)飽和蒸氣凝結(jié)形式的小顆粒（0.01-1 m）霧：水蒸氣凝結(jié)生成的懸浮小液滴煙霧：具有煙、霧的二重性，即當(dāng)煙霧同時(shí)形成時(shí)為煙霧硫酸煙霧：燃燒產(chǎn)生的so2與so3遇水合成硫酸霧煙硝酸煙霧：汽車(chē)排放中nox及hc遇水合成硝酸霧煙第九章固體燃料燃燒2、按存在狀態(tài)分類(lèi)：2)氣態(tài)污染物：以so2為主的含硫化合物，以no和no2為主的含氮化合物，碳的氧化物，碳?xì)浠衔锛胞u素化合物等類(lèi)別原始污染物次生污染物人為源含硫化合物so2、h2sso3、h2so4、mso4燃燒

4、含硫燃料含氮化合物no、nh3no2、mno3高溫燃燒碳?xì)浠衔飄c醛、酮、過(guò)氧乙酰、基硝酸酯（pan）燃燒、精煉石油碳的化合物co、co2無(wú)燃燒鹵素化合物hf、hcl無(wú)冶金作業(yè)第九章固體燃料燃燒1)燃料燃燒過(guò)程2)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程3)交通運(yùn)輸過(guò)程我國(guó)對(duì)煙塵、sox、nox和co四種污染物的統(tǒng)計(jì)分析表明：燃燒料燃燒產(chǎn)生的空氣污染物約占70%，其中煤燃燒污染占95%工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的約占20%，機(jī)動(dòng)車(chē)產(chǎn)生約10%。第九章固體燃料燃燒1、空氣污染對(duì)大氣性質(zhì)的影響降低能見(jiàn)度形成霧及降水減少太陽(yáng)輻射改變溫度和風(fēng)的分布2、空氣污染對(duì)原材料的影響3、空氣污染對(duì)植物的影響酸性或堿性顆粒會(huì)腐蝕原材料（如油漆、石質(zhì)、金

5、屬）臭氧極易損壞橡膠制品破壞葉綠素，致使光合作用無(wú)法進(jìn)行第九章固體燃料燃燒4、空氣污染對(duì)人類(lèi)健康的影響第九章固體燃料燃燒4、空氣污染對(duì)人類(lèi)健康的影響第九章固體燃料燃燒我國(guó)于1982年制定了第一個(gè)大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（gb309582），規(guī)定大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)：三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：為保護(hù)自然生態(tài)和人民健康，在長(zhǎng)期接觸情況下，不發(fā)生任何危害性影響的空氣質(zhì)量要求。一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：為保護(hù)人民健康以及城市、鄉(xiāng)村和動(dòng)、植物在長(zhǎng)期或短期接觸情況下，不發(fā)生傷害的空氣質(zhì)量要求。為保護(hù)人體不發(fā)生急性或慢性中毒以及城市一般動(dòng)、植物能正常生長(zhǎng)的空氣質(zhì)量要求。第九章固體燃料燃燒燃料燃燒時(shí)生成的煙塵，按其生成機(jī)理可分為氣相析

6、出型、剩余型煙塵和粉塵三種：（1）氣相析出型氣相析出型的煙塵來(lái)源于氣體燃料、已蒸發(fā)的液體燃料氣和固體燃料的揮發(fā)分氣體，在空氣不足的高溫條件下熱分解所生成的固體煙塵。粒徑很小，一般在0.02-0.05m范圍內(nèi)?；鹧嬷泻羞@種炭黑后，輻射力增強(qiáng)，發(fā)出亮光，形成發(fā)光焰，由于其粒子細(xì)，容易粘附于物體而難于清除。研究表明，氣相析出型煙塵是經(jīng)過(guò)一系列氫聚合反應(yīng)面生成的。第九章固體燃料燃燒（1）氣相析出型242hcch2622426232hchchhchc炭黑炭黑多環(huán)芳烴多環(huán)芳烴（炭黑）（炭黑）26642222242332hhchcchhhchc甲烷在缺氧條件下進(jìn)行熱分解：乙烷的熱分解：一次反應(yīng)：二次反應(yīng)：

7、500：9001100：第九章固體燃料燃燒（2）剩余型煙塵液體燃料燃燒時(shí)剩余下來(lái)的固體顆粒，它是由重質(zhì)油霧化滴在高溫下蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽的同時(shí)，發(fā)生聚縮反應(yīng)，一面激烈地發(fā)泡，一面固化，從而生成絮狀空心微珠，通常稱(chēng)之為油灰或煙炱，油灰粒徑較大，約100-300m。積炭也是剩余型煙塵的一種，它是重質(zhì)油滴附著在噴口、爐壁上，并在爐內(nèi)高溫加熱氣化而殘留下來(lái)的固體殘?jiān)念w粒較大，形狀不定。第九章固體燃料燃燒（3）粉塵粉塵是固體燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的飛灰，其主要成分是碳和灰，固體燃料在燃燒之后，一部分變成爐渣，一部分以飛灰形式排入大氣中。以煤粉爐為例，有85-95%的灰分以飛灰排入大氣。第九章固體燃料燃燒（1）燃

8、料種類(lèi)的影響c/h越大，產(chǎn)生炭黑數(shù)量越多；碳原子數(shù)越多就越容易產(chǎn)生炭黑；液體燃料的殘?zhí)己吭蕉啵a(chǎn)生碳黑就越大。揮發(fā)分多的煤，其炭黑生成量要比揮發(fā)分少的煤多得多，但煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙塵主要以飛灰形式出現(xiàn)。對(duì)碳?xì)浠衔锶剂隙缘诰耪鹿腆w燃料燃燒（2）氧氣濃度和過(guò)?？諝庀禂?shù)的影響碳黑是在富燃缺氧條件下產(chǎn)生，因此如果碳?xì)浠衔锶紵c足夠的氧氣充分混合，能防止碳黑產(chǎn)生，防止產(chǎn)生煙塵所需要的氧氣量，隨著燃燒種類(lèi)而異。第九章固體燃料燃燒（3）燃料粒徑的影響燃料粒徑大，其燃燼時(shí)間也長(zhǎng)，因而在爐內(nèi)有限的停留時(shí)間內(nèi)燃料滴不易燃盡，使煙塵濃度急劇增加。而且燃料滴粒徑大，所生成的空心微珠也大，當(dāng)燃料滴碰到爐壁時(shí)，如果

9、爐壁溫度低，則燃料滴焦化成炭塊，它們可能會(huì)脫落而隨煙塵排入大氣中，使煙塵濃度增加。（4）溫度與燃燒時(shí)間的影響爐內(nèi)溫度越高，燃燒時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生煙塵越少。溫度越高，燃燒時(shí)間越長(zhǎng)，直徑小的炭黑、炭和飛灰可以燃燼。第九章固體燃料燃燒（5）惰性氣體的影響空氣加入惰性氣體時(shí)，碳黑濃度降低，如加入co2效果較好。第九章固體燃料燃燒1、改進(jìn)燃燒方式及改善燃燒過(guò)程（1）供給足夠的空氣，而燃燒溫度又不能太低選用合適的燃燒空氣量十分重要，一般都采用過(guò)?？諝獗M可能少的情況下進(jìn)行燃燒。（2）燃料和空氣要在燃燒室內(nèi)良好混合燃料與空氣的良好混合，是組織燃燒非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此必須掌握好空氣流動(dòng)、燃料噴霧特性，使送風(fēng)方式

10、和燃料的供給相搭配，燃料和空氣能充分地接觸和混合。第九章固體燃料燃燒1、改進(jìn)燃燒方式及改善燃燒過(guò)程（3）提高燃燒室溫度提高燃燒溫度對(duì)防止產(chǎn)生炭黑有顯著的效果。從炭黑反應(yīng)速度可知，溫度從1200時(shí)燒掉炭黑需要0.1s，則在1600時(shí)只需不到0.01s就可以了。因此，預(yù)熱空氣、保持爐膛溫度，保證有足夠的燃燒時(shí)間與空間，都可以減少炭黑的生成。第九章固體燃料燃燒2、加裝除塵裝置應(yīng)根據(jù)塵粒的性質(zhì)、煙氣的性質(zhì)、除塵的工作特性以及其通用范圍來(lái)進(jìn)行，在能滿(mǎn)足排煙標(biāo)準(zhǔn)的前提下，應(yīng)盡量選用阻力小的除塵設(shè)備，以免安裝風(fēng)機(jī)，節(jié)約費(fèi)用。第九章固體燃料燃燒空氣中的硫氧化物主要來(lái)源于含硫燃料的燃燒。燃料中的硫，除少量非燃燒

11、性硫(510%)殘留在灰分中外，絕大部分都氧化成so2。不過(guò)即使空氣過(guò)量，也只有0.52%的so2轉(zhuǎn)化成so3。煤炭中的可燃硫有兩種：有機(jī)硫：硫茂、硫醇和二硫化物無(wú)機(jī)硫：fes2有機(jī)硫構(gòu)成煤分子的一部分，在煤中均勻分布，而無(wú)機(jī)硫顆粒尺寸較小，在煤中通常呈獨(dú)立相彌散分布。低硫煤中主要是有機(jī)硫，約為無(wú)機(jī)硫的8倍；高硫煤中主要是無(wú)機(jī)硫，約為有機(jī)硫的3倍。第九章固體燃料燃燒煤受熱后分解時(shí)，煤中有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫同時(shí)被揮發(fā)出來(lái)，結(jié)合松散的有機(jī)硫在低溫（700k）下分解，結(jié)合緊密的有機(jī)硫在較高溫度（800k）下分解釋出，遇氧全部氧化成so2，在還原性氣氛下，揮發(fā)分主要?dú)怏wh2s反應(yīng)路線(xiàn)為：22sosohssh

12、無(wú)機(jī)硫的分解速度很慢，在還原性氣氛和溫度800k以及足夠停留時(shí)間的條件下，無(wú)機(jī)硫?qū)⒎纸獬蒮es、s2和h2s，其中fes必須在更高溫度（1700k）和更長(zhǎng)時(shí)間下才能分解成fe、s2等，并氧化成so2，在氧化氣氛下，fes2直接生成so2：232282114sofeoofes第九章固體燃料燃燒（1）在火焰高溫區(qū)內(nèi)：322soosoooo火焰溫度越高，氧原子濃度越大，則so3生成量越大2352444222342252222sosoovvosovosoovososoovsoov（2）受熱面積上灰和氧化膜的催化作用so3除了從so2與o2直接反應(yīng)生成外，還可由下列兩個(gè)途徑產(chǎn)生：第九章固體燃料燃燒（1）

13、燃料中含硫量越多，so2和so3生成量也越多（2）過(guò)?？諝庀禂?shù)越大，so3生成量也越多（3）火焰區(qū)溫度高，氧分子離解成氧原子多，因而so3生成量也多第九章固體燃料燃燒1、燃料脫硫2、爐內(nèi)固硫3、煙氣脫硫第九章固體燃料燃燒1、燃料脫硫（1）物理凈化法通過(guò)煤的粉碎，使非化學(xué)鍵結(jié)合的不純物質(zhì)與煤脫離，利用fes2的密度與煤密度的相差，用水洗除fes2，也可利用二者表面潤(rùn)濕、磁性或?qū)щ娦圆煌右苑蛛x。此法不能除去有機(jī)硫（2）化學(xué)凈化法如用堿液浸煤后通過(guò)微波照射，使有機(jī)硫和黃鐵礦的化學(xué)鍵被微波打斷，生成硫化氫，它與堿反應(yīng)而被去除?？沙?0%的無(wú)機(jī)硫和70%有機(jī)硫。（3）煤的氣化將煤進(jìn)行氣化，使煤中硫轉(zhuǎn)

14、變成h2s，然后再將其去除。第九章固體燃料燃燒2、爐內(nèi)固硫噴鈣脫硫：先將脫硫劑破碎成一定粒度，然后送入爐膛，在溫度800-1000范圍下脫硫劑受熱分解，把燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的部分so2固化：2223)(cocaoohcacocaocaco脫硫劑分解：3242221casosocaocasoosocao硫化反應(yīng)：22421osocaocaso再生反應(yīng)：第九章固體燃料燃燒3、煙氣脫硫煙氣脫硫是目前防止sox污染大氣的有效方法。煙氣脫硫的技術(shù)基礎(chǔ)主要是由于很多金屬氧化物（如堿金屬、堿土金屬、金屬氧化物）以及活性炭具有吸附或吸收so2能力。把這些金屬氧化物作為吸收劑吸收so2后生成中間產(chǎn)物，再將含硫中間產(chǎn)

15、物進(jìn)行再生，再生后的吸收劑可循環(huán)使用，再生過(guò)程中釋放出的so2可做成硫制品加以利用?；厥辗ǎ簰仐壏ǎ旱诰耪鹿腆w燃料燃燒3、煙氣脫硫（1）濕法煙氣脫硫可固結(jié)95%so2以及90%的氯化物和氟化物第九章固體燃料燃燒（2）再生洗滌煙氣脫硫使用來(lái)硫酸鈉為吸收劑，在預(yù)先洗滌操作中除去灰塵和hcl后在吸收裝置里洗滌so2并形成硫酸氫鈉，在再生裝置中熱力分解硫酸氫鈉，產(chǎn)生的so2可加工成液態(tài)的so2、硫酸鈉和元素硫。第九章固體燃料燃燒（3）煙氣同時(shí)脫流脫硝技術(shù)活性炭吸附nh3法來(lái)同時(shí)脫硫脫硝，在溫度為80-130下用活性炭作so2的吸收劑，把吸收了so2的活性炭進(jìn)行再分解，并進(jìn)一步處理成硫酸和元素硫。第九章

16、固體燃料燃燒燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的氮的氧化物：xnono（占95%）no2（占5%）1.燃燒所用的空氣中氮（分子氮）的氧化；（大多數(shù)燃燒裝置中，這是no的主要來(lái)源）2.燃料中含氮化合物（燃料氮）在火焰中熱分解后再氧化（在燒原油或煤的燃燒裝置中，燃料氮是no的主要來(lái)源）3.燃燒生成no按來(lái)源不同可分為：熱力no瞬發(fā)no燃料no第九章固體燃料燃燒熱力no：燃燒所用的空氣中氮高溫氧化生成no，稱(chēng)為熱力no，它的生成機(jī)理（鏈鎖反應(yīng)）是zeldovich于1946年提出的：)2()1(22211222onoonnnonomomokkkk222121onokonknnokonkdtnod第九章固體燃料燃燒ze

17、dovich熱力no生成率，與貧燃料預(yù)混火焰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。)/91000exp(101 . 4)/135000exp(10913142/1222/12tktkonokonkdtnodbfbf)3(33hnoohnkkfenimore指出富燃料燃燒還與下列反應(yīng)有關(guān)：第九章固體燃料燃燒熱力no排放量與反應(yīng)溫度的關(guān)系第九章固體燃料燃燒熱力no：限制熱力no的生成，主要是降低溫度，具體措施可歸納為：（1）降低燃燒溫度，避免局部高溫；（2）降低氧氣濃度；（3）縮短在高溫區(qū)的停留時(shí)間；（4）在偏離1的條件下進(jìn)行燃燒；第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no：大氣壓力下甲烷與空氣預(yù)混火焰中no的生成第九章固體燃料燃燒瞬

18、發(fā)no：燃燒時(shí)燃料中碳?xì)浠衔锓纸馍傻腸h和c等原子團(tuán)，與空氣中n2進(jìn)行反應(yīng)而生成氰化物：cnncncnncncnhnchnhhcnnchnhcnnch2222222222onoonhnoohnncoocnhncoohcnohcnohhcn222氰化物生成反應(yīng)活化能小，反應(yīng)快，氰化物又與火焰中大量的o、oh等原子團(tuán)生成no：第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no：第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no：研究表明，在火焰中不僅有hcn等存在，而且還有胺化物（nh、nh2、nh3）存在，同樣與oh、n等原子團(tuán)反應(yīng)生成no：onoonhnoohnohnonhohnohnh22第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no：瞬發(fā)no生成與下列

19、三個(gè)因素有關(guān)：)4(102nhcnnchk（1）ch原子團(tuán)的濃度及其形成過(guò)程（2）n2分子反應(yīng)生成氮化物的速率與下列反應(yīng)有關(guān)：（3）氮化物間相互轉(zhuǎn)化率此反應(yīng)對(duì)no的生成起重要作用（富燃料及貧燃料），可以認(rèn)為：210nchkdthcnddtnod瞬發(fā)瞬發(fā)第九章固體燃料燃燒瞬發(fā)no形成的主要途徑：nocnoohohohohhnnnhncohcnnchcnohho22222在溫度t2000k時(shí)，no生成率主要取決于chn2反應(yīng)，即瞬發(fā)no，隨著溫度增加，瞬發(fā)no比例減小，熱力no增加，當(dāng)t2500k時(shí)，no生成主要按zeldovich的熱力no生機(jī)理控制。第九章固體燃料燃燒燃料no：試驗(yàn)表明：燃燒裝

20、置中所用的燃料含有氮化合物時(shí)，排出燃?xì)庵泻写罅康膎o，且隨著燃料中n含量增加而增加。燃料中n與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合成環(huán)狀或鏈狀化合物，與空氣中n相比，其結(jié)合鍵較小，燃燒時(shí)易分解生成低分子含氮化合物，氧化后生成no第九章固體燃料燃燒燃料no：燃料平均含氮量（重量%）含氮量范圍（重量%）原油0.065瀝青2.32.152.5重餾分1.40.62.15輕餾分0.070.06煤1.512.5不同燃料中含氮量第九章固體燃料燃燒燃料no的形成途徑：nonhhcnnoo222nnhnorh2h3nh第九章固體燃料燃燒影響燃料no的因素：（1）燃料含n量的影響：實(shí)際燃燒過(guò)程中只有部分燃料n轉(zhuǎn)化為no，實(shí)際生成

21、no與全部燃料n之比稱(chēng)為燃料n轉(zhuǎn)換率 ，影響燃料n轉(zhuǎn)換率的因素：n當(dāng)1.3時(shí)，no隨著燃料n含量增加而增加，但卻下降。n當(dāng)0.8時(shí)，no隨著燃料n含量增加先增加后飽和，而下降。n第九章固體燃料燃燒（2）過(guò)?？諝庀禂?shù)的影響：第九章固體燃料燃燒（2）過(guò)?？諝庀禂?shù)的影響：第九章固體燃料燃燒影響燃料no的因素：（3）燃燒溫度的影響：試驗(yàn)結(jié)果表明，燃料no與熱力no不同，它受溫度影響較小，這是因?yàn)槿剂现衝的熱分解溫度比火焰溫度低，當(dāng)燃燒達(dá)到分解溫度而進(jìn)行分解，生成no與火焰溫度關(guān)系不大。第九章固體燃料燃燒ohnohonok22152216onoonok燃燒生成的no可與與含氮原子中間產(chǎn)物反應(yīng)使no還原成

22、n2，也可以與各種含氮化合物或氧化物反應(yīng)生成no2，如在火焰面附近存在下列反應(yīng)：另外在燃燒區(qū)由于氧原子增加，no2又轉(zhuǎn)變成no，導(dǎo)致no2含量較少：第九章固體燃料燃燒主要途徑：1.選用n含量較低的燃料，包括燃料脫氮和轉(zhuǎn)變成低氮燃料2.降低過(guò)?？諝庀禂?shù)，組織過(guò)濃燃燒，以降低燃料周?chē)鯘舛?.在過(guò)?？諝獾臈l件下，降低溫度峰值以減少熱力no4.在氧濃度較低情況下，增加可燃物在火焰前鋒和反應(yīng)區(qū)中的停留時(shí)間。減少nox的形成和排放的具體方法為：分級(jí)燃燒、再燃燒法、低氧燃燒、濃淡偏差燃燒和煙氣再循環(huán)等。第九章固體燃料燃燒分級(jí)燃燒：將燃燒所需的空氣量分成兩級(jí)送入，一級(jí)空氣所用的過(guò)剩空氣系數(shù)：氣體燃料0.7，油0.8，煤0.80.9，其余空氣在燃燒器附近適當(dāng)位置送入，使燃燒分兩級(jí)完成。一級(jí)燃燒區(qū)：燃料在過(guò)濃情況下燃燒，因缺氧富燃料使得燃燒速度和溫度降低，從而抑制了揮發(fā)分燃燒生成的熱力