lin第二章 潔凈燃燒技術(shù)

第2章潔凈燃燒技術(shù)教學(xué)內(nèi)容§1燃料的性質(zhì)

§2燃料燃燒過(guò)程

§3煙氣體積及污染物排放計(jì)算

§4燃燒過(guò)程中硫氧化物的形成

§5燃燒過(guò)程中顆粒物的形成

§6燃燒過(guò)程中其他污染物的形成

1

焚燒秸稈

2300MW、600MW"W"形火焰燃低揮發(fā)份無(wú)煙煤鍋爐3

600MW亞臨界自然循環(huán)前后墻對(duì)沖燃燒中間再熱鍋爐

600MW亞臨界自然循環(huán)前后墻對(duì)沖燃燒中間再熱鍋爐

4600MW及以上超臨界本生直流機(jī)組鍋爐

56§1燃料的性質(zhì)燃料的分類(lèi)按獲得方法分

按物態(tài)分

天然燃料人工燃料固體燃料木柴、煤、油頁(yè)巖

木炭、焦炭、煤粉等

液體燃料

石油

汽油、煤油、柴油、重油

氣體燃料

天然氣

高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、焦?fàn)t煤氣

燃料的定義：指燃燒過(guò)程中能放出熱量，且經(jīng)濟(jì)上可行的物質(zhì)7§1燃料的性質(zhì)一、煤煤定義：是一種復(fù)雜的物質(zhì)聚集體。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起構(gòu)成的有機(jī)聚合物。

性質(zhì)：煤中有機(jī)成分和無(wú)機(jī)成分的含量因種類(lèi)、產(chǎn)地不同而異。8910§1燃料的性質(zhì)1.煤的分類(lèi)：按基于沉積年代的分類(lèi)法分為褐煤、煙煤、無(wú)煙煤。（1）褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等級(jí)最低的一類(lèi)，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象木材結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：①揮發(fā)分較高，析出溫度低；②燃燒熱值低，不能制炭。干燥后：C含量60—75%，O2含量20—25%。1112§1燃料的性質(zhì)（2）煙煤：形成歷史較褐煤長(zhǎng)。黑色，外形有可見(jiàn)條紋。揮發(fā)分20—45%，C75—90%。成焦性較強(qiáng)，氧含量低，水分及灰分含量不高，適宜工業(yè)使用。（3）無(wú)煙煤：碳含量最高，煤化時(shí)間最長(zhǎng)的煤，具有明顯的黑色光澤，機(jī)械強(qiáng)度高。

C含量>93%,無(wú)機(jī)物量<10%,著火難，不易自燃，成焦性差。13煙煤無(wú)煙煤142.

燃料組成對(duì)燃燒的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全燃燒時(shí)，放出7850kcal的熱量。當(dāng)不完全燃燒生成CO時(shí)，放出2214kcal的熱量。純碳起燃溫度很高，燃燒緩慢，火焰也短。煤中的碳不是單質(zhì)狀態(tài)存在，而是與氫、氮、硫等組成有機(jī)化合物。煤形成的地質(zhì)年代越長(zhǎng)，其揮發(fā)性成分含量越少，而含碳量則相對(duì)增加。例如，無(wú)煙煤含碳量約90-98%，一般煤的含碳量約50-95%。氫：是燃料中發(fā)熱量最高的元素。固體燃料中氫的含量為2-10%，以碳?xì)浠衔锏男问酱嬖冢?kg氫完全燃燒時(shí)能放出28780kcal的熱量。

152.

燃料組成對(duì)燃燒的影響氧：氧在燃料中與碳和氫生成化合物，降低了燃料的發(fā)熱量氮：燃料中含氮量很少，一般為0.5-1.5%硫：以四種形態(tài)存在：元素硫、有機(jī)硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前三種能放出熱量，稱(chēng)之為揮發(fā)硫。硫燃燒生成產(chǎn)物為SO2和SO3，其中SO2占95%以上。（按含硫量的高低分為低硫煤（<1.5%）中硫煤（1.5%~2.4%）高硫煤（2.4%~4%）富硫煤（>4%））162.

燃料組成對(duì)燃燒的影響水分：水分的存在使燃料中可燃成分相對(duì)地減少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（內(nèi)部水分）組成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。內(nèi)部水分要放在干燥箱中加熱到102-105C，保持2h后才能除掉。灰分：是燃料中不可燃礦物質(zhì)，為燃料中有害成分。17

（3）煤中硫的形態(tài)

18二、石油石油是液體燃料的主要來(lái)源。原油是天然存在的易流動(dòng)液體。比重0.78—1.00

主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金屬（釩、鎳）、砷、鉛、氯等，10ppm左右。原油中的硫大部分以有機(jī)硫形式存在，形成非碳?xì)浠衔锏木薮蠓肿訄F(tuán)，其含硫量變化范圍較大，一般為0.1—7%。原油通過(guò)蒸餾、裂化和重整過(guò)程生產(chǎn)出各種產(chǎn)品。原油中的S約有80—90%留于重餾分中。硫以復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在，而需去除的僅是硫原子，故不能用物理方法分離硫化物。采用高壓下的催化加氫破壞C—S—C鍵形成H2S氣體，可達(dá)目的，但費(fèi)用很高。19

三、天然氣典型的氣體燃料一般組成為CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外還有H2O、CO2、N2、He、H2S等。天然氣中的H2S具有腐蝕性，它的燃燒產(chǎn)物為硫的氧化物，因此許多國(guó)家規(guī)定了天然氣中總硫和H2S含量的最大允許值。20

四、其他燃料

非常規(guī)燃料城市固體廢棄物商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物農(nóng)產(chǎn)物和農(nóng)村廢物水生植物和水生廢物污泥處理廠(chǎng)廢物可燃性工業(yè)和采礦廢物天然存在的含碳和含碳?xì)涞馁Y源合成燃料

非常規(guī)燃料通常需要專(zhuān)門(mén)技術(shù)轉(zhuǎn)化為易于利用的形式城市固體廢物用作燃料必須考慮其大氣污染問(wèn)題21§2燃料燃燒過(guò)程

一.影響燃燒過(guò)程的主要因素1.燃燒過(guò)程及燃燒產(chǎn)物

完全燃燒：CO2、H2O不完全燃燒：CO2、H2O&CO、黑煙及其他部分氧化產(chǎn)物如果燃料中含有S和N，則會(huì)生成SO2和NO空氣中的部分N可能被氧化成NO－熱力型NOx22一.影響燃燒過(guò)程的主要因素2.燃料完全燃燒的條件（3T）空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過(guò)大，會(huì)降低爐溫，增加熱損失溫度條件（Temperature）：達(dá)到燃料的著火溫度時(shí)間條件（Time）：燃料在高溫區(qū)停留時(shí)間應(yīng)超過(guò)燃料燃燒所需時(shí)間燃料與空氣的混合條件（Turbulence）：燃料與氧充分混合23一.影響燃燒過(guò)程的主要因素典型燃料的著火溫度24

一.影響燃燒過(guò)程的主要因素燃燒火焰溫度與燃料混合比的關(guān)系（以CH4為例）25

一.影響燃燒過(guò)程的主要因素典型鍋爐熱損失與過(guò)?？諝饬康年P(guān)系26

一.影響燃燒過(guò)程的主要因素燃?xì)獗群突旌铣潭葘?duì)燃燒產(chǎn)物的影響27二.燃料燃燒的理論空氣量1.理論空氣量完全燃燒1kg或1m3燃料，理論所需的空氣量。建立燃燒方程式的假定：空氣組成

21%O2和79%N2，兩者體積比為：N2/O2=3.76燃料中固定氧可用于燃燒燃料中硫主要被氧化為SO2不考慮NOX的生成燃料中的N在燃燒時(shí)轉(zhuǎn)化為N2煤中的碳和氫完全燃燒分別生成CO2和H2O28

二.燃料燃燒的理論空氣量燃燒方程式：·燃料重量

=12x+1.008y+32z+16w煤

4-7m3/kg，液體燃料10-11m3/kg

29二.燃料燃燒的理論空氣量理論空氣量:30二.燃料燃燒的理論空氣量

3.6~6.0褐煤一般煤的理論空氣量7.5~8.5無(wú)煙煤

9~10煙煤煤爐：4.5~5.5煤氣液化氣：2.97

高爐：~0.7

干:8.84~9.01

天然氣濕：11.4~12.131

二.燃料燃燒的理論空氣量例題：32二.燃料燃燒的理論空氣量2.空氣過(guò)剩系數(shù)實(shí)際空氣量與理論空氣量之比。以表示，通常>1部分爐型的空氣過(guò)剩系數(shù)33空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)大：

煙氣量增大耗電量增加降低燃燒室溫度空氣過(guò)剩系數(shù)過(guò)?。?/p>

燃料燃燒不完全燃料的消耗量增大34二.燃料燃燒的理論空氣量3．空燃比（AF）定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量燃料燃燒所需的空氣質(zhì)量，它可由燃燒方程直接求得。例如，甲烷在理想空氣量下的完全燃燒：CH4＋2O2＋7.52N2→CO2＋7.52N2空燃比：AF=(2×32＋7.52×28)/1×16=17.2汽油（～C8H18）的理論空燃比為15純碳的理論空燃比約為11.535二.燃料燃燒的理論空氣量例：某燃燒裝置采用重油作燃料，重油成分分析結(jié)果如下（按質(zhì)量）C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，H20:0.05%灰分：0.10%。試確定燃燒1kg重油所需的理論空氣量。解：以1kg重油燃燒為基礎(chǔ)，則：36

重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧量（mol）C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5H2O0．50．02780二.燃料燃燒的理論空氣量37理論需氧量為：73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油假定空氣中N2與O2的摩爾比為3.76(體積比)

則，理論空氣量為：

mol/kg重油即m3/kg重油二.燃料燃燒的理論空氣量38三.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物燃燒可能釋放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、煙、飛灰、金屬及其氧化物等溫度對(duì)燃燒產(chǎn)物有影響燃料種類(lèi)和燃燒方式對(duì)燃燒產(chǎn)物也有影響39

三.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物燃燒產(chǎn)物與溫度的關(guān)系：40

三.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物燃料種類(lèi)對(duì)燃燒產(chǎn)物的影響（以1000MW電站為例）：41

三.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物典型固態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：42

三.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物典型液態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：43

三.燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物典型氣態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)物：443

燃燒過(guò)程中主要污染物的形成一、燃料中硫的氧化機(jī)理√有機(jī)硫的分解溫度較低（750℃以下開(kāi)始析出）√單質(zhì)硫、硫鐵礦800℃以上開(kāi)始析出√含硫燃料燃燒的特征是火焰呈藍(lán)色，由于反應(yīng)：在所有的情況下，它都作為一種重要的反應(yīng)中間體45一、燃料中硫的氧化機(jī)理

燃料中的硫在燃燒過(guò)程中與氧反應(yīng)，主要產(chǎn)物是SO2和SO3，但SO3的濃度相當(dāng)?shù)停词乖谪毴剂蠣顟B(tài)下，生成的SO3也只占SO2生成量的百分之幾。在富燃料狀態(tài)下，除SO2外，還有一些其它S的氧化物，如SO及其二聚物（SO）2，還有少量一氧化二硫S2O。這些產(chǎn)物化學(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)，所以?xún)H在各種氧化反應(yīng)中以中間體形式出現(xiàn)。燃燒時(shí)：故一般主要生成SO2,計(jì)算時(shí)可忽略SO3。46二.NOx的形成NOx的形成機(jī)理燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx熱力型NOx：高溫下N2與O2反應(yīng)生成的NOx瞬時(shí)NOx：火焰邊緣形成的快速NOx，由于生成量很少，一般不考慮。低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx47熱力型NOx：高溫下N2與O2反應(yīng)生成的NOx

<300℃只有少量NO生成

>500℃NO生成量顯著增加為了減少熱力型NOx的生成量，應(yīng)設(shè)法降低燃燒溫度，減少過(guò)量空氣，縮短氣體在高溫區(qū)停留時(shí)間。燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx燃料中的氮20%~70%轉(zhuǎn)化成NOx燃料型NOx主要是NO，在一般鍋爐煙道氣中只有不到10%的NO氧化為NO248