大氣污染控制工程燃燒與大氣污染

第2章熄滅與大氣污染教學(xué)內(nèi)容§1燃料的性質(zhì)§2燃料熄滅過程§3煙氣體積及污染物排放計(jì)算§4熄滅過程中硫氧化物的構(gòu)成§5熄滅過程中顆粒物的構(gòu)成§6熄滅過程中其他污染物的構(gòu)成1§2熄滅與大氣污染(1)1.教學(xué)要求了解常見民用及工業(yè)燃料的組成和性質(zhì)；掌握氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料的熄滅過程，學(xué)會(huì)分析影響熄滅過程的要素；學(xué)會(huì)計(jì)算熄滅過程產(chǎn)生的煙氣量和污染物濃度；掌握顆粒物、硫氧化物和氮氧化物的產(chǎn)活力理，了解經(jīng)過改動(dòng)熄滅條件減少污染物生成的途徑2、教學(xué)重點(diǎn)重點(diǎn)了解熄滅的根本原理和相關(guān)污染物構(gòu)成機(jī)理，重點(diǎn)掌握熄滅過程污染物排放計(jì)算。3、教學(xué)難點(diǎn)熄滅過程污染物排放計(jì)算。建議學(xué)時(shí)數(shù)：4學(xué)時(shí)2§1燃料的性質(zhì)1、燃料的分類按獲得方法分

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：指熄滅過程中能放出熱量，且經(jīng)濟(jì)上可行的物質(zhì)32.燃料的化學(xué)組成典型氣體、液體和固體燃料的化學(xué)組成成分42.燃料的化學(xué)組成典型氣體、液體和固體燃料的化學(xué)組成成分〔續(xù)〕53.燃料組成對(duì)熄滅的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全熄滅時(shí)，放出7850kcal的熱量。當(dāng)不完全熄滅生成CO時(shí)，放出2214kcal的熱量。純碳起燃溫度很高，熄滅緩慢，火焰也短。煤中的碳不是單質(zhì)形狀存在，而是與氫、氮、硫等組成有機(jī)化合物。煤構(gòu)成的地質(zhì)年代越長(zhǎng)，其揮發(fā)性成分含量越少，而含碳量那么相對(duì)添加。例如，無煙煤含碳量約90-98%，普通煤的含碳量約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衔锏姆绞酱嬖冢?kg氫完全熄滅時(shí)能放出28780kcal的熱量。63.燃料組成對(duì)熄滅的影響氧：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，普通為0.5-1.5%硫：以三種形狀存在：有機(jī)硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前兩種能放出熱量，稱之為揮發(fā)硫。硫熄滅生成產(chǎn)物為SO2和SO3，其中SO2占95%以上。73.燃料組成對(duì)熄滅的影響水分：水分的存在使燃料中可燃成分相對(duì)地減少。煤中水分由外表水分〔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枯燥方法除去。內(nèi)部水分要放在枯燥箱中加熱到102-105C，堅(jiān)持2h后才干除掉?；曳郑菏侨剂现胁豢扇嫉V物質(zhì)，為燃料中有害成分。84.煤的分類和組成煤的根本分類

褐煤最低品味的煤，構(gòu)成年代最短，熱值較低煙煤構(gòu)成年代較褐煤長(zhǎng)，碳含量75%~90％。成焦性較強(qiáng)，適宜工業(yè)普通運(yùn)用無煙煤煤化時(shí)間最長(zhǎng)，含碳量最高〔高于93％〕，成焦性差,發(fā)熱量大94.煤的分類和組成煤的成分分析

工業(yè)分析〔proximateanalysis〕測(cè)定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測(cè)硫含量和熱值，是評(píng)價(jià)工業(yè)用煤的主要目的。

元素分析〔ultimateanalysis〕用化學(xué)分析的方法測(cè)定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。10

煤的成分分析

工業(yè)分析〔proximateanalysis〕測(cè)定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測(cè)硫含量和熱量，是評(píng)價(jià)工業(yè)用煤的主要目的?！淘胤治觥瞮ltimateanalysis〕用化學(xué)分析的方法測(cè)定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。11〔1〕煤的工業(yè)分析

水分：一定分量13mm以下粒度的煤樣，在枯燥箱內(nèi)318-323K溫度下枯燥8小時(shí)，取出冷卻，稱重外部水分將失去外部水分的煤樣堅(jiān)持在375-380K下，約2h后，稱重內(nèi)部水分外部水分＋內(nèi)部水分=煤所含的全水分。煤所含水分使熱值降低，影響熄滅穩(wěn)定，普通控制煤中水分在10%～13%。揮發(fā)分：失去水分的試樣密封在坩堝內(nèi)，放在1200K的馬弗爐中加熱7分鐘，放入枯燥箱中冷卻至常溫再稱重。12〔1〕煤的工業(yè)分析√固定碳從煤中扣除水分、灰分以及揮發(fā)分后剩余的部分為固定碳，是煤的主要可燃物質(zhì)。失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分〔焦炭〕放在80020C的環(huán)境中灼燒到分量不在變化時(shí)，取出冷卻。焦炭所失去的分量為固定碳?！袒曳郑夯曳质敲褐胁豢扇嫉V物物質(zhì)的總稱。高灰分、低熔點(diǎn)的煤極易結(jié)渣，從爾影響熱效率。13〔1〕煤的工業(yè)分析煤中灰分的組成：我國煤炭的平均灰分含量為25％灰分的存在降低了煤的熱值，也添加了煙塵污染和出渣量14

〔2〕煤的元素分析

碳和氫：經(jīng)過熄滅后分析尾氣中CO2和H2O的生成量測(cè)定氮：在催化劑作用下使煤中的氮轉(zhuǎn)化為氨，堿液吸收，滴定硫：與氧化鎂和無水硫酸鈉混合物反響，SSO42-，滴定15

〔3〕煤中硫的形狀

16〔3〕煤中硫的形狀a.硫化鐵硫：是主要的含硫成分，常見形狀是黃鐵礦硫。黃鐵礦：硬度6—6.5,比重4.7—5.2本無磁性，但在強(qiáng)磁場(chǎng)感應(yīng)下能轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判晕?，吸收微波才干較強(qiáng)，據(jù)此，可把其從煤中脫除。b.硫酸鹽硫:硫酸鹽硫在熄滅時(shí)不參與熄滅，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它形狀的硫能熄滅放出熱量。通常所說的SOx污染物只包括有機(jī)硫、硫化物，不包括MeSO4。c.有機(jī)硫：以各種官能團(tuán)方式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分選的方法除去，需采用化學(xué)方法脫硫。17〔4〕煤的成分的表示方法要確切闡明煤的特性，必需同時(shí)指明百分比的基準(zhǔn)，常用的基準(zhǔn)有以下四種：√收到基：鍋爐爐前運(yùn)用的燃料，包括全部灰分和水分空氣枯燥基：以去掉外部水分的燃料作為100%的成分，即在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)展燃料分析時(shí)的試樣成分18〔4〕煤的成分的表示方法枯燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%的成分，枯燥基更能反映出灰分的多少枯燥無灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為100%的成分19〔4〕煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法及其組成的相互關(guān)系

20〔4〕煤的成分的表示方法我國部分煤種的分析結(jié)果

21〔4〕煤的成分的表示方法我國部分煤種的分析結(jié)果(續(xù)〕

22二、石油

液體燃料的主要來源鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等多種化合物組成的混合物主要含碳和氫，還有少量硫、氮和氧氫含量添加時(shí)，比重減少，發(fā)熱量添加天然氣典型的氣體燃料普通組成為甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％23四、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)物和鄉(xiāng)村廢物水生植物和水生廢物污泥處置廠廢物可燃性工業(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)燃料通常需求專門技術(shù)轉(zhuǎn)化為易于利用的方式城市固體廢物用作燃料必需思索其大氣污染問題24五、燃料組成的表示方法:CxHySzOwNvSample:C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%andash:7.9%byweight.Determinethenormalizedmolarcomposition.ElementWt%mol/100gmol/molC77.212=6.436.43=1.00H5.201=5.206.43=0.808N1.2014=0.08576.43=0.013S2.6032=0.08126.43=0.013O5.9016=0.3696.43=0.057ash7.96.43=1.23g/molCThenormalizedmolarcomposition:CH0.808N0.013S0.013O0.05725六、燃料的最重要的兩個(gè)屬性熱值決議燃料的耗費(fèi)量雜質(zhì)污染物產(chǎn)生的來源26§2燃料熄滅過程一.影響熄滅過程的主要要素1.熄滅過程及熄滅產(chǎn)物完全熄滅：CO2、H2O不完全熄滅：CO2、H2O&CO、黑煙及其他部分氧化產(chǎn)物假設(shè)燃料中含有S和N，那么會(huì)生成SO2和NO空氣中的部分N能夠被氧化成NO－熱力型NOx27一.影響熄滅過程的主要要素2.燃料完全熄滅的條件〔3T〕空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會(huì)降低爐溫，添加熱損失溫度條件〔Temperature〕：到達(dá)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)超越燃料熄滅所需時(shí)間燃料與空氣的混合條件〔Turbulence〕：燃料與氧充分混合28一.影響熄滅過程的主要要素典型燃料的著火溫度29一.影響熄滅過程的主要要素熄滅火焰溫度與燃料混合比的關(guān)系〔以CH4為例〕30一.影響熄滅過程的主要要素典型鍋爐熱損失與過剩空氣量的關(guān)系31一.影響熄滅過程的主要要素燃?xì)獗群突旌铣潭葘?duì)熄滅產(chǎn)物的影響32二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量1.實(shí)際空氣量建立熄滅方程式的假定：空氣組成20.9%O2和79.1%N2，兩者體積比為：N2/O2=3.78燃料中固定氧可用于熄滅燃料中硫主要被氧化為SO2不思索NOX的生成燃料中的N在熄滅時(shí)轉(zhuǎn)化為N2燃料的化學(xué)方程式為CxHySzOw33二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量熄滅方程式：燃料分量=12x+1.008y+32z+16w煤4-7m3/kg，液體燃料10-11m3/kg

34二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量實(shí)際空氣量:35二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量3.6~6.0褐煤普通煤的實(shí)際空氣量7.5~8.5無煙煤

9~10煙煤液體燃料〔燃料油〕的煤爐：4.5~5.5煤氣液化氣：2.97高爐：~0.7干:8.84~9.01天然氣濕：11.4~12.136二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量例題：37二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量2.空氣過剩系數(shù)實(shí)踐空氣量與實(shí)際空氣量之比。以表示，通常>1部分爐型的空氣過剩系數(shù)38二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量3．空燃比〔AF〕定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量燃料熄滅所需的空氣質(zhì)量，它可由熄滅方程直接求得。例如，甲烷在理想空氣量下的完全熄滅：CH4＋2O2＋7.56N2→CO2＋7.56N2空燃比：AF=2×32＋7.56×28/1×16=17.2汽油〔～C8H18〕的實(shí)際空燃比為15純碳的實(shí)際空燃比約為11.539三.熄滅過程中產(chǎn)生的污染物燃料種類對(duì)熄滅產(chǎn)物的影響〔以1000MW電站為例〕：40二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量例：某熄滅安裝采用重油作燃料，重油成分分析結(jié)果如下〔按質(zhì)量〕C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，灰分：0.10%。試確定熄滅1kg重油所需的實(shí)際空氣量。解：以1kg重油熄滅為根底，那么：41

分量〔g〕摩爾數(shù)〔mol〕需氧量〔mol〕C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5H2O0．50．02780二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量42實(shí)際需氧量為：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)那么，實(shí)際空氣量為：mol/kg重油即Nm3/kg重油二.燃料熄滅的實(shí)際空氣量43三.熄滅過程中產(chǎn)生的污染物熄滅能夠釋放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、煙、飛灰、金屬及其氧化物等溫度對(duì)熄滅產(chǎn)物的絕對(duì)量和相對(duì)量都有影響燃料種類和熄滅方式對(duì)熄滅產(chǎn)物也有影響44三.熄滅過程中產(chǎn)生的污染物熄滅產(chǎn)物與溫度的關(guān)系：45三.熄滅過程中產(chǎn)生的污染物典型固態(tài)燃料的熄滅產(chǎn)物：46三.熄滅過程中產(chǎn)生的污染物典型液態(tài)燃料的熄滅產(chǎn)物：47三.熄滅過程中產(chǎn)生的污染物典型