大氣污染控制工程課件02

1、第二章 燃燒與大氣污染(1),學(xué)習(xí)要求： 了解常見(jiàn)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)燃料的燃燒過(guò)程，學(xué)會(huì)分析影響燃燒過(guò)程的因素； 學(xué)會(huì)計(jì)算燃燒過(guò)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)生機(jī)理，理解通過(guò)改變?nèi)紵龡l件減少污染物生成的途徑。,主要內(nèi)容：,1. 燃料的性質(zhì) 2. 燃料的燃燒過(guò)程 3. 煙氣體積計(jì)算 4. 燃燒過(guò)程中硫氧化物的形成 5.燃燒過(guò)程中顆粒污染物的形成 6.燃燒過(guò)程中其他污染物的形成,第一節(jié) 燃料的性質(zhì),1.燃料的分類(lèi) 定義：燃料是指在燃燒過(guò)程中，能夠放出熱量，且在經(jīng)濟(jì)上可以取得效益的物質(zhì)。,按物理狀態(tài)分氣體、液體和固體燃料三大類(lèi)。氣體燃

2、料的優(yōu)點(diǎn)是燃燒迅速，其燃燒狀態(tài)可基本上由空氣與燃料的擴(kuò)散或混合所控制。液體燃料也是以氣態(tài)形式燃燒，因此它的燃燒速度受其蒸發(fā)過(guò)程控制。固體燃料的燃燒則受這兩種現(xiàn)象的控制：燃料中揮發(fā)性組分被蒸餾后以氣態(tài)燃燒，而遺留下來(lái)的固定碳則以固態(tài)燃燒，后者的速率由氧向固體表面的擴(kuò)散控制。,2. 燃料的化學(xué)組成,碳、氫、氧、氮、硫、水份、灰份 液體和氣體燃料的組成：,固體燃料的組成：,2. 燃料的化學(xué)組成,液態(tài)燃料的揮發(fā)（以汽油為例）,3. 燃料組成對(duì)燃燒的影響,碳：可燃元素。1 kg純碳完全燃燒時(shí)，放出32，860 kJ的熱量。當(dāng)不完全燃燒生成CO時(shí)，放出9，268kJ的熱量。純碳起燃溫度很高，燃燒緩慢，火焰

3、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120，500 kJ的熱量。,3. 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：以三種形態(tài)存在：有機(jī)硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前兩種能放出熱量，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

4、。,3. 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102105C，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。,4.煤的分類(lèi)和組成,煤的基本分類(lèi) 褐煤（Ligite, Brown coal) 最低品味的煤，形成年代最短，熱值較低 煙煤(Bituminous) 形成年代較褐煤長(zhǎng)，碳含量75%90。成焦性較強(qiáng)，適宜工業(yè)一般應(yīng)用 無(wú)煙煤(Anthracite) 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,4.煤的分類(lèi)和組

5、成,煤的詳細(xì)分類(lèi),4.煤的分類(lèi)和組成,煤的成分分析 工業(yè)分析（ proximate analysis ） 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)用煤的主要指標(biāo)。 元素分析（ ultimate analysis ） 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。,4.煤的分類(lèi)和組成,煤的工業(yè)分析 水分： 一定重量13mm以下粒度的煤樣，在干燥箱內(nèi)318323K溫度下干燥8h，取出冷卻，稱(chēng)重 外部水分 將失去外部水分的煤樣保持在375380K下，約2h后，稱(chēng)重 內(nèi)部水分 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7min，

6、放入干燥箱中冷卻至常溫再稱(chēng)重,4.煤的分類(lèi)和組成,煤的工業(yè)分析（續(xù)） 固定碳 失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的環(huán)境中灼燒到重量不再變化時(shí)，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳 灰分： 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,4.煤的分類(lèi)和組成,煤中灰分的組成： 我國(guó)煤炭的平均灰分含量為25 灰分的存在降低了煤的熱值，也增加了煙塵污染和出渣量,4.煤的分類(lèi)和組成,煤的元素分析 碳和氫：通過(guò)燃燒后分析尾氣中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(wú)水硫酸鈉混合物反應(yīng)，S SO42-，滴定,4.煤的分類(lèi)和組成,煤

7、中硫的形態(tài),4.煤的分類(lèi)和組成,煤的成分的表示方法 要確切說(shuō)明煤的特性，必須同時(shí)指明百分比的基準(zhǔn)，常用的基準(zhǔn)有以下四種： 收到基：鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分的燃料作為100%的成分 空氣干燥基：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)行燃料分析時(shí)的試樣成分,4.煤的分類(lèi)和組成,干燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少 干燥無(wú)灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為100%的成分,4.煤的分類(lèi)和組成,煤的成分的表示方法及其組成的相互關(guān)系,4.煤的分類(lèi)和組成,我國(guó)部分煤種的分析結(jié)果,4.煤的分類(lèi)和組成,我國(guó)部分煤種的分析結(jié)果(續(xù)）,5.其他燃料,

8、石油 液體燃料的主要來(lái)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 氫含量增加時(shí)，比重減少，發(fā)熱量增加 天然氣 典型的氣體燃料 一般組成為甲烷85、乙烷10、丙烷3,5.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,6.燃料組成的表示方法: CxHySzOwNv,Sample: C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%, S

9、: 2.6%, O: 5.9% and ash: 7.9% by weight. Determine the normalized molar composition. Element Wt % mol/100g mol/mol(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/molC Th

10、e normalized molar composition: CH0.808N0.013S0.013O0.057,燃料的最重要的兩個(gè)屬性,熱值 決定燃料的消耗量 雜質(zhì) 污染物產(chǎn)生的來(lái)源,第二節(jié) 燃料燃燒過(guò)程,燃燒是可燃混合物的快速氧化過(guò)程，并伴隨著能量（光和熱）的釋放，同時(shí)使燃料的組成元素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氧化物。 1.影響燃燒過(guò)程的主要因素 燃燒過(guò)程及燃燒產(chǎn)物 完全燃燒：CO2、H2O 不完全燃燒： CO2、H2O H:9.5%;S:1.6%;H2O:0.05%;灰分:0.1%.試確定燃燒1kg重油所需要的理論空氣量. 解:以1kg重油燃燒為基礎(chǔ),則 所以理論需氧量為73.5+23.75+0.5

11、=97.83mol/kg重油 干空氣中氧和氮的摩爾比(體積比)為3.78,則1kg重油完全燃燒所需要的理論空氣量為:,2.污染物排放量計(jì)算,97.83（3.78+1)=467.63mol/kg重油 即467.63 (22.4/1000) =10.47mN3/kg重油,2.污染物排放量計(jì)算,習(xí)題：某鍋爐燃用煤氣成分體積比為：H2S0.2%、CO25%、O20.2%、CO28.5%、H213.0%、CH40.7%、N252.4%?？諝夂瑵窳繛?2g/m3(標(biāo)態(tài))，=1.2時(shí)，試求實(shí)際所需空氣量和燃燒時(shí)產(chǎn)生的實(shí)際煙氣量。 解：以1kmol煤氣計(jì)，則 摩爾數(shù)/mol 需氧量/mol 煙氣量/kmol H2S 2 3 4(H2O+SO2) CO2 50 0 50 O2 2.0 -2 0 CO 285 142.5 285(CO2) H2 130 65 130(H2O) CH4 7 14 21(CO2+H2O) N2 524 0 524(N2),1）由上表可知理論需氧量為： 3-2+142.5+65+14=222.5mol/kmol煤氣 =0.2225mN3/（mN3煤氣） 實(shí)際需要的干空氣量： 222.5(1+3.78) 1.2mol