3第二章燃烧与大气污染-第二讲

第四节燃烧过程中硫氧化物的形成有机硫的分解温度较低：700~800KH2S、COS无机硫的分解速度较慢：小于800K时FeS、S2、H2S大于1700K时分解为Fe、S2和COS含硫燃料燃烧的特征是火焰呈浅蓝色，由于反应：hvSOSOO2•H2S的氧化：萨克简（Sachzan）等研究认为分三个阶段-直接氧化、生成OH和生成水HOHHOHOOHOHHOHOHSHOHSHOOSOOSOHSOSHO222222222第一阶段第二阶段第三阶段链分支反应•CS2和COS的氧化:CS2易燃，COS可燃性较差，是CS2火焰中的中间体。OSOOSSCOSCSOSSOOCSSOCSCSOOSOOSOSOCOOCSSOOCSOCS22222222OSOOSOSOCOCOSOOSOOSSCOhvCOS222CS2链起始反应链反应COS火焰中的反应COS火焰中存在两个区域，一区是生成CO和SO2，二区是CO转化为CO2。链反应从COS的光解开始诱发。•元素S的氧化硫化物火焰中的元素硫有两种形态：原子态或二聚硫。低温下纯硫蒸发时，这些蒸汽分子是聚合的，分子式为S8。谢苗诺夫提出的纯硫氧化链分支反应：MSOMOSOOSOOSOOSOOSOhvSOSOOSOSSSOOSOSOOSSSS32322222*268278反应生成物来自如下反应：纯硫氧化的最大特点：SO3占SOx百分比较高，达20%，烟气总体此比例只有约5%。•有机硫化物的氧化2222222222222RCHSSCHRORCHSSCHRHORCHSSCHRRCHSRCHSRCHSRHRCHSHRRSHORSHORSORSO燃料中的有机硫可能以硫醇、硫化物或二硫化物形式存在，燃烧产物主要是SO2。二硫化物氧化初始步骤：接着发生基的分解：通过氢的取代生成硫醇硫醇的氧化反应为最后生成烃基和SO22.SO2和SO3之间的转化•反应方程式•SO2+O+MSO3+M（1）•SO3+OSO2+O2（2）•SO3+HSO2+OH（3）•SO3+MSO2+O+M（4）•在炽热反应区，[O]浓度很高，反应（1）和（2）起支配作用低浓度的SO3通过下述反应产生：产生的SO3通过下述反应消耗：2.SO2和SO3之间的转化•SO3生成速率•当d[SO3]/dt=0时，SO3浓度达到最大•在富燃料条件下，[O]浓度低得多，SO3的去除反应主要为反应（3），SO3的最大浓度：OSOkMOSOkdtSOd32213221max3kMSOkSOHkOMSOkSO321max32.SO2和SO3之间的转化•燃烧后烟气中的水蒸气可能与SO3结合生成H2SO4，转化率:•转化率与温度密切相关•H2SO4浓度越高，酸露点越高•烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀%)/(10042342SOHSOSOHPPPx2.SO2和SO3之间的转化SO2排放因子举例-fromAP-42第五节燃烧过程中颗粒物的形成1.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.较为缓慢的聚团或凝聚过程•乙炔火焰中生碳反应过程•燃料的分子结构是影响积炭的主导因素：碳氢比，不饱和度，支链或直链等•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影响积碳生成的主要因素1.碳粒子的生成•石油焦和煤胞的生成燃料油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。石油焦的工业用途和使用现状：煤胞电镜图片2.燃煤烟尘的形成烟煤燃烧图2.燃煤烟尘的形成•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,是灰分的一部分，含有大量污染元素•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2.燃煤烟尘的形成•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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，烟煤最易出现黑烟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snmCmHCOOHC)2(2n2222.燃煤烟尘的形成•燃烧碳层中成分和温度分析2.燃煤烟尘的形成•高灰分燃料的扩散燃烧燃烧速率方程假设：灰层边界氧气浓度等于烟气中氧气浓度，燃料表面氧气浓度接近于0.2.燃煤烟尘的形成•灰分中含有Hg、As、Se、Pb、Cu、Zn等污染元素2.燃煤烟尘的形成•影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素——煤质2.燃煤烟尘的形成•影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素煤质燃烧方式烟气流速炉排和炉膛的热负荷锅炉运行负荷锅炉结构2.燃煤烟尘的形成•燃煤颗粒大小对飞灰含量的影响•影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素——燃烧方式燃烧方式占燃料中灰分的质量分数%手烧炉15~20链条炉15~20抛煤机炉（机械风动）24~40沸腾炉40~60煤粉炉75~85手烧炉链条炉抛煤机炉沸腾炉煤粉炉2.燃煤烟尘的形成•几种燃烧方式的烟尘颗粒概况2.燃煤烟尘的形成•影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素——热负荷第六节燃烧过程中其他污染物的形成1.有机污染物的形成含有较大比例烯烃和芳香烃的燃料易形成有机污染排放。–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C6－C2型芳香族化合物。5.C6－C2基逐步合成为多环有机物。燃烧过程中有机污染物生成的影响因素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当前大气污染控制工程中的关键难题：氮氧化物与CH、CO等的矛盾2.CO的形成2.CO的形成3.Hg的形成与排放•Hg对人的肾和神经系统有危害日本水俣病•煤炭燃烧是Hg的一大来源•煤中Hg的析出率与燃烧条件有关•燃烧温度900oC时，析出率90％•还原性气氛的析出率低于氧化性气氛燃煤中Hg的排放路径：气态+飞灰携带排放形态：二价汞、颗粒结合态汞和单质汞Hg排放控制是燃煤污染控制的新课题之一。随堂习题煤炭的成分分析结果（质量分数）如下：H:5.0%;C:75.8%;N:1.5%;S:1.6%;O:7.4%;灰分:8.7%燃烧条件为空气过量20%，空气的湿度为0.0116mol(H2O)/mol(干空气)，并假定完全燃烧，试计算烟气的组成。