燃烧与大气污染

第二章燃烧与大气污染燃料的性质燃料燃烧过程烟气体积及污染物排放计算了解常见燃料的组成和性质；掌握燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素；学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度；第一节燃料的性质1.燃料的分类按获得方法分按物态分天然燃料人工燃料固体燃料木柴、煤、油页岩木炭、焦炭、煤粉等液体燃料石油汽油、煤油、柴油、重油气体燃料天然气高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气2.燃料组成对燃烧的影响碳：可燃元素。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约90-98%，一般煤的含碳量约50-95%。氢：是燃料中发热量最高的元素。2.燃料组成对燃烧的影响氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5-1.5%硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。2.燃料组成对燃烧的影响水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102-105C，保持2h后才能除掉。灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。3.煤的分类和组成煤的基本分类泥煤褐煤：由泥煤形成•最低品味的煤，形成年代最短，热值较低烟煤•形成年代较褐煤长，碳含量75-90％。成焦性较强，适宜工业一般应用无烟煤•煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性差,发热量大4.煤的分类和组成煤的成分分析工业分析（proximateanalysis）测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热量，是评价工业用煤的主要指标。元素分析（ultimateanalysis）用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。4.煤的分类和组成煤中硫的形态4.煤的分类和组成煤的成分的表示方法要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种：收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分100%arararararararCHONSAW100%adadadadadadadCHONSAW4.煤的分类和组成干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分100%dafdafdafdafdafCHONS100%ddddddCHONSA5.其他燃料石油液体燃料的主要来源链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧氢含量增加时，比重减少，发热量增加天然气典型的气体燃料一般组成为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％5.其他燃料非常规燃料城市固体废弃物商业和工业固体废弃物农产物和农村废物水生植物和水生废物污泥处理厂废物可燃性工业和采矿废物天然存在的含碳和含碳氢的资源合成燃料核燃料非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题第二节燃料燃烧过程1.影响燃烧过程的主要因素1）燃烧过程及燃烧产物完全燃烧：CO2、H2O不完全燃烧：CO2、H2O、CO、黑烟及其他部分氧化产物如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NOx1.影响燃烧过程的主要因素2）燃料完全燃烧的条件（3T）空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分混合燃烧所需的空气量2、燃料中固定氧可用于燃烧3、燃料中硫主要被氧化为SO24、不考虑NOX的生成燃料中的N在燃烧时转化为N220.9%O2和79.1%N2N2/O2=3.78一、假定条件：1、空气组成：二.理论空气量的计算1、按化学方程式2222223.7842423.78242xyzwywywCHSOxzOxzNyywxCOHOzSOxzNQ（1）燃烧方程式：（2）理论空气量kgmwzyxwzyxVNoa/163212)24(78.44.223二.理论空气量的计算2、按燃料组成以1kg燃料为例计算燃烧所需的理论空气量元素CHONS百分数CHONS摩尔数10C/1210H/110O/1610N/1410S/32需O2量10C/1210H/4-10O/32010S/32例题1：煤的组成(干燥基)为：C60%,H8%,O8%,N7%,S1.6%,A15.4%,求燃烧所需的理论空气量.三.实际空气量空气过剩系数oaaVV理论空气量实际空气量oaaVV实际空气量2、部分炉型的空气过剩系数烟煤1.3～1.5无烟煤1.3～2.0手烧炉2、部分炉型的空气过剩系数链条炉烟煤1.3～1.4无烟煤1.3～1.5本节例题中，如空气过剩系数为1.1，则燃烧所需的实际空气量是多少？3、空燃比AF单位质量燃料燃烧所需要的空气质量。理论空燃比与燃料中氢的相对含量有关，随氢含量减少而减少，第三节燃烧的产物1、燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等概念：热力型NOx、燃料型NOx影响因素：温度影响产物的绝对量和相对量燃料种类燃烧方式2.燃烧产物与温度的关系3.热化学关系式发热量：•单位燃料完全燃烧时，所放出的热量，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下的热量变化（kJ/kgorkcal/kg）•高位发热量：包括燃料生成物中水蒸气的汽化潜热•低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时，完全燃烧过程所释放的热量25(9)(/)LHHWqqWWkJkg3.热化学关系式燃烧设备的热损失•排烟热损失•不完全燃烧热损失•散热损失在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最低不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧。3.热化学关系式燃烧热损失与空燃比的关系4、烟气量的计算实际烟气量理论烟气量过剩空气量干烟气量水蒸气实际烟气量Vfg=Vfg0+（α-1)Va04、烟气量的计算以1kg燃料为例计算燃烧产物产物量10C/1210H/2010N/2810S/32元素CHONS百分数CHONS摩尔数10C/1210H/110O/1610N/1410S/32需O2量10C/1210H/4-10O/32010S/32例题2：煤的组成为：C64%,H14%,O6%,,S1.3%,A13.2%,N1.5%,若空气过剩系数α=1.5时,求（1）燃烧产生的烟气量.（2）干烟气中SO2的浓度例2中若产灰率为40%，则干烟气中粉尘浓度是多少？5、烟气体积和密度的校正自习5分钟]5.0[264.05.0112212CONCO7、过剩空气校正自习若空气过剩系数为α，测定的烟气成分中CO2、O2、CO、N2体积分数分别为C1、O2、C1、N2则有8、燃烧污染物的控制1）烟尘的形成与控制烟尘产生量与煤种、炉型、燃烧条件有关控制方法：采取除尘措施消烟除尘改善燃烧条件8、燃烧污染物的控制2）硫氧化物的形成与控制采用低硫燃料烘焙脱硫型煤固硫燃烧过程中脱硫和烟气脱硫8、燃烧污染物的控制3）氮氧化物的形成与控制降低燃烧温度和氧气浓度缩短烟气在高温区的停留时间偏离理论空气量条件下进行燃烧本章重点回顾：1、燃料种类：常规燃料、非常规燃料2、燃烧条件：“三T”条件3、空气量和烟气量的计算4、燃烧热损失5、燃烧产物与温度关系6、燃烧污染物的控制方法（SO2）7、概念：空气过剩系数、空燃比、热力型NOx、燃料型NOx，高（低）位发热量