3第二章 燃烧与大气污染-第二讲

1、30002500200015001000500第四节燃烧过程中硫氧化物的形成Coalreclttplogy陰出archSulfurinCoalsAlthoughcoalisprimarilyamixtureofcarbon(black)&hydrogenred)atoms,sulfuratoms(yellow)arealsotrappedincoal,primarilyintwoforms.Inoneform,thesulfurisaseparateparticleoftenlinkedwithiron(green,pyriticsulfur)withnoconnectiontothecarb

2、onatoms,asinthecenterofthedrawing(foolsgold).Inthesecondform,sulfurischemicallyboundtothecarbonatoms(organicsulfur),suchasintheupperleftH?S的氧化:直接氧化、第一阶段第二阶段第三阶段萨克简（Sachzan）等研究认为分三个阶段生成0H和生成水o+h2s-so+h2so+os。2+o链分支反应O+HSfOH+S/jw码+O-OH+HH+O2-OH+OOH+HO+HCS2和COS的氧化：CS2易燃，COS可燃性较差，是CS2火焰中的中间体。CS2链起始反应一链反

3、应Ycs?cs+s00csvSTco+soSO+-S一oOcs+socs+oso+sO+CSrCOs+ss+o-so+ocos火焰中存在两个区域，一区是生成CO和S02,二区是CO转化为C02。链反应从COS的光解开始诱发。cos火焰中的反应一COS+hv-COj-S0+COSTco土soSOrTSO。+0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:S+0?S。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%。Ss+OtSO+S+SgSO

4、+OSOSO2+hvs0+asq+osa+0-)sO3+oS02+0+MTSO3+M有机硫化物的氧化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7物主要是SO?。二硫化物氧化初始步骤：RCHSSCHR+-RCHSSCHR七HO：LLLLz接着发生基的分解：RCH2S一SCHRtRCH2S+RCHS通过氢的取代生成硫醇RCHS七RHRCHSH+R硫醇的氧化反应为RSH+02RS七H02RS七O?R七S02最后生成桂基和SO?2.SO2WSO3之间的转化反应方程式低浓度的SO3通过下述反应产生:SO2+O+M-SO3+M(1)(2)(3)(4)产生的SO3通过下述反应消耗:so3+0-

5、so2+o2SO3+HTSO2+OHSO3+MTSO2+O+M在炽热反应区，O浓度很高，反应（1）和（2）起支配作用2.SO?和SO3之间的转化SO3生成速率=KS0210lM-k2S03l0at当dS03/dt=0时，SO3浓度达到最大k2在富燃料条件下，0浓度低得多，S03的去除反应主要为反应(3),SO3的最大浓度：心scJmIok3H2.SO?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:x=/（俭+卩隔）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2SO2WSO3之间的转化SOj向H2SO4的转变率与汨

6、喪的关系7050111L010203040SOj容积浓度X10般溥点与SC)3浓度的关系SO?排放因子举例*omAP-42FiringConfiguraTionseeSO?EmissionFactor(lb伽)EMISSIONFACTORRATINGPC.dryIwnom.wall-firedbituminousPre-NSPS1-01-002-021-02-0024)21-03-002-0638SAPC,drybottcjm.wall-fired1,bituminousPrc-NSPSFwithlow-NO,burner14)1-0024)21-02-0024121-03-0024)63站A

7、PC,drybottom,wall-firedfnbituminousNS呻1-1)1-002-1)21412-002)2M3-002-O638SAFC,drybottom,walMired.sub-bituminoiisPreNSPS*1-01-002-2214)2002-2214)3-002.2235SAPGdrbottom,wallfked：sub-biturninous.NSPS111-01-002-221.02.0G2-221.05.0G2-2235SAPC?drybottom,cellbume?fired,bituminous1-01-002-1538SAPC.drybottom,

8、cellburnerfired,sub-bimminousL01-002-3535SASourceCategoiyEmissionFactor(lb/ton)EMISSIONFACTORRATINGStokcr-fircdboilcrc(SCC1-OI4)OI.02?14)2-001.(4.1-034)014)2)39SbBFBCboiled1(noSCC)2.9EPulverizedcoilboilers(SCC1-OI-OOI-OkI-02-001-01.1-03-0014)1)39SbBResidentialspaceheater(SCCA2104001000)39SbBS=weight

9、percentsulfur.Forexample,ifthesulfurcontentis3.4%,thenS=3.4.航空发动机喷嘴结焦积碳的性质结焦积碳的SEM图片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呈现堆枳现象.同时在颗粒之间还出现了一定数量的、大小不均的球状焦，这可能是由于航空燃料在焦核园（金属原子和杂质等）上产生结焦枳碳并包裹焦核形成的.KISH/kcya富氧燃料油未燃盡碳粒燃燒完全無碳粒初期霧化第二次霧化/tu%FTCO乙烘加入某种基聚乙烘聚乙烘基加入C2H2和聚乙块成环

10、作用再加人，加入细小积炭，貶N,并发生聚乙烘过程，非活化的乙烘火焰中生碳反应过程表2-7乙怏火焰中生碳反应过程与C2H和GH3的基反应支链基聚环芳香桂部分活化的环坯，富氢燃料（第3组炷）细小积炭粒子（活化的）由一些表面反应生成聚环芳香姪大积炭粒子（非活化的，直径250A）聚团的大积炭粒子聚结，通过GJ%和聚乙烘的非均质分解，使碳的数量缓慢增加影响积碳生成的主要因素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

11、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：烷绘一烯庇一带支链芳桂一凝聚环系一沥青一半园体沥青一沥青焦一焦炭。在我国，生产石油焦的焦化装置数量及）1987年的中国石化集团公司所屈企业有19套延迟焦化装置，安/年，2001石油焦燃烧特性的试验研究ExperimentalStudiesonCombustionCharacteristicsofaPetroleumCoke石油焦的工业用途和使用现*石油焦是炼油工艺的副产品。美国是世界上的炼油人国，每年主产2800万吨左右的行油焦，其中2/3出口。日本和欧洲是石油焦消耗人户，美国出口的石油焦有3/4左右销

12、往曰本和欧洲。在日本和I窑和锅炉燃料。66.47万吨/年上升至1997年的319.28万吨仕年产石油焦310万吨，其中硫含量在24%由产量约400万吨。现在随着我国中东高硫原油进口量的逐年增人，另外2005年俄罗斯高硫原油也通过管道输入我国东北，高硫石油焦的产量将越來越高。我国石油焦市场出现了严重供人于求的局也中、高硫石油焦的出路已成为石化部门迫切需耍解决的问题目。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,外扩散它扩散离开表面并与

13、0扳应碳层2.燃煤烟尘的形成煤粉燃烧过程/出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤焦炭褐煤低挥发分烟煤Cjn+a2一-2aC0+巴2+5-2&)C理论上碳与氧的摩尔比近10时最易形成黑烟/在预混火焰中，C/0大约为05时最易形成黑烟灰发分烟煤，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、氧气浓度等有关燃烧碳层中成分和温度分析28在表面燃烧碳层中，气体成分和温度的分布%、去0口矚迢2.燃煤烟尘的形成高灰分燃料的扩散燃烧oX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图2-9高灰分燃料扩散燃烧的灰层厚度2.燃煤烟尘的形成灰分中含有Hg、As、Se、Pb、Cu

14、Zn等污染元素。16【06、65nneosaBu。二o二uaoueo0.20.3Dp2引ESDoebmas是oPG-0SOC830VenationoftraceclcnxncGonccniTBiHHiswithpiniclesixcforflyahpartickbyeoaleombu-ition(wcraxisreflectsthesiccdependenceofihtondns4(ionrale影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素一一煤质PROPERTIESOFSELECTEDSOLIDFUELSPcrreMhywcighlPrimateanalyi_UllrinatranalysisFuel(

15、stale)CarbonVolatilematterMoiMureAdicHN0sHeatingvalue10*1kg-1)Meii-anrhwite(R|)65.3213318.90.321.7Aftlhniciu(PA)77J185.4IU76.1L806L80.627.8Semiantbracite(PA)78.9IU309.7神.23.J12.00.7；l.3Bi(umin45,366.94.81463.528.!(IL)J94Q.2128.612.846L0664,326.7SuWumitwus(CO)45.930.519.6405K.83.R

16、IJ12.203236Lignite(ND)30.828J34.6242.4280.712.407【6.8Bmwncoat(Australia)15.317.766J0.?01Wood(Douglasfir,办received17.2S20359OH52.36J0.14050210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/锅炉结构燃煤颗粒大小对飞灰含量的影响PrCnlOfcwlmolFrFbonlk1410IO3Dpgm)V&riacionoftheashcornenierfpkenxedlwithcoaJparxicksue(血“frpmL

17、inlejohn.I966.影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素一一燃烧方式燃烧方式占燃料中灰分的质量分数TOC o 1-5 h z手烧炉1520 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 链条炉15-20抛煤机炉（机械风动）2440沸腾炉4060煤粉炉75-85母密娜圭（海）聲鶴郦目凰斜噜郦链条炉抛煤机由电动机通过减速机机构驱动，摇杆作往复运动，从而把从煤斗下来的煤推给风|机。风机的高速转动把煤吹向高温的炉膛内进行燃烧。调节板向炉膛方向移动，射程较近，反之较远。上部熔烧空间溢流口空气空气分布板!：4炉气s矿石冷淙腾培烧妒13二次空气进口点火口i楠錦炉的工

18、關理是榊鞠-魏度瓣狗W不是在炉壯进锄，也不是WW鶴鬼间鵬弧躺炉的突出优点是,对煤种适应性匚可燃删、:另-楸在刑料轍充分,从而提謫删用執850-105012；料棘,相当于-个大现其删进入臓就砸訊十倍混合,因雌械生产实践糊,刑用合咖达70%我卿7.54MJ/KC40%50%的前直接臃接收。A7K31、煤紛蟀车2煤粉塔总成6、锅炉7.布袋除尘器3、一次风机4、煥烧器总成父二次风机8.引风机910.自控单元2.燃煤烟尘的形成几种燃烧方式的烟尘颗粒概况表2-9几种燃烧方式的烟尘颗粒概况飞灰颗粒组成手烧炉排/%链条炉/%抛煤机炉1%煤粉炉/%沸腾炉/%10的含量571125420卩m的含量81523491

19、044pm的含量302542792074pm的含量4038569226149pin的含量5143272262.燃煤烟尘的形成响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素一一热负荷405060708090100110120负荷/%05.O.5.O..3.zliokI图2-10不同锅炉运行负荷的排尘浓度1.2.3.往复炉；4链条炉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庇和芳香桂的燃料易形成有机污染排放。-形成历程1.链炷分子氧化脱氢形成乙烯和乙烘。延长乙烘的链形成各种不饱和基。不饱和基进一步脱氢形成聚乙烘O不饱和基通过环化反应形成C6-C2型芳香族化合物。5.C6C2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co是所有大气污染物中量最大、分布最广的一种。CO的全球排放量为200X106t/ao燃料中的碳都先形成CO,然后进一步氧化CO+OHtC02+H在火焰温度下有