燃烧与大气污染.doc

大气污染控制工程教案 第二章 燃烧与大气污染烟尘、SO2、NOx、等主要是因燃烧而引起的。本章主要介绍燃料燃烧过程中的基本原理、污染物的生成机理以及如何控制燃烧过程，减少污染物的排放。2-1. 燃料的性质燃料指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。燃料的分类：（1）常规燃料：如煤（coal）、patrolum、天然气等。 （2）非常规燃料按其物理状态分为：（1）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）。 （2）液体燃料：有蒸发过程控制（气态形式燃烧）。(3) 气态燃料：有扩散或混合控制。燃料的性质影响大气污染物的排放。一、煤：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起构成的有机聚合物。 煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。 分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。 a.褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物，是煤中等级最低的一类，形成年代最短。呈黑色、褐色、泥土色，象木材结构。特点：挥发分较高，析出温度低；燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量6075%，O2含量2025%。b.烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。 挥发分2045%，C 7590%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。c.无烟煤：碳含量最高，煤化时间最长的煤，具有明显的黑色光泽，机械强度高。 C含量93%, 无机物量13空燃比（AF）定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。4理论空气量的经验计算公式由元素分析可用2.11计算（理论，若知燃料的热值可用2.132.17计算）。例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。解：以1kg重油燃烧为基础，则：重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C88373587358H954752375S160505H2O05002780理论需氧量为： 73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油假定空气中N2与O2的摩尔比为3.76(体积比)则，理论空气量为： mol/kg重油即 Nm3/kg重油11第 页第 4 次课 2 学时上次课复习：提问：1.燃烧的基本原理，主要内容包括：燃料的种类（煤、石油、天然气以及非常规燃料）和性质？2. 燃料完全燃烧过程的条件？本次课题（或教材章节题目）：第二章 燃烧与大气污染 2-3燃烧污染物的形成与控制教学要求：掌握燃烧过程烟气量及污染物排放量的计算，以及燃烧过程中Sox、颗粒污染物、一氧化碳、汞的形成机理。重 点：燃烧过程烟气量及污染物排放量的计算，以及燃烧过程中Sox、颗粒污染物的形成机理。难 点：燃烧过程烟气量及污染物排放量的计算教学手段及教具：多媒体讲授内容及时间分配： 2学时2-3燃烧污染物的形成与控制课后作业P62 2.2 2.4 2.6参考资料注：本页为每次课教案首页2-3烟气体积及污染物排放量计算一 烟气体积计算 理论烟气体积在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积以Vfg0表示，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。Vfg0=V干烟气+V水蒸气V理水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中所给+V理论空气量带入的2实际烟气体积 Vfg0 Vfg = Vfg0 + (a-1)Va03.烟气体积和密度的校正燃烧产生的烟气其T、P总高于标态（273K、1atm）故需换算成标态。大多数烟气可视为理气，故可应用理气方程。设观测状态下：（Ts、Ps下）烟气的体积为Vs，密度为s。标态下： （TN、PN下） 烟气的体积为VN，密度为N。标态下体积为：标态下密度为：应指出，美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是298K、1atm在作数据比较时应注意。 过剩空气较正因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。用奥氏烟气分析仪测定烟气中的CO2、O2和CO的含量，可以确定燃烧设备在运行中烟气成分和空气过剩系数。空气过剩系数为 a=m-过剩空气中O2的过剩系数设燃烧是完全燃烧，过剩空气中的氧只以O2形式存在，燃烧产物用下标P表示，假设空气只有O2、N2分别为21%、79%，则空气中总氧量为 理论需氧量： 0.266N2PO2P 所以 若燃烧完全 若燃烧不完全产生CO须校正，即从测得的过剩氧中减CO氧化为CO2所需的O2 各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。6. 标况下烟气量计算的经验式：P36 2.232.28。二 污染物排放量的计算例2对例1给定的重油，若燃料中硫会转化为SOX（其中SO2占97%），试计算空气过剩系数a=1.20时烟气中SO2及SO3的浓度，以ppm表示，并计算此时烟气中CO2的含量，以体积百分比表示。解：由例1可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：CO2：73.58 H2O：47.5+0.0278SOX：0.5 NX： 理论烟气量：73.58+0.5+(47.5+0.0278)+()=489.45mol/kg重油即 489.45=10.96m3N/kg重油空气过剩系数a=1.2时，实际烟气量为： 其中10.43为理论空气量，即1Kg重油完全燃烧所需理论空气量。烟气中SO2的体积为 烟气中SO3的体积为 所以，烟气中SO2、SO3的浓度分别为： 当=1.2时，干烟气量为： CO2体积为：所以干烟气中CO2的含量以体积计为： 例3：已知某电厂烟气温度为473K，压力为96.93Kpa,湿烟气量Q=10400m3/min,含水汽6.25%（体积），奥萨特仪分析结果是：CO2占10.7%，O2占8.2%，不含CO，污染物排放的质量流量为22.7Kg/min。（1） 污染物排放的质量速率（以t/d表示）（2） 污染物在烟气中浓度（3） 烟气中空气过剩系数校正至空气过剩系数=1.8时污染物在烟气中的浓度。解：（1）污染物排放的质量流量为： （2）测定条件下的干空气量为： 测定状态下干烟气中污染物的浓度： 标态下的浓度： （3）空气过剩系数： （4）校正至=1.8条件下的浓度：2-4 燃烧过程SOx的形成及控制一、 燃料中硫的氧化机理燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应，主要产物是SO2和SO3，但SO3的浓度相当低，既使在贫燃料状态下，生成的SO3也只占SO2生成量的百分之几。在富燃料状态下，除SO2外，还有一些其它S的氧化物，如SO及其二聚物（SO）2，还有少量一氧化二硫S2O.这些产物化学反应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现。燃烧时： 故一般主要生成SO2,计算时可忽略SO3。二、 SOx的控制初步估算：全球从燃烧系统排入大气的硫化物总量约93106 t/a，其中70%从燃用化石燃料的发电厂排出。进入大气中SOX转化成MeSO4，硫酸烟雾等污染环境必须加以控制。控制的办法有：低硫燃料、燃料脱硫、燃烧过程中脱硫或烟气脱硫等。 燃料脱硫） 煤炭的固态加工国外要求用于发电、冶金、动力的煤质标准是：炼焦煤：硫分50%，唐山、河北石家庄、承德、北京矿冶研究生院、工业型煤。） 煤炭的转化煤炭的转化主要是气化、液化。即对煤进行脱硫或加氢改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。a)煤的气化煤的气化技术发展很快：“第一代”干式排灰的鲁奈加压气化（已商业化）和科柏斯-托切克气化；“第二代”液态排渣气化、Hygas气化、Cogas气化等未商业化；“第三代”处于实验阶段的煤催化气化。气化后的叫煤气：煤气主要是H2、CO、CH4等煤中硫的H2S形式存在，我国规定标准20mg/m3，生产出煤气中H2S含量几百到几千mg/m3。需去除：方法有干法、湿式法。干法的氧化铁系为代表。a) 煤的液化 直接液化 SRC-法煤的液化分两类 间接液化 鲁奈气化-弗托合成法煤的液化时耗水量很大，排水含高浓度COD，要求大规模水处理设施。（3）重油脱硫重油脱硫常用的方法：在钼、钴和镍等的金属氧化物催化剂作用下，通过高压加氢反应，加断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时氢与硫作用形成H2S，从重油中分离出来。重油脱硫的困难；要彻底加工燃料，破坏了原来的组织，并产生新的产物：固、液、气态物。2流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫具有炉内脱销脱硫的优点，故普遍受到重视。原理：流化床燃烧是一低温燃烧过程。炉内存在局部还原气氛，热型NOx基本上不产生，因而NOx的生成量减少。流化床燃烧脱硫常用的脱硫剂是石灰石或白云石。石灰石粉碎至与煤同样的粒度（dp2mm左右）与煤同时加入炉内。在10731173K下燃烧：（CaO为多孔）达固硫目的。影响脱硫效率的因素有：沸腾床温度、流化速度、脱硫剂用量等。脱硫剂用量以Ca/S比表示。脱硫率与和硫化速度的关系：当硫化速率一定时，随Ca/S 的增大而增大；当Ca/