《燃烧与大气》PPT课件.ppt

第二章 燃烧与大气污染,福州大学环境工程系,第二章 燃烧与大气污染,2.1 燃料的性质 2.2 燃料的燃烧过程 2.3 烟气体积计算 2.4 燃烧过程中硫氧化物的形成 2.5 其他污染物的形成,2-1燃料的性质,定义：在燃烧过程中能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。,燃料的最重要的两个属性,热值 决定燃料的消耗量 杂质 污染物产生的来源,2-1燃料的性质,2.1.1燃料的燃烧特性 2.1.2燃料的化学组成 2.1.3煤的分类和组成 2.1.4燃料组成的表示方法,2.1.1燃料的燃烧特性,气态燃料：燃烧迅速，由扩散或混合控制 液体燃料：以气态形式燃烧，由蒸发过程控制（气态形式燃烧） 固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸馏过程控制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）,2.1.2燃料的化学组成,2.1.2燃料的化学组成,2.1.3煤的分类和组成,1、煤的基本分类 2、煤的成分分析及分析方式 3、煤的成分表示方法,1、煤的基本分类,褐煤 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,2、煤的成分分析及分析方式,工业分析（ proximate analysis ） 测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。 元素分析（ ultimate analysis ） 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。,煤的工业分析,水分： 外部水分+内部水分，一般1013 挥发分： 失去水分的试样密封无氧加热时，分解出的可燃气体物质 挥发份越高，越易着火，火焰越长，越易燃烧完全 挥发份过高，易产生污染,煤的工业分析,固定炭 煤的主要可燃物质 以有机态存在 灰分：P30：表2-1 我国煤炭的平均灰分含量为25 灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量,煤中硫的形态,低硫煤中主要是有机硫，约为无机硫的8倍； 高硫煤中主要为无机硫，约为有机硫的3倍,3、煤的成分表示方法,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,3、煤的成分表示方法,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,煤的成分的表示方法及其组成的相互关系,2.1.4燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv,Sample: C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%, S: 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 The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057,2-2燃料燃烧过程,2.2.1影响燃烧过程的主要因素 2.2.2燃料燃烧的理论空气量 2.2.3燃烧过程的热化学关系式,2.2.1影响燃烧过程的主要因素,空气条件：提供充足的空气；空气量过大，炉温降低，热损失增加 温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度 着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃料的着火温度见表2-4。P38 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,2.2.2燃料燃烧的理论空气量,1、建立燃烧方程式的假定： 空气组成 20.9%O2和79.1%N2，两者体积比为：N2/ O2 = 3.78 燃料中固定氧可用于燃烧 燃料中硫主要被氧化为 SO2 不考虑NOX的生成，燃料中的N在燃烧时转化为N2 燃料的化学式为CxHySzOw,2、燃烧方程式：,燃料重量 = 12x+1.008y+32z+16w 理论空气量： 煤 47 m3/kg，液体燃料1011 m3/kg,例题,3、空气过剩系数,定义： 部分炉型的空气过剩系数,4、空燃比,定义：单位质量燃料燃料所需要的空气量,2.2.3燃料燃烧的热化学关系式,1、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/kg or kcal/kg） 高位发热量： 低位发热量： WH、WW燃料中氢和水的质量百分数 (水0C时的汽化潜热为2500kJ/kg),例题,已知甲乙丙三厂用煤量及其所用煤低位发热量如下表所示，若三个厂生产的产品、数量、质量均相同，试求三个厂的煤耗，并比较哪个厂的燃料利用率最高。,例题,解： 由于三个厂所用煤的发热量不同，不能简单的比较，需将实际煤耗折算成标准煤耗来比较 我国标准煤低位发热量为29 309kJ/kg（即7 000kcal/kg） 甲厂标准煤耗： 乙厂标准煤耗： 丙厂标准煤耗：,2、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,燃烧热损失与空燃比的关系,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,2-3烟气体积及污染物排放量的计算,2.3.1烟气体积计算 2.3.2污染物排放量计算,2.3.1烟气体积计算,1、理论烟气体积 （ ） 成分：CO2、SO2、N2和H2O 状态：干烟气、湿烟气,2.3.1烟气体积计算,2、烟气体积和密度的校正 转化为标态下（273K、1atm）的体积和密度 注意：美、日和全球监测系统网的标态为298K、1atm,2.3.2污染物排放量的计算,方法： 根据实测的污染物浓度和排烟量 根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况预测烟气量和污染物浓度,2.3.2污染物排放量的计算,方法： 在缺乏燃料组成或元素分析数据时，可根据燃料低位发热量q1（kJ/kg）近似估算燃烧所需的理论空气量Va 和产生的理论烟气量Vf（ ）,估算方程为：,例题,已知某种烟煤的低位发热量为25 110kJ/kg，组成为： 试计算燃烧1kg该种煤所需的理论空气量和产生的理论烟气量 解题思路： 1、按燃烧方程式计算；2、利用低位发热量估算,解：1、根据燃烧方程式计算： （1）首先计算收到基的成分组成,（2）计算理论空气量：,燃烧1kg煤理论需氧量为（53.73+9.225-1.916+0.316）mol61.355mol 理论空气量为61.355（1+3.78）mol=293.28mol 转化为标态体积：,（3）计算烟气量：,燃烧1kg煤产生烟气为：（燃烧产物+N2） （53.73+18.45+0.343+0.316+1.7）mol+61.3553.78mol306.46mol 转化为标态体积：,解：2、根据低位发热量估算：,与第一种方法相比： 近似计算误差分别为-0.26%、1.9%,2-4燃料中硫的氧化及硫氧化物的转化,贫燃料区 富燃料区,SO2与SO3之间的转化贫燃料区,低浓度的SO3通过下述反应产生了燃烧过程中 SO2+O+MSO3+M(M起吸收能量的作用，反应进程缓慢) 在高温反应区，原子氧浓度达到最大，反应过程迅速 同时存在反应：SO3+OSO2+O2,在富燃料的CH化合物火焰中，氧原子浓度低得多，反应主要受以下过程控制 SO3+HSO2+OH 同时存在反应： SO2+O+MSO3+M O/H控制反应过程，O/H比小，富燃料条件下，反应基本被抑制，从防腐考虑，降低AF,SO2与SO3之间的转化富燃料区,SO3的转化率/%,2-5燃烧过程NOx的形成及控制,2.5.1 NOx的形成 2.5.2 NOx的控制,2.5.1燃烧过程NOx的形成,N2O温室气体，且参与臭氧层破坏 从燃烧系统排出的NOx95以上是NO，其余主要为NO2，实际中均以NO2计,2.5.1燃烧过程NOx的形成,燃烧过程中NOx的形成 1、燃料型NOx（fuel NOx） 2、热力型NOx（thermal NOx） 3、瞬时NO（prompt NO）,1、燃料型NOx（fuel NOx）,CN + O2（燃烧区）： HCNNH或NH2NO（反应速度快） 石油含氮0.65%（W），煤12 燃料中2080转化为NO,2、热力型NOx（thermal NOx）,N2 + O2（燃烧区）： 平衡时NO浓度随温度升高而升高 温度2000K以上时，不到0.1S时间可生成大量NO 低温有利于NO2转化,3、瞬时NO（prompt NO）,燃料燃烧的第一阶段： 低温火焰中NO形成，温度对瞬时NO形成影响较弱,2.6其他污染物的形成,CH化合物 CO Hg 二恶英：多氯二苯并二恶英或多氯二苯并呋喃,Hg的形成与排放,煤碳燃烧是Hg的一大来源 煤中Hg的析出率与燃烧条件有关 燃烧温度900o