环境管理_大气污染控制工程概述

1 大气污染控制工程 2 第2章燃烧与大气污染 教学内容 1燃料的性质 2燃料燃烧过程 3烟气体积及污染物排放计算 4燃烧过程硫氧化物的形成 5燃烧过程中颗粒物的形成 6燃烧过程中其他污染物的形成 3 焚烧秸秆 4 600MW亚临界自然循环前后墙对冲燃烧中间再热锅炉 5 6 汽车尾气排放 7 1燃料的性质 燃料的分类 燃料的定义 指燃烧过程中能放出热量 且经济上可行的物质 8 9 可燃冰是天然气和水结合在一起的固体化合物 1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0 8立方米的水 10 11 世界上可燃冰总资源量相当于全球已知煤 石油和天然气的2倍 中国远景可燃冰资源量至少有350亿吨油当量 12 1燃料的性质 一 煤煤 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 13 1 煤的分类 按基于沉积年代的分类法分为褐煤 烟煤 无烟煤 1 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60 75 O2含量20 25 14 2 烟煤 形成历史较褐煤长 黑色 外形有可见条纹 挥发分20 45 C75 90 成焦性较强 氧含量低 水分及灰分含量不高 适宜工业使用 3 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 10 着火难 不易自燃 成焦性差 1 煤的分类 15 2 燃料组成对燃烧的影响 碳 可燃元素 1kg纯碳完全燃烧时 放出7850卡的热量 当不完全燃烧生成CO时 放出2214卡的热量 氢 是燃料中发热量最高的元素 固体燃料中氢的含量为2 10 以碳氢化合物的形式存在 1kg氢完全燃烧时能放出28780卡的热量 16 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 17 2 燃料组成对燃烧的影响 水分 外部水分 内部水分灰分 是燃料中不可燃矿物质 为燃料中有害成分 18 3 煤的成分分析 工业分析 proximateanalysis 测定煤中水分 挥发分 灰分和固定碳的含量 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 19 1 煤的工业分析 水分 一定重量13mm以下粒度的煤样 在干燥箱内318 323K温度下干燥8小时 取出冷却 称重 外部水分将失去外部水分的煤样保持在375 380K下 约2h后 称重 内部水分挥发分 失去水分的试样密封在坩埚内 放在1200K的马弗炉中加热7分钟 放入干燥箱中冷却至常温再称重 20 固定碳失去水分和挥发分后的剩余部分 焦炭 放在800 20 C的环境中灼烧到重量不再变化时 取出冷却 焦炭所失去的重量为固定碳 灰分 灰分是煤中不可燃矿物物质的总称 高灰分 低熔点的煤极易结渣 从而影响热效率 21 煤中灰分的组成 22 2 煤的元素分析 碳和氢 通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定氮 在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨 碱液吸收 然后用酸滴定硫 与氧化镁和无水碳酸钠混合物反应 SSO42 滴定 23 3 煤中硫的形态 24 硫化铁硫 是主要的含硫成分 常见形态是黄铁矿硫 本无磁性 但在强磁场感应下能转变为顺磁性物 据此 可把其从煤中脱除 25 4 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 26 4 煤的成分的表示方法 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 27 4 煤的成分的表示方法 煤的成分的表示方法及其组成的相互关系 28 4 煤的成分的表示方法 我国部分煤种的分析结果 29 二 石油 30 二 石油 31 32 二 石油 原油是天然存在的易流动液体 特点 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 33 二 石油 原油比重0 78 1 00主要含C H2 少量的S N2 O2 此外 含有微量金属 钒 镍 砷 铅 等 10ppm左右 原油中的含硫量一般为0 1 7 大部分以有机硫形式存在 原油中的S约有80 90 留于重馏分中 原油通过蒸馏 裂化和重整过程生产出各种产品 34 三 天然气 典型的气体燃料一般组成为CH485 乙烷10 丙烷3 此外还有H2O CO2 N2 He H2S等 天然气中的H2S具有腐蚀性 它的燃烧产物为硫的氧化物 因此许多国家规定了天然气中H2S和总硫含量的最大允许比值 35 36 四 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 37 五 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 38 2燃料燃烧过程 一 影响燃烧过程的主要因素1 燃烧产物假如燃料只含有炭 氢元素 其完全燃烧产物 CO2 H2O不完全燃烧 CO2 H2O CO 黑烟如果燃料中含有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NOx 39 一 影响燃烧过程的主要因素 2 燃料完全燃烧的条件空气条件 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 40 一 影响燃烧过程的主要因素 典型燃料的着火温度 41 一 影响燃烧过程的主要因素 典型锅炉热损失与过剩空气量的关系 42 一 影响燃烧过程的主要因素 燃气比和混合程度对燃烧产物的影响 43 二 燃料燃烧的理论空气量 1 理论空气量单位质量的燃料 按燃烧反应方程完全燃烧所需要的空气量 单位 立方米 千克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不考虑热力型NOX的生成燃料中的N在燃烧时转化为N2燃料的化学方程式为CxHySzOw 44 二 燃料燃烧的理论空气量 燃烧方程式 燃料重量 12x 1 008y 32z 16w 45 二 燃料燃烧的理论空气量 理论空气量 46 二 燃料燃烧的理论空气量 2 空气过剩系数实际空气量与理论空气量之比 以 表示 通常 1部分炉型的空气过剩系数 47 二 燃料燃烧的理论空气量 3 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 例如 甲烷在理想空气量下的完全燃烧 CH4 2O2 7 56N2 CO2 2H2O 7 56N2空燃比 AF 2 32 7 56 28 1 16 17 2 48 三 燃烧过程中产生的污染物 燃烧可能释放的污染物 CO2 CO SOx NOx CH 烟 飞灰 金属及其氧化物等温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响 49 三 燃烧过程中产生的污染物 燃烧产物与温度的关系 50 三 燃烧过程中产生的污染物 燃料种类对燃烧产物的影响 以1000MW电站为例 51 四 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 kgorkJ m3 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