长理 燃烧与污染.doc

第二章 1煤的工业分析与成分分析的操作方法？1) 煤的成分分析a) 工业分析（ proximate analysis ） 测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热量，是评价工业用煤的主要指标。b) 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。2) 煤的工业分析a) 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b) 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 c) 固定碳失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的环境中灼烧到重量不在变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳d) 灰分：从煤中扣除水分、灰分以及灰发分后剩余的部分为固定碳2影响燃烧的因素有哪些？（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NOx（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：达到燃料的着火温度时间条件：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：燃料与氧充分混合3.请描述SO2的形成机理？有机硫的分解温度较低无机硫的分解速度较慢含硫燃料燃烧的特征是火焰呈蓝色，反应式为：1) H2S的氧化2) CS2和COS的氧化3) 元素S的氧化4) 有机硫化物的氧化4.请描述NOx的形成机理？1) 热力型NOx 是指当炉膛温度在1 350 以上时,空气中的氮气在高温下被氧化生成NOx ,当温度足够高时,热力型NOx 可达20 %。2) 燃料型NOx 指的是燃料中的有机氮化物在燃烧过程中生成的NOx ,其生成量主要取决于空气燃料的混合比。燃料型NOx 约占NOx 总生成量的75 %90 %。3) 快速型NOx指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团(CH)等反应而生成NOx。在这3种途径中,快速型NOx 所占的比例不到5%;在温度低于1 300 时,几乎没有热力型NOx。 对常规燃煤锅炉而言, NOx 主要通过燃料型生成途径而产生。第三章1.试述分级燃烧、再燃烧法、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧、烟气再循环各自的工作原理？1) 分级燃烧：将燃烧用的空气分两阶段送入。 第一阶段：先将理论空气量的80左右从燃烧器送入，使燃料在缺氧富燃条件下燃烧，燃料燃烧速度和燃烧温度降低，燃烧生成CO；而且燃料中N将分解生成大量的HN，HCH，CN，NH3，NH2等，它们相互复合，即第二阶段：将燃烧用空气的剩下部分（20%）以二次风形式送入，使燃料进入空气过剩区域(作为第二级)燃尽。虽然这时空气量多，但由于火焰温度较低，所以，在第二级内也不会生成较多的NOx ，因而总的NOx生成量是降低的。2) 再燃烧法a) 一次燃烧区生成物中有NO，CO2，H2O，SO2，灰和O2b) 再燃烧区生成的碳氢基因CH，与一次燃烧区的NO反应：c) 燃尽区xN氧化成N2和NO反应：3) 低氧燃烧：a) 燃烧器前墙布置燃料与空气混合不均，局部过剩空气过多，增加过剩空气系数对NOx的影响较大。b) 燃烧器四角布置炉内气流旋转，燃料与空气混合均匀，避免了局部过剩空气过多(特别是在燃烧前期过剩空气过多)，因而增加过剩空气系数对NOx的影响较小4) 浓淡偏差燃烧： 浓淡偏差燃烧是基于对NOx的变化关系，使部分燃料在空气不足下燃烧，即燃料过浓燃烧；另一部分燃料在空气过剩下燃烧，即燃料过淡燃烧。无论是过浓燃烧或过淡燃烧，燃烧时都不等于1，前者 1，而后者 1，故又称非化学当量比燃烧或偏差燃烧。 5) 烟气再循环：将部分低温烟气直接送入炉内，或与空气(一次风或二次风) 混合后送人炉内。因烟气吸热和稀释了氧浓度，使燃烧速度和炉内温度降低，热力型减少。因此，烟气再循环法特别适用于燃用含N量少的燃料。2.燃烧室分级燃烧与燃烧器分级燃烧各自的机理及效果如何？1) 燃烧室分级燃烧：a) 燃烧室分级燃烧机理在主燃烧器上部装设空气喷口，在燃烧器内供入大约80的燃烧空气量，使燃烧器区处于富燃状态，剩下的空气则从上部空气喷口供入，使可燃物燃尽，因而在燃烧室内沿高度分成两个区域，即燃烧器附近的富燃区和空气喷口附近的燃尽区。 b). 燃烧室分级燃烧效果在燃烧所用空气量保持一定，第级过剩空气系数降低时，NOx生成且是随之降低。在10.8时，其NOx生成量比般燃烧工况约降低50，而这时期烧仍很稳定2) 燃烧器分级燃烧：a) 燃烧器分级燃烧机理 内分级混合方式：一、二次风均从燃烧器喷口送入，但二次风被分隔成两股送入，由内通道送入的称内二次风；而由外通道送入的称外二次风(为区别起见，也有称为三次风)外分级混合方式：部分二次风是从主火嘴周围的一些空气喷口送入。内外分级混合的机理：二次风都是逐渐送入，因而在燃烧器出口附近首先形成富燃区，然后由于二次风的全部混入，使燃料燃尽，形成了燃尽区。b) 燃烧器分级燃烧效果燃烧器分级时，NOx降低约40，并随着火焰根部过剩空气系数1的降低而降低，1进一步降低时NOx反而增加。综合采用燃烧器分级与燃烧器分级时，NOx可降低60以上。此外，因火焰周围是氧化性气氛，可防止沪壁的结渣和腐蚀。3.试述分级燃烧设计时需要注意的问题？（1）偏离率的选择（2）二次风喷口位置的确定（3）腐蚀、结渣、和热损失4.再燃烧法中二级燃料的引入位置如何确定？从炉上部引入，停留时间短，故宜采用易着火燃料，并要求N含量低，以减少NOx排放5.主要有哪几种阶段性燃烧器，并简述其工作原理？（1）分级燃烧器（2）分级燃烧室（3）再燃烧法（4）浓淡偏差燃烧器阶段型燃烧器工作原理：采用空气分级(内部分级或外部分级)以延缓燃料与空气的混合，使煤粉气流与“二次风”气流的混合燃烧分为两个区域进行。在一次燃烧区内，煤秘气流在缺氧(过剩空气系数1=0.70.75)工况下进行着火燃烧，一次燃烧区内的CO及末燃尽的煤粉(焦炭)与剩下的燃烧空气(分级二次风)在二次燃烧区内混合、燃尽。6简述再燃烧型燃烧装置的工作原理？a) 一次燃烧区生成物中有NO，CO2，H2O，SO2，灰和O2b) 再燃烧区生成的碳氢基因CH，与一次燃烧区的NO反应：c) 燃尽区xN氧化成N2和NO反应：7.试述SGR型低NOx燃烧器的工作原理和结构特点？工作原理：1) 一次燃烧区： 风/煤=a, 等于一般煤粉的挥发分燃烧所需理论空气量风/煤a, 挥发分燃烧不完全，挥发分中的氮转化为NOx的份额(1)减少a风/煤b, 1随风煤比的增加而增加2) 二次燃烧区：风/煤a, 大量的未燃气体和焦炭从一次燃烧区转入二次燃烧区，并与二次风扩散混合和燃烧。a风/煤b, 大量的未燃气体和焦炭从一次燃烧区转入二次燃烧区，并与二次风扩散混合和燃烧。3) 二次燃烧区迭加：风/煤a, NOx随风煤比的增加而增加a风/煤b, NOx随风煤比的增加而减少结构特点：1) 有再循环烟气分隔(SGR)喷嘴；2) 粉气流在管道弯头时的离心力作用，煤粉外浓内淡。然后，用叉形管将浓粉流与淡粉流分别引至上、下两个喷嘴；3) 煤粉气流渐扩型喷口使烟气回流，并由于浓粉流热容量小，故浓粉流先着火，然后依靠浓焰对淡粉流的辐射加热，使淡粉流着火，因而着火比较稳定，可燃物损失减少。8.低NOx炉膛设计及运行时所需要考虑的问题有哪些？1）低NOx炉膛应考虑的设计措施 炉膛大型化 合理布置燃烧器 分隔燃烧室 采用切向燃烧和U型火焰燃烧2）低NOx炉膛采用的运行措施 低氧燃烧 降低热负荷 降低热风温度 合理的配风方式第四章1简述水煤浆的工作原理？所谓水煤浆，就是用一定细度的煤粉与水和少量的添加剂而配制成的一种浆状燃料。因为煤中加水会增加锅炉排烟热损失，所以从能量利用来看，应采用高热值、低灰分的煤。而且，在保证谋浆的输送与雾化良好的前提下，浓度越高越好。目前，高浓度水煤浆均用低灰分、高挥发分、高热值的烟煤制成，其中水分占(2435)。煤浆滴一日失去水分，煤粒便聚结成团。研究发现，那些含胶质较多的烟煤更容易焦结成团。煤团失去挥发分后将膨胀成煤胞，其尺寸比原煤粒大，要燃尽这些成团的煤粒需要较长的燃烧时间；若煤浆中煤粒较粗，煤浆粘度较大，雾化粒度不够细，运行工况参数末调整到最佳值，则燃烧时间更长。2.水煤浆燃烧都有哪些影响因素？并说明其影响作用。（1）雾化质量雾化质量的好坏影响到水煤浆火焰的稳定性。雾化喷嘴出口处煤浆液滴粒度的增加，会显著地延长煤粒干燥和着火时间，需要很长时间才能完全燃烧。（2）二次风温、空气过剩系数与炉膛温度随着二次风温、空气过剩系数与炉膛温度的增大，燃烧效率也增大。（3）旋流与混合试验研究表明，为了实现水煤浆的稳定燃烧，必须保持燃烧器气流的高度旋流及强烈扰动混合。这将使燃料个挥发分氮易和氧反应，形成较高的NOx生成量；但火焰温度降低，会使NOx降低，其中后一因素的作用是主要的，所以实际上NOx生成量降低。3.请说明循环沸腾床的工作原理？在循环沸腾床燃烧系统中，沸腾速度很高(615m/s)，煤粒尺寸较小(500m)，所以，大部分煤粒被带到一个高约2030米的燃烧室中。由于气体与颗粒之间的滑动速度高，所以热质交换强烈。热烟气离开炉子出口后，进入一个有耐火砖衬的旋风筒内，烟气中的颗粒被分离出来，一部分颗粒直接进入燃烧室的下部，另一部分颗粒进入鼓泡床冷却器中。颗粒在被冷却器冷却以后，再送至循环床内。调节这两部分颗粒的数量比例，来控制循环床内温度。4.低NOx沸腾炉燃烧都有哪些技术手段？并对其进行说明。（1）二段燃烧只将部分空气由炉底通过布风板送入床层，减少床内氧浓度，成为第一段；另部分空气送入悬浮段使燃料燃尽，形成第二段燃烧。（2）增压沸腾燃烧增压沸腾燃烧过程是在高于大气压力下进行的。由于压力提高，床内气泡直径减小，气泡相与颗粒相之间的传质加快，促进了焦炭对NOx的还原反应，因而使NOx减少。第五章（1）1.SCR脱硝工艺布置的分类及相应特点高温高尘优点：烟气温度(280-420)符合催化剂的活性。缺点： 催化剂中毒、磨损、通道堵塞；NH3与SO3生成(NH4)2SO4;SO2氧化成SO3;高温使催化剂烧结。高温低尘优点：粉尘浓度低可延长催化剂寿命；不影响锅炉的运行；氨泄漏量少。缺点：含大量SO2，部分氧化成SO3，并可能生成(NH4)2SO4；300-400 的高温对除尘设备性能要求高；国内缺少工程实例运用经验。低温低尘优点：空间速度大使得催化剂消耗量减少；氨逃逸量最少；无SO3产生，防止二次污染；缺点：需要烟气再热系统，增加了投资和运行成本；目前还未找到符合反应条件的催化剂。2.SCR脱硝催化剂选择应考虑的因素1) NOx的脱除效率：7095；2) 适用于不同的空速范围；3) 紧凑的系统，节省空间的设计；4) 高的可靠性和质量保证；5) 操作维护简便；6) 前期的工程设计能带来较低的成本费用；7) NO2的脱除率能达到90甚至更高。3.影响催化剂失活的因素及相应解决方法a)灰分引起催化剂堵塞灰分破坏催化剂表面结构解决方法：使用表面涂料使催化剂表面磨损降到最低；选择合理的催化剂间隔，解决催化堵塞问题。b)热烧结引起催化剂失活解决方法：在催化剂中加入WO3；增加催化剂的耐热性。c)碱金属中毒(Ca, Na, K)解决方法：减少启动和停机的次数;尽可能保持SCR 系统处于干燥、温度适宜的环境;当系统不运行时，保证系统通道门始终关闭。d)催化剂砷中毒解决方法：TiO2/ MoO3 配方是公认的可以使催化剂具有抵抗砷中毒能力的成分组合; MoO3 可以同砷元素形成稳定的化合物, 从而使V2O5 免于中毒。e) NH3与SO3反应生成硫酸氢氨和硫酸氨解决方法：控制较低的SO2/SO3转化率;提高运行温度；控制较低的氨逃逸量。第5章（2）1.SNCR法烟气脱硝原理及其影响因素？SNCR法烟气脱硝原理：1) 当温度较高时，NH3会被氧化为NO，导致NOx排放浓度增大。如温度过高还会促使NH3发生热分解，均为不利；2) 当温度低于900时，NH3的反应不完全，会造成“氨穿透”。因此，SNCR法温度。各种影响因素：（1）温度（2）NH3/NOx摩尔比（3）添加剂2.EBA法辐照原理及反应条件？EBA法辐照原理:在电子束辐照下，烟气中的O2和H2O首先被高能电子激发产生强氧化性的活性基团O、OH和HO2，烟气中的NOx被这些活性基团迅速氧化成NO2，并与H2O作用生成HNO3。 HNO3与喷入烟气中的NH3发生化学反应，产生硝铵。反应条件:（1）温度: 在温度70左右曲线出现拐点。低于70，脱硝率随温度降低而降低，高于70。脱硝率随温度升高而降低；因此脱硝反应的最佳温度应为70左右（2）化学计量比: 喷入的氨量决定于