大气污染教案-第二章

1、1大气污染控制工程大气污染控制工程2第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染 概况：概况： 化石燃料对大气污染的贡献：化石燃料对大气污染的贡献：化石燃料的燃烧特别是化石燃料的燃烧特别是不完全燃烧将导致大量的烟尘、硫氧化物、氮氧化物不完全燃烧将导致大量的烟尘、硫氧化物、氮氧化物、氟氧化物、碳氧化物的产生，尤其是燃煤引起的大、氟氧化物、碳氧化物的产生，尤其是燃煤引起的大气污染问题加重。如气污染问题加重。如2011年，我国二氧化硫的排放年，我国二氧化硫的排放量达量达2217.9104吨，而二氧化硫排放量与煤碳消吨，而二氧化硫排放量与煤碳消耗量有高度的相关性。耗量有高度的相关性。因此，未来能源消费增

2、长量、因此，未来能源消费增长量、增长方式将是决定我国大气污染发展趋势的重要因素增长方式将是决定我国大气污染发展趋势的重要因素。 3化石燃料化石燃料与与大大气污气污染染类类型：型：我我国现阶国现阶段的能源段的能源结结构构以煤以煤碳为碳为主，主，决决定了我定了我国国大大气污气污染的特征。染的特征。我国我国的大气环境污染仍以煤烟型为主的大气环境污染仍以煤烟型为主，颗颗粒物是影粒物是影响响城市空城市空气质气质量的主要量的主要污污染物染物 ，其次是二，其次是二氧氧化硫化硫和二和二氧氧化化氮氮。酸雨问题依然严重酸雨问题依然严重。 4第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染同时，从同时，从1980年以后，

3、受经济增长的推动，我年以后，受经济增长的推动，我国机动车数量增长迅速。全国汽车保有量年增国机动车数量增长迅速。全国汽车保有量年增长率保持在长率保持在13%，特别是一些大型和特大型城，特别是一些大型和特大型城市如北京、广州、上海、成都等机动车数量增市如北京、广州、上海、成都等机动车数量增长速率远高于全国平均水平。目前，全国汽车长速率远高于全国平均水平。目前，全国汽车保有量已超过保有量已超过1亿辆。汽车燃油排放的氮氧化亿辆。汽车燃油排放的氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物排放总量正逐年上物、一氧化碳、碳氢化合物排放总量正逐年上升。升。使城市的污染类型呈现煤烟型和汽车尾气使城市的污染类型呈现煤烟型和汽车

4、尾气型的复合污染。型的复合污染。52.1燃料及其性质燃料及其性质燃料及其分类：燃料及其分类：燃料指在燃烧过程中，能够放出热燃料指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可行的物质。燃料的分类一般按物量，且在经济上可行的物质。燃料的分类一般按物理状态分为理状态分为固体燃料、液体燃料、气体燃料固体燃料、液体燃料、气体燃料三类。三类。燃料的分燃料的分类类及其主要形式及其主要形式燃料的分类燃料的分类主要存在形式主要存在形式固体燃料固体燃料煤碳及其各种固体衍生制品、固体酒精、固体石蜡等。煤碳及其各种固体衍生制品、固体酒精、固体石蜡等。液体燃料液体燃料汽油、柴油、煤油、酒精等。汽油、柴油、煤油、酒精等。气体

5、燃料气体燃料天然气、煤气、丁烷等天然气、煤气、丁烷等非常规燃料非常规燃料城市固体废弃物、商业和工业固体废弃物、农产物及农村废城市固体废弃物、商业和工业固体废弃物、农产物及农村废物、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采矿废物 、合成燃料等。、合成燃料等。6第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染主要燃料的性质主要燃料的性质 A、煤：、煤：它是最重要的固体燃料，除了它是最重要的固体燃料，除了所含的水分和矿物成分外，其可燃成分主要是所含的水分和矿物成分外，其可燃成分主要是碳和氢并含少量的硫、氮、氧。煤就是由很多碳和氢并含少量

6、的硫、氮、氧。煤就是由很多个不同结构的这种微小的个不同结构的这种微小的C、H、O、N、S的的有机聚合物粒子和矿物杂质、水分等混合而结有机聚合物粒子和矿物杂质、水分等混合而结合成整体的混合物，因此煤矿的组成因种类和合成整体的混合物，因此煤矿的组成因种类和产地的不同而有很大差别。煤的分类、组成、产地的不同而有很大差别。煤的分类、组成、及其中的硫的形态如下面三表所示：及其中的硫的形态如下面三表所示：7煤的煤的种类种类和性和性质质8煤的煤的组组成及分析方法成及分析方法项目项目煤矿的组成煤矿的组成分析测定方法分析测定方法工业工业分析分析水分水分外部外部水分水分称取一定量的称取一定量的13mm以下粒度的煤

7、样，置于干燥箱内，在以下粒度的煤样，置于干燥箱内，在318K-323K温度下干燥温度下干燥8h，取出冷却，干燥后所失去的水分质量，取出冷却，干燥后所失去的水分质量 ，占，占煤样原质量的百分数就是煤矿的外部水分。煤样原质量的百分数就是煤矿的外部水分。内部内部水分水分将失去外部水分的煤样继续在将失去外部水分的煤样继续在375K-380K下干燥约下干燥约2H，所失去水，所失去水分质量占原来质量的百分数即为内部水分。分质量占原来质量的百分数即为内部水分。灰分灰分煤矿中不可燃矿物质的总称，其含量和组成因煤种及粗加工的不煤矿中不可燃矿物质的总称，其含量和组成因煤种及粗加工的不同而异。同而异。挥发分挥发分系

8、煤矿干馏时所释放出的气态可燃物质，将风干的煤样在系煤矿干馏时所释放出的气态可燃物质，将风干的煤样在1200K 的炉中加热的炉中加热7分钟而测定。分钟而测定。固定碳固定碳从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分就是固定碳。从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分就是固定碳。元素元素分析分析碳和氢碳和氢是通过燃烧后分析尾气中二氧化碳和水分的生成量而测定。是通过燃烧后分析尾气中二氧化碳和水分的生成量而测定。氮氮在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，继而用碱吸收，最后用酸在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，继而用碱吸收，最后用酸滴定。滴定。硫硫将样品放在氧化镁和无水碳酸钠的混合物上加热，使硫化物转变将样品放

9、在氧化镁和无水碳酸钠的混合物上加热，使硫化物转变为硫酸盐，再以重量法测定硫酸钡沉淀而测得。为硫酸盐，再以重量法测定硫酸钡沉淀而测得。9煤中硫的分煤中硫的分类类煤中硫的分煤中硫的分类类存在形态及主要性质存在形态及主要性质硫化铁硫硫化铁硫主要代表为黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分。黄铁矿比矸主要代表为黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分。黄铁矿比矸石和煤重得多；本身虽无磁性但在磁场感应下能转变为磁性石和煤重得多；本身虽无磁性但在磁场感应下能转变为磁性物质；和煤碳相比有不同的微波效应，吸收微波能力较强，物质；和煤碳相比有不同的微波效应，吸收微波能力较强，据此可采用不同的物理和化学方法，把黄铁矿从煤中脱除。据

10、此可采用不同的物理和化学方法，把黄铁矿从煤中脱除。有有机机硫硫原生有机原生有机硫硫来源于形成煤的植物蛋白质的原生来源于形成煤的植物蛋白质的原生质，一般蛋白质含硫量为质，一般蛋白质含硫量为5%，以各，以各种不同形式的含硫杂环存在种不同形式的含硫杂环存在有机硫主要以噻吩、芳有机硫主要以噻吩、芳香基硫化物、环硫化物、香基硫化物、环硫化物、脂肪族硫化物、二硫化脂肪族硫化物、二硫化物、硫醇等各种官能团物、硫醇等各种官能团形式存在，且与煤中有形式存在，且与煤中有机硫构成复杂分子，不机硫构成复杂分子，不宜用一般重力分选的方宜用一般重力分选的方法除去，需用化学方法法除去，需用化学方法进行脱硫。进行脱硫。次生有

11、机次生有机硫硫是由一种松懈的键与煤中有机物构是由一种松懈的键与煤中有机物构成的有机联系。在煤中分布不均匀，成的有机联系。在煤中分布不均匀，主要局限于黄铁矿包裹体的周围。主要局限于黄铁矿包裹体的周围。硫酸盐硫硫酸盐硫主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，以石膏（主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，以石膏（CaSO4 2H2O）为主，也有少量绿矾（）为主，也有少量绿矾（FeSO4.7H2O），在煤中含量），在煤中含量较少。较少。10第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染按照按照燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策（20022002）：）：各地不得新建含硫分大于各地不得新建

12、含硫分大于3%3%的矿井；对现有硫分大的矿井；对现有硫分大于于3%3%的小矿井，应予关闭；对现有硫分大于的小矿井，应予关闭；对现有硫分大于3%3%的大的大煤矿，近期实行限产，到煤矿，近期实行限产，到20052005年仍未采取有效降硫年仍未采取有效降硫措施、或无法定点供应安装有脱硫设施并达到污染措施、或无法定点供应安装有脱硫设施并达到污染物排放标准的用户的，应予以关闭。物排放标准的用户的，应予以关闭。除定点供应安装有脱硫设施并达到国家污染物排放除定点供应安装有脱硫设施并达到国家污染物排放标准的用户外，对新建硫分大于标准的用户外，对新建硫分大于1.5%1.5%的煤矿，应配的煤矿，应配套建设煤炭洗选

13、设施。对现有硫分大于套建设煤炭洗选设施。对现有硫分大于2%2%的煤矿，的煤矿，应补建煤炭洗选设施。应补建煤炭洗选设施。11第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染B、石油概述：概述：石油是直接从油井中开发出来的一种褐色石油是直接从油井中开发出来的一种褐色或黑色的流动或半流动的粘稠性可燃性矿物油，或黑色的流动或半流动的粘稠性可燃性矿物油，含燃气、原油和一部分蜡质或固体和半固体沥青含燃气、原油和一部分蜡质或固体和半固体沥青物质。石油组成的元素主要是物质。石油组成的元素主要是C、H、O、S、N等等五种，还含有微量五种，还含有微量V、Ni、Fe等金属元素。石油中等金属元素。石油中有数千个碳氢化合物烃

14、，如烷烃、环烷烃、芳香有数千个碳氢化合物烃，如烷烃、环烷烃、芳香烃，除此之外，还有非烃类化合物。烃，除此之外，还有非烃类化合物。12第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染石油的分类 按烃类的比例不同分：原油中的烃类成分主要分按烃类的比例不同分：原油中的烃类成分主要分为烷烃、环烷烃、芳香烃。根据烃类成分的不同，可为烷烃、环烷烃、芳香烃。根据烃类成分的不同，可分为的石蜡基石油、环烷基石油和中间基石油三分为的石蜡基石油、环烷基石油和中间基石油三类。类。石蜡基石油含烷烃较多；环烷基石油含环烷烃、芳香石蜡基石油含烷烃较多；环烷基石油含环烷烃、芳香烃较多；中间基石油介于二者之间。烃较多；中间基石油介于

15、二者之间。 石油经常压蒸馏或裂化等加工过程，可得到汽油石油经常压蒸馏或裂化等加工过程，可得到汽油、煤油、柴油、润滑油、固体石蜡和沥青等产品。、煤油、柴油、润滑油、固体石蜡和沥青等产品。 目前我国已开采的原油以低硫石蜡基居多。大庆目前我国已开采的原油以低硫石蜡基居多。大庆等地原油均属此类。等地原油均属此类。 13C、天然、天然气气 概概述：述：天然天然气气是是蕴蕴藏在地藏在地层层中中较轻较轻的的碳氢碳氢化合化合物可燃物可燃气气体。体。它它的成因和的成因和产产生生过过程程与与石油一石油一样样，两两者可能是同者可能是同时时生成的。生成的。 组组成：成：天然天然气气的的组组成成分多以成成分多以甲甲烷烷

16、为为主，其主，其次是乙次是乙烷烷、丙、丙烷烷、丁、丁烷烷及其及其它气态烃类它气态烃类。除此之外。除此之外，还还有有氮氮、氢氢、二、二氧氧化化碳碳、硫化、硫化氢氢等，有等，有时还时还含有含有少量惰性少量惰性气气体如体如氦氦、氩氩等。等。 主要主要污污染染气气体体：天然天然气气中的硫化中的硫化氢氢具有具有腐腐蚀蚀性性，它它的燃的燃结产结产物物为为硫的硫的氧氧化物，因此化物，因此许许多多国国家都家都规规定了天然定了天然气气中中总总硫含量和硫化硫含量和硫化氢氢含量的最大允含量的最大允许许值值。14第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染2.2 燃料的燃烧及污染物形成燃料的燃烧及污染物形成（一）燃料的

17、燃烧过程（一）燃料的燃烧过程 燃烧：燃烧：指可燃混合物发生剧烈的化学反指可燃混合物发生剧烈的化学反应而发热和发光的快速氧化过程，同时使燃料应而发热和发光的快速氧化过程，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。的组成元素转化为相应的氧化物。 多数的化石燃料完全燃烧的产物是二氧多数的化石燃料完全燃烧的产物是二氧化碳和水蒸汽。然而不完全燃烧过程将产生黑化碳和水蒸汽。然而不完全燃烧过程将产生黑烟、一氧化碳和其它部分氧化产物等大气污染烟、一氧化碳和其它部分氧化产物等大气污染物。若燃料中含有硫和氮，则会生成二氧化硫物。若燃料中含有硫和氮，则会生成二氧化硫和氮氧化物。和氮氧化物。15第二章第二章 燃燃烧与烧

18、与大大气污气污染染1、气体燃料的燃烧、气体燃料的燃烧 气体燃料以可燃成分为主，气体燃料以可燃成分为主，当与空气按当与空气按一定比例混合后，接近火种便可燃烧起来一定比例混合后，接近火种便可燃烧起来。2、液体燃料的燃、液体燃料的燃烧烧 这这是一是一种清洁种清洁燃料，其表面存在燃料的燃料，其表面存在燃料的挥发挥发性性气气体（如汽油体（如汽油挥发气挥发气），在），在静静止点火止点火时时，表面，表面会会出出现现火焰。因此，液体燃料在燃火焰。因此，液体燃料在燃烧过烧过程中，程中，首先首先将将液体燃料液体燃料经过雾经过雾化器化器喷喷成成雾状雾状，使液体的表面，使液体的表面积积增增加上千倍，以利于液体的加上千

19、倍，以利于液体的挥发挥发，当与当与空空气气按一定的按一定的比例混合接近火比例混合接近火种时种时，即可燃，即可燃烧烧。16第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染3、固体燃料的燃烧、固体燃料的燃烧 固体燃料成分复杂，以煤炭燃烧为例，燃固体燃料成分复杂，以煤炭燃烧为例，燃烧过程大致可分为下列四个阶段：烧过程大致可分为下列四个阶段：（1）预热和干馏：）预热和干馏：燃料依靠炉膛内的热源加热到燃料依靠炉膛内的热源加热到100以上，煤中的水分逐渐蒸发掉，同时煤的以上，煤中的水分逐渐蒸发掉，同时煤的温度也逐渐上升。温度也逐渐上升。（2 2）析出挥发分和形成焦炭）析出挥发分和形成焦炭：煤析出水分后继续煤析出

20、水分后继续加热，便释放出挥发物，一般来讲，煤的炭化期加热，便释放出挥发物，一般来讲，煤的炭化期越短，其挥发分含量越多（如褐煤、烟煤）。越短，其挥发分含量越多（如褐煤、烟煤）。17第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染（3）挥发分和焦炭的着火燃烧）挥发分和焦炭的着火燃烧：在有氧气存在在有氧气存在的条件下，随着温度的升高，挥发分着火燃烧的条件下，随着温度的升高，挥发分着火燃烧并出现火焰，此时煤炭表面还是暗淡的，随着并出现火焰，此时煤炭表面还是暗淡的，随着燃烧的持续进行，煤炭加热也开始燃烧，这时燃烧的持续进行，煤炭加热也开始燃烧，这时煤炭变成通红状，挥发分与煤炭同时进行燃烧煤炭变成通红状，挥发分

21、与煤炭同时进行燃烧，这时所产生的热量除供应自身燃烧需要外，这时所产生的热量除供应自身燃烧需要外，还可加热周围煤炭。还可加热周围煤炭。（4）灰渣的形成：）灰渣的形成：在挥发分和煤炭燃烧的同时在挥发分和煤炭燃烧的同时，煤和煤渣就出现软化和熔融，称为玻璃化，煤和煤渣就出现软化和熔融，称为玻璃化，出现粘结现象，形成灰渣。出现粘结现象，形成灰渣。 煤炭的燃烧过程如下图所示：煤炭的燃烧过程如下图所示：18第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染19第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染(二二)燃烧的条件燃烧的条件1、空气：、空气：燃料燃烧必须提供适宜的空气和氧气。空气燃料燃烧必须提供适宜的空气和氧气

22、。空气和氧气量过大，会带走过多的热量，反而造成热量损和氧气量过大，会带走过多的热量，反而造成热量损失；空气和氧气量过小，燃烧就不完全。燃烧时应控失；空气和氧气量过小，燃烧就不完全。燃烧时应控制在最佳的碳气比范围。制在最佳的碳气比范围。2、燃烧温度：、燃烧温度：燃烧加热达到着火温度是燃烧的必要条燃烧加热达到着火温度是燃烧的必要条件，件，可燃烧物质在有氧气存在的条件下开始着火的最可燃烧物质在有氧气存在的条件下开始着火的最低温度称为着火温度低温度称为着火温度。各种燃料有不同的着火温度，。各种燃料有不同的着火温度，一般情况下，气体燃料着火温度最高，液体燃料着火一般情况下，气体燃料着火温度最高，液体燃料

23、着火温度较低，固体燃料着火温度最低。常见燃料的着火温度较低，固体燃料着火温度最低。常见燃料的着火温度如下表所示：温度如下表所示：20常常见见燃料的着火燃料的着火温温度度燃料种类燃料种类着火温度着火温度/燃料种类燃料种类着火温度着火温度/硬木硬木250300汽油汽油300-320木炭木炭220-370重油重油530-580褐煤褐煤250-450焦炉煤气焦炉煤气650-750烟煤烟煤225-400高炉煤气高炉煤气700-800无烟煤无烟煤440-500甲烷甲烷650-750泥煤泥煤225-280焦煤焦煤550-60021 引火（或引火（或闪闪火）：火）：煤煤气气、天然、天然气气之之类类的的气气体体

24、燃料及汽油、酒精之燃料及汽油、酒精之类类易易产产生生挥发挥发液体燃料液体燃料与与火焰或火焰或火花接火花接触时触时，即使在低于着火，即使在低于着火温温度度时时也也会会被引着火而被引着火而燃燃烧烧起起来来，这种现这种现象象称为称为引火或闪火引火或闪火。使燃料引火的。使燃料引火的最低最低温温度度称为称为引火点或引火点或闪闪火点。常火点。常见见液体燃料的引火液体燃料的引火点如下表所示：点如下表所示：表表 常常见见液体燃料的引火点液体燃料的引火点思考：加油站思考：加油站为为什什么么不允不允许许吸烟？吸烟？22第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染3、时间、时间 在高于着火温度状况时，燃料进入燃烧室在

25、高于着火温度状况时，燃料进入燃烧室后的停留时间应大于燃烧所需要的时间。后的停留时间应大于燃烧所需要的时间。在所在所要求的燃烧反应速度下，停留时间将取决于燃要求的燃烧反应速度下，停留时间将取决于燃烧室的大小和形状。反应速度随温度的升高而烧室的大小和形状。反应速度随温度的升高而加快，燃烧室内温度越高，燃烧所需的时间越加快，燃烧室内温度越高，燃烧所需的时间越短。短。23第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染4、燃料与空气混合的程度、燃料与空气混合的程度 燃料与空气充分接触才有利于燃料的燃烧。煤炭燃烧燃料与空气充分接触才有利于燃料的燃烧。煤炭燃烧分为分为层燃式燃烧层燃式燃烧、沸腾式燃烧、悬浮式燃烧

26、沸腾式燃烧、悬浮式燃烧。层燃式燃烧：层燃式燃烧：是将煤炭置于固定或移动的炉箅上燃烧；是将煤炭置于固定或移动的炉箅上燃烧；沸腾式燃烧：沸腾式燃烧：是利用空气使煤粉式颗粒在沸腾状态下燃是利用空气使煤粉式颗粒在沸腾状态下燃烧；烧；悬浮燃烧：悬浮燃烧：是将煤粉随空气流在燃烧室中燃烧。为使煤是将煤粉随空气流在燃烧室中燃烧。为使煤粉燃烧彻底，应使燃烧室内的气流处于湍流状态，破粉燃烧彻底，应使燃烧室内的气流处于湍流状态，破坏煤层的边界层，有利于燃料与空气接触。坏煤层的边界层，有利于燃料与空气接触。24第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染 燃燃烧过烧过程的程的“ “三三T” ： 温温度度 (temper

27、ature) 时间时间（time） 湍流（湍流（turbulence） 通通过过控制控制空燃比、燃烧温度、燃烧时间空燃比、燃烧温度、燃烧时间和湍流状态和湍流状态来实现来实现大大气污气污染物排放量最低染物排放量最低条条件下有效燃件下有效燃烧烧的目的目标标。25第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染（三）燃烧中污染物的形成（三）燃烧中污染物的形成 1、烟的形成：、烟的形成：烟是由气相、液相、固相混合而成的烟是由气相、液相、固相混合而成的气溶胶。气相成分为气溶胶。气相成分为N2、CO2、CO、O2、NOx、SO2等；液等；液相主要成分为水；固相成分为燃烧产生的烟尘，排入大气后相主要成分为水；固相

28、成分为燃烧产生的烟尘，排入大气后称称TSP，还包括未燃尽的含碳化合物，还包括未燃尽的含碳化合物-黑烟。黑烟的成分中黑烟。黑烟的成分中，碳约占，碳约占96.2%，氢占，氢占0.8%，剩下的是氧。根据燃烧状况及，剩下的是氧。根据燃烧状况及烟气净化程度的不同，其烟气各成分也不同。如湿式除尘脱烟气净化程度的不同，其烟气各成分也不同。如湿式除尘脱硫后的烟气含水分较多，因此烟气呈白色水雾状；炉窑以燃硫后的烟气含水分较多，因此烟气呈白色水雾状；炉窑以燃烧烟煤为主，净化效果不佳时会出现黑烟，呈黑色；而干式烧烟煤为主，净化效果不佳时会出现黑烟，呈黑色；而干式除尘器效果不好时，烟气中含大量烟尘，呈褐色。除尘器效果

29、不好时，烟气中含大量烟尘，呈褐色。26第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染 2、硫氧化物的形成：、硫氧化物的形成：煤中的硫分为有机硫、硫酸盐和硫煤中的硫分为有机硫、硫酸盐和硫化物。在燃烧的第一二阶段，煤的挥发分逸出，煤中有化物。在燃烧的第一二阶段，煤的挥发分逸出，煤中有机硫的结合键机硫的结合键“C-S” 键断裂，主要是有机硫释放出来键断裂，主要是有机硫释放出来，氧化反应生成，氧化反应生成 二氧化硫。随着温度的升高，硫化物和二氧化硫。随着温度的升高，硫化物和硫单质燃烧，与氧反应生成硫氧化物，其中以二氧化硫硫单质燃烧，与氧反应生成硫氧化物，其中以二氧化硫为主。当炉温继续升高，煤中的部分硫酸盐

30、发生热分解为主。当炉温继续升高，煤中的部分硫酸盐发生热分解反应，硫氧化物释放出来。随着煤燃烧过程中煤和煤渣反应，硫氧化物释放出来。随着煤燃烧过程中煤和煤渣的熔融，可有效抑制硫酸盐的分解，减少硫氧化物的释的熔融，可有效抑制硫酸盐的分解，减少硫氧化物的释放。二氧化硫形成的主要化学反应式如下：放。二氧化硫形成的主要化学反应式如下：27第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染 3、氮氧化物的形成：、氮氧化物的形成：氮氧化物是在氮燃烧过程中与氧发生氧氮氧化物是在氮燃烧过程中与氧发生氧化反应生成的氧化物，主要有化反应生成的氧化物，主要有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，由于生成的各种

31、氧化物种类较多，因此用等，由于生成的各种氧化物种类较多，因此用NOx来表示。由于燃烧条件和反应时间的不同，其生成来表示。由于燃烧条件和反应时间的不同，其生成 的氮的氮的氧化物含量也不一样。燃烧产生的氮氧化物分为三类：的氧化物含量也不一样。燃烧产生的氮氧化物分为三类：第一类：第一类：热力型氮氧化物热力型氮氧化物，它是在高温燃烧时，来自，它是在高温燃烧时，来自空气中的空气中的氮气氮气和氧气反应生成的氮氧化物；和氧气反应生成的氮氧化物；第二类：第二类：燃料型氮氧化物燃料型氮氧化物，是，是燃料中的有机氮燃料中的有机氮经过化学反应生经过化学反应生成的氮氧化物；成的氮氧化物；第三类：火焰边缘形成的第三类：

32、火焰边缘形成的快速型氮氧化物快速型氮氧化物，其生成量很少，一，其生成量很少，一般忽略不计。下面对第一和第二类进行介绍。般忽略不计。下面对第一和第二类进行介绍。28第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染 (1 )热力型氮氧化物：热力型氮氧化物：其生成与燃烧时的温度、氧的浓其生成与燃烧时的温度、氧的浓度及燃烧时间有关，在氧浓度不高的情况下，度及燃烧时间有关，在氧浓度不高的情况下，NO的的生成速度随燃烧温度的升高而不断加大。在燃烧温度生成速度随燃烧温度的升高而不断加大。在燃烧温度低于低于300时，时，NO生成速度较低，生成速度较低，NO的生成量较少的生成量较少；当燃烧温度高于；当燃烧温度高于15

33、00 时，时，NO生成速度明显加生成速度明显加快，快，NO生成量较大。生成量较大。（2）燃料型氮氧化物：）燃料型氮氧化物：由于燃料中氮的含量较低，在燃由于燃料中氮的含量较低，在燃烧过程中有部分氮转化成氮氧化物。燃料中氮生成氮烧过程中有部分氮转化成氮氧化物。燃料中氮生成氮氧化物的过程氧化物的过程 比较复杂，一般认为，燃烧温度不同，比较复杂，一般认为，燃烧温度不同，其形成的氮氧化物不同，并且形成中间产物。随着燃其形成的氮氧化物不同，并且形成中间产物。随着燃烧温度的增加，会生成新的氧化物，并且燃料型氮氧烧温度的增加，会生成新的氧化物，并且燃料型氮氧化物的生成量会明显增加。化物的生成量会明显增加。29

34、 (1) 煤炭燃煤炭燃烧颗烧颗粒物的形成粒物的形成: 进进入入炉膛炉膛后先后先经过经过加加温温，在煤燃，在煤燃烧烧第二（着火）、第三（燃第二（着火）、第三（燃烧烧、破裂）、破裂）阶阶段段过过程中，煤逸出程中，煤逸出挥发挥发分后，出分后，出现现大大量孔穴，量孔穴，随随着燃着燃烧时间烧时间和和温温度的增加，燃度的增加，燃烧烧由表由表向里向里进进行，行，会会出出现现破裂，破裂，变变成大小不等的成大小不等的颗颗粒。粒。在在热热力和力和炉内风炉内风力的作用下，燃力的作用下，燃烧烧中形成的微小中形成的微小颗颗粒粒称为飞称为飞灰，排出烟灰，排出烟囱囱后后称为称为烟烟尘尘，进进入大入大气气后形成大后形成大气污

35、气污染物染物-TSP（总悬总悬浮浮颗颗粒物）。同粒物）。同时时在高在高温时温时，煤中的部分无机硫（硫酸，煤中的部分无机硫（硫酸盐盐硫）也逸硫）也逸出，出，发发生生氧氧化反化反应应生成二生成二氧氧化硫。在煤炭燃化硫。在煤炭燃烧烧的的第四第四阶阶段，段，炉膛炉膛中煤出中煤出现软现软化熔融化熔融现现象，象，则飞则飞灰灰产产生量生量开开始始减减少。少。4、颗颗粒物的形成粒物的形成30 (1) 煤炭燃煤炭燃烧颗烧颗粒物的形成粒物的形成: 进进入入炉膛炉膛后先后先经过经过加加温温，在煤燃，在煤燃烧烧第二（着火）、第三（燃第二（着火）、第三（燃烧烧、破裂）、破裂）阶阶段段过过程中，煤逸出程中，煤逸出挥发挥发

36、分后，出分后，出现现大大量孔穴，量孔穴，随随着燃着燃烧时间烧时间和和温温度的增加，燃度的增加，燃烧烧由表由表向里向里进进行，行，会会出出现现破裂，破裂，变变成大小不等的成大小不等的颗颗粒。粒。在在热热力和力和炉内风炉内风力的作用下，燃力的作用下，燃烧烧中形成的微小中形成的微小颗颗粒粒称为飞称为飞灰，排出烟灰，排出烟囱囱后后称为称为烟烟尘尘，进进入大入大气气后形成大后形成大气污气污染物染物-TSP（总悬总悬浮浮颗颗粒物）。同粒物）。同时时在高在高温时温时，煤中的部分无机硫（硫酸，煤中的部分无机硫（硫酸盐盐硫）也逸硫）也逸出，出，发发生生氧氧化反化反应应生成二生成二氧氧化硫。在煤炭燃化硫。在煤炭燃

37、烧烧的的第四第四阶阶段，段，炉膛炉膛中煤出中煤出现软现软化熔融化熔融现现象，象，则飞则飞灰灰产产生量生量开开始始减减少。少。4、颗颗粒物的形成粒物的形成31第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染 （2）液体燃料燃烧颗粒物的形成：）液体燃料燃烧颗粒物的形成：液体燃料中灰液体燃料中灰分含量极少，在正常燃烧情况下产生的烟气是无色的，分含量极少，在正常燃烧情况下产生的烟气是无色的，但燃料蒸发后的气体是碳氢化合物，碳氢化合物扩散燃但燃料蒸发后的气体是碳氢化合物，碳氢化合物扩散燃烧有可能产生热分解，如果燃料油蒸发后，氧气供应不烧有可能产生热分解，如果燃料油蒸发后，氧气供应不足或不均匀，油蒸汽得不到氧气

38、，温度又不再升高，碳足或不均匀，油蒸汽得不到氧气，温度又不再升高，碳氢化合物就会产生热分解，例如甲烷在高温缺氧条件下氢化合物就会产生热分解，例如甲烷在高温缺氧条件下热分解反应式为：热分解反应式为： CH4 2H2 +C 上式中的上式中的“C”即固体碳粒，叫做碳黑，也会出现即固体碳粒，叫做碳黑，也会出现冒黑烟现象。冒黑烟现象。32(三)燃烧计算 燃料燃烧时，需要空气或氧气，同时会燃料燃烧时，需要空气或氧气，同时会产生烟气、产生烟气、SO2、NOX、烟尘等大气污染物。、烟尘等大气污染物。下面分别介绍所需理论空气量、烟气排放量及下面分别介绍所需理论空气量、烟气排放量及污染物浓度。污染物浓度。1、煤的

39、分析基：煤的成分有碳、氢、氧、氮、煤的分析基：煤的成分有碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分，分别用硫、灰分和水分，分别用C、H、O、N、S、A、M来表示，组成是用来表示，组成是用质量百分数质量百分数来表示，来表示，即即 C+H+O+N+S+A+M=100% 33第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染 由于燃料由于燃料开开采、采、运输运输和存和存贮条贮条件不同，因件不同，因此其中的灰分、水分此其中的灰分、水分变变化很大，其成分的化很大，其成分的质质量分量分数数就不同。所以在燃料分析就不同。所以在燃料分析计计算算过过程中，程中，必必须须指指明煤是在明煤是在哪哪一一种种情情况况下的百分下的百分组组成

40、成，通常，通常将将燃料燃料的分析的分析结结果用下列几果用下列几种种形式形式来来表示：表示： 收到基收到基 空空气气分析基分析基 干燥基干燥基 干燥无灰基干燥无灰基下面下面对它们对它们分分别进别进行介行介绍绍。34 （1）收到基（旧称应用基）收到基（旧称应用基）以以收到状态收到状态的煤碳进行分析的煤碳进行分析得到的质量百分数，用下标得到的质量百分数，用下标 “ar”表示。即表示。即Car +Har +Oar +Nar +Sar +Aar +Mar =100%（2）空气分析基（旧称分析基）：）空气分析基（旧称分析基）：对煤样进行风干后，煤对煤样进行风干后，煤中部分外部水蒸发，内部水尚存于煤中，经中

41、部分外部水蒸发，内部水尚存于煤中，经风干后风干后的煤的煤进行分析得到组分的质量分数，用下标进行分析得到组分的质量分数，用下标“ad”表示。即表示。即Cad+Had+Oad +Nad+Sad +Aad+Mad =100% (3)干燥基：干燥基：将煤加温干燥以将煤加温干燥以去除煤中全部水分后去除煤中全部水分后分析所分析所得组分质量分数，用下标得组分质量分数，用下标“d” 表示。即表示。即Cd+Hd +Od+Nd +Sd +Ad =100%（4）干燥无灰基（旧称可燃基）：）干燥无灰基（旧称可燃基）：将煤中将煤中水分、灰分扣除水分、灰分扣除后，其它各种成分组成的分数，用下标后，其它各种成分组成的分数，

42、用下标 “daf”表示。即表示。即Cdaf+Hdaf +Odaf+Ndaf +Sdaf =100%35新新旧旧基的表示符基的表示符号对号对照表照表项项目目新标准新标准旧标准旧标准收到收到基基空气空气分析分析基基干燥干燥基基干燥无干燥无灰基灰基应用应用基基分析分析基基干干燥燥基基可可燃燃基基碳碳CarCadCdCdafCyCfCsCr氢氢HarHadHdHdafHyHfHsHr氧氧OarOadOdOdafOyOfOsOr硫硫SarSadSdSdafSySfSsSr氮氮NarNadNdNdafNyNfNsNr灰灰分分AarAadAdAyAfAs水水分分MarMadWyWf36第二章第二章 燃燃烧与

43、烧与大大气污气污染染2、燃料燃烧的空气量、燃料燃烧的空气量（1 1）理论空气量）理论空气量 单位量（固体燃料一般以单位量（固体燃料一般以1kg1kg计，气体燃计，气体燃料以料以1m1mN N3 3）燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需）燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量。要的空气量称为理论空气量。它由燃料的组成它由燃料的组成决定，可根据燃烧方程式求得。决定，可根据燃烧方程式求得。37 进行理论空气量计算时的有关假设：进行理论空气量计算时的有关假设：A、空、空气仅气仅由由N2、O2组组成，其体成，其体积积比比为为79/21=3.76；B、燃料中的固定、燃料中的固定态氧态氧可用于

44、燃可用于燃烧烧；C、燃料中的硫主要被、燃料中的硫主要被氧氧化化为为SO2；D、热热力型力型氮氧氮氧化物的生成量很小，燃料中含化物的生成量很小，燃料中含氮氮量量也也较较低，在低，在计计算理算理论论空空气气量量时时可忽略；可忽略；E、燃料中的、燃料中的氮氮在燃在燃烧时转烧时转化化为为N2和和NO，一般以，一般以N2为为主；主；F、计计算算时时空空气气和烟和烟气气所含有的各所含有的各种组种组成成分（包成成分（包括水蒸括水蒸气气）均按）均按理想理想气气体体计计算。算。38第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染有有关关的化的化学学反反应应方程式如下：方程式如下：C+O2CO2S+O2 SO24H+O

45、2 H2O 以固体和液体燃料以固体和液体燃料为为例，例，设设每千克燃料中每千克燃料中可燃元素的量可燃元素的量为为Cy/100kg, Sy/100kg, Hy/100kg ，Oy/100kg, 则则每千克燃料完每千克燃料完全燃全燃烧时烧时需要外界供需要外界供应应的的理理论氧气论氧气量量为为39第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染1007 . 010055. 51007 . 0100866. 12yyyyKOOHSCV 式中：式中：C Cy y 每每kgkg燃料中所含燃料中所含碳碳元素的元素的质质量百分含量（量百分含量（应应用基），用基），% %S Sy y 每每kgkg燃料中所含硫元素的燃

46、料中所含硫元素的质质量百分含量（量百分含量（应应用基）用基） ，% %H Hy y 每每kgkg燃料中所含燃料中所含氢氢元素的元素的质质量百分含量（量百分含量（应应用基）用基） ，% %O Oy y 每每kgkg燃料中所含燃料中所含氧氧元素的元素的质质量百分含量（量百分含量（应应用基）用基） ，% %40第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染)1007 . 010055. 51007 . 0100866. 1 (21. 01yyyyOaOHSCV理理论论空空气气量量为为对对于于气气体燃料，其理体燃料，其理论论空空气气量的量的计计算算见教见教材材.41第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染

47、染（2）实际实际空空气气量量 为保证完全燃烧，所供应的空气量往为保证完全燃烧，所供应的空气量往往超过理论空气量往超过理论空气量，实际实际空空气气量量为为 式中：式中：过过剩空剩空气气系系数数。其最佳。其最佳值与值与燃燃料料种类种类、燃、燃烧烧方式及燃方式及燃烧设备结构烧设备结构的完善程的完善程度有度有关关（查查相相关关的手的手册册）。）。VOakV42第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染（3）空燃比（）空燃比（AF ） 指单位质量燃料燃烧所需要的空气质量指单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可由燃可由燃烧烧方程式直接得到。如甲方程式直接得到。如甲烷烷在理在理论论空空气气量量下的完全燃下的完

48、全燃烧烧：CH4+2O2+7.52N2CO2+2H2O+7.52N2空燃比空燃比2 .17)161/()9 .28211002()(AF43例例题题：某燃：某燃烧烧装置采用重油作燃料，重油成装置采用重油作燃料，重油成分分析分分析结结果如下果如下(按按质质量量)：C 88.3%；H 9.5%；S 1.6%；H20 0.05%；灰分；灰分0.1%。试试确定燃确定燃烧烧1kg重油所需要的理重油所需要的理论论空空气气量。量。44第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染(4)燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物燃烧烟气的组成：由悬浮的少量颗粒物、燃烧燃烧烟气的组成：由悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部

49、分燃烧的燃料、氧化剂及惰产物、未燃烧和部分燃烧的燃料、氧化剂及惰性气体等组成。性气体等组成。燃烧释放出的污染物有：燃烧释放出的污染物有：CO、SOX、NOX、烟、飞灰、金属及氧化物、金属盐类、醛、酮烟、飞灰、金属及氧化物、金属盐类、醛、酮及稠环碳氢化合物等。污染物的形成与燃料种及稠环碳氢化合物等。污染物的形成与燃料种类、燃烧条件、燃烧组织有关。类、燃烧条件、燃烧组织有关。453、燃烧过程污染物排放量的计算、燃烧过程污染物排放量的计算3.1烟气体积计算烟气体积计算（1）理论烟气体积）理论烟气体积 燃料在供给理论空气量下完全燃烧，且燃料在供给理论空气量下完全燃烧，且生成的烟气中只有生成的烟气中只有

50、CO2、SO2、H2O、N2这四这四种气体，此时烟气所具有的体积为理论烟气体种气体，此时烟气所具有的体积为理论烟气体积（又称湿烟气体积）积（又称湿烟气体积），以，以Vfo表示。表示。 干烟气干烟气= Vfo V H2O气体燃料和固体、液体燃料的烟气体积计算见教气体燃料和固体、液体燃料的烟气体积计算见教材材.46（2）烟）烟气气的的实际实际体体积积 由于由于实际实际燃燃烧过烧过程存在着程存在着过过量的空量的空气气，因此，因此燃燃烧过烧过程中的程中的实际实际烟烟气气体体积应为积应为理理论论烟烟气气体体积与过积与过量空量空气气的体的体积积之和。之和。Vf=Vfo+0.21（1）Vao+0.79 （1

51、）Vao+0.01611 （1）VaoVf= Vfo+1.0161 （1）Vao式中：式中：Vf烟气的实际体积烟气的实际体积, mN3/kg.0.01611空气中水蒸汽的含量。空气中水蒸汽的含量。47第二章第二章 燃燃烧与烧与大大气污气污染染3.2污污染物排放量的染物排放量的计计算算 （1）实测实测法：法： 通通过测过测定烟定烟气气中的中的污污染染物物浓浓度，根据度，根据实际实际排烟量，很容易排烟量，很容易计计算出算出污污染物的排放量。染物的排放量。 （2）预测预测法：法：根据同根据同类类燃燃烧设备烧设备的排的排污污系系数数、燃料、燃料组组成和燃成和燃烧烧情情况况，预测预测烟烟气气量和量和污污

52、染物染物浓浓度。度。48补补充充1：烟：烟气气体体积积和密度的校正和密度的校正 燃燃烧产烧产生的烟生的烟气气其其T，P总总高于高于标态标态(273K, 1ATM)，故需故需换换算成算成标态标态。 烟烟气气可可视为视为理想理想气气体，故可用理想体，故可用理想气气体方程：体方程： 对对于于1KG理想理想气气体，体，PV=RT所以所以设设 观测状态观测状态下下: (TS, PS), 烟烟气气体体积为积为VS，密度，密度为为S; 标态标态下：下： (TN, PN), 烟烟气气体体积为积为VN，密度，密度为为N; 则则：sssnnnTVPTVPsnnssnnsssTTPPVPTTPVVnnsSnsTTPPn49补补充充2：过过剩空剩空气气校正校正 用用奥奥氏分析氏分析仪测仪测定干烟定干烟气气中中CO2，O2，CO的含量，可的含量，可以确定燃以确定燃烧设备运烧