空气污染控制工程第2章121212121

1、第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程第三节第三节 烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成第五节第五节 燃烧过程颗粒物的形成燃烧过程颗粒物的形成第六节第六节 燃烧过程其它污染物的形成燃烧过程其它污染物的形成1.1.教学要求教学要求了解常见民用及工业燃料的组成和性质；了解常见民用及工业燃料的组成和性质； 掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素；掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素； 学会计算燃烧过程产

2、生的烟气量和污染物浓度；学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度； 掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理解通过改变燃烧条件掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径减少污染物生成的途径2 2、教学重点、教学重点重点理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理，重点掌握燃烧过程污重点理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理，重点掌握燃烧过程污染物排放计算。染物排放计算。3 3、教学难点、教学难点 燃烧过程污染物排放计算。燃烧过程污染物排放计算。第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.1 概述概述 燃料：在燃烧过程中，

3、能够放出热量，且在燃料：在燃烧过程中，能够放出热量，且在 经济上经济上 可以取得收益的物质。可以取得收益的物质。分类：固体、液体、气体分类：固体、液体、气体1.2 煤煤分类分类：褐煤、烟煤、无烟煤：褐煤、烟煤、无烟煤工业分析指标工业分析指标：水分、灰分、挥发分、固定碳：水分、灰分、挥发分、固定碳 元素分析元素分析：碳、氢、氮、硫、氧等：碳、氢、氮、硫、氧等 硫的形态：黄铁矿硫、硫酸盐硫、有机硫和元素硫硫的形态：黄铁矿硫、硫酸盐硫、有机硫和元素硫 煤成分表示：收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基煤成分表示：收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基煤的分类煤的分类（1）褐煤：）褐煤：是由泥煤形成的

4、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：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%。（2）烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。）烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。 特点：特点：挥发分2045%，C含量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。（3）无烟煤无烟煤：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。 特点：特点： C含量93%, 无机物量10%, 着火难，不易自燃，成焦性差。第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一

5、节第一节 燃料的性质燃料的性质1.2 煤煤煤的工业分析煤的工业分析（1）水分：）水分：水分包括外部水分和内部水分水分包括外部水分和内部水分一定重量一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内以下粒度的煤样，在干燥箱内318-323K温度温度下干燥下干燥8小时，取出冷却，称重小时，取出冷却，称重 外部水分外部水分将失去外部水分的煤样保持在将失去外部水分的煤样保持在375-380K下，约下，约2h后，称重后，称重 内部水分内部水分外部水分内部水分外部水分内部水分=煤所含的全水分。煤所含的全水分。煤所含水分使热值降低，影响燃烧稳定煤所含水分使热值降低，影响燃烧稳定一般控制煤中水分在一般控制煤中水分在1

6、0%13%。第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.2 煤煤煤的工业分析煤的工业分析（2）挥发分：）挥发分： 煤在隔绝空气的条件下加热分解出的可燃气体物煤在隔绝空气的条件下加热分解出的可燃气体物质成为挥发分质成为挥发分. 将风干的试样密封在坩埚内，放在将风干的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗的马弗炉中加热炉中加热7分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称重分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称重 。 挥发分主要由氢气、碳氢化合物、一氧化碳及少挥发分主要由氢气、碳氢化合物、一氧化碳及少量的硫化氢等组成量的硫化氢等组成. 相同的热值下，煤中挥发分越高就越容易燃着，相

7、同的热值下，煤中挥发分越高就越容易燃着，火焰越长，越易燃烧完全火焰越长，越易燃烧完全.第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.2 煤煤 （3） 固定碳固定碳 从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳，是煤的主要可燃物质。为固定碳，是煤的主要可燃物质。失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在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在变化时，取出冷却。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。焦炭所失去的重量为固定碳。（4）灰分：）灰分：灰分是煤中

8、不可燃矿物物质的总称。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。高灰分、低熔点的煤极易结渣，从而影响热效率。第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.2 煤煤煤的工业分析煤的工业分析煤的元素分析煤的元素分析第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.2 煤煤9第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.2 煤煤10第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.2 煤煤11100%arararararararCHONS

9、AW100%adadadadadadadCHONSAW第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.2 煤煤12100%dafdafdafdafdafCHONS100%ddddddCHONSA第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.2 煤煤第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.3 石油石油 比重：比重：0.78-1.00 组成：链烷烃、环烷烃、芳香烃组成：链烷烃、环烷烃、芳香烃 元素：碳、氢为主少量硫、氮、氧及微量金属元素：碳、氢为主少量硫、氮、氧及微量金属 燃料油：当含氢量增加，比重减少，发热量增加；燃料油：当含氢量增

10、加，比重减少，发热量增加； 闪点；粘度。闪点；粘度。 硫的形态：有机硫为主硫的形态：有机硫为主 重馏分：复杂的环状结构重馏分：复杂的环状结构 轻馏分：硫化氢、硫醇、一硫化物、二硫化物、轻馏分：硫化氢、硫醇、一硫化物、二硫化物、 环状硫化物环状硫化物 主讲：李广科博士主讲：李广科博士主讲：李广科博士主讲：李广科博士第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.4 天然气天然气 组成：甲烷（组成：甲烷（85）、乙烷（）、乙烷（10）、丙烷（）、丙烷（3）、）、其它（其它（H2O、CO2、N2、He、H2S） 元素：碳、氢为主少量硫、氮、氧及微量金属元素：碳、氢为主

11、少量硫、氮、氧及微量金属 1.5 非常规燃料非常规燃料 城市固体废弃物城市固体废弃物 商业、工业固体废弃物商业、工业固体废弃物 农产物、农村废物农产物、农村废物 水生植物和水生废物水生植物和水生废物 污泥处理厂废物污泥处理厂废物 可燃性工、矿业废物可燃性工、矿业废物 天然含碳或含碳氢资源天然含碳或含碳氢资源 合成燃料合成燃料主讲：李广科博士主讲：李广科博士第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2.1 影响主要因素影响主要因素 燃烧：可燃物的快速氧化过程，并伴随着能量的（光和燃烧：可燃物的快速氧化过程，并伴随着能量的（光和热）释放，同时使燃料的组成元素转

12、化为相应的氧化物。热）释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。 完全燃烧的条件：完全燃烧的条件： 空燃比空燃比 温度温度 时间时间 湍流度湍流度第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2.2 燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量 定义：单位燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空定义：单位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。气量称为理论空气量。 建立燃烧化学方程式的假定：建立燃烧化学方程式的假定： 空气仅由氮和氧组成，体积比为空气仅由氮和氧组成，体积比为79.1/20.93.78 燃料中的固态氧可以燃烧燃料中的固态氧可以燃烧

13、 燃料中的硫主要被氧化为燃料中的硫主要被氧化为SO2 热力型热力型NOx生成量小，燃料中含氮量较低，可以忽略生成量小，燃料中含氮量较低，可以忽略 燃料中氮在燃烧时转化为燃料中氮在燃烧时转化为N2和和NO2，一般以，一般以N2为主为主 燃料的化学式为燃料的化学式为CxHySzOw ，其中，其中 x、y、z、w为原子为原子数数主讲：李广科博士主讲：李广科博士第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染燃料与空气中氧完全燃烧的化学方程式燃料与空气中氧完全燃烧的化学方程式：2222223.784242 3.78242xy zwywywCH SOxzOxzNyywxCOHO zSOxzNQ kgmwzyx

14、wzyxwzyxwzyxVa/1632008.112/241.1071632008.112/2476.44.22301.理论空气量：理论空气量：第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2.2 燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量0VVaa实际空气量理论空气量第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2.2 燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2.3 燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物 燃烧烟气：悬浮颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃烧烟气：悬浮颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃

15、烧的燃料、氧化剂、惰性气体等。燃烧的燃料、氧化剂、惰性气体等。 可能释放的污染物：可能释放的污染物： 二氧化碳、一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、烟、二氧化碳、一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物合物主讲：李广科博士主讲：李广科博士第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程2.4 热化学关系式热化学关系式 发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化，即在发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应物终了状态相同的情况下（反应物开始状态和反应

16、物终了状态相同的情况下（298K、1atm）的热量变化。）的热量变化。 高位发热量：包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热高位发热量：包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热 低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时完全低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时完全燃烧过程所释放的热量燃烧过程所释放的热量 热损失：排烟损失、不完全燃烧损失、散热损失、热损失：排烟损失、不完全燃烧损失、散热损失、主讲：李广科博士主讲：李广科博士第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第三节第三节 烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算3.1 烟气体积计算烟气体积计算 理论烟气体积：在理论空气量下，

17、燃料完全燃烧所生理论烟气体积：在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为成的烟气体积称为理论烟气体积理论烟气体积。 理论烟气体积包括：干烟气体积和水蒸气体积之和，理论烟气体积包括：干烟气体积和水蒸气体积之和， 成分主要是：成分主要是：CO2、SO2、N2和水蒸气和水蒸气 烟气体积和密度的校正：利用理想气体状态方程换算烟气体积和密度的校正：利用理想气体状态方程换算成标准状态。成标准状态。 过剩空气校正：过剩空气校正： 实际烟气体积理论烟气体积过剩空气量实际烟气体积理论烟气体积过剩空气量 空气过剩系数空气过剩系数实际空气量实际空气量/理论空气量理论空气量主讲：李广科博士主讲：李广科博士第二章

18、第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第三节第三节 烟气体积及污染物排放量计算烟气体积及污染物排放量计算3.2 污染物排放量计算污染物排放量计算 例题例题2-4： 例题例题2-5：主讲：李广科博士主讲：李广科博士第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成4.1 硫氧化机理硫氧化机理 燃料中硫的氧化燃料中硫的氧化 H2S的氧化的氧化 CS2和和COS的氧化的氧化 元素硫的氧化元素硫的氧化 有机硫的氧化有机硫的氧化4.2 SO2和和SO3之间的转化之间的转化主讲：李广科博士主讲：李广科博士第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染2OSOSO

19、hv第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成4.1 硫氧化机理硫氧化机理222222222OHSS OHS OOS OOOHSO HS HHOO HHHOO HOO HHHOH第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成4.1 硫氧化机理硫氧化机理22222222C SOC SSO OC SOC OSOSOOSOOOC SC SSOC SOC OSOC SC O SSSOSOO222COSCOSSOSOOOCOSCOSOSOOSOOhv第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成4.1 硫氧化机理硫氧化机理

20、87286*222222323SSSSOSOOSOSOSSSOOSOSOSOOSOOSOOSOOSOOMSOMhv第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成4.1 硫氧化机理硫氧化机理2222222222222RCHSSCH R ORCHS S CHR HORCHS S CHRRCHS RCHSRCHS RHRCHSH RRSH ORS HORS OR SO 第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成4.1 硫氧化机理硫氧化机理第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成 31223d SOSOOMSOOdkkt123max2SOMSOkk123max3SOMOSOHkk第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第四节第四节 燃烧过程硫氧化物的形成燃烧过程硫氧化物的形成24324H SOSOH SO100/() %xPPP第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染第