华科大燃烧污染与环境保护课件第1讲 热化学基础

燃烧污染与环境保护Combustion

世界能源消费增长年代 总消费量 人口人均消费总量增长人均增长

(亿吨标煤/年)(亿)(吨/人)(倍数) (倍数)1900 7.75 15.710.49 1 11925 15.6519.550.802.02 1.611950 26.6424.861.08 3.442.191975 85.7040.452.16 11.064.342000 157.560 3.1520.36.39

世界一次能源的消费结构(%)

煤 石油天燃气矿物燃料水电核能新能源总计1990年全世界 27.3 38.6 21.7 87.6 6.7 5.7 2000年经合组织 25.30 38.2 17.20 80.7 8.0 11.3 2000年发展中国家 20.8 47.2 17.0 85. 10.3 4.8 2000年西方集团 24.1 40.5 17.1 81.7 8.6 9.6 2020年全世界 33.7 21.2 19 73.9 7.6 13.6 5.4

世界一次能源生产一次能源生产总量123.22(亿吨标煤)世界能源结构变化化石燃料的已探明储量

与可使用时间

煤(Gt) 油(Gt)

天然气(Tm3)已探明储量

(中国) 114.5 3.30.17 已探明储量

(世界)1043.86 137.3 14.1 可使用

(世界)

328 45 56

时间

(年）

(中国)587~85023.3 57.4世界石油生产状况

探明储量 产量 可用年数

(亿吨)(亿吨/年)(年)世界总量879(1980) 29.84(1980)30(1980) 889(1982) 25.57(1983)919.6(1984) 1154.4(1988)26.84(1988)43(1988)1374(1992)31.19(1990)44(1992) 其中中国 33(1989) 1.38(1990) 23.3

世界石油状况(石油产量)世界原油主要生产国1996年产量沙特委内瑞拉伊朗科威特印尼利比亚阿尔及利亚伊拉克卡塔尔阿联酋单位:百万吨,1吨约7桶

世界石油状况(石油需求量)1993-1997年,单位:万桶/日中国的能源结构

年

1990

1995

2000

2015(Mtce)

1039.21239.411559.082499.46每年能源总产量

(Mtce)

987.031237.831549.08

2497.3每年能源总消耗量

中国的能源结构(表2)

年

1990199520002015

煤

76.276.171.362.6

油16.617.124.026.9一次能源天然气2.102.002.747.06

水电5.104.802.012.6消耗比例

(%)

核能 / / 0.210.79

我国一次能源的消费结构(%)

煤炭石油天燃气矿物燃料水电核能及总量新能源1953年 94.33 3.81 0.02 98.16 1.84 0 1980年 72.2 20.7 3.1 96 4.0 0 1993年 75.8 20.3 2.1 98.2 1.8 0 2000年 70.06 19.07 3.53 92.66 6.67 0.067 2020 67.75 14.95 5.54 88.24 8.75 3.05 2050 60 3.19 5.15 68.34 6.15 25.51

我国能源的基本国情以煤为主燃煤利用率低燃煤污染严重燃煤与燃煤污染控制技术落后我国燃煤设备的平均能源利用率

燃煤设备效率工业锅炉 60-65火电发电厂 30-35（热效率为80-90%）工业炉窑 20-30民用炉窑 16燃煤机车 5-8 用能设备的平均效率为30％左右总能源利用率为9－10％

中国环境污染情况中国煤燃烧烟气排放量统计

总能源占世界能源总量

8~9SO2 15.1NOx 10.1CO 9.6

烟尘25.6

中国煤燃烧烟气排放结果

燃煤产生量占全国总排放量（％）

SO2

87CO71

NOx67

颗粒灰尘

TSP60其他污染1997年中国环境状况大气环境总体情况我国空气污染以煤烟型为主,主要污染物是二氧化硫和烟尘1997年二氧化硫排放总量2346万吨烟尘排放总量1873万吨,其中工业烟尘排放量为1565万吨,占83.6%

工业固体废物及粉尘排放1997年,工业固体废物产量10.6亿吨。总悬浮颗粒物年均值浓度32~741微克/立方米，全国年均值为291微克/立方米，超过国家二级标准（200微克/立方米）的有67个城市，占城市总数的72%。北方城市年均值381微克/立方米，南方城市年均值200微克/立方米。全国降尘量年均值为15.3吨/平方公里·月，北方城市年均值为21.48吨/平方公里·月南方城市年均值为9.29吨/平方公里·月。

酸雨1997年全国降水平均PH值范围在3.74～7.79之间降水年均PH值低于5.6的城市有44个,占统计城市数47.8%75%的南方城市(长江以南)，降水年均PH值低于5.6降水年均PH值小于4.5的城市有长沙、遵义、杭州和宜宾酸雨出现频率大于90%的城市有长沙、景德镇和遵义全球污染排放情况706050403020107654321SOxCO2NOxSOx(MtS)CO2(GtC)NOx(MtN)

1860190019502000年份中国煤中含硫的分布Sar(%)0~0.5 0.5~1.01.0~1.51.5~2.02.0~3.0>3.0比例

49.54 15.6510.10 6.718.669.34中国平均Sar=1.10%主要温室气体来源与含量Source气体来源主要温室气体来源与含量Content气体含量温室效应大气使太阳短波辐射到达地面,而拦截地面向外发射的长波辐射地球向外发射的长波辐射能量90%为温室气体所吸收上述效果使地表和大气下层温度升高,这种效应即为温室效应CO2、CH4、N2O、O3、CFCs等气体可通过90%阳光短波辐射,吸收90%地面长波辐射,波长大于2000nm）CO2在吸收带附近吸收了大约70%～90%的红外长波辐射太阳与地球辐射波长情况10020050010002000500010000200005000006000K太阳可见光辐射波长(nm)285K地球辐射能温室效应的后果过去120年间全世界的平均温度(℃)1870189019101930195019701990＋0.75＋0.33-0.33-0.75-1.0℃气候变暖导致的海平面升高

全球变暖带来的最大危害是海水受热膨胀和南北两极冰雪融化,导致海平面上升。过去60年全球海平面平均升高约1.8mm近几年来海平面升高速度为3.9mm/年到2050年，全球海平面平均将升高300～500mm气候变暖导致的海平面升高

全球变暖带来的最大危害是海水受热膨胀和南北两极冰雪融化,导致海平面上升。过去60年全球海平面平均升高约1.8mm近几年来海平面升高速度为3.9mm/年到2050年，全球海平面平均将升高300～500mm海平面升高的严重后果2050年，世界各地海岸线的70％将被海水淹没2050年，美国海岸线的90％将被海水淹没50～70年后，巴基斯坦国土的20％将被海水淹没50～70年后，尼罗河三角洲的33％将被海水淹没气候变暖导致的海平面升高

全球变暖带来的最大危害是海水受热膨胀和南北两极冰雪融化,导致海平面上升。过去60年全球海平面平均升高约1.8mm近几年来海平面升高速度为3.9mm/年到2050年，全球海平面平均将升高300～500mm海平面升高的严重后果2050年，世界各地海岸线的70％将被海水淹没2050年，美国海岸线的90％将被海水淹没50～70年后，巴基斯坦国土的20％将被海水淹没50～70年后，尼罗河三角洲的33％将被海水淹没海平面升高的严重后果50～70年后，印度洋上的整个马尔代夫将被海水淹没东京、大阪、曼谷、威尼斯、圣彼得堡、阿姆斯特丹将被淹没全球变暖导致气候干旱、土地沙漠化、粮食减产。到2060年，世界粮食产量可能减产1％～7％。防止温室效应的主要对策对策抑制温室效应气体向大气中排放去除大气中温室效应气体CO2①控制化石燃料的消费①保护热带雨林

②采用CO2排放量少的能源(维护其作为吸收源的功能)③提高能量利用率②植树造林或绿化沙漠

i)能源生产方面的对策(提高发③通过海洋生物吸收固化发电效率等)

ii)能源使用方面的对策开发、推广节能机械等

④化石燃料产生的CO2的固化

i)制成干冰投弃到海中

ii)转化为甲醇等有用物质

iii)用生物技术将CO2固化

⑤保护热带雨林(消除生物界的CO2的发生源)

世界关于CO2排放的控制全球变暖的主要原因是发达国家在其工业化过程中因过度耗能而大量排放CO2等温室气体所造成的。目前，CO2年排放量228亿吨。占世界人口1/4的美国等工业发达国家CO2年排放量占世界总排放量的75％(美国40％)。发展中国家的CO2年排放量占25％，而人均排放量仅为发达国家的1/9。

到2010年发达国家的六种温室气体排放总量应比1990年时减少5.2%,其中:

美国消减 7%

东欧消减 5%~8%

日本消减 6%

爱尔兰增加 10%

欧盟消减 8%

澳大利亚增加 8%

加拿大消减6%

挪威增加 1%

发展中国家自愿参加减排

两大部分燃烧基本物理化学过程熊友辉污染物生成过程以及防治技术陈汉平目的：拓宽知识面

学科交叉融合

紧跟科技发展形势内容简介燃烧的物理化学基础热化学化学平衡化学反应动力学燃料着火与燃烧

着火理论预混燃烧和扩散燃烧火焰传播液体雾化燃烧燃烧污染及控制煤粉燃烧污染控制

液体燃料燃烧污染控制1、主要介绍化学热力学与化学动力学的基础知识，包括化学反应的热效应、化学平衡、反应的吉布斯函数；各种化学反应速度以及各种因素(浓度、温度等)对反应速度的影响的确定;各种化学反应机理，即研究从反应物过渡到生成物所经历的途径。2、燃料的着火理论和火焰传播理论，内容包括经典的热力爆燃理论，点火理论和强迫着火理论。火焰传播理论主要介绍正常火焰传播和火焰稳定的基本原理及这一理论用于燃烧稳定的方法的理论基础。第一讲热化学基础概述热化学:研究化学反应热效应的学科研究任务:对化学反应热进行实验测量和理论计算主要内容:在化学中实际应用热力学第一定律燃烧:一种剧烈的氧化反应化学反应常常伴有能量的释放或吸收，燃烧反应更不例外，是放热反应。化学反应的热效应数据，对自然科学的研究、工业生产、燃料的利用及确定设备条件都是很重要的。化学反应：反应物生成物C、H、0、N、S反应热化学反应热:反应过程中放出或吸收的热都属于反应热反应热主要取决于反应物和产物的性质,与始态终态以及变化途径有关等压过程：等容过程：焓反应热热化学反应方程式

表示化学反应和热效应的关系碳完全燃烧：氢燃烧硫燃烧注意事项反应热数值与以下反应条件有关：反应物和生成物的聚集状态及晶型物质的化学计量系数反应的温度和压力盖斯定律反应热的实验测量：

恒容热效应测量→计算得到恒压热效应反应热总热量恒定定律：

一个化学反应不论是一步完成或分几步完成，其反应热都是相同的盖斯定律的应用举例碳和氧的燃烧反应生成热生成热定义：

稳定单质生成化合物的化学反应热，称该化合物的生成热25℃和1标准大气压（101.325KPa）下，稳定单质的焓（生成热）为零标准生成热：

25℃和1标准大气压下稳定单质生成化合物的化学反应热计算规则：利用盖斯定律和各种化合物的标准生成热数据计算各种化学反应的热效应计算举例已知：解：设待求反应式为式⑷，比较以上反应式可得