第二章燃燒與大氣污染(1)燃料的性質

燃料燃燒過程

煙氣體積及污染物排放計算

燃燒過程中硫氧化物的形成

燃燒過程中顆粒物的形成

燃燒過程中其他污染物的形成

了解常見民用及工業(yè)燃料的組成和性質；

掌握氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料的燃燒過程，學會分析影響燃燒過程的因素；

學會計算燃燒過程產生的煙氣量和污染物濃度；

掌握顆粒物、硫氧化物和氮氧化物的產生機理，理解通過改變燃燒條件減少污染物生成的途徑。建議學時數：6學時.第一節(jié)燃料的性質1.

燃料的分類按獲得方法分

按物態(tài)分

天然燃料人工燃料固體燃料木柴、煤、油頁巖

木炭、焦炭、煤粉等

液體燃料

石油

汽油、煤油、柴油、重油

氣體燃料

天然氣

高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、焦爐煤氣

.2.

燃料的化學組成典型氣體、液體和固體燃料的化學組成成分.2.

燃料的化學組成典型氣體、液體和固體燃料的化學組成成分（續(xù)）.2.

燃料的化學組成液態(tài)燃料的揮發(fā)（以汽油為例）.3.

燃料組成對燃燒的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全燃燒時，放出7850kcal的熱量。當不完全燃燒生成CO時，放出2214kcal的熱量。純碳起燃溫度很高，燃燒緩慢，火焰也短。煤中的碳不是單質狀態(tài)存在，而是與氫、氮、硫等組成有機化合物。煤形成的地質年代越長，其揮發(fā)性成分含量越少，而含碳量則相對增加。例如，無煙煤含碳量約90-98%，一般煤的含碳量約50-95%。氫：是燃料中發(fā)熱量最高的元素。固體燃料中氫的含量為2-10%，以碳氫化合物的形式存在，1kg氫完全燃燒時能放出28780kcal的熱量。

.3.

燃料組成對燃燒的影響氧：氧在燃料中與碳和氫生成化合物，降低了燃料的發(fā)熱量氮：燃料中含氮量很少，一般為0.5-1.5%硫：以三種形態(tài)存在：有機硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前兩種能放出熱量，稱之為揮發(fā)硫。硫燃燒生成產物為SO2和SO3，其中SO2占95%以上。.3.

燃料組成對燃燒的影響水分：水分的存在使燃料中可燃成分相對地減少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（內部水分）組成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。內部水分要放在干燥箱中加熱到102-105C，保持2h后才能除掉。灰分：是燃料中不可燃礦物質，為燃料中有害成分。.4.煤的分類和組成

煤的基本分類褐煤最低品味的煤，形成年代最短，熱值較低煙煤形成年代較褐煤長，碳含量75-90％。成焦性較強，適宜工業(yè)一般應用無煙煤煤化時間最長，含碳量最高（高于93％），成焦性差,發(fā)熱量大.4.煤的分類和組成

煤的詳細分類.4.煤的分類和組成

煤的成分分析工業(yè)分析（proximateanalysis）測定煤中水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。估測硫含量和熱量，是評價工業(yè)用煤的主要指標。元素分析（ultimateanalysis）用化學分析的方法測定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。.4.煤的分類和組成煤的工業(yè)分析水分：一定重量13mm以下粒度的煤樣，在干燥箱內318-323K溫度下干燥8小時，取出冷卻，稱重外部水分將失去外部水分的煤樣保持在375-380K下，約2h后，稱重內部水分揮發(fā)分：失去水分的試樣密封在坩堝內，放在1200K的馬弗爐中加熱7分鐘，放入干燥箱中冷卻至常溫再稱重

.4.煤的分類和組成煤的工業(yè)分析（續(xù)）固定碳失去水分和揮發(fā)分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的環(huán)境中灼燒到重量不在變化時，取出冷卻。焦炭所失去的重量為固定碳灰分：從煤中扣除水分、灰分以及灰發(fā)分后剩余的部分為固定碳.4.煤的分類和組成煤中灰分的組成：我國煤炭的平均灰分含量為25％灰分的存在降低了煤的熱值，也增加了煙塵污染和出渣量.4.煤的分類和組成煤的元素分析碳和氫：通過燃燒后分析尾氣中CO2和H2O的生成量測定氮：在催化劑作用下使煤中的氮轉化為氨，堿液吸收，滴定硫：與氧化鎂和無水硫酸鈉混合物反應，SSO42-，滴定.4.煤的分類和組成煤中硫的形態(tài).4.煤的分類和組成煤的成分的表示方法

要確切說明煤的特性，必須同時指明百分比的基準，常用的基準有以下四種：收到基：鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分

空氣干燥基：以去掉外部水分的燃料作為100%的成分，即在實驗室內進行燃料分析時的試樣成分

.4.煤的分類和組成干燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少干燥無灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為100%的成分.4.煤的分類和組成煤的成分的表示方法及其組成的相互關系

.4.煤的分類和組成我國部分煤種的分析結果

.4.煤的分類和組成我國部分煤種的分析結果(續(xù)）

.5.其他燃料

石油液體燃料的主要來源鏈烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等多種化合物組成的混合物主要含碳和氫，還有少量硫、氮和氧氫含量增加時，比重減少，發(fā)熱量增加天然氣典型的氣體燃料一般組成為甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％.6.燃料組成的表示方法:CxHySzOwNvSample:C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%andash:7.9%byweight.Determinethenormalizedmolarcomposition.ElementWt%mol/100gmol/molC77.212=6.436.43=1.00H5.201=5.206.43=0.808N1.2014=0.08576.43=0.013S2.6032=0.08126.43=0.013O5.9016=0.3696.43=0.057ash7.96.43=1.23g/molCThenormalizedmolarcomposition:CH0.808N0.013S0.013O0.057

.燃料的最重要的兩個屬性熱值決定燃料的消耗量雜質污染物產生的來源.5.其他燃料

非常規(guī)燃料城市固體廢棄物商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物農產物和農村廢物水生植物和水生廢物污泥處理廠廢物可燃性工業(yè)和采礦廢物天然存在的含碳和含碳氫的資源合成燃料

非常規(guī)燃料通常需要專門技術轉化為易于利用的形式城市固體廢物用作燃料必須考慮其大氣污染問題.第二節(jié)燃料燃燒過程

1.影響燃燒過程的主要因素燃燒過程及燃燒產物

完全燃燒：CO2、H2O不完全燃燒：CO2、H2O&CO、黑煙及其他部分氧化產物如果燃料中含有S和N，則會生成SO2和NO空氣中的部分N可能被氧化成NO－熱力型NOx.1.影響燃燒過程的主要因素燃料完全燃燒的條件（3T）空氣條件：提供充足的空氣；但是空氣量過大，會降低爐溫，增加熱損失溫度條件（Temperature）：達到燃料的著火溫度時間條件（Time）：燃料在高溫區(qū)停留時間應超過燃料燃燒所需時間燃料與空氣的混合條件（Turbulence）：燃料與氧充分混合.1.影響燃燒過程的主要因素典型燃料的著火溫度.1.影響燃燒過程的主要因素燃燒火焰溫度與燃料混合比的關系（以CH4為例）.1.影響燃燒過程的主要因素典型鍋爐熱損失與過剩空氣量的關系.1.影響燃燒過程的主要因素燃氣比和混合程度對燃燒產物的影響.2.燃料燃燒的理論空氣量建立燃燒方程式的假定：空氣組成

20.9%O2和79.1%N2，兩者體積比為：N2/O2=3.78燃料中固定氧可用于燃燒燃料中硫主要被氧化為SO2不考慮NOX的生成燃料中的N在燃燒時轉化為N2燃料的化學方程式為CxHySzOw.2.燃料燃燒的理論空氣量燃燒方程式：燃料重量

=12x+1.008y+32z+16w理論空氣量：煤

4-7m3/kg，液體燃料10-11m3/kg

.2.燃料燃燒的理論空氣量例題：.2.燃料燃燒的理論空氣量空氣過剩系數實際空氣量與理論空氣量之比。以表示，通常>1部分爐型的空氣過剩系數.3.燃燒過程中產生的污染物燃燒可能釋放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、煙、飛灰、金屬及其氧化物等溫度對燃燒產物的絕對量和相對量都有影響燃料種類和燃燒方式對燃燒產物也有影響.3.燃燒過程中產生的污染物燃燒產物與溫度的關系：.3.燃燒過程中產生的污染物燃料種類對燃燒產物的影響（以1000MW電站為例）：.3.燃燒過程中產生的污染物典型固態(tài)燃料的燃燒產物：.3.燃燒過程中產生的污染物典型液態(tài)燃料的燃燒產物：.3.燃燒過程中產生的污染物典型氣態(tài)燃料的燃燒產物：.4.熱化學關系式發(fā)熱量：單位燃料完全燃燒時，所放出的熱量，即在反應物開始狀態(tài)和反應產物終了狀態(tài)相同下的熱量變化（kJ/kgorkcal/kg）高位發(fā)熱量：包括燃料生成物中水蒸氣的汽化潛熱低位發(fā)熱量：燃燒產物中的水蒸氣仍以氣態(tài)存在時，完全燃燒過程所釋放的熱量.4.熱化學關系式燃燒設備的熱損失排煙熱損失不完全燃燒熱損失散熱損失在充分混合的條件下，熱損失在理論空氣量條件下最低不充分混合時，熱損失最小值出現在空氣過剩一側。.4.熱化學關系式燃燒熱損失與空燃比的關系.第四節(jié)燃燒過程中硫氧化物的形成

1.硫的氧化機理

有機硫的分解溫度較低無機硫的分解速度較慢含硫燃料燃燒的特征是火焰呈藍色，由于反應：在所有的情況下，它都作為一種重要的反應中間體.1.硫的氧化機理H2S的氧化.1.硫的氧化機理CS2和COS的氧化.1.硫的氧化機理元素S的氧化.1.硫的氧化機理有機硫化物的氧化

.2.SO2和SO3之間的轉化

反應方程式SO2+O+MSO3+M（1）SO3+OSO2+O2

（2）SO3+HSO2+OH（3）SO3+MSO2+O+M（4）

在熾熱反應區(qū)

，[O]

濃度很高，反應（1）和（2）起支配作用

.2.SO2和SO3