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1、补充：补充： 燃烧与大气污染燃烧与大气污染1. 1. 燃料性质燃料性质2. 2. 燃烧过程燃烧过程3. 3. 燃烧过程计算燃烧过程计算4. 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成燃烧过程中硫氧化物的形成5. 5. 颗粒污染物的形成颗粒污染物的形成6. 6. 其他污染物的形成其他污染物的形成学习要求学习要求 (1)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 (2)掌握气态、液态和固态燃料的掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程燃烧过程，学会学会分析影响燃烧过程的因素分析影响燃烧过程的因素 (3)学会学会计算计算燃烧过程产生的燃烧过程产生的烟气量和污染烟气量和污染物浓度物浓度1 1
2、燃料的性质燃料的性质 按获得方法分按获得方法分 按物态分按物态分 天然燃料天然燃料 人工燃料人工燃料 固体燃料固体燃料 木柴、煤、油页岩木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等木炭、焦炭、煤粉等 液体燃料液体燃料 石油石油 汽油、煤油、柴油、汽油、煤油、柴油、重油重油 气体燃料气体燃料 天然气天然气 高炉煤气、发生炉煤高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气气、焦炉煤气 燃料是指用以产生热量或动力的可燃性燃料是指用以产生热量或动力的可燃性物质，主要是含碳物质或碳氢化合物。物质，主要是含碳物质或碳氢化合物。 1.1 1.1 煤煤 最重要的固体燃料最重要的固体燃料1、煤的分类、煤的分类褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟
3、煤2 2、煤的组成、煤的组成（1 1）碳）碳煤中的主要可燃元素煤中的主要可燃元素(2)(2)氢氢燃料中发热量最高的元素燃料中发热量最高的元素 氧与煤中的碳和氢生成化合物。氧的存在氧与煤中的碳和氢生成化合物。氧的存在减少燃烧需要的空气量，降低燃料的发热减少燃烧需要的空气量，降低燃料的发热量。量。燃料中含氮量很少，一般为燃料中含氮量很少，一般为0.5%-3.0%0.5%-3.0%，大，大多以有机化合物形式存在。燃烧时大部分多以有机化合物形式存在。燃烧时大部分N N以以N N2 2的形式排放，少量转化成氮氧化物，的形式排放，少量转化成氮氧化物，是燃料型是燃料型NOxNOx的主要来源。的主要来源。我国
4、煤的平均含硫量约为我国煤的平均含硫量约为1 1。煤中的硫主。煤中的硫主要以有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫的形式要以有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫的形式存在。燃烧时大部分硫以存在。燃烧时大部分硫以SOSO2 2的形式排放，的形式排放，是大气污染物是大气污染物SOSO2 2的主要排放源。的主要排放源。氧氧氮氮硫硫选择题 煤种哪些成分是可燃的？煤种哪些成分是可燃的？ (1) C (2) H (3) O (4) N (5) SC H S3、煤中硫的形态、煤中硫的形态4、煤的实验室分析、煤的实验室分析 【工业分析工业分析】 煤的工业分析包括测定煤中的煤的工业分析包括测定煤中的水分水分、灰分灰分、挥发分挥发分和和
5、固定碳固定碳，以及估测，以及估测硫含硫含量量和和热值热值，这是评价工业用煤的主要指，这是评价工业用煤的主要指标。标。【元素分析元素分析】 煤的元素分析是用化学方法测定煤的元素分析是用化学方法测定去掉去掉外部水分外部水分的煤中主要组分的煤中主要组分碳碳、氢氢、氮氮、硫硫和和氧氧等的含量等的含量5. 煤的成分表示方法煤的成分表示方法 煤中水分和灰分受外界条件的影响，其百分比必煤中水分和灰分受外界条件的影响，其百分比必然也随之改变。要确切说明煤的特性，必须同时指明然也随之改变。要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准。百分比的基准。 【例题例题】2-1已知某种无烟煤（产自山西阳泉）的收到已知某种
6、无烟煤（产自山西阳泉）的收到基水分含量为基水分含量为5.0%，干燥基灰分含量，干燥基灰分含量26%；干燥无灰基元素分析结果如下：干燥无灰基元素分析结果如下：C 91.7%，H 3.8%，O 2.2%， N 1.3%， S 1.0%。试求该种煤的收到基组成和干燥基组成。试求该种煤的收到基组成和干燥基组成。1.2 1.2 石油石油 液体燃料的主要来源液体燃料的主要来源 相对密度：相对密度：0.781 典型组成典型组成C8H18 碳氢物质的量之比约为碳氢物质的量之比约为1：2【含氮量含氮量】平均含氮量为平均含氮量为0.65(质量分数质量分数)石油中的石油中的N通常以原子状态与通常以原子状态与H、C
7、原子结合，构原子结合，构成氨、氮苯或其他胺类，通式为成氨、氮苯或其他胺类，通式为R-NH2。【含硫量含硫量】大部分以大部分以有机硫有机硫的形式存在。各种汽油、溶剂、化的形式存在。各种汽油、溶剂、化学产品和燃料油是原油经过蒸馏、裂化和重整等炼学产品和燃料油是原油经过蒸馏、裂化和重整等炼制过程产生的，含硫量也随处理工艺而异。制过程产生的，含硫量也随处理工艺而异。 【杂质杂质】原油还含微量的钒、镍等金属杂质，也会受氯、砷原油还含微量的钒、镍等金属杂质，也会受氯、砷和铅的污染。和铅的污染。体积分数通常为体积分数通常为1010-6左右，但却是左右，但却是燃烧过程中燃烧过程中重金属和铅的主要来源重金属和铅
8、的主要来源。1.3 1.3 天然气天然气 典型的气体染料典型的气体染料 天然气是从地下产生的含碳氢化合物的天然气是从地下产生的含碳氢化合物的气体，是典型的气体燃料。一般含气体，是典型的气体燃料。一般含85甲烷、甲烷、10乙烷、乙烷、3丙烷丙烷，还含有少，还含有少量乙烯、氮气、氦气和二氧化碳，痕量量乙烯、氮气、氦气和二氧化碳，痕量成分为硫化氢和硫醇。成分为硫化氢和硫醇。 天然气的天然气的碳氢比碳氢比约为约为1：4，密度，密度7.510-4g/cm3，平均热值，平均热值8900-9800kcal/mN3。1.4 1.4 非常规染料非常规染料 城市固体废弃物；城市固体废弃物； 商业和工业固体废弃物；
9、商业和工业固体废弃物； 农产物及农村废弃物；农产物及农村废弃物； 水生植物和水生废物；水生植物和水生废物； 污水处理厂污泥；污水处理厂污泥； 可燃性工业和采矿废物；可燃性工业和采矿废物； 天然存在的含碳和含碳氢的资源；天然存在的含碳和含碳氢的资源； 合成燃料。合成燃料。 城市固体废弃物城市固体废弃物 比较燃料各自的特点比较燃料各自的特点2 2 燃烧过程燃烧过程2.1 燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程 燃烧是燃烧是 指某些物质指某些物质(如煤、石油、天然如煤、石油、天然气等气等)在较高温度时与空气中的氧气化合而在较高温度时与空气中的氧气化合而发热、发光的剧烈氧化反应现象。发热、发光的剧烈氧化反应现象
10、。 燃料从开始着火到完全燃尽、火焰熄灭燃料从开始着火到完全燃尽、火焰熄灭的全过程称为燃烧过程。的全过程称为燃烧过程。 由于燃料特性不同，固体、液体和气体由于燃料特性不同，固体、液体和气体燃料的燃烧过程有很大差异。燃料的燃烧过程有很大差异。1 1、煤的燃烧、煤的燃烧 煤粉的燃烧过程受两种作用控制：煤粉的燃烧过程受两种作用控制： 同相燃烧同相燃烧 燃料中燃料中挥发性组分挥发性组分首先被蒸馏，与空气扩散混首先被蒸馏，与空气扩散混合，达到着火点后迅速燃烧，称为同相燃烧。合，达到着火点后迅速燃烧，称为同相燃烧。异相燃烧异相燃烧 煤粉挥发后残留的煤粉挥发后残留的固定碳固定碳与空气反应，以固态与空气反应，以
11、固态燃烧，称为异相燃烧。燃烧，称为异相燃烧。 异相燃烧决定煤的燃烧过程，其燃烧速率取决异相燃烧决定煤的燃烧过程，其燃烧速率取决于氧向固体表面的扩散速度。于氧向固体表面的扩散速度。 同相燃烧同相燃烧异相燃烧异相燃烧工作中的层燃炉工作中的层燃炉2. 2. 液体燃料和气体燃料的燃烧液体燃料和气体燃料的燃烧 燃料油的燃烧过程包括：燃料油的燃料油的燃烧过程包括：燃料油的雾化雾化、油雾粒子、油雾粒子中可燃物的中可燃物的蒸发与扩散蒸发与扩散，以及可燃物与空气的，以及可燃物与空气的混合混合燃烧燃烧，燃烧状态受蒸发过程控制燃烧状态受蒸发过程控制。气体燃料不需要挥发或汽化，因此燃烧起来比煤或气体燃料不需要挥发或汽
12、化，因此燃烧起来比煤或石油更直接，其燃烧过程包括气体燃料与空气的石油更直接，其燃烧过程包括气体燃料与空气的混混合合、可燃气的、可燃气的加热与着火加热与着火、燃烧反应燃烧反应三个阶段，三个阶段，燃燃烧状态受空气的扩散和混合过程控制烧状态受空气的扩散和混合过程控制。液体燃料的燃烧液体燃料的燃烧气体燃料的燃烧气体燃料的燃烧三种燃料的差异三种燃料的差异2.2 2.2 燃烧产物与污染物燃烧产物与污染物2.3 2.3 影响燃烧过程的因素影响燃烧过程的因素1.空气条件空气条件 空燃比空燃比(AF)：单位质量燃料燃烧所需要的空：单位质量燃料燃烧所需要的空气质量。如果实际空气量超过理论空气量，气质量。如果实际空
13、气量超过理论空气量，称为称为贫燃贫燃；如果实际空气量小于理论空气量，；如果实际空气量小于理论空气量，称为称为富燃富燃。 空燃比与燃烧产物空燃比与燃烧产物2.温度条件温度条件 在氧存在下可燃质开始燃烧必须达在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度，称为着火温度。到的最低温度，称为着火温度。燃燃料只有达到着火温度才能开始燃烧。料只有达到着火温度才能开始燃烧。温度高于着火温度时，若温度高于着火温度时，若燃烧过程燃烧过程的放热速率高于向周围的散热速率，的放热速率高于向周围的散热速率，才能使燃烧过程继续进行才能使燃烧过程继续进行。燃烧过程燃烧过程空燃比、空燃比、峰值温度峰值温度与污染物与污染物排放的关
14、排放的关系系 3. 3. 时间和混合条件时间和混合条件 时间条件即燃料在燃烧室中的停留时间。时间条件即燃料在燃烧室中的停留时间。燃料在高温区的停留时间燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃应超过燃料燃烧所需要的时间。烧所需要的时间。 混合条件即混合条件即燃料与空气的混合程度燃料与空气的混合程度，一，一般取决于般取决于空气的湍流度空气的湍流度。若混合不充分，。若混合不充分，部分燃料在富燃条件下燃烧，将产生较部分燃料在富燃条件下燃烧，将产生较多未燃尽物质。多未燃尽物质。空燃比和混合程度对燃烧产物的影响空燃比和混合程度对燃烧产物的影响2.4 2.4 热化学关系式热化学关系式1. 发热量发热量单位燃料单位
15、燃料完全燃烧完全燃烧时发生的热量变化，即时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相在反应物开始状态和反应产物终了状态相同的情况下同的情况下(通常为通常为298K和和1atm)的热量的热量变化，单位变化，单位kJkg(固体、液体燃料固体、液体燃料)，或，或kJm3(气体燃料气体燃料)。高位发热量高位发热量燃料的发热量燃料的发热量低位发热量低位发热量水的汽化潜热水的汽化潜热高位发热量与低位发热量高位发热量与低位发热量2. 2. 燃料设备的热损失燃料设备的热损失 3 3 燃烧过程计算燃烧过程计算学习目的学习目的 (1)掌握理论空气量、理论烟气量、空气过剩系掌握理论空气量、理论烟气量、空
16、气过剩系数和空燃比的概念数和空燃比的概念 (2)学会根据燃料组成计算理论空气量学会根据燃料组成计算理论空气量,根据空气根据空气条件计算实际空气量条件计算实际空气量 (3)掌握烟气体积和过量空气校正方法，学会计掌握烟气体积和过量空气校正方法，学会计算实际烟气量算实际烟气量 (4)熟练掌握污染物排放量的计算方法熟练掌握污染物排放量的计算方法 3.1 3.1 燃烧反应方程式燃烧反应方程式【假定假定】 (1)空气仅是由氮和氧组成的空气仅是由氮和氧组成的,含量分别为含量分别为79.1%和和20.9%，氮和氧的体积比为，氮和氧的体积比为79.120.93.78； (2)燃料中的固定态氧可用于燃烧；燃料中的
17、固定态氧可用于燃烧； (3)燃料中的硫被氧化为燃料中的硫被氧化为SO2； (4)热力型热力型NOx 可以忽略；可以忽略； (5)燃料中的氮在燃烧时转化为燃料中的氮在燃烧时转化为N2； (6)燃料的化学式为燃料的化学式为CxHySzOw，其中下标，其中下标 x、y、z、w 分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。燃烧反应方程式燃烧反应方程式思考题 假设不完全燃烧的产物为假设不完全燃烧的产物为CO，不完，不完全燃烧的方程式如何表达？全燃烧的方程式如何表达？3.2 3.2 理论空气量理论空气量 单位质量燃料按燃烧反应方程式完单位质量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量全
18、燃烧所需要的空气量(体积体积)称为称为理论空气量。理论空气量。 对于组成为对于组成为 CxHySzOw 的燃料，的燃料，完全燃烧所需要的理论空气量为：完全燃烧所需要的理论空气量为： 煤的理论空气量煤的理论空气量Va0=49m3kg， 液体燃料的液体燃料的Va0=1011m3kg， 天然气的天然气的Va0=8.019.5m3m3。例题例题2-2 假定煤的化学组成以质量计为：假定煤的化学组成以质量计为：C: 77.2%; H: 5.2%; N:1.2%; S: 2.6%; O: 5.9%; 灰分：灰分：7.9%。试计算这。试计算这种煤燃烧时的理论空气量种煤燃烧时的理论空气量3.3 3.3 空气过剩
19、系数空气过剩系数 实际空气量中超过理论空气量的部实际空气量中超过理论空气量的部分称为过剩空气量，而实际空气量分称为过剩空气量，而实际空气量 Va 与理论空气量与理论空气量 Va0 之比称为空气之比称为空气过剩系数过剩系数 a，即：，即：a =VaVa03.4 3.4 空燃比空燃比 空燃比空燃比(AF)定义为单位质量燃料燃烧所定义为单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，它可以由燃烧方程式需要的空气质量，它可以由燃烧方程式直接求得：直接求得： AF理论理论理论空气质量理论空气质量/燃料质量燃料质量 随着燃料中氢相对含量的减少，碳相对随着燃料中氢相对含量的减少，碳相对含量的增加，理论空燃比随之减小。其含
20、量的增加，理论空燃比随之减小。其中汽油中汽油(C8H18)的理论空燃比为的理论空燃比为15，纯碳，纯碳的理论空燃比约的理论空燃比约11.5。3.5 3.5 理论烟气量理论烟气量【理论烟气成分理论烟气成分】 理论烟气成分主要是理论烟气成分主要是CO2、SO2、N2 和水蒸气和水蒸气； 烟气中除水蒸气以外的部分称为烟气中除水蒸气以外的部分称为干烟气干烟气，在标准，在标准状态下的干烟气为标准干烟气；状态下的干烟气为标准干烟气； 含水蒸气的烟气称为含水蒸气的烟气称为湿烟气湿烟气； 理论烟气体积等于干烟气体积和水蒸气体积之和。理论烟气体积等于干烟气体积和水蒸气体积之和。 在理论空气量下，单位质量燃料完在
21、理论空气量下，单位质量燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为全燃烧所生成的烟气体积称为理论理论烟气体积烟气体积，以，以 Vfg0 表示。表示。 3.6 3.6 实际烟气量实际烟气量【体积和密度校正体积和密度校正】 【过剩空气校正过剩空气校正】Vfg = Vfg0+Va0(a-1) 已知重油元素分析结果如下：已知重油元素分析结果如下： C：85.5% H：11.3% O：2.0% N：0.2% S：1.1% 试计算：试计算： 燃油燃油1 kg所需的理论空气量和产生的所需的理论空气量和产生的理论烟气量；理论烟气量； 干烟气中干烟气中SO2的浓度和的浓度和CO2的最大浓度；的最大浓度； 当空气的过量系数为
22、当空气的过量系数为10%时，所需的时，所需的空气量及产生的烟气量。空气量及产生的烟气量。思考题思考题1： (1) 以以1 kg重油为基准，计算每种元素燃烧重油为基准，计算每种元素燃烧所需的理论氧气量和燃烧后产生的理论烟所需的理论氧气量和燃烧后产生的理论烟气量：气量：元素元素质量质量/g摩尔数摩尔数/mol需需O2 2量量/mol产生的烟气量产生的烟气量/molC C85585571.2571.2571.2571.2571.25 (CO71.25 (CO2 2) )H H11311311311328.2528.2556.5 (H56.5 (H2 2O)O)O O20201.251.25-0.62
23、5-0.6250 0N N2 20.1430.1430 00.0714 (N0.0714 (N2 2) )S S10100.31250.31250.31250.31250.3125 (SO0.3125 (SO2 2) )思考题思考题2： 某锅炉燃用煤气的成分如下：某锅炉燃用煤气的成分如下：H2S0.2%;CO25%;O20.2%;CO28.5%;H213.0%,CH40.7%;N252.4%；空；空气含湿量为气含湿量为12g/mN3，=1.2，试求，试求实际需要空气量和燃烧时产生的实实际需要空气量和燃烧时产生的实际烟气量。际烟气量。组分组分摩尔数摩尔数/mol需需O2 2量量/mol燃烧后烟气量燃烧后烟气量/molH2S2 23 34 (H4 (H2 2O+SOO+SO2 2) )CO250500 050 (50 (CO2) )O22 2-2-20 0CO285285142.5142.5285 (CO285 (CO2 2) )H21301306565130 (H130 (H2 2O)O)CH47 7141421 (CO21 (CO2 2 + H + H2 2O)O)N25245240 0524 (524 (N2) )