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1、第二章燃烧与大气污染第一页，本课件共有57页第一节第一节 燃料的性质燃料的性质1.1.燃料的分类燃料的分类 按按获得方法分分 按按物态分分 天然燃料 人工燃料 固体燃料 木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等 液体燃料 石油 汽油、煤油、柴油、重油 气体燃料 天然气 高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气 第二页，本课件共有57页2.2.燃料的化学组成燃料的化学组成典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分第三页，本课件共有57页2.2.燃料的化学组成燃料的化学组成典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分典型液体、气体和固体燃料的化学组成成分第四页，本课件共有57页液体燃
2、料与固体燃料相比具有的特征液体燃料与固体燃料相比具有的特征：(1)(1)液体燃料的发热值高，容易贮藏和运输；液体燃料的发热值高，容易贮藏和运输；(2)(2)一般来说燃烧液体燃料所产生的煤烟比燃一般来说燃烧液体燃料所产生的煤烟比燃煤时少；煤时少；(3)(3)燃烧含硫高的重质油将会产生较多的燃烧含硫高的重质油将会产生较多的SOSO2 2气气态污染物；态污染物；(4)(4)燃料油中灰分含量较少；燃料油中灰分含量较少；(5)(5)液体燃料种类很多，根据要求采用适宜的液体燃料种类很多，根据要求采用适宜的燃料油组织燃烧。燃料油组织燃烧。第五页，本课件共有57页气体燃料具有如下特征气体燃料具有如下特征：(1
3、)(1)燃烧效率较高，用少量过剩空气就充分燃烧，燃烧效率较高，用少量过剩空气就充分燃烧，烟量很少；烟量很少；(2)(2)大多数气体燃料含硫量很低；大多数气体燃料含硫量很低；(3)(3)气体燃料不含有灰分，因此，烟气中没气体燃料不含有灰分，因此，烟气中没有烟尘。有烟尘。第六页，本课件共有57页3.3.燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响碳：碳：可燃元素。可燃元素。1 kg1 kg纯碳完全燃烧时，放出纯碳完全燃烧时，放出7850 kcal7850 kcal的的热量。当不完全燃烧生成热量。当不完全燃烧生成COCO时，放出时，放出2214 kcal2214 kcal的热量。纯碳起燃的热量。纯碳起燃
4、温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约碳量约90-98%90-98%，一般煤的含碳量约，一般煤的含碳量约50-95%50-95%。氢：氢：是燃料中发热量最高的元素。是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中固体燃料中氢的含量为氢的含量为2-10%2-10%，以碳氢化合物的形式存在，以碳氢化合物的形式存
5、在，1 kg1 kg氢完全燃烧时能放出氢完全燃烧时能放出28780 kcal28780 kcal的热量。的热量。第七页，本课件共有57页3.3.燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响 氧氧：氧氧在在燃燃料料中中与与碳碳和和氢氢生生成成化化合合物物，降降低低了了燃燃料料的发热量的发热量氮：氮：燃料中含氮量很少，一般为燃料中含氮量很少，一般为0.5-1.5%0.5-1.5%硫硫：以以三三种种形形态态存存在在：有有机机硫硫、硫硫化化铁铁硫硫和和硫硫酸酸盐盐硫硫。前前两两种种能能放放出出热热量量，称称之之为为挥挥发发硫硫。硫硫燃烧生成产物为燃烧生成产物为SOSO2 2和和SOSO3 3，其中，其中S
6、OSO2 2占占95%95%以上。以上。第八页，本课件共有57页3.3.燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响水分水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102-102-105105 C C，保持，保持2h2h后才能除掉。后才能除掉。灰分灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。成
7、分。第九页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成 煤的基本分类煤的基本分类q褐煤褐煤最低品味的煤，形成年代最短，热值较低最低品味的煤，形成年代最短，热值较低q烟煤烟煤形形成成年年代代较较褐褐煤煤长长，碳碳含含量量75-90。成成焦焦性性较较强强，适宜工业一般应用适宜工业一般应用q无烟煤无烟煤煤煤化化时时间间最最长长，含含碳碳量量最最高高（高高于于93），成成焦焦性差性差,发热量大发热量大第十页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成 煤的成分分析煤的成分分析工业分析（工业分析（proximate analysis proximate analysis）测测定定煤煤
8、中中水水分分、挥挥发发分分、灰灰分分和和固固定定碳碳。估估测硫含量和热量，是评价工业用煤的主要指标。测硫含量和热量，是评价工业用煤的主要指标。元素分析（元素分析（ultimate analysis ultimate analysis）用用化化学学分分析析的的方方法法测测定定去去掉掉外外部部水水分分的的煤煤中中主主要要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。第十一页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的工业分析煤的工业分析水分：水分：一一定定重重量量13mm以以下下粒粒度度的的煤煤样样，在在干干燥燥箱箱内内318-323K温温度度下下干干燥燥8小小时时，取
9、取出出冷冷却却，称称重重 外部水分外部水分将将失失去去外外部部水水分分的的煤煤样样保保持持在在375-380K下下，约约2h后，称重后，称重 内部水分内部水分挥发分：挥发分：失失去去水水分分的的试试样样密密封封在在坩坩埚埚内内，放放在在1200K的的马马弗弗炉炉中中加加热热7分分钟钟，放放入入干干燥燥箱箱中中冷冷却却至至常常温温再再称重称重 第十二页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的工业分析（续）煤的工业分析（续）固定碳固定碳失失去去水水分分和和挥挥发发分分后后的的剩剩余余部部分分（焦焦炭炭）放放在在800 20 C的的环环境境中中灼灼烧烧到到重重量量不不在在变变化化时
10、时，取取出出冷冷却却。焦焦炭炭所所失失去去的的重重量量为为固固定定碳碳灰分：灰分：煤中不可燃矿物质的总称煤中不可燃矿物质的总称第十三页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤中灰分的组成：煤中灰分的组成：我国煤炭的平均灰分含量为我国煤炭的平均灰分含量为2525灰灰分分的的存存在在降降低低了了煤煤的的热热值值，也也增增加加了了烟烟尘污染和出渣量尘污染和出渣量第十四页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的元素分析煤的元素分析碳碳和和氢氢：通通过过燃燃烧烧后后分分析析尾尾气气中中COCO2 2和和H H2 2O O的的生成量测定生成量测定氮氮：在在催催化化剂剂作作
11、用用下下使使煤煤中中的的氮氮转转化化为为氨氨，碱液吸收，滴定碱液吸收，滴定硫硫：与与氧氧化化镁镁和和无无水水硫硫酸酸钠钠混混合合物物反反应应，S S SOSO4 42-2-，滴定，滴定第十五页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤中硫的形态煤中硫的形态第十六页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法 要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种：的基准有以下四种：收到基：收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分
12、空空气气干干燥燥基基：以以去去掉掉外外部部水水分分的的燃燃料料作作为为100%100%的的成成分分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分即在实验室内进行燃料分析时的试样成分 第十七页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成干干燥燥基基：以以去去掉掉全全部部水水分分的的燃燃料料作作为为100%100%的的成成分分，干干燥燥基更能反映出灰分的多少基更能反映出灰分的多少 干干燥燥无无灰灰基基：以以去去掉掉水水分分和和灰灰分分的的燃燃料料作作为为100%100%的的成分成分第十八页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成煤的成分的表示方法及其组成的相互关系煤的成分的表示方法
13、及其组成的相互关系 第十九页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果 第二十页，本课件共有57页4.4.煤的分类和组成煤的分类和组成我国部分煤种的分析结果我国部分煤种的分析结果(续）续）第二十一页，本课件共有57页5.5.其他燃料其他燃料 石油石油液体燃料的主要来源液体燃料的主要来源链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧氢含量增加时，比重减少，发热量增加氢含量增加时，比重减少，发热量增加天然气天然气典型的气体燃料典型的气
14、体燃料一般组成为甲烷一般组成为甲烷8585、乙烷、乙烷1010、丙烷、丙烷3 3第二十二页，本课件共有57页5.5.其他燃料其他燃料 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和工业固体废弃物商业和工业固体废弃物农产物和农村废物农产物和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 非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题城市固体废物用作燃料必须考虑其大气
15、污染问题第二十三页，本课件共有57页6.6.燃料组成的表示方法燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv:CxHySzOwNv Sample:C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%and ash:7.9%by weight.Determine the normalized molar composition.Element Wt%mol/100g mol/mol C 77.2 12 =6.43 6.43 =1.00 H 5.20 1 =5.20 6.43 =0.808 N 1.20 14 =0.0857 6.43 =0.013 S 2.60 32 =0.0812
16、6.43 =0.013 O 5.90 16 =0.369 6.43 =0.057 ash 7.9 6.43 =1.23 g/molCThe normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057 第二十四页，本课件共有57页燃料的最重要的两个属性燃料的最重要的两个属性v热值热值决定燃料的消耗量决定燃料的消耗量v杂质杂质污染物产生的来源污染物产生的来源第二十五页，本课件共有57页第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程 1.1.影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素燃烧过程及燃烧产物燃烧过程及燃烧产物 完全燃烧：完全燃烧：COCO2 2、
17、H H2 2O O不不完完全全燃燃烧烧：COCO2 2、H H2 2O O&COCO、黑黑烟烟及及其其他他部分氧化产物部分氧化产物如果燃料中含有如果燃料中含有S S和和N N，则会生成，则会生成SOSO2 2和和NONO空空气气中中的的部部分分N N可可能能被被氧氧化化成成NONO热热力力型型NOxNOx第二十六页，本课件共有57页1.1.影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素燃料完全燃烧的条件（燃料完全燃烧的条件（3T3T）空空气气条条件件：提提供供充充足足的的空空气气；但但是是空空气气量量过过大大，会会降降低低炉炉温温，增加热损失增加热损失温度条件（温度条件（TemperatureT
18、emperature）：达到燃料的着火温度：达到燃料的着火温度时时间间条条件件（TimeTime）：燃燃料料在在高高温温区区停停留留时时间间应应超超过过燃燃料料燃燃烧烧所需时间所需时间燃燃料料与与空空气气的的混混合合条条件件（TurbulenceTurbulence）：燃燃料料与与氧氧充分混合充分混合第二十七页，本课件共有57页1.1.影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素典型燃料的着火温度典型燃料的着火温度第二十八页，本课件共有57页1.1.影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素燃燃烧烧火火焰焰温温度度与与燃燃料料混混合合比比的的关关系系（以以CH4为例）为例）第二十九页，本课件
19、共有57页1.1.影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素典型锅炉热损失与过剩空气量的关系典型锅炉热损失与过剩空气量的关系第三十页，本课件共有57页1.1.影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素燃气比和混合程度对燃烧产物的影响燃气比和混合程度对燃烧产物的影响第三十一页，本课件共有57页2.2.燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量建立燃烧方程式的假定：建立燃烧方程式的假定：空气组成空气组成 20.9%O2和和79.1%N2，两两者者体体积积比比为为：N2/O2=3.78燃料中固定氧可用于燃烧燃料中固定氧可用于燃烧(可替代一部分氧气可替代一部分氧气)燃料中硫主要被氧化为燃料中硫主要被
20、氧化为 SO2不考虑不考虑NOX的生成的生成燃料中的燃料中的N在燃烧后以在燃烧后以N2形式存在形式存在燃料的化学方程式为燃料的化学方程式为CxHySzOw第三十二页，本课件共有57页2.2.燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量燃烧方程式：燃烧方程式：1mol1mol1mol1mol燃料的重量燃料的重量燃料的重量燃料的重量 =12x+1.008y+32z+16w=12x+1.008y+32z+16w=12x+1.008y+32z+16w=12x+1.008y+32z+16w燃烧燃烧燃烧燃烧1Kg1Kg1Kg1Kg燃料需要的理论空气量：燃料需要的理论空气量：燃料需要的理论空气量：燃料需要的理论
21、空气量：经验值：煤经验值：煤经验值：煤经验值：煤 4-7 m4-7 m4-7 m4-7 m3 3 3 3/kg/kg/kg/kg，液体燃料，液体燃料，液体燃料，液体燃料10-11 m10-11 m10-11 m10-11 m3 3 3 3/kg/kg/kg/kg第三十三页，本课件共有57页2.2.燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量例题：例题：第三十四页，本课件共有57页2.2.燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量空气过剩系数空气过剩系数实际空气量与理论空气量之比。以实际空气量与理论空气量之比。以 表示，表示，通常通常11部分炉型的空气过剩系数部分炉型的空气过剩系数第三十五页，本课件共
22、有57页3.3.燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物燃烧可能释放的污染物：燃烧可能释放的污染物：COCO2 2、COCO、SOxSOx、NOxNOx、CHCH、烟、飞灰、金、烟、飞灰、金属及其氧化物等属及其氧化物等温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响第三十六页，本课件共有57页3.3.燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物燃烧产物与温度的关系：燃烧产物与温度的关系：第三十七页，本课件共有57页3.3.燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物燃料种类对燃烧产物的影响（
23、以燃料种类对燃烧产物的影响（以1000MW电站为电站为例）：例）：第三十八页，本课件共有57页3.3.燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物典型固态燃料的燃烧产物：典型固态燃料的燃烧产物：第三十九页，本课件共有57页3.3.燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物典型液态燃料的燃烧产物：典型液态燃料的燃烧产物：第四十页，本课件共有57页3.3.燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物典型气态燃料的燃烧产物：典型气态燃料的燃烧产物：第四十一页，本课件共有57页4.4.热化学关系式热化学关系式发热量：发热量：单单位位燃燃料料完完全全燃燃烧烧时时，所所放放出出的的热热量量，即即在在反反
24、应应物物开开始始状状态态和和反反应应产产物物终终了了状状态态相相同同下下的的热热量量变变化化（kJ/kg or kcal/kg）高位发热量：包括燃料生成物中水蒸气的汽化潜热高位发热量：包括燃料生成物中水蒸气的汽化潜热低低位位发发热热量量：燃燃烧烧产产物物中中的的水水蒸蒸气气仍仍以以气气态态存存在在时时，完全燃烧过程所释放的热量完全燃烧过程所释放的热量第四十二页，本课件共有57页4.4.热化学关系式热化学关系式燃烧设备的热损失燃烧设备的热损失排烟热损失排烟热损失不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失散热损失散热损失在在充充分分混混合合的的条条件件下下，热热损损失失在在理理论论空空气气量条件下最低量条件
25、下最低不不充充分分混混合合时时，热热损损失失最最小小值值出出现现在在空空气气过剩一侧。过剩一侧。第四十三页，本课件共有57页4.4.热化学关系式热化学关系式燃烧热损失与空燃比的关系燃烧热损失与空燃比的关系第四十四页，本课件共有57页第三节第三节 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1.1.烟气体积计算烟气体积计算理论烟气体积理论烟气体积 COCO2 2、SOSO2 2、N N2 2和和H H2 2O O干烟气、标准干烟气、湿烟气干烟气、标准干烟气、湿烟气烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正转化为标态下（转化为标态下（273K、1atm）的体积和密度）的体积和密度注注意意：美
26、美、日日和和全全球球监监测测系系统统网网的的标标态态为为298K、1atm。第四十五页，本课件共有57页1.1.烟气体积计算烟气体积计算过剩空气校正过剩空气校正实际空气量实际空气量 =（1+1+）（O O2 2+3.78N+3.78N2 2）完完全全燃燃烧烧：与与理理论论空空气气量量相相比比多多 （O O2 2+3.78N3.78N2 2）此此时时烟烟气气中中，O O2 2的的量量为为O O2P2P=O O2 2，N N2 2的的量为量为N N2P2P=3.78=3.78（1+1+）N N2 2空空气气中中O O2 2=（20.9/79.120.9/79.1）N N2 2=0.264N=0.2
27、64N2 2，即即进进入燃烧系统的空气总氧量为入燃烧系统的空气总氧量为 0.264N 0.264N2P2P第四十六页，本课件共有57页1.1.烟气体积计算烟气体积计算过剩空气校正过剩空气校正充充分分燃燃烧烧理理论论需需氧氧量量=0.264 N2P-O2P，空空气气过剩系数过剩系数 =1+O2P/（0.264 N2P-O2P）假假如如燃燃烧烧过过程程中中产产生生CO，过过剩剩氧氧量量必必须须加加以以校正：校正：O2P-0.5 COP =1+（O2P-0.5 COP）/0.264 N2P-（O2P-0.5 COP）以上组分的量均可由烟气分析仪测定。以上组分的量均可由烟气分析仪测定。第四十七页，本课
28、件共有57页2.2.污染物排放量计算污染物排放量计算方法：方法：根据实测的污染物浓度和排烟量根据实测的污染物浓度和排烟量根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况预测烟气量和污染物浓度状况预测烟气量和污染物浓度排放因子（排放因子（Emission Factor）第四十八页，本课件共有57页2.2.污染物排放量计算污染物排放量计算排放因子举例（烟煤、次烟煤排放因子举例（烟煤、次烟煤SOx、NOx、CO）第四十九页，本课件共有57页2.2.污染物排放量计算污染物排放量计算排放因子举例（烟煤、次烟煤排放因子举例（烟煤、次烟煤 PM）第五十页，本课件共有57页2.
29、2.污染物排放量计算污染物排放量计算排放因子举例（机动车）排放因子举例（机动车）EFEF车型车型车型车型 污染物污染物污染物污染物第五十一页，本课件共有57页2.2.污染物排放量计算污染物排放量计算例题例题p48 2-4,2-5：第五十二页，本课件共有57页eg.已知某种烟煤的组成为：Cdaf84.54%,Odaf8.04%,Hdaf4.84%,Ndaf1.26%,Sdaf1.32%,Ad21.32%,War3.06%。计算燃烧1Kg该种煤所需要的理论空气量和产生的理论烟气量。（假定空气中不含水分）例题第五十三页，本课件共有57页eg.在缺乏燃料组成或元素分析数据时，可以根据燃料的低位发热量q
30、1(KJ/Kg)近似估算燃烧所需要的理论空气量Va和产生的理论烟气量Vf(m3/Kg)估算方程为：Va=aq1+b,Vf=aq1+b,对 于 固 体 燃 料，a=0.000241,b=0.5,a=0.000213,b=1.65。用这种方法估算上个例题中的煤燃烧所需的理论空气量和理论烟气量，已知这种煤的低位发热量为25110KJ/Kg。例题第五十四页，本课件共有57页思考题思考题1.1.液体燃料的特点。液体燃料的特点。2.2.气体燃料的特点。气体燃料的特点。3.3.举例说明几种新型燃料。举例说明几种新型燃料。4.4.燃烧计算中的几个假设。燃烧计算中的几个假设。5.5.燃烧过程中的计算。燃烧过程中的计算。第五十五页，本课件共有57页第五十六页，本课件共有57页第五十七页，本课件共有57页