第二章 燃烧与大气污染
第二章燃烧与大气污染
烟尘、SO2、NOx、等主要是因燃烧而引起的。本章主要介绍燃料燃烧过程中的基本原理、污染物的生成机理以及如何控制燃烧过程，减少污染物的排放。
§2-1. 燃料的性质
燃料指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。
燃料的分类：（1）常规燃料：如煤（coal）、patrolum、天然气等。
（2）非常规燃料
按其物理状态分为：（1）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固
定炭以固态燃烧（扩散控制）。
（2）液体燃料：有蒸发过程控制（气态形式燃烧）。
(3)气态燃料：有扩散或混合控制。
燃料的性质影响大气污染物的排放。
一、煤：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起构
成的有机聚合物。
煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。
１．分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。
a.褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物，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：①挥发分较高，析出温度低；②燃烧热值低，不能制炭。
干燥后：C含量60—75%，O2含量20—25%。
b.烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。
挥发分20—45%，C 75—90%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。
c.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。C含量>93%, 无机物量<10%, 着火难，不易自燃，成焦性差。
２．煤的组成
煤的组成测定方法分为工业分析；元素分析两大类。
a.工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、S含量、热值。
元素分析：用化学法测定去除掉外部水分的主要组分。C、H2、N2、S、O2等。
３．煤中硫的形态
有机硫（C x H y S z）
煤中含硫硫化物硫（FeS2）
无机硫无机硫（S）
硫酸盐硫（MeSO4）
硫酸盐硫在燃烧时不参加燃烧，留在灰渣里，是灰分的一部分，其它能燃烧放出热量。我们所说的污染物SOx只包括有机硫、硫化物，不包括MeSO4，而一般给我们的含硫量是指总硫量。应注意。
a.硫化铁硫：是主要的含硫成分，主要代表黄铁矿硫。
黄铁矿：硬度6—6.5
比重 4.7—5.2
本无磁性，但在强磁场感应下能转变为顺磁性物，吸收微波能力较强，据此，可把其从煤中脱除。
b.有机硫：以各种官能团形式存在。如噻吩、芳香基硫化物、硫醇等。不易用重力分选
的方法除去，需采用化学方法脱硫。
c.石油：石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动液体。比重0.78—1.00
主要含C、H2、少量的S、N2、O2，此外，含有微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右。
原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成非碳氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为0.1—7%。原油通过蒸馏、裂化和重态过程生产出各种产品。原油中的S约有80—90%留于重硫分中。硫以复杂的环状结构存在，而需去除的仅是硫原子，故不能用物理方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏C—S—C键形成H2S气体，可达目的，但费用很高。
三、天然气
一般组成CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。
§2-2 燃料燃烧过程
一、影响燃烧过程的主要因素
1．燃烧过程及燃烧产物
燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化
成相应的氧化物。
多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。
若燃料中含S、N会生成SO2和NOx，燃烧温度较高时，空气中的部分氮会被氧化成NOx。
Fuel NOx(燃料型NOx)——燃料中的N)
NOx的生成量
Thermal NOx(热型NOx)——高温时空气中
2．燃料完全燃烧的条件
燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混合。
（1）空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。
（2）温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。
着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃烧的着火温度见表2-3 。P348.
（3）时间条件：
燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。
燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需时间。
（4）燃烧与空气的混合条件：
燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度、时间、湍流度。(三T)
3．发热量及热损失
①发热量
单位量燃料完全燃烧产生的热量。即反应物开始状态和反应物终了状态相同情况下（常温298K,101325Pa）的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是KJ/Kg。
（固体）KJ/m3(气体)。发热量有高位、低位之分。
高位：包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热，Q h
低位：指燃料燃烧生成物中水蒸汽仍以气态存在时，完全燃烧释放的热量。
可用氧弹式量热计测定，也可用经验公式计算。
根据煤的工业分析数据计算。
煤的发热量
注意：煤中H 有两种形态①可燃氢(参
根据燃料的关 加燃烧)、自由氢。②结合氢（与O 2）
系分析数据计算 自由氢与C 、S 结合
需应用基来表明组成
注：干燥基（上标d ）
可燃基（上标b ）应用基（上标a ）
设省煤器、空气预热器可降温，供应防止温度过低而受酸蚀。一般工业锅炉160—200℃；大中工业锅炉120—180℃。
② 热损失。
排烟热损失：热损失为6—12%：
不完全燃烧热损失：化学不完全燃烧、机械不完全燃烧。
散热损失：由设备管道温度高于周围空气温度造成热损失。
４． 燃烧产生的污染物
硫的SOx ：随温度变化不大，主要是煤中S 。
粉尘：随温度的增高、不变、降低而变化。
CO 及HC 化合物烟：随温度的增高、不变、降低而变化。
NOx ：随温度的增高、不变、降低而变化。
二、 燃料燃烧的理论空气量
1．理论空气量（0a V ） 所需要的氧一般从空气中获得。
单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量。
理论空气量（1）可由燃烧反应方程式获得
（2）经验公式（由热值）
固体燃料 5.0418701.10+?
=Q V a 液体燃料 2418785.00+?
=Q V a 气体燃料 3131/12561/12561m KJ Q m
KJ Q >≤ 25.04187
07.14187875.000-?=?=Q V Q V a a
建立燃烧化学方程式时，假定：
2《大气污染控制工程》第二章解析
第二章燃烧与大气污染 在大气污染物浓度较高的城市，烟尘、NOx和SO2等主要是由燃料燃烧产生的。本章侧重介绍燃料燃烧过程的基本原理、污染物的生成机理、以及如何控制燃烧过程，以便减少污染物的排放量。 第一节燃料的性质 （请同学们列举哪些是燃料并做总结） 定义： 燃料是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。 燃料是指用以生产产生热量或动力的可燃性物质。 可分为常规燃料和非常规燃料。 常规燃料：煤、石油和天然气等化石燃料。 非常规燃料：除了煤、石油和天然气等常规燃料外，所有可燃性物质都包括在非常规燃料之列；如生活垃圾、农作物秸秆等。 燃料按物理状态可分为： (1)气体燃料：气体燃料的优点是燃烧迅速，其燃烧状态可基本上由空气与燃料的扩散或混合所控制。 (2)液体燃料：液体燃料也是以气态形式燃烧，因此它的燃烧速度受其蒸发过程控制。 (3)固体激料：固体燃料的燃烧则受以下二种现象控制：燃料中挥发性组分被蒸馏后以气态燃烧，而遗留下来的固定碳则以固态燃烧，后者的速率由氧向固体表面的扩散控制。 燃料的性质影响燃烧设备设计和各种操作条件，也影响大气污染物的形成和排放，所以接下来对常规燃料及非常规燃料做一简要介绍。 一、煤 煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体，主要是由植物的部分分解和变质而形成的。 煤的可燃成分主要是由碳、氢及少量氧、氮和硫等一起构成的有机聚合物。 煤中有机成分和无机成分的含量，因煤的种类和产地不同而有很大差别。下面对煤的分类做一介绍。 1.煤的分类： 我们知道，煤是由植物做在高压覆盖和较高温度条件下经过长期过程形成的，不同的植物及其不同覆盖时间即腐蚀程度会形成不同的煤。（我们把植物原料变成煤的过程称为“煤化”过程）根据“煤化”程度，桨煤分成以下三大类： (1)褐煤：褐煤是由泥煤形成的初始煤化物。是煤中等级最低的一类，形成年代最短。呈黑色、褐色或泥土色，其结构类似木材。水分和灰分含量都较高，燃烧热值较低。
燃烧与大气污染
第二章燃烧与大气污染 建议学时数：4学时 教学要求 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； 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减少污染物生成的途径 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染物排放计算。教学难点 燃烧过程污染物排放计算。 教学内容 ?§1燃料的性质 ?§2燃料燃烧过程 ?§3烟气体积及污染物排放计算 ?§4燃烧过程中硫氧化物的形成 ?§5燃烧过程中颗粒物的形成 ?§6燃烧过程中其他污染物的形成 燃烧与大气污染 烟尘、SO2、NOx、等主要是因燃烧而引起的。本章主要介绍燃料燃烧过程中的基本原理、污染物的生成机理以及如何控制燃烧过程，减少污染物的排放。 §2-1 燃料的性质 燃料指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。 燃料的分类：（1）常规燃料：如煤（coal）、patrolum、天然气等。 （2）非常规燃料 按其物理状态分为：（1）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固定 炭以固态燃烧（扩散控制）。 （2）液体燃料：有蒸发过程控制（气态形式燃烧）。 (3)气态燃料：有扩散或混合控制。 燃料的性质影响大气污染物的排放。 一、煤：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起构成的有 机聚合物。 煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。 1.分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。 a.褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物，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：①挥发分较高，析出温度低；②燃烧热值低，不能制炭。 干燥后：C含量60—75%，O2含量20—25%。
第二章 燃烧与大气污染
第二章燃烧与大气污染 烟尘、SO2、NOx、等主要是因燃烧而引起的。本章主要介绍燃料燃烧过程中的基本原理、污染物的生成机理以及如何控制燃烧过程，减少污染物的排放。 §2-1. 燃料的性质 燃料指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。 燃料的分类：（1）常规燃料：如煤（coal）、patrolum、天然气等。 （2）非常规燃料 按其物理状态分为：（1）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固 定炭以固态燃烧（扩散控制）。 （2）液体燃料：有蒸发过程控制（气态形式燃烧）。 (3)气态燃料：有扩散或混合控制。 燃料的性质影响大气污染物的排放。 一、煤：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O2、N2、S等一起构 成的有机聚合物。 煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。 １．分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。 a.褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物，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：①挥发分较高，析出温度低；②燃烧热值低，不能制炭。 干燥后：C含量60—75%，O2含量20—25%。 b.烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。 挥发分20—45%，C 75—90%。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。 c.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。C含量>93%, 无机物量<10%, 着火难，不易自燃，成焦性差。 ２．煤的组成 煤的组成测定方法分为工业分析；元素分析两大类。 a.工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、S含量、热值。 元素分析：用化学法测定去除掉外部水分的主要组分。C、H2、N2、S、O2等。
大气第二章 燃烧与大气污染 OK
第二章燃烧与大气污染 ?第一节燃料的性质 一、燃料的定义指用以产生热量或动力的可燃性物质，且经济上可行的物质。二、燃料的分类 （一）煤1、定义：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O、N、S等一起构成的有机聚合物。2、性质：煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。3、煤的组成煤的组成按测定方法分为工业分析、元素分析两大类。（1）工业分析：包括测定煤中水分、灰分、挥发分、固定碳，以及S含量和热值，这是评价工业用煤的主要指标。（2）元素分析：用化学法测定的去除掉外部水分的主要组分，C、H、N、S、O等的含量。 4、煤中硫的形态采用物理、化学和放射化学法测定结果证实，煤中含有四种形态的硫：黄铁矿硫(FeS2)、硫酸盐硫（MeSO4)、有机硫(CxHySz)和元素硫。煤中各种形态硫的比例，直接影响煤炭脱硫方法的选择。一般把硫分为硫化铁硫、有机硫和硫酸盐硫。前两种能燃烧放出热量称为挥发硫，硫酸盐硫不参加燃烧，是灰分的一部分。 （二）石油石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动液体。比重0.78-1.00.主要含C、H、少量的S、N、O，此外，含有微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右。原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成非碳氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为0.1-7%。 （三）天然气一般组成为CH4 85%,乙烷 10%，丙烷 3%，此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。 天然气中的硫化氢具有腐蚀性，它的燃烧产物为硫的氧化物，因此许多国家规定了天然气中总硫含量和硫化氢含量的最大允许值。 （四）非常规燃料 城市固体废弃物；商业和工业固体废弃物；农产品及农村废物；水生植物和水生废物；污泥处理厂废物；可燃性工业和采矿废物； 天然存在的含碳和含碳氢的资源；合成燃料。 第二节燃料燃烧过程 一、影响燃烧过程的主要因素（一）燃烧过程及燃烧产物（二）燃料完全燃烧的条件（三）燃烧产生的污染物 （一）燃烧过程及燃烧产物燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。 燃烧过程及燃烧产物：完全燃烧：CO2、H2O 不完全燃烧： CO2、H2O 、CO、黑烟及其他部分氧化产物 如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO 空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NO x （二）燃料完全燃烧的条件
燃烧与大气污染.
第二章燃烧与大气污染 第一节燃料的性质 一燃料的定义 燃料是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可行的物质。应用于固定燃烧装置的主要燃料是煤，燃料油和天然气等常规原料，以及统称为非常规燃料的多种其他原料。 二燃料的分类及性质 能源利用率低：单位产品能耗高，有效利用率低 简介： 煤 煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体。煤的可燃成分主要是由碳，氢及少量的氧，氮和硫等一起构成的有机聚合物。煤中的有机成分和无机成分的含量，因煤的种类和产地的不同而有很大差别． 石油 石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动的液体，比重在0.78至1.00之间。它是多种化合物的混合物，主要由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物组成。这些化合物主要含碳和氢，还有少量的硫、氮和氧。 天然气 天然气是典型的气体燃料，它的组成一般为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％；含碳更高的碳氢化合物也可能存在于天然气中。天然气还含有碳氢化合物以外的其它组分，如H20、CO2、N2、He和H2S等。 非常规燃料 除了煤，石油和天然气等常规燃料外，所有可燃性物质都包括在非常规燃料之列．某些较低级的化石燃料，如泥炭、焦油砂、油页岩，也作为非常规燃料对待。 第二节燃料燃烧过程 一影响燃料燃烧的主要因素 1．燃烧过程及燃烧产物 （1）燃烧的定义：燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量(光和热)的释放，同时使燃烧的组成元素转化成为相应的氧化物。 （2）燃料燃烧的产物：完全燃烧：CO2、H2O、SO2、少量粉尘
不完全燃烧：CO2、CO、H2O、黑烟及其他部分氧化产物、未燃烧或部分燃烧的 燃料 如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO 空气中的部分N可能被氧化成NOx－热力型Nox 补充：煤燃烧过程中，生成NOx的途径有三种： ①热力型Nox，是空气中的氮气在高温下氧化而生成的Nox ②燃料型Nox，是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的Nox ③热力型Nox，是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应而生成的Nox 2．燃料完全燃烧的条件（三T） 1）空气条件：提供适量的空气；空气量过大，会降低炉温，增加热损失，空气量少，燃烧不充分2）温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度 着火温度：在氧存在下可燃物质开始燃烧所必须达到的最低温度 只有达到着火温度，燃料才能与氧化合而燃烧 从表2-4看出，T固体燃料＜T液体燃料＜T气体燃料 3）时间条件（Time）：燃料在燃烧室中的停留时间 燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间 原因：要预热，达到着火温度 4）燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分混合；混合不充分，则导致不完全燃烧；混合 程度取决于空气的湍流度Turbulence 通常把温度、时间和湍流称为燃烧过程的“三T”。 二燃料燃烧的理论空气量 1．理论空气量 （1）定义：单位量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 （2）表示：Va0，m3/kg （3）求解：可根据燃烧方程式计算求得。 建立燃烧化学方化式时，通常假定： a）空气仅是由氮和氧组成的，其体积比为V N2/V O2= 79.1／20.9=3.78（摩尔比，体积比）； b)燃料中的固定态氧可用于燃烧； c)燃料中的硫主要被氧化为S02； d)燃料中含氮量较低，热型NO X的生成量较小，在计算理论空气量时可以忽略； e)燃料中氮主要被转化成氮气N2； f）燃料的化学式设为C x H y S z O w，其中下标x、y、z、w分别代表碳、氢、硫和氧的原子数。由此可