大气处理2.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 燃烧与大气污染,1.,燃料的性质,2.,燃料的燃烧过程,3.,烟气体积计算,4.,燃烧过程中硫氧化物的形成,5.,颗粒污染物的形成,6.,其他污染物的形成,第一节 燃料的性质,1.,燃料的分类,按获得方法分,按物态分,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,2.,燃料的化学组成,典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分,2.,燃料的化学组成,典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）,2.,燃料的化学组成,液态燃料的挥发,（以汽油为例）,3.,燃料组成对燃烧的影响,碳：可燃元素。,1 kg,纯碳完全燃烧时，放出,32860 kJ,的热量。当不完全燃烧生成,CO,时，放出,9268kJ,的热量。纯碳起燃温度很高，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，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,90%98%,，一般煤的含碳量约,50%95%,。,氢：是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为,2%10%,，以碳氢化合物的形式存在，,1 kg,氢完全燃烧时能放出,120500 kJ,的热量。,3.,燃料组成对燃烧的影响,氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量,氮：燃料中含氮量很少，一般为,0.5%1.5%,硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为,SO,2,和,SO,3,，,其中,SO,2,占,95%,以上。,3.,燃料组成对燃烧的影响,水分：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（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,102105,C,，,保持,2h,后才能除掉。,灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。,4.,煤的分类和组成,煤的,基本分类,褐煤,最低品味的煤，形成年代最短，热值较低,烟煤,形成年代较褐煤长，碳含量,75%90,。成焦性较强，适宜工业一般应用,无烟煤,煤化时间最长，含碳量最高（高于,93,），成焦性差,发热量大,4.,煤的分类和组成,煤的,详细分类,4.,煤的分类和组成,煤的成分分析,工业分析（,proximate analysis,）,测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。,元素分析（,ultimate analysis,）,用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。,4.,煤的分类和组成,煤的工业分析,水分：,一定重量,13mm,以下粒度的煤样，在干燥箱内,318,323K,温度下干燥,8h,，,取出冷却，称重,外部水分,将失去外部水分的煤样保持在,375,380K,下，约,2h,后，称重,内部水分,挥发分：,失去水分的试样密封在坩埚内，放在,1200K,的马弗炉中加热,7min,，,放入干燥箱中冷却至常温再称重,4.,煤的分类和组成,煤的工业分析（续）,固定碳,失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在,800,20,C,的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳,灰分：,从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳,4.,煤的分类和组成,煤中灰分的组成：,我国煤炭的平均灰分含量为,25,灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量,4.,煤的分类和组成,煤的元素分析,碳和氢：通过燃烧后分析尾气,中,CO,2,和,H,2,O,的生成量测定,氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定,硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，,S SO,4,2-,，,滴定,4.,煤的分类和组成,煤中硫的形态,4.,煤的分类和组成,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，常用的基准有以下四种,：,收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分,空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为,100%,的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分,4.,煤的分类和组成,干燥基：以去掉全部水分的燃料作为,100%,的成分，干燥基更能反映出灰分的多少,干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为,100%,的成分,4.,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,4.,煤的分类和组成,我国部分煤种的分析结果,4.,煤的分类和组成,我国部分煤种的分析结果,(,续）,5.,其他燃料,石油,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,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,天然气,典型的气体燃料,一般组成为甲烷,85,、乙烷,10,、丙烷,3,5.,其他燃料,非常规燃料,城市固体废弃物,商业和工业固体废弃物,农产物和农村废物,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,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,6.,燃料组成的表示方法,:,C,x,H,y,S,z,O,w,N,v,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(,碳,),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 =0.0812,6.43 =0.013,O 5.90,16 =0.369,6.43 =0.057,ash 7.9,6.43 =1.23,g/molC,The normalized molar composition:CH,0.808,N,0.013,S,0.013,O,0.057,燃料的最重要的两个属性,热值,决定燃料的消耗量,杂质,污染物产生的来源,第二节 燃料燃烧过程,1.,影响燃烧过程的主要因素,燃烧过程及燃烧产物,完全燃烧：,CO,2,、,H,2,O,不完全燃烧,：,CO,2,、,H,2,O&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,SO,2,和,NO,空气中的部分,N,可能被氧化成,NO,热力型,NO,x,1.,影响燃烧过程的主要因素,燃料完全燃烧的条件（,3T,）,空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失,温度条件（,Temperature,）：,达到燃料的着火温度,时间条件（,Time,）：,燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间,燃料与空气的混合条件（,Turbulence,）：,燃料与氧充分混合,1.,影响燃烧过程的主要因素,典型燃料的着火温度,1.,影响燃烧过程的主要因素,燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以,CH,4,为例）,1.,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,1.,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,2.,燃料燃烧的理论空气量,建立燃烧方程式的假定,：,空气组成,20.9%O,2,和,79.1%N,2,，,两者体积比为：,N,2,/O,2,=3.78,燃料中固定氧可用于燃烧,燃料中硫主要被氧化为,SO,2,不考虑,NO,X,的生成,燃料中的,N,在燃烧时转化为,N,2,燃料的化学式为,C,x,H,y,S,z,O,w,2.,燃料燃烧的理论空气,量,燃烧方程式：,燃料重量,=12,x,+1.008,y,+32,z,+,16,w,理论空气量：,煤,47 m,3,/kg,，,液体燃料,1011 m,3,/kg,2.,燃料燃烧的理论空气量,例题：,2.,燃料燃烧的理论空气,量,空气过剩系数,实际空气量与理论空气量之比。以,表示，,通常,1,部分炉型的空气过剩系数,2.,燃料燃烧的理论空气,量,空燃比,单位质量燃料燃烧所需要的空气质量,例如：,汽油（,C,8,H,18,）,的完全燃烧：,汽油的质量：,12,8+1.008,18=114.14,空气的质量：,32,12.5+28,3.78,12.5=1723,空燃比,AF=15.11,3.,燃烧过程中产生的污染物,燃烧可能释放的污染物：,CO,2,、,CO,、,SO,x,、,NO,x,、,CH,、,烟、飞灰、金属及其氧化物等,温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响,燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响,3.,燃烧过程中产生的污染物,燃烧产物与温度的关系：,3.,燃烧过程中产生的污染物,燃料种类对燃烧产物的影响（以,1000MW,电站为例）,：,3.,燃烧过程中产生的污染物,典型固态燃料的燃烧产物,：,3.,燃烧过程中产生的污染物,典型液态燃料的燃烧产物,：,3.,燃烧过程中产生的污染物,典型气态燃料的燃烧产物,：,4.,热化学关系式,发热量,：,单位燃料完全燃烧时，所放出的热量，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下的热量变化（,kJ/kg or kcal/kg,）,高位发热量：包括燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热,低位发热量：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时，完全燃烧过程所释放的热量,4.,热化学关系式,燃烧设备的热损失,排烟热损失,不完全燃烧热损失,散热损失,在充分混合的条件下，热损失在理论空气量条件下最低,不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧,4.,热化学关系式,燃烧热损失与空燃比的关系,第三节 烟气体积及污染物排放量计算,1.,烟气体积计算,理论烟气体积,CO,2,、,SO,2,、,N,2,和,H,2,O,干烟气、标准干烟气、湿烟气,烟气体积和密度的校正,转化为标态下（,273K,、,1atm,）,的体积和密度,注意：美、日和全球监测系统网的标态为,298K,、,1atm,。,1.,烟气体积计算,过剩空气校正,实际空气量,=,（,1+,）,（,O,2,+3.78N,2,）,完全燃烧：与理论空气量相比多,（,O,2,+3.78N,2,）,此时烟气中，,O,2,的量为,O,2P,=,O,2,，,N,2,的量,为,N,2P,=3.78,（,1+,）,N,2,空气中,O,2,=,（,20.9/79.1,）,N,2,=0.264N,2,，,即进入燃烧系统的空气总氧量为,0.264N,2P,1.,烟气体积计算,过剩空气校正,理论需氧量,=0.264 N,2P,-O,2P,，,空气过剩系数,=1+O,2P,/,（,0.264 N,2P,-O,2P,）,假如燃烧过程中产生,CO,，,过剩氧量必须加以校正：,O,2P,-0.5 CO,P,=1+,（,O,2P,-0.5 CO,P,）,/0.264 N,2P,-,（,O,2P,-0.5 CO,P,）,以上组分的量均可由烟气分析仪测定。,2.,污染物排放量计算,方法：,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、燃料组成和燃烧状况预测烟气量和污染物浓度,排放因子（,Emission Factor,）,2.,污染物排放量计算,排放因子举例（烟煤、次烟煤,SOx,、,NOx,、,CO,）,2.,污染物排放量计算,排放因子举例（烟煤、次烟煤,PM,）,2.,污染物排放量计算,排放因子举例（机动车）,EF,车型,污染物,2.,污染物排放量计算,例题：,2.,污染物排放量计算,例题（续）：,