大气污染控制工程-02燃烧与污染.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,*,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,*,大气污染控制工程,1.,绪论,2.,燃烧与大气污染,3.,粉尘的性质,4.,除尘技术与设备,第,2,章 燃烧与大气污染,常规燃料按其物理形态可以分,固体燃料,、,液体燃料,和,气体燃料,三大类。,固体燃料：,煤、木材、焦炭等,。,煤炭在我国的能源总消费中约占,3/4,以上，用于火力发电、工业锅炉和民用等领域；,煤的分类：,褐煤、烟煤和无烟煤,。,褐煤：,水分和灰分含量都很高，干燥无灰褐煤中碳含量,60%75%,，挥发分为,40%50%,；低位发热量,11.7 15.5 MJ/kg,；,烟煤：,挥发分含量占,19%40%,，碳含量为,75%90%,，低位发热量,15.5 18.4 MJ/kg,；,无烟煤：,碳的含量高于,93%,，无机物含量低于,10%,，挥发分小于,9%,，低位发热量,20.9 MJ/kg,。,第,2,章 燃烧与大气污染,2.1,燃料的性质,煤的组成：,通过工业分析和元素分析确定,工业分析,水分：,外部水分（,50,失水）和内部水分（,105,失水）；,灰分：,不可燃矿物质总称；,挥发分：,煤在干馏时所释放的气态可燃物；,固形碳：,从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分。,元素分析,碳元素：,无烟煤约,7590%,，烟煤约,5080%,，褐煤约,3550%,；,氢元素：,约为,5%,左右；,氮元素：,多数以有机氮的形态存在，约占,0.53%,；,硫元素：,不同种类、不同地域煤的含硫量差异较大，在,0.55%,之间。,第,2,章 燃烧与大气污染,2.1,燃料的性质,煤中硫的形态：,一般分为三种,硫化铁硫：,黄铁矿、白铁矿、砷黄铁矿等；,有机硫：,以噻吩结构为主，还有一些芳香硫；,硫酸盐硫：,钙、铁、锰的硫酸盐。,硫化铁硫和有机硫在燃烧过程中将形成,SO,2,而进入大气。,燃煤产生的污染物：,污染物：,主要有,CO,、,SO2,、,NOx,、,HC,、烟黑和飞灰等；,污染物产生量：,主要取决于煤种及燃烧方式；,排放因子：,指单位燃料燃烧过程中所排放的污染物的量；,第,2,章 燃烧与大气污染,2.1,燃料的性质,常规燃料按其物理形态可以分,固体燃料,、,液体燃料,和,气体燃料,三大类。,液体燃料：,汽油、柴油、重油等,。,石油是由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物组成；,典型的石油含,8487%,的碳、,1214%,的氢、约,1%,氮和,0.17%,的硫；,汽油、柴油中含硫约,0.25 0.75%,，而重油则高达,0.5 5%,燃油产生的污染物：,汽油、柴油主要用于移动燃烧器，内燃机燃烧排放大量的,HC,和,CO,，以及,NO,X,；,第,2,章 燃烧与大气污染,2.1,燃料的性质,燃油产生的污染物：,1995,年我国机动车实际排放因子（单辆机动车单位里程所排放的污染物的量，,g/km,）；,第,2,章 燃烧与大气污染,2.1,燃料的性质,HC,CO,NO,X,冬季,夏季,冬季,夏季,冬季,夏季,汽油轿车,6.9,5.3,51.7,41.9,1.7,1.4,微型汽车,7.2,6.1,42.8,29.5,2.6,2.0,中型汽油车,9.5,7.0,67.0,51.6,4.7,3.6,轻型柴油车,0.97,0.96,1.7,1.5,1.3,1.,重型柴油车,5.7,5.7,17.1,17.1,22.9,22.9,加装三元催化剂的机动车排放因子（欧洲，,1995,年）,汽油轿车,0.32,5.20,0.40,常规燃料按其物理形态可以分,固体燃料,、,液体燃料,和,气体燃料,三大类。,气体燃料：,煤气（,H,2,和,CO,）、天然气（,CH,4,）、液化石油气（,C,2,H,4,C,4,H,10,）等,。,天然气：,含甲烷,9880%,，以及少量的乙烷（,310%,）、丙烷（,3%,）、,N,2,（,0.52%,）、,CO,2,（,0.54%,）等；,煤制气：,由,H,2,（,4560%,）和,CO,（,1535%,）组成；,燃烧产生的污染物比煤和油要低得多，被称之为清洁燃料；,硫主要以,H,2,S,的形式存在，在输送前通常需要除去。,第,2,章 燃烧与大气污染,2.1,燃料的性质,影响燃烧的主要因素：,有足够的温度以加热燃料，使其分解并燃烧（,Temperature,）；,足够的时间以完成化学反应（,Time,）；,充分的湍流使氧与燃料混合（,Turbulence,）；,理论空气量：,单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量。,理论空气量可以根据燃烧方程式计算；,计算时假设：,（,1,）空气由,N,2,、,O,2,组成，体积比为,79/21=3.76,，质量比为,76.8/23.2=3.31,；,（,2,）气态物质按标准状态（,273K,、,1atm,）下的理想气体处理；,（,3,）燃料中氧元素用于燃烧，硫氧化为,SO,2,，忽略,NO,X,的生成。,第,2,章 燃烧与大气污染,2.2,燃烧的条件,理论空气量：,固体、液体燃料的理论空气量可根据元素分析数据进行计算；,1 kg,的碳完全燃烧：,C,+,O,2,=,CO,2,12.01 kg,22.4 m,N,3,22.4 m,N,3,1 kg 1.86 m,N,3,1.86 m,N,3,已知燃料中的碳的重量分数为,W,C,，则,1kg,燃料中碳完全燃烧需氧气,1.865,W,C,m,N,3,；,同理,1 kg 燃料中氢完全燃烧需氧气 5.556,W,H,m,N,3,；,1 kg 燃料中硫完全燃烧需氧气 0.699,W,S,m,N,3,；,1 kg,燃料含氧,22.4,W,O,/32.00=0.7,W,O,m,N,3,；,第,2,章 燃烧与大气污染,2.2,燃烧的条件,实际空气量：,为使燃料完全燃烧，实际供给的空气量应大于理论空气量；,过剩空气系数：,实际空气量与理论空气量之比。,空燃比：,空气的质量与燃料的质量之比（,A/F,）。,典型汽油的碳氢比约为,1:1.85,，其理论空燃比为,14.6,。,第,2,章 燃烧与大气污染,2.2,燃烧的条件,硫氧化物的形成,燃料中硫的氧化：,煤在加热时，有机硫与部分无机硫挥发，形成,H,2,S,、,CS,2,、,COS,以及少量噻吩、硫醇类物质；,燃烧过程中，会产生部分,S,、,SO,、,H,2,S,等；,SO,与,O,的反应将发射一个光子,SO+O,SO,2,+,h,H,2,S,被进一步氧化,H,2,S+O,SO+H,2,SO+O,2,SO,2,+O,进一步反应为：,O+H,2,OH+H,SO+OH,SO,2,+H,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,硫氧化物的形成,SO,2,和,SO,3,之间的转化,低浓度的,SO,3,通过下面反应产生于燃烧中：,SO,2,+O+M,SO,3,+M,高温下，,SO,3,可能被消耗：,SO,3,+O,SO,2,+O,2,SO,3,+H,SO,2,+OH,炉内脱硫,硫与无机组分的反应可以将硫固定在固相中,CaCO,3,CaO+CO,2,CaO+SO,2,+1/2O,2,CaSO,4,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,燃料型NO,X,（,2,）空气过剩系数降低，,NO,X,的生成量也降低,（,3,）燃烧温度对燃料型,NO,X,的影响很小,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,氮氧化物的形成,温度,型NO,X,：,空气中的,N,2,在高温下被氧化成,NO,X,：,N,2,+O,2,2NO,平衡常数：,生成机理：,O,2,+M,2O+M (1),O+N,2,NO+N (2),N+O,2,NO+O (3),第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,氮氧化物的形成,温度,型NO,X,：,空气中的,N,2,在高温下被氧化成,NO,X,：,N,2,+O,2,2NO,生成机理：,O,2,+M,2O+M (1),O+N,2,NO+N (2),N+O,2,NO+O (3),NO的生成速度：,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,“准定常近似”：,NO的生成速度：,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,因为,k,2,NO,k,3,O,2,，前式简化：,设,O,的离解反应处于平衡状态，则,O=,K,1,O,2,1/2,NO的生成速度：,按捷尔杜维奇的实验结果，式中,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,影响氮氧化物生成的主要因素,（,2,）燃烧温度：,温度低于,1400,时，几乎观测不到,NO,的生成；高于这个温度后，反应变得明显起来。,温度每增加,100,，反应速度将增大,6 7,倍。可见，温度的影响具有决定性的作用。,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,影响氮氧化物生成的主要因素,（,3,）氧气浓度：,氧气浓度越高，,NO,的生成量就越多。,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,氮氧化物的炉内控制技术,降低燃烧温度水平：,排烟再循环法、喷水燃烧、流化床燃烧器等；,降低氧气浓度：,排烟再循环法可以有效地降低氧气浓度；,燃烧偏离理论空气量：,二段燃烧法、浓淡燃烧等；,缩短烟气在高温区停留时间,。,内燃机的,稀薄燃烧,也是有效降低,NOx,、,CO,和,HC,的方法。,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,碳氢化合物的排放,汽车内燃机排放大量的碳氢化合物，其主要成分是未燃烃。,缝隙容积和壁面激冷效应是产生未燃烃的重要来源。,第,2,章 燃烧与大气污染,2.3,燃烧过程中污染物的形成,