1、第二章 燃烧与大气污染一、燃料性质一、燃料性质二、燃烧过程三、燃烧过程计算四、燃烧过程硫氧化物的形成五、燃烧过程中颗粒污染物的形成六、氮氧化物的形成七、燃烧过程中其他污染物的形成本章主要内容本章主要内容2一、燃料性质一、燃料性质1.1.燃料的分类燃料的分类3一一、燃料性质、燃料性质2 2. .燃料的化学组成燃料的化学组成: :决定热值和燃烧产物决定热值和燃烧产物典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分42 2. .燃料的化学组成燃料的化学组成: :决定热值和燃烧产物决定热值和燃烧产物典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分
2、( (续续) )一、燃料性质一、燃料性质52.2. 燃料的化学组成燃料的化学组成 液态燃料的挥发液态燃料的挥发(以汽油为例）以汽油为例）一、燃料性质一、燃料性质3 3. .燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响燃料组成燃料组成碳碳氮氮硫硫其他其他氢氢氧氧一、燃料性质一、燃料性质73 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 kg纯碳完全燃烧放出纯碳完全燃烧放出7850 kcal的热的热量，不完全燃烧生成量，不完全燃烧生成CO时放出时放出2214 kcal的热量。煤的热量。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成中的碳不是单质状态存在，而是与氢、
3、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，无烟煤含碳含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约量约90-98%，一般煤的含碳量约，一般煤的含碳量约50-95 氢氢：燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量：燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为为2-10%，以碳氢化合物的形式存在，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃氢完全燃烧时能放出烧时能放出28780 kcal的热量的热量 氧：氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量发热
4、量 一、燃料性质一、燃料性质83 3. .燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响 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% 硫：硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。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。硫燃烧生成产物前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为为SO2和和SO3，其中，其中SO2占占95%以上以上 水分：水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤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（内部水中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外
5、部水分可以靠自然干燥方法除去。内部分）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水分要放在干燥箱中加热到102-105C，保持，保持2h后才后才能除掉。能除掉。 灰分：灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。一、燃料性质一、燃料性质94.4.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v褐煤褐煤：最低品位的煤，形成年最低品位的煤，形成年代最短，热值较低代最短，热值较低v烟煤：烟煤：形成年代较褐煤长，碳形成年代较褐煤长，碳含量含量75-9075-90。成焦性较强，。成焦性较强，适宜工业一般应用适宜工业一般应用v无烟煤
6、：无烟煤：煤化时间最长，含碳煤化时间最长，含碳量最高（高于量最高（高于9393），成焦性），成焦性差差, ,发热量大发热量大一、燃料性质一、燃料性质104.4.煤的分类和组成煤的分类和组成 煤的详细分类煤的详细分类一、燃料性质一、燃料性质114.4.煤的分类和组成煤的分类和组成 煤的成分煤的成分v 工业分析（工业分析（ proximate analysis ） 测定测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估煤中水分、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。测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。v 元素分析（元素分析（ ultimate analysis ） 用用化学分
7、析的方法测定去掉外部水分的煤中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。主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。一、燃料性质一、燃料性质124.4.煤的分类和组成煤的分类和组成 煤的成分煤的成分一、燃料性质一、燃料性质134.4.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v水分：水分： 一定重量一定重量13mm以下粒度的煤样，在干燥箱内以下粒度的煤样，在干燥箱内318-323K温度下干燥温度下干燥8小时，取出冷却，称重，得到小时，取出冷却，称重，得到外部水分外部水分 将失去外部水分的煤样保持在将失去外部水分的煤样保持在375-380K下，约下，约2h后，称重，
8、得到内部水分后，称重，得到内部水分v挥发分挥发分： 失去水分的试样密封在坩埚内，放在失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马的马弗炉中加热弗炉中加热7分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称分钟，放入干燥箱中冷却至常温再称重重 一、燃料性质一、燃料性质144.4.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）v固定碳固定碳 从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳为固定碳 失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的环境中灼烧到重量不在变化时，取的环境中灼烧到重量不在变化时，
9、取出冷却，焦炭所失去的重量为固定碳出冷却，焦炭所失去的重量为固定碳v灰分：灰分： 煤中不可燃矿物物质的总称煤中不可燃矿物物质的总称一、燃料性质一、燃料性质154.4.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）v灰分：灰分： 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 灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量一、燃料性质一、燃料性质164.4.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v碳和氢：碳和氢：通过燃烧后分析尾气中通过燃烧后分析尾气中CO2和和H2O的生成的生成量测定量测定v氮：
10、氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定收，滴定v硫：硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，S SO42-，滴定滴定一、燃料性质一、燃料性质174.4.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煤煤中中硫硫的的形形态态一、燃料性质一、燃料性质184.4.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 图 2-1 固体燃料成分及其组成相互关系一、燃料性质一、燃料性质19aradddafASlyCHOSrWnWw灰分固定碳挥发分水分固体部分（焦碳）挥发部分N4.4.煤的分类和组成煤的分
11、类和组成 煤的成分的表示方法煤的成分的表示方法 v收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分 v空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%100%的成分，的成分，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v干燥基：以去掉全部水分的燃料作为干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%100%的成分，干燥的成分，干燥基更能反映出灰分的多少基更能反映出灰分的多少 v干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%100%的的成分成分%100ararar
12、ararararWASNOHC%100adadadadadadadWASNOHC%100dafdafdafdafdafSNOHC%100ddddddASNOHC一、燃料性质一、燃料性质204.4.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 一、燃料性质一、燃料性质214.4.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) ) 一、燃料性质一、燃料性质225.5.其他燃料其他燃料 石油石油v液体燃料的主要来源液体燃料的主要来源v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v主要
13、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v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v典型的气体燃料典型的气体燃料v一般组成为甲烷一般组成为甲烷85、乙烷、乙烷10、丙烷、丙烷3一、燃料性质一、燃料性质235.5.其他燃料其他燃料 非常规燃料非常规燃料v 城市固体废弃物城市固体废弃物v 商业和工业固体废弃物商业和工业固体废弃物v 农产物和农村废物农产物和农村废物v 水生植物和水生废物水生植物和水生废物v 污泥处理厂废物污泥处理厂废物v 可燃性工业和采矿废物可燃性工业和采矿废物v 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v
14、 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非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式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污染问题一、燃料性质一、燃料性质246. 6. 燃料组成的表示方法燃料组成的表示方法: CxHySzOwNv 例题例题某燃料质量组成某燃料质量组成：C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%, S: 2.6%, O: 5.9%, 灰分灰分: 7.9%。请确定该燃料的化学分子式。请确定该燃料的化学分子式。元素元素 质量组成，质量组成，% mol/100g mol/mol C 77.2 12 = 6.43
15、 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 灰分灰分 7.9 6.43 = 1.23 g/molC该燃料的化学分子式为：该燃料的化学分子式为：CH0.808N0.013S0.013O0.057 一、燃料性质一、燃料性质25一、燃料性质二、燃烧过程二、燃烧过程三、燃烧过程计算四、燃烧过程硫氧化物的形成五、燃烧过程中颗粒污染物的形成六、氮氧化物的形成七、燃烧过程中其他污染
16、物的形成本章主要内容本章主要内容261. 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 v 完全燃烧：完全燃烧：CO2、H2Ov 不完全燃烧：不完全燃烧： CO2、H2O & CO、黑烟及其他部、黑烟及其他部分氧化产物分氧化产物v 如果燃料中含有如果燃料中含有S和和N，则会生成，则会生成SO2和和NOv 空气中的部分空气中的部分N可能被氧化成可能被氧化成NO热力型热力型NOx二、燃烧过程二、燃烧过程271.1. 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v 空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，空气条件：提供充足的空
17、气；但是空气量过大，会降低炉温，增加热损失会降低炉温，增加热损失v 温度条件温度条件(Temperature)(Temperature)：达到燃料的着火温度：达到燃料的着火温度v 时间条件时间条件(Time)(Time)：燃料在高温区停留时间应超：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间过燃料燃烧所需时间v 燃料与空气的混合条件燃料与空气的混合条件(Turbulence)(Turbulence)：燃料与：燃料与氧充分混合氧充分混合二、燃烧过程二、燃烧过程281. 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二、燃烧过程二、燃烧过程291.1. 影响燃烧过程
18、的主要因素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（以燃烧火焰温度与燃料混合比的关系（以CH4 4为例）为例）二、燃烧过程二、燃烧过程301.1. 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二、燃烧过程二、燃烧过程311. 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二、燃烧过程二、燃烧过程322.2.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v 空气组成空气组成: 20.9%O2和和79.1%N2，两者体积比，两者
19、体积比为：为：N2/O2= 3.78v 燃料中固定氧可用于燃烧燃料中固定氧可用于燃烧v 燃料中硫主要被氧化为燃料中硫主要被氧化为 SO2v 不考虑不考虑NOX的生成的生成v 燃料中的燃料中的N在燃烧时转化为在燃烧时转化为N2v 燃料的化学方程式为燃料的化学方程式为CxHySzOw二、燃烧过程二、燃烧过程332. 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v 燃烧方程式：燃烧方程式：v 燃料重量燃料重量 = 12x+1.008y+32z+16wv 理论空气量：理论空气量：v 煤煤 4-7 m3/kg，液体燃料，液体燃料10-11 m3/kgQNwzyx
20、zSOOHyxCONwzyxOwzyxOSHCwzyx2222222478. 32 2478. 324kgmwzyxwzyx/ )1632008.112/(2478.44 .223二、燃烧过程二、燃烧过程342.燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量例题例题二、燃烧过程二、燃烧过程352. 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v 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，通通常常1v 部分炉型的空气过剩系数部分炉型的空气过剩系数0VVaa理论空气量实际空气量二、燃烧过程二、燃烧过程362. 2. 燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理
21、论空气量空燃比空燃比v 单位质量燃料燃烧所需要的空气质量单位质量燃料燃烧所需要的空气质量v 例如：汽油（例如：汽油（C8H18）的完全燃烧：）的完全燃烧：v 汽油的质量：汽油的质量：128+1.00818 = 114.14 v 空气的质量：空气的质量：3212.5+283.7612.5 = 1716v 空燃比空燃比 AF=15.0322222188418876. 398418876. 34188NOHCONOHC二、燃烧过程二、燃烧过程373.3.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v CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、烟、飞灰、金属
22、及其氧化物等金属及其氧化物等v 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v 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二、燃烧过程二、燃烧过程383.3.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：二、燃烧过程二、燃烧过程393.3.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（以燃料种类对燃烧产物的影响（以1000MW1000MW电站为例）电站为例）二、燃烧过程二、燃烧过程403.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
23、燃烧产物二、燃烧过程二、燃烧过程413.燃烧过程中产生的污染物燃烧过程中产生的污染物 典型典型液液态燃料的燃烧产物态燃料的燃烧产物二、燃烧过程二、燃烧过程424.4.热化学关系式热化学关系式发热量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和反应产物终了状态相同下的热量变化(kJ/kg or kcal/kg )低位发热量低位发热量：燃烧产物中的：燃烧产物中的水蒸气仍以气态存在时，完水蒸气仍以气态存在时，完全燃烧过程所释放的热量全燃烧过程所释放的热量高位发热量高位发热量：包括燃料生成包括燃料生成物中水蒸气的物中水蒸气的汽化潜热汽化潜热水蒸气的汽化潜热水蒸气的汽化潜热二、燃烧过程二、燃烧过程434.4.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v 排烟热损失排烟热损失v 不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失v 散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。不充分混合时，热损失最小值出现在空气过剩一侧。二、燃烧过程二、燃烧过程444.4.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二、燃烧过程二、燃烧过程45
