1、l第一节燃料与燃烧过程l第二节燃烧计算l第三节燃烧污染物的形成与控制l重点：（二）燃烧计算l理论空气量l烟气量l污染物排放量l燃料的定义：l 指燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。l燃料的分类燃料的分类：l（1）常规燃料）常规燃料l 如煤（coal）、petroleum、天然气(rude gas)等。l （2）非常规燃料）非常规燃料l 按其物理状态分为按其物理状态分为：l（1）固体燃料）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）。l （2）液体燃料：）液体燃料：由蒸发过程控制（气态形式燃烧）。l (3)气态燃料气态燃料：由扩散或混合控制。l定义：定
2、义：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。l 性质：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。分类：分类：按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、无烟煤。l l a.褐煤：褐煤：又名柴煤，煤的一类。煤化程度仅高于泥煤的精煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。由于它富含挥发份，所以易于燃烧并冒烟。剖面上可以清楚地看出原来木质的痕迹。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。l特点：特点：挥发分较高，析出温度低；燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量6075%，O2含量
3、2025%。l，b.b.烟煤烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有可形成历史较褐煤长。黑色，外形有可见条纹。见条纹。l挥发分挥发分2045%，C7590%。成焦性较强，。成焦性较强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工业使用。用。lc.c.无烟煤：碳含量最高，煤化时间最长的煤，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。具有明显的黑色光泽，机械强度高。lC含量含量93%,无机物量无机物量1l3 3空燃比（空燃比（AFAF）l定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。可由燃烧方程直
4、接求得。l4 4理论空气量的经验理论空气量的经验计算公式l已知元素分析可用式2.11计算；l若知燃料的热值可用式2.132.17计算。0aaVVal例：某燃烧装置采用重油作燃料，重油成分分析结果如下（按质量）C：88.3%，H：9.5%,S：1.6%，灰分：0.10%。试确定燃烧1kg重油所需的理论空气量。l解：以1kg重油燃烧为基础，则：重量（g）摩尔数（mol）需氧量（mol）C88373587358H954752375S160505H2O05002780l理论需氧量为：l73.58+23.75+0.5=97.83 mol/kg重油l假定空气中N2与O2的摩尔比为3.76(体积比)则，理论
5、空气量为：mol/kg重油l即 Nm3/kg重油67.465176.383.9743.1010004.2267.465l一烟气体积计算一烟气体积计算l.理论烟气体积理论烟气体积l在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积。以Vfg0表示，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。l干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；l湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。lVfg0=V干烟气+V水蒸气lV理水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中l +V理论空气量带入的l2实际烟气体积实际烟气体积Vfg0 Vfg=Vfg0 +(a-1)Va0l3.烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正l燃烧
6、产生的烟气其T、P总高于标态（273K、1atm）故需换算成标态。l大多数烟气可视为理气，故可应用理气方程。l设观测状态下（Ts、Ps下）：烟气的体积为Vs，密度为s。l标态下（TN、PN下）：烟气的体积为VN，密度为N。l标态下体积为：l标态下密度为：l应指出，美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是298K、1atm在作数据比较时应注意。SNNSSNTTPPVVNSSNSNTTPPPl5.5.过剩空气较正过剩空气较正l因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。l用奥氏烟气分析仪测定烟气中的CO2、O2和CO的含量，可以确定燃烧设备在运行中
7、烟气成分和空气过剩系数。l空气过剩系数为 a=l m-过剩空气中O2的过剩系数l设燃烧是完全燃烧，过剩空气中的氧只以O2形式存在，燃烧产物用下标P表示，m1理论空气量实际空气量l假设空气只有O2、N2,分别为21%、79%，则空气中总氧量为l 理论需氧量：0.266N2P-O2Pl 所以l （燃烧完全时）若燃烧不完全会产生CO，须校正。即从测得的过剩氧中减去CO氧化为CO2所需的O2l l 此时l各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。l6 6 标况下烟气量计算标况下烟气量计算的经验式：的经验式：P36 2.232.28。PPPNOCONmOmC2222267.311PPPONOa222266
8、.01PPPPPCOONCOOa5.0266.05.01222l例例2 对例1给定的重油，若燃料中硫转化为SOX（其中SO2占97%），试计算空气过剩系数a=1.20时烟气中SO2及SO3的浓度，以ppm表示，并计算此时烟气中CO2的含量，以体积百分比表示。l解解：由例1可知，理论空气量条件下烟气组成（mol）为：lCO2：73.58 H2O：47.5+0.0278lSOX：0.5 NX：l理论烟气量：理论烟气量：73.58+0.5+(47.5+0.0278)+()=489.45mol/kg重油l即 489.45=10.96m3/kg重油l空气过剩系数a=1.2时，实际烟气量为：l 其中10.
9、43为理论空气量，即1Kg重油完全燃烧所需理论空气量。76.383.9776.383.97l烟气中SO2的体积为 l烟气中SO3的体积为 l所以，烟气中SO2、SO3的浓度分别为：l KgNm/0109.010004.2297.05.03KgNm/1036.310004.2203.05.034ppmCppmCSOSO75.251005.131036.325.8351005.130109.064632l当=1.2时，干烟气量为：lCO2体积为：l所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为：KgNm/985.112.043.1010004.220278.05.4745.4893重油KgNm/648.1
10、10004.2258.733%75.13100985.11648.1l例例3：已知某电厂烟气温度为473K，压力为96.93Kpa,湿烟气量Q=10400m3/min，含水汽6.25%（体积），奥萨特仪分析结果是：CO2占10.7%，O2占8.2%，不含CO，污染物排放的质量流量为22.7Kg/min。l（1）污染物排放的质量速率（以t/d表示）l（2）污染物在烟气中浓度l（3）烟气中空气过剩系数l（4）校正至空气过剩系数=1.8时污染物在烟气中的浓度。l解：解：（1）污染物排放的质量流量为：l l l （2）测定条件下的干空气量为：l l 测定状态下干烟气中污染物的浓度：l l l 标态下的
11、浓度：l dtKgtdhhKg/7.32100024min60min7.22min/97500625.01104003mQd36/2.23281097507.22mmgCNmmgTTPPCCNNN3/0.421727347393.9633.1012.2328l（3）空气过剩系数：l （4）校正至=1.8条件下的浓度：613.12.81.81268.02.81268.01222PPPONQNmmgCCC3/9.37788.1613.10.42178.1校实实校l一、燃料中硫的氧化机理一、燃料中硫的氧化机理l 燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应，主要产物是SO2和SO3，但SO3的浓度相当低，即使在贫
12、燃料状态下，生成的SO3也只占SO2生成量的百分之几。在富燃料状态下，除SO2外，还有一些其它S的氧化物，如SO及其二聚物（SO）2，还有少量一氧化二硫S2O。这些产物化学反应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现。l燃烧时：l 故一般主要生成一般主要生成SO2,计算时可忽略计算时可忽略SO3。l二、二、SOxSOx的控制的控制l（1 1）重油脱硫）重油脱硫l 重油脱硫常用的方法：在钼、钴和镍等的金属氧化物催化剂作用下，通过高压加氢反应，加断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时氢与硫作用形成H2S，从重油中分离出来。l重油脱硫的困难:l (1)要彻底加工燃料，破坏了原来的组织。l （2）
13、产生新的产物：固、液、气态物。l2燃料脱硫燃料脱硫l）煤炭的固态加工煤炭的固态加工l 国外要求用于发电、冶金、动力的煤质标准是：l 炼焦煤：硫分 CaO+CO2CaO+SO2+1/2O2 CaSO4(2)燃烧中脱硫燃烧中脱硫l在锅炉尾部烟道上安装活化反应器,将烟气增湿,延长滞留时间,使剩余的吸收剂和2发生反应。l石灰石中的CaCO3含量应超过90，石灰石的颗粒度应是80以上的颗粒尺寸小于40m。此时炉内脱硫反应所能达到的脱硫效率为2030l活化反应器的烟气进口温度一般在110140，当将活化反应器出口处烟温控制在比露点温度高510、Ca/S2时，有可能使活化反应器的脱硫效率达到60，从而使总脱
14、硫效率达到80。未反应的CaO遇水反应生成Ca(OH)2并在活化反应器中发生了如下的反应：SO2（气）+H2OH2SO3H2SO3H+HSO3-CaO+H2OCa（OH）2Ca（OH）2Ca2+2OH-Ca2+HSO3+1/2H2OCaCO31/2H2O+H+2H+2OH-H2O总反应式：CaO+H2OCa（OH）2Ca（OH）2+SO2CaSO31/2H2O+1/2H2O炉内喷钙增湿活化脱硫流程示意图炉内喷钙增湿活化脱硫流程示意图 流化床燃烧脱硫流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫炉内脱硝脱硫的优点，故普遍受到重视。l原理：流化床燃烧是一低温燃烧过程。炉内存在局部还原气氛，热型Nox基本上不产生，
15、因而NOx的气成量减少。l 流化床燃烧脱硫常用的脱硫剂是石灰石或白云石。石灰石粉碎至与煤同样的粒度（dp2mm左右）与煤同时加入炉内。在10731173K下燃烧：l （CaO为多孔）达固硫目的。硫酸盐石灰石受热 22SOOCCOal影响脱硫效率的因素影响脱硫效率的因素有：沸腾床温度、流化速度、脱硫剂用量等。脱硫剂用量以Ca/S比表示。l脱硫率与脱硫率与和硫化速度的关系和硫化速度的关系：l当硫化速率一定时，随Ca/S 的增大而增大；l当Ca/S比一定时，随硫化速度的增加而降低。/321.40/的含量燃料消耗量的含量脱硫剂消耗量摩尔比SCSCaal循环流化床燃烧脱硫循环流化床燃烧脱硫最大的特点是炉
16、内具有强烈的传热传质特性，有利于燃料燃烧，不仅适用于煤燃烧，还可以适用于热值小的燃料，如煤矸石、城市垃圾的燃烧。循环流化床炉内燃烧温度保持在900左右，有利于燃烧过程脱硫。石灰石在该温度下分解形成氧化钙，与二氧化硫和氧反应形成硫酸钙，而硫酸钙在这个温度下不容易再次分解，比一般的其他锅炉1200有优势。从工业运行的经验来看，但炉内钙/硫摩尔比在1.8-2.5时，脱硫效率可以达到90%以上。l目前主要有吸收法和吸附法，以吸收法应用最为广泛，另外还有许多物理方法，如电子辐射法、等离子法等正在积极发展中。吸收法中又分为湿法和干法脱硫，其中湿法脱硫是商业应用最为广泛的方法，如石灰（石）-石膏法，海水脱硫
17、、钠碱法、氨吸收法等，干法中有旋转喷雾吸收法、烟气循环流化床脱硫等。l石灰（石）石灰（石）-石膏法湿法烟气脱硫石膏法湿法烟气脱硫l湿法烟气脱硫的过程：烟气以120左右的温度进入脱硫吸收塔（预先除尘和加热），在吸收塔内与含2030%的石灰石粉浆料或20%左右的Ca(OH)2乳浊液接触，SO2被吸收反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙又被氧化成硫酸钙。由于石灰石的溶解度及活性受限制，以石灰石为脱硫剂的方法其脱硫率一般在85%左右，适用于脱硫SO2浓度为中等偏低的烟气。而熟石灰（Ca(OH)2）有较强的碱性，较易吸收SO2，所以石灰乳湿法脱硫能达到95%以上的脱硫效率，并且适应于SO2浓度较高的烟气。吸收塔底
18、槽的石膏浆先在水力旋流分离器中稠化到固体浓度约为40%，然后排出反应塔，经过带式真空过滤机过滤，脱除其中的大部分水分。由此制得的副产石膏可回收利用，亦可抛弃处置。脱硫塔喷淋格栅鼓泡液柱原理吸收剂浆液在吸收塔内经喷嘴喷淋雾化,与烟气接触过程中，吸收并去除SO2吸收剂浆液在吸收塔内沿格栅填料表面下流,形成液膜与烟气接触去除SO2吸收剂浆液以液层形式存在，而烟气以气泡形式通过，同时发生吸收反应去除SO2吸收剂浆液由布置在塔内的喷嘴垂直向上喷射,形成液柱并在上部散开落下,在高效气液接触中,吸收去除SO2脱硫率95%以上（逆流接触）95%以上90%95%以上运行喷嘴易磨损、堵塞格栅易结垢、堵塞，系统阻力
19、较大系统阻力大，无喷嘴堵塞问题喷嘴能有效防止堵塞、结垢问题维护喷嘴易损坏,需要定期检修更换经常清洗除垢运行较稳定可靠运行较稳定可靠自控水平中高较高中l反应塔中发生如下化学反应：l SO2（气）+H2O SO2（液）+H2Ol S O2（液）+H2O H+H S O3 2H+SO32l HSO3+1/2 O2 HSO4(部分)l SO32+1/2 O2 SO42(部分)l Ca(OH)2 Ca2+2OH(部分)l Ca2+SO32 CaSO3(部分)l Ca2+SO42+2H2O CaSO4.2H2O(部分)l H+OH H2Ol在循环氧化槽中发生如下反应：l HSO3+1/2 O2 HSO4
20、H+SO42l SO32+1/2 O2 SO42l Ca2+SO42+2H2O CaSO4.2H2Ol由于亚硫酸钙的结垢和管路堵塞问题，脱硫反应中的PH值并不是越大约好。工业实验表明脱硫区的PH值范围为58，氧化池中的PH值范围为3.55.5。l为了增强氧化槽内的氧化速率，适当的催化剂，如Mn2+等对氧化是有利的。l为了减少结垢和堵塞，在氧化槽内布置结晶种子，采用大的液气比等。l为了减缓由于石灰浆的加入，溶液PH发生较大波动，加入一些弱酸如已二酸对系统的运行是有利的。l海水烟气脱硫l基本原理：l海水中含有碳酸盐和碳酸氢盐l海水的PH值为7.5-8.3l天然碱度约为2.0-2.9mg/Ll可吸收
21、SO2为亚硫酸l脱硫海水中SO2的氧化l （1）亚硫酸易分解 SO2容易重新排到大海（气液平衡分压理论）l （2）加入稀释的海水 3-4倍于脱硫海水（抑制亚硫酸分解，稀释SO2浓度）PH由3-4到6.5-7l （3）鼓入空气氧化亚硫酸根到硫酸根l海水脱硫的主要特点：（）工艺简单，无需脱硫剂的制备，系统可用率高（100%）。（）脱硫效率高，可达95以上。（）不需要添加脱硫剂，也无废水废料，管理容易。（）与其他湿法工艺相比，投资低，运行费用也低。（）只能用于海边电厂，需要常年对海水碱度进行监测。（）只能适用于燃煤含硫量小于1.5%的中低硫煤。l它先用碱金属盐类如钠盐的水溶液吸收SO2，然后在另一个
22、石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收了SO2的吸收液再生，再生的吸收液返回吸收塔再用，而SO2还是以亚硫酸钙和石膏的形式沉淀出来。由于其固体的产生过程不是发生在吸收塔中的，所以避免了石灰石/石灰法的结垢问题。l氨法原理是采用氨水为脱硫吸收剂，与进入吸收塔的烟气接触混合，烟气中SO2与氨水反应，生成亚硫酸铵，经与鼓入的强制氧化空气进行氧化反应，生成硫酸铵溶液，经结晶、离心机脱水、干燥器干燥后即制得化学肥料硫酸铵l由于氨水与SO2反应速度要比石灰石（或石灰）与SO2反应速度大得多，同时氨法不需吸收剂再循环系统，因而系统要比石灰石石膏法小、简单，其投资费用比石灰石石膏法低得多。（）在工艺中不存在石灰石作
23、脱硫剂时的结垢和堵塞现象（）氨水来源也是选择此工艺必要条件。（）氨法工艺无废水排放，除化肥硫酸铵外也无废渣排放。l由于只采用NH3一种吸收剂，只要增加一套脱硝装置的情况下就能高效地控制SO2和NOx的排放。l.电子束辐射脱硫l主要原理：（）自由基的产生l电子束照射，能量被氮、氧、水蒸气吸收,生成自由基OH，O，HO2,反应的活性强l（）SO2与NOx的氧化lSO2（OH作用）HSO3（OH作用）H2SO4lSO2（O作用）SO3（H2O作用）H2SO4lNO（OH作用）HNO2（O作用）HNO3lNO（HO2作用）NO2OHlNO（O作用）NO2（OH作用）HNO3lNO2（O作用）NO3（O
24、作用）N2O5（H2O作用）2HNO3（）硫铵和硝铵的生成l注入氨发生中和生成硫氨与硝铵的气溶胶微颗粒,反应时间仅为1秒左右l工艺流程l烟气在冷却塔中由130变为适合脱硫脱硝的65，并且冷却水全部汽化。l氨肥在电除尘器中被捕获l净化后的烟气由引风机增压与未处理烟气混合升温排到烟囱。l主要特点有：（）是一种干法处理过程，不产生废水废渣。（）可达到90以上的脱硫率和80以上的脱硝率。（）系统简单，操作方便，过程易于控制。（）对于不同含硫量的烟气和烟气量的变化有较好的适应性和负荷跟踪性。（）副产品为硫铵和硝铵混合物，可用作化肥。（）脱硫成本低于石灰石/石膏，约为850元/tSO2。le 德国鲁奇公司
25、在70年代开发了循环流化床脱硫技术。l原理l是在循环流化床中加入脱硫剂石灰石已达到脱硫的目的l特点（）由于流化床具有传质和传热的特性，所以在有效的吸收SOx的同时还能除掉HCI和HF等有害气。（）可通过喷水将床稳控制在最佳反应温度下，通过物料的循环使脱硫剂的停留时间增长，大大提高钙利用率和反应器的脱硫效率。用此法可处理高硫煤，在Ca/S为1-1.5时，能达到90-97%的脱硫效率。（）与湿法相比，结构简单，造价低，约为湿法投资的50%。（）运行可靠，由于采用干式运行，产生的最终固态产物易于处理。l旋转喷雾干燥法（SDA法）l旋转喷雾烟气脱硫反应过程包含有四个步骤，即：（）吸收剂制备。旋转喷雾烟
26、气脱硫工艺一般用生石灰（主要成分是CaO）作吸收剂。生石灰经熟化变成具有较好反应能力的熟石灰（主要成分是Ca（OH）2）浆液。（）吸收剂浆液雾化。熟石灰浆液经装在吸收塔顶部的高达15000-20000r/min的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾粒直径可小于100um。（）雾粒和烟气混合，吸收二氧化硫并被干燥lNa2CO3+SO2Na2SO3+CO2 lCa(OH)2+SO2CaSO31/2H2O+1/2H2O l如反应时有氧气，则Na2CO3和CaSO3会氧化生成硫酸钠和硫酸钙：lNa2SO31/2O2Na2SO4 lNa2CO3+SO2+1/2O2Na2SO4+CO2 lCa(OH)2S
27、O2+1/2O2+H2OCaSO42H2O l这些具有很大表面积的分散微粒，一经与烟气接触，便发生强烈的热交换和化学反应，迅速地将大部分水分蒸发，形成含水量少的固体灰渣。如果吸收剂颗粒没有完全干燥，则在吸收塔之后的烟道和除尘器中仍可继续发生吸收二氧化硫的化学反应。（）废渣排出。l3特点l旋转喷雾干燥法其系统相对简单、投资低、运行费用也不高，而且运行相当可靠，不会产生结垢和堵塞，只要控制好干燥吸收器的出口烟气温度，对于设备的腐蚀性也不高。由于其干式运行，最终产物易于处理，但脱硫效率略低于湿法。工艺 碱原料 副产品 脱硫率 石灰石膏法 CaCO3 石膏 85-95%亚硫酸钠石膏法 湿 硫酸石膏法
28、石灰石膏法 CaO 石膏 85-95%镁石膏法 镁排放法 Mg(OH)2 MgSO4溶液 90-95%式 钠排放法 NaOH Na2SO4溶液 90-95%亚硫酸钠回收法 Na2SO3溶液 氨吸收法 NH3 (NH4)2SO4(硫酸铵）90-95%干 活性碳法 活性碳 硫酸 80-90%式 电子照射法 NH3 硫酸铵 80-90%半 喷射干燥机法 Ca(OH)2,CaO 水泥原料等 70-85%干 石灰炉内脱硫+CaCO3 水泥原料等 75-85%式 水喷射法 2 燃料与燃料燃烧2.12.1燃料的分类燃料的分类l燃料燃料指燃烧过程中能放出热量且经济上可行的物质。指燃烧过程中能放出热量且经济上可
29、行的物质。l按按来源来源：天然燃料和加工燃料：天然燃料和加工燃料 ；l按按物态物态：固体燃料、液体燃料和气体燃料：固体燃料、液体燃料和气体燃料 ；l按按使用多少使用多少：常规燃料和非常规燃料：常规燃料和非常规燃料 ；2.1.12.1.1固体燃料固体燃料l天然固体燃料：矿物燃料天然固体燃料：矿物燃料(煤煤)、生物质燃料、生物质燃料(林木林木)。l煤的主要组成和元素：煤的主要组成和元素：CC、H H、OO、N N、S S及一些非可及一些非可燃性矿物如灰分和水分等。燃性矿物如灰分和水分等。l碳碳是煤发热主要来源，是煤发热主要来源，32700kJ/kg32700kJ/kg碳。碳。l煤含煤含氢氢3%3%
30、5%5%，结合氢结合氢和氧结合成稳定化合物不能和氧结合成稳定化合物不能燃烧，燃烧，可燃氢可燃氢与碳、硫结合成有机物。与碳、硫结合成有机物。l灰分灰分是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。煤中的煤中的硫分硫分有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫（硫醇、硫醚等）两种形态。（硫醇、硫醚等）两种形态。分为低硫煤（分为低硫煤（1.5%1.5%）、中硫煤（）、中硫煤（1.5%1.5%2.4%2.4%）、高）、高硫煤（硫煤（2.4%4%4%）。）。2.1.2 2.1.2 液体燃料液体燃料 天然液体燃料主要指天然液体燃料主要指石油石油，人工液体
31、燃料指汽油、煤，人工液体燃料指汽油、煤油、柴油和重油（经石油的直馏和裂化作用得到）等。油、柴油和重油（经石油的直馏和裂化作用得到）等。燃料乙醇燃料乙醇是替代（部分汽油）能源，又能有效解决玉是替代（部分汽油）能源，又能有效解决玉米等陈化粮的转化问题。乙醇几乎能够完全燃烧，不米等陈化粮的转化问题。乙醇几乎能够完全燃烧，不会产生对人体有害的物质，降低汽车尾气有害物质的会产生对人体有害的物质，降低汽车尾气有害物质的排放。排放。水煤浆水煤浆由由70%70%的煤、的煤、30%30%水及少量化学添加剂制成。浆水及少量化学添加剂制成。浆体燃料，可以像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧，体燃料，可以像油一样泵送、
32、雾化、贮存和稳定燃烧，具有燃烧效率高、减少环境污染等优点。具有燃烧效率高、减少环境污染等优点。2.1.3 2.1.3 气体燃料气体燃料 气体燃料属于清洁燃料，主要包括天然气、液化石气体燃料属于清洁燃料，主要包括天然气、液化石油气油气(LPG)(LPG)、裂化石油气和焦炉煤气。、裂化石油气和焦炉煤气。天然气天然气的主要成分是甲烷，其次为乙烷等饱和烃，的主要成分是甲烷，其次为乙烷等饱和烃，还有少量的还有少量的COCO2 2、N N2 2、OO2 2、H H2 2S S和和COCO等。等。液化石油气液化石油气的主要成分是的主要成分是CC2 2、CC3 3 和和CC4 4组分，输送组分，输送和贮存是液
33、体状态，燃烧是气体状态，广泛用于居和贮存是液体状态，燃烧是气体状态，广泛用于居民生活和汽车等燃料。民生活和汽车等燃料。裂化石油气裂化石油气是用水蒸气、空气或氧气等作气化剂，是用水蒸气、空气或氧气等作气化剂，将石油和重油等油类裂化而得，一般作民用燃料。将石油和重油等油类裂化而得，一般作民用燃料。焦炉煤气焦炉煤气是炼焦生产的副产物，主要成分是是炼焦生产的副产物，主要成分是H H2 2、CHCH4 4和和COCO，还有少量的，还有少量的N N2 2、COCO2 2，广泛用作工业，广泛用作工业和民用燃料。和民用燃料。2.2 2.2 燃料的燃烧过程燃料的燃烧过程2.2.12.2.1燃烧及燃烧产物燃烧及燃
34、烧产物 燃烧是燃烧是可燃混合物的快速氧化可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量过程，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的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是多数化石燃料完全燃烧的产物是COCO2 2、水蒸汽；、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、不完全燃烧过程将产生黑烟、COCO等。等。若燃料中含若燃料中含S S、N N会生成会生成SOSO2 2和和NOxNOx。燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物：硫氧化物、氮氧化物、一氧：硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、烟尘、金属氧化物、碳氢化合物及多环有化碳、烟尘、金属氧化物、碳氢化合物及多环有机物。机
35、物。2.2.2 2.2.2 燃烧产生污染物的机制燃烧产生污染物的机制2.2.2.1 2.2.2.1 硫氧化物的形成机制硫氧化物的形成机制l硫氧化物是指硫氧化物是指SOSO2 2和和SOSO3 3。当燃料中的可燃性硫进行。当燃料中的可燃性硫进行燃烧时，就生成了燃烧时，就生成了SOSO2 2。l元素硫燃烧元素硫燃烧 S +OS +O2 2 =SO =SO2 2 l硫化物硫燃烧硫化物硫燃烧 SOSO2 2 +1/2O +1/2O2 2 =SO =SO3 3l 4FeS 4FeS2 2 +11O +11O2 2 =2Fe =2Fe2 2OO3 3+8SO+8SO2 2l SO SO2 2 +1/2O
36、+1/2O2 2 =SO =SO3 3（1%1%5%5%）l有机硫有机硫CHCH3 3CHCH2 2SCHSCH2 2CHCH3 3HH2 2S+2HS+2H2 2+2C+C+2C+C2 2H H4 4l H H2 2S+3OS+3O2 2 =2SO =2SO2 2+2H+2H2 2OOl SO SO2 2+1/2O+1/2O2 2 =SO =SO3 3l一般主要生成一般主要生成SOSO2 2，SOSO3 3可忽略。可忽略。2.2.2.2 2.2.2.2 氮氧化物的形成机制氮氧化物的形成机制l大气中的大气中的NOx90%NOx90%以上产生于燃烧过程。以上产生于燃烧过程。1.1.热力型热力型N
37、OxNOxl热力型热力型NOxNOx是高温燃烧时是高温燃烧时N N2 2和和OO2 2反应生成的反应生成的NOxNOx；l与与燃烧温度燃烧温度、氧气的浓度氧气的浓度及气体在高温区的及气体在高温区的停留时停留时间间有关。有关。l燃烧温度低于燃烧温度低于13001300时，只有少量时，只有少量NONO生成，燃烧生成，燃烧温度高于温度高于1500 1500 时，时，NONO的生成量显著增加。的生成量显著增加。l N N2 2 +O +O2 2 =2NO=2NOl 2NO +O 2NO +O2 2 =2NO =2NO2 2l减少热力型减少热力型NOxNOx的生成量的生成量措施措施：降低燃烧温度，减：降
38、低燃烧温度，减少过量空气，缩短气体在高温区停留的时间。少过量空气，缩短气体在高温区停留的时间。2.2.燃料型燃料型NOxNOxl燃料型燃料型NOxNOx燃料中有机氮经过化学反应生成的燃料中有机氮经过化学反应生成的NOxNOx。l燃料型燃料型NOxNOx的的发生机制发生机制：一般认为，燃料中的氮化：一般认为，燃料中的氮化合物首先发生热分解形成中间产物，然后再经氧化合物首先发生热分解形成中间产物，然后再经氧化生成生成NONO。l燃料中的氮经过燃烧约有燃料中的氮经过燃烧约有20%20%70%70%转化成燃料型转化成燃料型NOxNOx，主要是，主要是NONO，在一般锅炉烟道气中只有不到，在一般锅炉烟道
39、气中只有不到10%10%的的NONO氧化成氧化成NONO2 2。l旋风燃烧炉因炉温高，使燃料中的氮大部分转化为旋风燃烧炉因炉温高，使燃料中的氮大部分转化为NOxNOx，热力型，热力型NOxNOx生成量也增加，限制了使用。生成量也增加，限制了使用。2.2.2.3 2.2.2.3 颗粒污染物的形成机制颗粒污染物的形成机制l燃烧过程中产生的颗粒污染物主要是燃烧不完全形成燃烧过程中产生的颗粒污染物主要是燃烧不完全形成的炭黑、结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。的炭黑、结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。1.1.燃煤粉尘的形成燃煤粉尘的形成l煤在非常理想的燃烧条件下，可以完全燃烧，即挥发煤在非常理想的燃烧条件下
40、，可以完全燃烧，即挥发分和固定炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。分和固定炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。l燃烧条件不够理想，在高温时会发生热解作用，形成燃烧条件不够理想，在高温时会发生热解作用，形成多环化合物而产生黑烟。多环化合物而产生黑烟。l随烟气一起排出的固体颗粒物一般都称为随烟气一起排出的固体颗粒物一般都称为飞灰飞灰，包括，包括未燃尽的煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成未燃尽的煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成的炭黑等。的炭黑等。2.2.气、液燃料燃烧形成的碳粒子气、液燃料燃烧形成的碳粒子l气态燃料燃烧的颗粒污染物为气态燃料燃烧的颗粒污染物为积碳积碳，液态燃料高温分，液态燃料高温分
41、解形成颗粒污染物为解形成颗粒污染物为结焦结焦和和煤胞煤胞。2.2.3 2.2.3 燃料完全燃烧的条件燃料完全燃烧的条件1 1）空气条件空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。2 2）温度条件温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。：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度。各种燃烧的着火温度见表2-2 2-2，P26P26。3 3）时间条件时间条件 燃料在燃烧室中的停留时间影响燃烧完全的程度。燃料在燃烧室中的停留时间影响燃
42、烧完全的程度。反应速度随温度升高而加快，反应速度随温度升高而加快，TTt t。4 4）燃烧与空气的混合条件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。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下实现有效燃烧的四个因素：在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比空气与燃料之比、温度温度(temperature)(temperature)、时间时间(time)(time)和和湍湍流流(torrent)(torrent)，后三者通常称为燃烧过程的，后三者通常称为燃烧过程的“三三T T”。2.2.3 2.2.3 发热量与热损
43、失发热量与热损失 1.1.发热量发热量 单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相同情况下同情况下(通常指通常指298K298K和和101325Pa)101325Pa)的热量变化值，称的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是为燃料的发热量，单位是kJkJkgkg，或，或KJKJm3m3。2.2.热损失热损失(1)(1)排烟热损失排烟热损失 排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为6%6%12%12%。减少措施：减少措施：设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排烟温度取烟温
44、度取433433473K473K，大中型锅炉取，大中型锅炉取383383453K453K。(2)(2)不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失 化学不完全燃烧热损失化学不完全燃烧热损失：烟气中残留的：烟气中残留的COCO及少量的及少量的H H2 2、CHCH4 4等可燃气体。等可燃气体。机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损失：灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰：灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰带走的碳产生的热损失。带走的碳产生的热损失。2.3 2.3 燃烧设备简介燃烧设备简介 根据燃料在炉内的燃烧方式不同分四种：火床根据燃料在炉内的燃烧方式不同分四种：火床燃烧、火室燃烧、沸腾燃烧和旋风燃烧。燃烧、火室燃烧、沸腾燃
45、烧和旋风燃烧。l链条炉示意图链条炉示意图l 振动炉排炉示意图振动炉排炉示意图 旋风燃烧炉示意旋风燃烧炉示意图图2.4 2.4 洁净燃烧技术洁净燃烧技术燃煤脱硫技术可划分为：燃煤脱硫技术可划分为：1.1.燃烧前脱硫燃烧前脱硫l原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微生物等方法，将煤中的硫份脱除掉。生物等方法，将煤中的硫份脱除掉。l炉前脱硫能除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的粘炉前脱硫能除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的粘污和磨损，减少灰渣处理量，还可回收部分硫。污和磨损，减少灰渣处理量，还可回收部分硫。l煤的洗选技术、煤的转化。煤的洗选技术、煤的转化。
46、2.2.燃烧中脱硫燃烧中脱硫l在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫分转在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫分转化为硫酸盐，随炉渣排除。化为硫酸盐，随炉渣排除。l型煤固硫及流化床燃烧脱硫。型煤固硫及流化床燃烧脱硫。3.3.燃烧后脱硫燃烧后脱硫 烟气脱硫。烟气脱硫。2.4.12.4.1燃烧前脱硫燃烧前脱硫1.1.洗煤技术洗煤技术洗煤洗煤又称选煤，是通过物理或物理化学方法将煤中又称选煤，是通过物理或物理化学方法将煤中的含硫矿物和矸石等杂质去除，来提高煤的质量。的含硫矿物和矸石等杂质去除，来提高煤的质量。是燃前除去煤中矿物质，降低硫含量的主要手段。是燃前除去煤中矿物质，降低硫含量的主要手段。煤
47、炭经洗选后，可使原煤中的含硫量降低煤炭经洗选后，可使原煤中的含硫量降低4040一一9090，含灰分降低，含灰分降低5050一一8080。目前广泛采用的选煤工艺仍是重力洗选法。目前广泛采用的选煤工艺仍是重力洗选法。重力洗选：重力洗选：利用煤与杂质密度不同进行机械分离。利用煤与杂质密度不同进行机械分离。硫的净化效率硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的颗粒大小及无机硫取决于煤中黄铁矿的颗粒大小及无机硫含量。有机硫含量大，或煤中黄铁矿嵌布很细时，含量。有机硫含量大，或煤中黄铁矿嵌布很细时，仅用重力脱硫法，精煤硫分很难达到要求。仅用重力脱硫法，精煤硫分很难达到要求。跳汰式洗煤机入洗粒度入洗粒度30mm30mm
48、；筛板槽框宽；筛板槽框宽18mm18mm；跳汰面积：；跳汰面积：3.6m23.6m2；水压：水压：0.8-10.8-1公斤公斤/平方厘米；用水量平方厘米；用水量150150吨吨/小时小时 处理煤泥设备和压处理煤泥设备和压滤机配套使用浓缩滤机配套使用浓缩机机，即可提高洗煤即可提高洗煤机产量、又解决了机产量、又解决了环保问题。环保问题。l新的脱硫方法新的脱硫方法l浮选法浮选法：用于处理粒径小于：用于处理粒径小于0.5mm0.5mm的煤粉，利用煤的煤粉，利用煤与矸石、含硫矿物的性质不同进行分离。与矸石、含硫矿物的性质不同进行分离。l高梯度磁分离法：高梯度磁分离法：利用煤与黄铁矿的磁性不同利用煤与黄铁
49、矿的磁性不同(黄铁黄铁矿是顺磁性物质，煤是反磁性物质矿是顺磁性物质，煤是反磁性物质)，将黄铁矿分离，将黄铁矿分离去除，脱硫效率约去除，脱硫效率约6060。l化学氧化脱硫法：化学氧化脱硫法：将煤破碎后与硫酸铁溶液混合，在将煤破碎后与硫酸铁溶液混合，在反应器中加热至反应器中加热至120120左右，硫酸铁与黄铁矿反应生左右，硫酸铁与黄铁矿反应生成硫酸亚铁和成硫酸亚铁和S S，通人，通人OO2 2将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。l微波辐射法微波辐射法 ：煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机硫次之，煤基质基本不吸收微波。微波吸收后削弱机硫次之，煤基质基本不吸
50、收微波。微波吸收后削弱化学键，用浸取液洗涤煤中硫，可以去无机硫和有机化学键，用浸取液洗涤煤中硫，可以去无机硫和有机硫，还没在工业上应用。硫，还没在工业上应用。煤炭的转化主要是气化、液化，对煤进行脱硫或加氢煤炭的转化主要是气化、液化，对煤进行脱硫或加氢改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。改变其原有的碳氢比、使煤转变为清洁的二次燃料。A.A.煤的气化煤的气化l煤的气化是以煤为原料，采用空气、氧气、煤的气化是以煤为原料，采用空气、氧气、COCO2 2和水和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以产出不同组分、不同热值的煤气。产出不同组分
