1、第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染安徽师范大学安徽师范大学环境科学学院环境科学学院2-1 2-1 燃料的性质燃料的性质安徽师范大学安徽师范大学环境科学学院环境科学学院2-1 2-1 燃料的性质燃料的性质CO2SOXNOX颗粒物颗粒物等等二、煤二、煤一、燃料基本知识一、燃料基本知识三、其他三、其他1.1 燃料及分类燃料及分类 按获得方法分按获得方法分 按物态分按物态分 天然燃料天然燃料 人工燃料人工燃料 固体燃料固体燃料 木柴、煤、油页木柴、煤、油页岩岩 木炭、焦炭、煤木炭、焦炭、煤粉等粉等 液体燃料液体燃料 石油石油 汽油、煤油、柴汽油、煤油、柴油、重油油、重油 气体燃料气体燃料 天然
2、气天然气 高炉煤气、发生高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤炉煤气、焦炉煤气气 （1）常规燃料：如煤（）常规燃料：如煤（coal）、）、patrolum、天然气等。、天然气等。（2）非常规燃料：某些较低级的化石燃料、固体废弃物等）非常规燃料：某些较低级的化石燃料、固体废弃物等燃料燃料燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。燃烧过程中能放出热量，且经济上可行的物质。p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1.2 燃料的化学成分燃料的化学成分1.2 燃料的化学成分燃料的化学成分p典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）
3、1.2 燃料的化学成分燃料的化学成分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 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
4、7.9 6.43 =1.23 g/molCv The normalized molar composition:p燃料组成的表示方法燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv10015.556.43fggMmolCmolC分子组成并不表示分子的结构，分子组成并不表示分子的结构，只表示燃料中各原子的相对丰度。只表示燃料中各原子的相对丰度。CH0.808N0.013S0.013O0.057 1.3 燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响p 碳：碳：可燃元素可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出纯碳完全燃烧时，放出7850 kcal的的热量。当不完全燃烧生成热量。当不完全燃烧生成CO时，放出时，放出
5、2214 kcal的的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。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，其组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发挥发性成分含量越少性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约烟煤含碳量约90-98%，一般煤的含碳量约，一般煤的含碳量约50-95%。1.3 燃料组成对燃烧的影响p氢：氢：为燃料中为燃料中发热量最高的元素发热量最高的元素。固体燃料中氢。固体燃料中氢的含量为的含量为2-10%
6、，以碳氢化合物的形式存在，以碳氢化合物的形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出氢完全燃烧时能放出28780 kcal的热量。的热量。p氧：氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量料的发热量p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%p硫：硫：以以有机硫有机硫、硫化铁硫硫化铁硫和和硫酸盐硫硫酸盐硫形态存在。形态存在。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为产物为SO2和和SO3，其中，其中SO2占占95%以上。以上。1.3 燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响p水分
7、：水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。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（内部煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。水分）组成。外部水分外部水分可以靠自然干燥方法除去。可以靠自然干燥方法除去。内部水分内部水分要放在干燥箱中加热到要放在干燥箱中加热到102-105 C，保持，保持2h后才能除掉。后才能除掉。p灰分：灰分：燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分1.3 1.3 燃料组成对燃烧的影响燃料组成对燃烧的影响p热值热值决定燃料决定燃料的消耗量的消耗量p杂质杂质污染物产污染物产生的来源生的
8、来源二、煤二、煤一、燃料基本知识一、燃料基本知识三、其他三、其他2.1 煤的分类煤的分类u 煤是一种不均匀的有机燃料，主要是植物的部分分解和变质而形成的，为重要的固体燃料;u可燃成分是由碳、氢和硫等一起构成的有机聚合物，且相互连接成更大的颗粒;u植物在地层内炭化程度：泥煤泥煤褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤2.1 煤的分类煤的分类p 泥煤泥煤:泥煤是泥煤是最年轻最年轻的煤，是由植物刚刚衍变而成的。的煤，是由植物刚刚衍变而成的。在结构上，它尚保留着植衡遗体的痕迹，在结构上，它尚保留着植衡遗体的痕迹，质地疏松质地疏松，吸水性强吸水性强，含天然水分高达，含天然水分高达40%以上，风干后的泥煤密以上，风干
9、后的泥煤密度只有度只有300450kg/m3，泥煤中，泥煤中含碳量和含硫量低含碳量和含硫量低，但含，但含氧量却高达氧量却高达2838%。由于泥煤的由于泥煤的挥发分高，可燃性好挥发分高，可燃性好，在工业上，它主要，在工业上，它主要用作锅炉燃料和化工原料，也可炼焦供小高炉使用。由用作锅炉燃料和化工原料，也可炼焦供小高炉使用。由于泥煤的于泥煤的机械强度差机械强度差，易粉碎易粉碎，不能长途运输，只能作，不能长途运输，只能作为地方然料。为地方然料。2.1 煤的分类煤的分类p 褐煤：褐煤：褐煤比泥煤炭化程度大一些，这种煤基本上完成了褐煤比泥煤炭化程度大一些，这种煤基本上完成了植物遗体的炭化过程；植物遗体的
10、炭化过程；褐煤含碳量较高，氢和氧的含量少，挥发分低，其褐煤含碳量较高，氢和氧的含量少，挥发分低，其密度约为密度约为750800kg/m750800kg/m3 3；在空气中在空气中极易风化粉碎极易风化粉碎，也多作为地方的燃料，也多作为地方的燃料。2.1 煤的分类煤的分类p 烟煤：烟煤：炭化程度较高的煤炭化程度较高的煤，仅次于无烟煤，仅次于无烟煤特点：特点：含碳量高，挥发分含碳量高，挥发分高于无烟煤低于褐煤，与高于无烟煤低于褐煤，与褐煤相比密度较大；褐煤相比密度较大；不易吸湿，燃烧时有粘结性不易吸湿，燃烧时有粘结性。粘结性和含硫量随炭化年龄及生成条件不同。粘结性和含硫量随炭化年龄及生成条件不同。据
11、烟煤的粘结性、挥发分含量等物理性质，分为长据烟煤的粘结性、挥发分含量等物理性质，分为长焰煤、气煤、肥煤、结焦煤、瘦煤等焰煤、气煤、肥煤、结焦煤、瘦煤等l长焰煤和气煤挥发分高，适宜制造煤气，结焦长焰煤和气煤挥发分高，适宜制造煤气，结焦煤适宜炼焦。煤适宜炼焦。烟煤是冶金、建材和动力等工业中烟煤是冶金、建材和动力等工业中不可缺少的能源。不可缺少的能源。p 无烟煤无烟煤:无烟煤是炭化无烟煤是炭化年龄最老年龄最老的一种煤，的一种煤，特点：特点：含碳量高含碳量高，灰分及挥发分少灰分及挥发分少，含硫量低含硫量低，组织致组织致密而坚硬，密度大，吸水性小，适宜于长途运输和贮存密而坚硬，密度大，吸水性小，适宜于长
12、途运输和贮存。（主要缺点）受热时（主要缺点）受热时容易炸裂容易炸裂成碎片，成碎片，可燃性差，不易着可燃性差，不易着火火。由于其发热量大由于其发热量大(热值约为热值约为29308J/kg，即，即7000kcal/kg)，灰分少、含硫量低、燃烧后污染轻，因而多用于民用燃料，灰分少、含硫量低、燃烧后污染轻，因而多用于民用燃料，也可作为制气燃料。也可作为制气燃料。2.1 煤的分类煤的分类2.2 煤的工业分析全水分全水分煤煤外部水分外部水分煤煤318323K干燥8h煤煤375380K干燥2h内部水分内部水分影响：影响：煤中所含的水煤中所含的水分使热值降低，影响燃分使热值降低，影响燃烧的稳定性，一般控制烧
13、的稳定性，一般控制水分在水分在1013%1013%左右。左右。u为评价工业用煤：水分、灰分、挥发份、固定碳以及为评价工业用煤：水分、灰分、挥发份、固定碳以及硫含量和热值估测硫含量和热值估测p 水分：水分：组成：组成：2.2 2.2 煤的工业分析煤的工业分析p 灰分：灰分：煤中不可燃物质的总称，其含量和组成因煤种类及初煤中不可燃物质的总称，其含量和组成因煤种类及初加工的不同而异，我国煤炭的平均灰分为加工的不同而异，我国煤炭的平均灰分为25%25%。组成：组成：SiO2（2060%）、）、Al2O3（1035%）、）、Fe2O3（535%）等。）等。影响：影响：降低了煤的热值，增加了烟尘污染和出渣
14、量。降低了煤的热值，增加了烟尘污染和出渣量。p 固定碳：固定碳：主要的可燃物质。主要的可燃物质。p 挥发分：挥发分：煤在隔绝空气的条件下加热分解出的可燃气煤在隔绝空气的条件下加热分解出的可燃气体物质体物质测定：测定：经风干的煤样在经风干的煤样在1200K的炉中加热的炉中加热7min测定测定组成：组成：氢气、氢气、CH化合物、化合物、CO、H2S等等影响：影响：l在相同的热值下，煤中的挥发份越高，越易点燃，在相同的热值下，煤中的挥发份越高，越易点燃，火焰越长，越易燃烧完全。火焰越长，越易燃烧完全。l但挥发份过高时，易造与氧气接触不充分，使之分但挥发份过高时，易造与氧气接触不充分，使之分解成大量的
15、碳粒子和烟气从而污染环境。解成大量的碳粒子和烟气从而污染环境。2.2 煤的工业分析p硫化铁硫硫化铁硫FeS2为煤中的最主要的含硫成分，独立为煤中的最主要的含硫成分，独立相弥散分布，物理或化学方法相弥散分布，物理或化学方法p有机硫有机硫来源于植物中的蛋白质，故因成煤时间的来源于植物中的蛋白质，故因成煤时间的不同而不同，以有机分子形式存在，化学方法不同而不同，以有机分子形式存在，化学方法p硫酸盐硫硫酸盐硫主要以钙、铁和锰的硫酸盐存在，灰渣主要以钙、铁和锰的硫酸盐存在，灰渣的主要来源的主要来源2.3 2.3 煤中硫的形态煤中硫的形态2.4 煤的成分表示方法p煤的成分随水分、灰分等外界条件的影响，其百
16、分煤的成分随水分、灰分等外界条件的影响，其百分比也随之改变故必须提供一个参考基准。比也随之改变故必须提供一个参考基准。煤的成分及相互关系煤的成分及相互关系2.4 煤的成分表示方法收到基（收到基（ar）：锅炉燃烧的实际成分，包括全部的锅炉燃烧的实际成分，包括全部的水分（内部水水分（内部水+外部水）和灰分作为外部水）和灰分作为100%；空气干燥基（空气干燥基（ad）：）：去掉外部水的燃料作为去掉外部水的燃料作为100%；干燥基（干燥基（d）：以去掉全部水分的燃料作为以去掉全部水分的燃料作为100%；干燥无灰基（干燥无灰基（daf）：）：去掉水分和灰分的燃料作为去掉水分和灰分的燃料作为100%。u石
17、油：主要的液体燃料；原油石油：主要的液体燃料；原油是天然存在的易流动液体。是天然存在的易流动液体。比重比重0.781.00;p成分：成分：主要含主要含C、H2、少量的、少量的S、N2、O2，此外，含有，此外，含有微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右左右;p硫：硫：原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成非碳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，一般氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为为0.17%；ppm浓度：用溶质质量占全部溶液质量的浓度：用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度，也
18、称百万分比浓百万分比来表示的浓度，也称百万分比浓度。度。ppm就是百万分率或百万分之几。就是百万分率或百万分之几。三、石油重馏分（重馏分（heavy distillate；heavy cut）指石油沸点较高的馏分。如指石油沸点较高的馏分。如350500的润滑馏分，或比其沸点更高的催化裂的润滑馏分，或比其沸点更高的催化裂化等原料。原油中的化等原料。原油中的S约有约有8090%留留于重硫分中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物理方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏C
19、CS SC C键形键形成成H H2 2S S气体，可达目的，但费用很高。气体，可达目的，但费用很高。三、石油四、天然气四、天然气p组成：组成：典型的气体燃料，它的典型的气体燃料，它的组成一般为甲烷组成一般为甲烷85、乙烷、乙烷10、丙烷丙烷3；含碳更高的碳氢化合物；含碳更高的碳氢化合物也可能存在于天然气中。天然气还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，含有碳氢化合物以外的其它组分，如如H20、CO2、N2、He和和H2S等。等。uNatural gas is expected to be the fastest-growing major fuel source,grow
20、ing more than 50 percent by 2030,when it will have overtaken coal as the second-biggest global fuel source.(From )五、非常规燃料五、非常规燃料p定义：定义：除了煤、石油和天然气等常规燃料外，所有可燃性物质都包除了煤、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。油砂、油页岩，也作为非常规燃料对待。p分类：分类：(1)(1)城市城市固体废弃物固体废弃物；(2)(2)商业和工业固体废弃物；商业和工业固体废弃物；(3)(3)农作物及农村废物；农作物及农村废物；(4)(4)水生植物和水生废物；水生植物和水生废物；(5)(5)污水处理厂废物污水处理厂废物；(6)(6)可燃性工业和采矿废物；可燃性工业和采矿废物；(7)(7)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；(8)(8)合成燃料。合成燃料。
