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第二章 燃烧与大气污染 Chp.2 Combustion and Air Pollution 第二章 燃烧与大气污染 Chp.2 Combustion and Air Pollution 2-1 燃料的性质 2-2 燃料燃烧过程 2-3 烟气体积及污染物排放量的计算 2-4 燃烧过程中污染物的形成及控制 2－1燃料的性质 燃料：燃烧过程中释放热量且经济上可行的 物质。煤Coal、石油oil、天然气NG统称为 常规燃料，还有一些非常规燃料。 燃料的性质影响燃烧设备设计和各种操作条 件，也影响大气污染物的形成。 一、煤 1. 煤的分类----不同种类的植物及不同的腐蚀程度，形成不同成分的煤。 2. 煤的工业分析 (1)水分 一定重量13mm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 水分降低煤热值，影响燃烧稳定，一般控制在10%~13%左右 (2)挥发分：主要由H2、HC、CO及少量H2S等组成 (4)灰分：从煤中扣除水分、固定碳以及挥发分后剩余的部为灰分,由不可燃的矿物组分构成，如Si, Al, Fe, Ca等。其含量和组成因煤种及粗加工的不同而异，我国煤炭的平均灰分约为25%。灰分降低煤的热值，增加烟尘污染及出渣量。高灰分、低熔点的煤极易结渣，使煤不能充分燃烧，从而影响热效率。 3. 煤的元素分析----用化学方法测定去掉外部水分的煤中主要组分C、H、N、S和O等的含量。 C和H:燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定。 N:是在催化剂作用下使煤中氮转变为氨，继而用碱吸收，酸滴定。 S的含量:将样品放在氧化镁和无水碳酸钠的混合物上加热，使硫化物转变为硫酸盐，再以重量法测定硫酸钡沉淀而决定的。 4. 煤中硫的形态 黄铁矿可通过磁选脱硫，也可 根据重力差异重力分选 有机硫：需化学脱硫。 低硫煤中以有机硫为主， 高硫煤中以无机硫为主。 一般含硫量在0.1—10%。 S%1.0%----低硫煤 1.01—3.0%----中硫煤 S% 3.0%-----高硫煤。 我国1/3的煤含硫量2%，即使是陕西神木的出口优 质煤仍含0.28～0.45%的硫，南 方某些煤S%高达10%。 二、石油 多种化合物的混合物，主要有链烷烃、环烷烃和 芳香烃等。主要含有C、H，及少量S、N、O，可 能受到氯、砷、铅的污染。 处于经济和安全的考虑，一般将原油经过蒸馏、裂 化等过程，生产出汽油、溶剂化学产品和燃料油。 原油中的S约有80-90%留于重馏分中。硫以复杂 的环状结构存在，不能用物理方法分离，化学脱硫 费用很高。 三、天然气:85%CH4，10%C2H6，3%C3H8，还可能有含碳量更高的HC，也含有H2O、CO2、N2、H2S。 四、非常规燃料----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。 城市固废 商业和工业固废 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 四、非常规燃料 2-1燃料的性质 2-2 燃料燃烧过程 2-3 烟气体积及污染物排放量的计算 2-4 燃烧过程中污染物的形成及控制 2－2燃料的燃烧过程 燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量的释放，同时使燃料组成元素转化为相应的氧化物。 多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2和H2O。不完全燃烧过程将会产生黑烟、CO等。 如果燃料中含有N和S还会生成SO2和NO，以污染物的形式排入大气。 一、固体燃料的燃烧—以煤为例 三阶段----挥发分燃烧阶段、焦炭燃烧阶段和燃尽阶段 在燃烧过程中随着温度的上升煤粉中的各种挥发分(H2、CO、HC、H2S)逐渐释放出来，同时被氧化，挥发分完全释放后剩余焦炭。 焦炭燃烧得好坏，直接决定着热损失。因此焦炭燃烧阶段应采取措施以保证焦炭的完全燃烧。 随着焦炭的继续燃烧，灰渣最终因高温而变软或熔化，将焦炭紧裹，使之不能很好地与空气接触，造成固体不完全燃烧，增大热损失。 二、影响燃烧过程的因素 1. 燃料种类和性质 水分在燃烧过程中蒸发，吸收热量，降低燃料发热量。因此水分多导致炉内温度降低、着火困难，影响燃烧速度，不易达到完全燃烧。水分还增加烟气体积，从而增加烟气从锅炉中带走的热量，降低热效率 灰分不仅增加了燃料的重量，使开采、运输和煤粉制备费用增加，且在炉内熔化时还会黏附在炉壁和炉箅上，引起结渣 二、影响燃烧过程的因素 1. 燃料种类和性质 碳的含量越多，则燃料的发热量越大，炉内的温度越高，有利于燃料的加热、干燥以及析出挥发物，从而也就有利于燃料的燃烧，使燃烧过程稳定。 燃料黏结性(影响飞灰的生成)、热稳定性也影响燃烧过程 2. 空气条件Excess