高等燃烧学讲义第15章(郑洪涛4学时)..pptx

高等燃烧学 第十五章 污染物排放 主讲人：郑洪涛;第十五章 污染物排放;现代燃烧系统设计中，污染物排放控制是主要因素之一。 污染物包括：碳烟、飞灰、金属烟雾和各种气溶胶等在内的颗粒物；硫氧化物，如SO2和SO3；未燃尽或部分燃烧的碳氢化合物，如醛；氮氧化物NOx，包括NO和NO2；一氧化碳；以及温室气体，如N2O，尤其是CO2。;一次污染物：直接从源头排放出来的。 二次污染物：由一次污染物在大气中通过化学反应形成的。 大气对流层内空气污染物的4 种主要影响: (1) 改变大气和降水的特性; (2) 对植被有害; (3) 污染和破坏了各种材料; (4) 可能提高人类的发病率和死亡率。 对局部地区大气性质的影响包括： 由大气中出现的碳类颗粒物、硫酸盐、硝酸盐、有机化合物和二氧化氮引起的能见度降低；空气中SO2浓度过高，形成硫酸液滴并进一步凝结成核，造成雾和降??增多；降低太阳辐射；改变温度和风力分布。;对地表植被有害的物质有: SO2、硝酸过氧化乙酰(PAN)、C2H4及其它有害物质会破坏植被叶绿素而中断光合作用。 对各种材料的污染和破坏：颗粒物会污染衣服、房屋等建筑物，降低观感质量，增加清洗费用；含有酸性或碱性的颗粒会腐蚀金属结构物、绘画、石雕、电路以及纺织品，同时臭氧会严重腐蚀橡胶。 提高人类的发病率和死亡率：SO2和颗粒物等污染物可以加重呼吸系统疾病，如发生在美国多诺拉(Donora)(1948年)、英国伦敦(1952年)和美国纽约(1966年)的重大空气污染事件，造成了许多死亡及其他影响；光化学烟雾的二次污染会导致眼睛受刺激；臭氧、有机硝酸盐、氧化碳氢化合物和光化学气溶胶等污染物是由一氧化氮和各种碳氢化合物的反应形成的；同时，碳类颗粒还可能包含吸附的致癌性物质。;一氧化碳对于健康的影响已被证明。图15.1显示了人暴露在不同浓度一氧化碳下对其健康的影响。 O3在第一个反应中被NO破坏，而NO又在第二个反应中再生而继续进入第一个反应。平流层中臭氧的破坏使得太阳辐射中大量有害的紫外线穿透大气层直接照射到地球表面。;最近的研究表明，因燃料中痕量硫而产生的硫酸盐的排放会使NO 破坏臭氧的催化反应程度减弱，但是同时又能通过含有ClO、BrO和OH的反应加大对臭氧的破坏。 用于超声速运输机的低NOx燃烧器的发展引起了NASA( 美国航空航天局)和发动机制造商的高度重视。同时，低NOx燃烧技术也将成为决定未来高速民航运输机(HSCT)发展方向的主要因素。 ;组分i的排放因子是组分i的质量与燃烧过程中所消耗燃料质量的比，即 排放因子是一个无量纲量，类似于雷诺数等无量纲数。但为避免出现非常小的数值，也经常用mg/kg等这样的单位。 排放因子明确地表征了单位质量的燃料所产生污染物的量，而不会受产物稀释或者燃烧效率的影响。因此，排放因子可用来衡量特定燃烧过程产生特定污染物的效率，与实际应用设备无关。 对于碳氢化合物在空气中的燃烧，排放因子可以由指定测量的组分浓度(摩尔分数)和所有含碳组分的浓度来决定。设燃料中的碳都在CO2和CO中，则排放因子可以表示为：; 其中，χ为摩尔分数；x是燃料中碳元素的物质的量，即CxHy中的x；MWi和MWF是组分i和燃料的摩尔质量。 上式中第一个括号表示燃料中每摩尔碳对应的i 组分物质的量，第二个括号表示燃料中碳物质的量的转换以及它们各自相对于质量单位的转换。 从上式中可以明显看出，排放因子的测量与任何的空气稀释效果无关，由于所有测量的浓度都以比例的形式出现，稀释的影响即可以消除了。;例15.1 对一台火花点火发动机进行测功试验，并对排放物进行了测量，数据如下：CO2为12.47%，CO为0.12%，O2为2.3%，C6H14(等价物)为367×10-6，NO为76×10-6。所有量都是干燥基下体积比(摩尔分数)。燃料采用异辛烷。试用当量正己烷来确定未燃碳氢化合物的排放因子。 解：事实上，并非所有的燃料都会变为CO和CO2，但如果忽略这一点，认为所有燃料燃烧后都转化为CO和CO2，就可以直接运用公式(15.2)。正己烷和异辛烷的摩尔质量分别为86.2kg/kmol和114.2kg/kmol。有： 若在上式(15.2)第一个括号的分母中加入未燃的正己烷，即在χCO+χCO2中加入χC6H14重新计算得：; 第二个值低于第一个计算值1.7个百分点。可以说，燃料中的未燃碳氢化合物对污染指标的计算结果影响不大。 ;在许多文献及实际应用中，通常将排放浓度折算为燃烧产物中特定氧量下的值。目的在于排除各种稀释情况的影响，从而能够对污染物排放客观地比较，且仍可使用类似摩尔分数的变量形式。 在讨论折算浓度之前，先定义燃烧产物中任意组分的湿和干浓度(摩尔分数)，由于折算浓度很有可能分别用湿基和干基来表示。 假定化学当量或贫燃料燃烧