燃烧时污染物生成和破坏(分解).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,燃烧时污染物生成和破坏,(,分解,),1,现状和危害,燃烧过程污染物产生机理,污染物与燃烧过程和燃烧状态的关系,化学反应动力学,影响因素,重点：,Nox,Sox,HC,CO,2,危害,氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括一氧化氮,(NO),、,二氧化氮(,NO2),和氧化二氮(,N2O),。,还有,NxOy,氮氧化物的危害性表现在：,对人体健康的直接危害。,参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染。,氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧层,。,3,危害,光化学反应使,NO,2,分解为,NO,和,O,3,，,大气中臭氧对人体健康十分有害。,光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物：臭氧浓度超过0.1,ppm,时便对植物产生危害。,NO,2,浓度达1,ppm,时，某些植物便会受害。,氮氧化物在大气的反应中可形成硝酸。,4,危害,最早在,1943,年洛杉矶发现。,每年从夏季至早秋，只要是晴朗的日子，城市上空就会出现一种弥漫天空的浅蓝色烟雾，使整座城市上空变得浑浊不清。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。,1943,年以后，烟雾更加肆虐，以致远离城市,100,千米以外的海拔,2000,米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产。仅,1950,1951,年，美国因大气污染造成的损失就达,15,亿美元。,1955,年，因呼吸系统衰竭死亡的,65,岁以上的老人达,400,多人；,1970,年，约有,75,以上的市民患上了红眼病,洛杉矶市拥有,250,万辆汽车排放的尾气污染而造成。这些汽车每天消耗约,1600t,汽油，向大气排放,1000,多吨碳氢化合物,(HC),、,400,多吨氮氧化物,(NO,X,),。,5,危害,美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及,27,个州。,1952,年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近农作物一夜之间严重受害；,6.5,万公顷的森林，,29,严重受害，,33,中等受害，其余,38,也受轻度损害。,1970,年美国加利福尼亚洲发生大规模的光化学烟雾事件，农作物的损失达到,2500,多万美元。,6,危害,1971,年，日本东京发生较严重的光化学烟雾事件，使一些学生中毒昏迷。与此同时，日本的其它城市也发生了类似的事件。此后，日本的一些大城市连续不断出现光化学烟雾事件,1997,年夏季，拥有,80,万辆汽车的智利首都圣地亚哥也发生光化学烟雾事件。由于光化学烟雾的作用，迫使政府对该市实行紧急状态：学校停课、工厂停工、影院歇业，孩子、孕妇和老人被劝告不要外出，使智利首都圣地亚哥处于“半瘫痪状态”。,7,不同浓度的,NO,2,对人体健康的影响,8,一些大城市对空气中,NO,含量的测定,9,我国,NOx,污染现状,1990,年我国氮氧化物的排放量约为,910,万吨，其中近,70%,来自于煤炭的直接燃烧，固定源是,NOx,排放的主要来源,1995,年全国机动车辆,(,不包括农用车辆,),的,NOx,排放量为,141.3,万吨，占总量的,20,2000,年,1561,万吨,2010,年,2194,万吨,10,我国,NOx,污染现状,1997,年,在全国,357,个城市中，,NOx,浓度年均值范围为,0.001-0.140mg/m,，,年均最大值出现在,广州市,，其中,291,个城市,NOx,浓度年均值达到国家二级标准,(0.05 mg/m),，,占,81.5%,，,66,个城市超二级标准，占,18.5%,。,1998,年全国,311,个城市，,NOx,浓度年均值范围为,0.006-0.152mg/m,，,年均最大值出现在北京市，其中,252,个城市,NOx,浓度年均值达到国家二级标准,(0.05mg/m),，,占,81.0%,，,59,个城市超二级标准，占,19.0%,。,1997-1998,年，,NOx,浓度年均值超过国家三级标准,(0.10mg/m),的城市有北京、广州和上海三市,11,我国,NOx,污染现状,上海的汽车尾气污染已跃居大气污染的首位。,1996,年上海机动车的一氧化碳,(CO),排放量为,38,万,t,，,碳氢化合物,(HC),排放量为,10,万,t,，,氮氧化物,(NO,X,),排放量为,8.15,万,t,广州大气污染经历了从,1986,年至,1991,年的煤烟型与机动车污染型共存阶段后，,1997,年,90,万辆机动车终于使广洲大气污染类型变成氧化型。汽车尾气排放的氮氧化物已从,80,年代后期的,64%,上升至目前的,80%,，一氧化碳则从,6,成增加到,9,成,近,10,年来，武汉市大气环境中的氮氧化物含量总体呈上升趋势。“八五”期间氮氧化物的浓度比“七五”期间上升,18%,，,1995,年日均值比,1990,年上升,60%,，比,1986,年上升,70%,以上,12,Nox,生成动力学,燃烧产生的,Nox:,95%NO,5%NO,2,可以认为,NO,2,是由,NO,转化而来,其他含,N,化合物的生成,13,NO,生成机理,NO,的,来源：,1,）空气中的,N2,分子氮,按反应机理：,热力,NO,瞬发,NO,2,）,燃料中的,N,燃料氮,14,热力,NO,Zeldovich,连锁反应机理（,1946,）：,贫,燃料燃烧，有富余的氧参与氧化反应,15,热力,NO,按照化学动力学，生成,NO,的简单反应的速度的表达式为：,16,热力,NO,假设中间产物,N,的浓度保持不变：,17,热力,NO,对式,2.5,进行简化,18,热力,NO,温度对反应速度的影响很大，所以称为,热力,NO,1800K,热力,NO,很少。,所以降低火焰温度能显著减少,NO,的,产生,NO,往往不会在火焰面上产生，而是在高温烟气中,19,热力,NO,富,燃料混气中,（,Fenimore,）,限制“热力”,NO,的生成，主要是降低温度，具体措施可归纳为：,(1),降低燃烧温度，避免局部高温；,(2),降低氧气浓度；,(3),缩短在高温区的停留时间；,(4),在偏离,a=1,的条件下进行燃烧,a,Nox,升高。,a1;O2,的稀释作用导致,Nox,降低。,瞬发氮,20,瞬发,NO,（,Prompt NO,）,许多试验结果表明，对于富燃料混气在燃烧区测到,NO,生成率明显大于,Zeldovich,结果,21,瞬发,NO,（,Prompt NO,）,Fenimore,：,富燃料,混气火焰面上快速反应生成大量的,NO,，,称为瞬发,NO,。,机理与热力氮不同。,22,瞬发NO（Prompt NO）,23,瞬发,NO,（,Prompt NO,）,HCN,NO,的生成关系,24,瞬发NO（Prompt NO）,25,瞬发NO（Prompt NO）,26,瞬发NO（Prompt NO）,CH+N2,HCN,N,C+N2,CN,N,N,NO,27,瞬发NO（Prompt NO）,28,瞬发,NO,（,Prompt NO,）,计算表明：,1,）在,T2500K,时，,NO,的生成主要取决于,热力,NO,29,燃料,NO,30,燃料,NO,燃料中的,N,通常与各种,碳氢化合物,相结合成环状化合物或链状化合物（如氮苯,C,5,H,5,N,，,芳香胺,C,6,H,5,NH,2,等），它们与空气中的氮相比，其结合键较小，在燃烧时易进行,热分解,生成低分子量的含氮化合物（如,NH,3,，,HCN,和,CN,等），经氧化反应生成,NO,，,这种,NO,称为,“燃料,NO,31,燃料中氮分解为挥发分,N,和焦炭,N,的示意图,煤粒,N,挥发分,挥发分,N,焦炭,焦炭,N,NO,N,2,N,2,32,燃料,NO,33,燃料,NO,34,燃料,NO,35,燃料,NO,Miller,等人认为，“燃料,NO,是由气相燃料中氮化物从,HCN,和,NH,3,开始转化,氧化,还原,36,燃料,NO,氧化,还原,37,燃料,NO,38,燃料,N,转化率的影响因素：,1,）,燃料含,N,量的影响,贫燃料燃烧的,N,转化率比富燃料高,含,N,量增大，转换率下降,含,N,量增大，,NO,排放增大，但会饱和,39,燃料,N,转化率的影响因素：,2,）,过量空气系数的影响,在,一定的含,N,量下，当,a1,时，转换率很高，但基本不变,a CH,3,+H,59,CO,的简单反应生成机理,60,硫化物的生成,所有含,S,燃料的燃烧过程中,SO,是一种重要的中间产物呈淡蓝色火焰,燃烧产物主要以,SO,2,形式存在,还有,H,2,S,元素,S,来源主要为,H,2,S,S,有机硫化物,61,硫化氢,62,硫化氢,63,元素硫,64,有机硫化物,当原油或煤中含硫时,它可能以硫醇、硫化物或二氧化硫等形式存在,.,主要产物是,SO,2,阻化作用,65,