注册考试辅导-2011-燃烧与大气污染.ppt

大气污染控制工程（基础）注册环保工程师考试培训注册环保工程师考试培训清华大学环境学院清华大学环境学院大气污染与控制研究所大气污染与控制研究所马永亮马永亮燃料的种类与性质燃料的种类与性质污染物的产生与控制污染物的产生与控制污染物排放量的估算污染物排放量的估算第二章第二章 燃烧过程中大气污染物的产生与排放燃烧过程中大气污染物的产生与排放燃料的分类 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、油页岩木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等木炭、焦炭、煤粉等 液体燃料液体燃料 石油石油 汽油、煤油、柴油、重汽油、煤油、柴油、重油油 气体燃料气体燃料 天然气天然气 高炉煤气、发生炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气焦炉煤气 燃料的种类与性质n煤的基本分类q褐煤褐煤最低品味的煤，形成年代最短，热值较低最低品味的煤，形成年代最短，热值较低q烟煤烟煤形形成成年年代代较较褐褐煤煤长长，碳碳含含量量75%90。成成焦焦性性较较强强，适适宜宜工工业业一一般应用般应用q无烟煤无烟煤煤化时间最长，含碳量最高（高于煤化时间最长，含碳量最高（高于93），成焦性差，发热量大），成焦性差，发热量大煤的分类和组成燃料的种类与性质n煤的成分分析工业分析（工业分析（proximate analysis proximate analysis）测测定定煤煤中中水水分分、挥挥发发分分、灰灰分分和和固固定定碳碳。估估测测硫硫含含量量和和热热值值，是是评评价价工工业业用煤的主要指标。用煤的主要指标。元素分析（元素分析（ultimate analysis ultimate analysis）用用化化学学分分析析的的方方法法测测定定去去掉掉外外部部水水分分的的煤煤中中主主要要组组分分碳碳、氢氢、氮氮、硫硫和和氧氧的的含量。含量。煤的分类和组成燃料的种类与性质煤的分类和组成煤的分类和组成n煤的工业分析煤的工业分析水分：水分：一一定定重重量量13mm以以下下粒粒度度的的煤煤样样，在在干干燥燥箱箱内内318323K温温度度下下干干燥燥8h，取出冷却，称重，取出冷却，称重 外部水分外部水分将将失失去去外外部部水水分分的的煤煤样样保保持持在在375380K下下，约约2h后后，称称重重 内内部水分部水分挥发分：挥发分：失失去去水水分分的的试试样样密密封封在在坩坩埚埚内内，放放在在1200K的的马马弗弗炉炉中中加加热热7min，放入干燥箱中冷却至常温再称重放入干燥箱中冷却至常温再称重 固定碳固定碳失失去去水水分分和和挥挥发发分分后后的的剩剩余余部部分分（焦焦炭炭）放放在在800 20 C的的环环境境中中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳灰分：灰分：从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳燃料的种类与性质n煤中灰分的组成煤中灰分的组成：n我国煤炭的平均灰分含量为我国煤炭的平均灰分含量为2525n灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量煤的分类和组成煤的分类和组成燃料的种类与性质n煤中硫的形态燃料的种类与性质n煤的成分的表示方法 要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种：收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分 空空气气干干燥燥基基：以以去去掉掉外外部部水水分分的的燃燃料料作作为为100%100%的的成成分分，即即在在实实验验室内进行燃料分析时的试样成分室内进行燃料分析时的试样成分 燃料的种类与性质干干燥燥基基：以以去去掉掉全全部部水水分分的的燃燃料料作作为为100%100%的的成成分分，干干燥燥基基更更能能反反映出灰分的多少映出灰分的多少 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%100%的成分的成分燃料的种类与性质n煤的成分的表示方法及其组成的相互关系 燃料的种类与性质其他燃料其他燃料其他燃料其他燃料 n石油液体燃料的主要来源液体燃料的主要来源链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧氢含量增加时，比重减少，发热量增加氢含量增加时，比重减少，发热量增加n天然气典型的气体燃料典型的气体燃料一般组成为甲烷一般组成为甲烷8585、乙烷、乙烷1010、丙烷、丙烷3 3燃料的种类与性质n非常规燃料城市固体废弃物城市固体废弃物商业和工业固体废弃物商业和工业固体废弃物农产物和农村废物农产物和农村废物水生植物和水生废物水生植物和水生废物污泥处理厂废物污泥处理厂废物可燃性工业和采矿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天然存在的含碳和含碳氢的资源合成燃料合成燃料 非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式 城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题燃料的种类与性质燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv n举举例例:燃燃料料重重量量比比组组成成C:77.2%,H:5.2%,N:1.2%,S:2.6%,O:5.9%灰灰分分:7.9%.确定其分子表达方式确定其分子表达方式.n元素元素 Wt%mol/100g mol/mol(碳碳)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 灰分灰分 7.9 6.43 =1.23 g/molCnThe normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057 燃料的种类与性质燃烧产物燃烧产物 完全燃烧：完全燃烧：CO2、H2O不不完完全全燃燃烧烧：CO2、H2O&CO、黑黑烟烟及及其其他他部部分分氧氧化化产产物物如果燃料中含有如果燃料中含有S和和N，则会生成，则会生成SO2和和NO空气中的部分空气中的部分N可能被氧化成可能被氧化成NO热力型热力型NOx第二节燃料燃烧过程及大气污染物产生n燃料完全燃烧的条件（燃料完全燃烧的条件（3T3T）空空气气条条件件：提提供供充充足足的的空空气气；但但是是空空气气量量过过大大，会会降降低低炉炉温温，增增加热损失加热损失温度条件（温度条件（TemperatureTemperature）：达到燃料的着火温度）：达到燃料的着火温度时时间间条条件件（TimeTime）：燃燃料料在在高高温温区区停停留留时时间间应应超超过过燃燃料料燃燃烧烧所所需需时间时间燃料与空气的混合条件（燃料与空气的混合条件（TurbulenceTurbulence）：燃料与氧充分混合）：燃料与氧充分混合影响燃烧过程的主要因素燃料燃烧过程及大气污染物产生燃料燃烧过程及大气污染物产生n建立燃烧方程式的假定：建立燃烧方程式的假定：空气组成空气组成 20.9%O2和79.1%N2，两者体积比为：N2/O2=3.78燃料中固定氧可用于燃烧燃料中固定氧可用于燃烧燃料中硫主要被氧化为燃料中硫主要被氧化为 SO2不考虑不考虑NOX的生成的生成燃料中的燃料中的N在燃烧时转化为在燃烧时转化为N2燃料的化学式为燃料的化学式为CxHySzOw燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧过程及大气污染物产生燃料燃烧过程及大气污染物产生燃烧方程式：燃烧方程式：燃烧方程式：燃烧方程式：燃料重量燃料重量 =12=12x x+1.008+1.008y y+32+32z z+16+16ww理论空气量理论空气量煤煤 47 m47 m3 3/kg/kg，液体燃料，液体燃料1011 m1011 m3 3/kg/kg 燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧过程及大气污染物产生燃料燃烧过程及大气污染物产生燃料燃烧的理论空气量燃料燃烧的理论空气量n空气过剩系数空气过剩系数实际空气量与理论空气量之比。以实际空气量与理论空气量之比。以 表示，表示，通常通常1燃料燃烧过程及大气污染物产生燃料燃烧过程及大气污染物产生n空燃比空燃比单位质量燃料燃烧所需要的空气质量单位质量燃料燃烧所需要的空气质量 例如：例如：汽油（汽油（C8H18）的完全燃烧：）的完全燃烧：汽油的质量：汽油的质量：12 8+1.008 18=114.14 空气的质量：空气的质量：32 12.5+28 3.78 12.5=1723空燃比空燃比 AF=15.11n燃烧可能释放的污染物：燃烧可能释放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧、烟、飞灰、金属及其氧化物等化物等n温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响温度对燃烧产物的绝对量和相对量都有影响n燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响燃烧过程中产生的污染物燃料燃烧过程及大气污染物产生燃料燃烧过程及大气污染物产生n燃烧产物与温度的关系：燃料燃烧过程及大气污染物产生燃料燃烧过程及大气污染物产生nNOx的形成机理的形成机理燃料型燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的：燃料中的固定氮生成的NOx热力型热力型NOx：高温下高温下N2与与O2反应生成的反应生成的NOx瞬时瞬时NOx：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOxNOx的形成燃料燃烧过程及大气污染物产生燃料燃烧过程及大气污染物产生1.烟气体积计算烟气体积计算理论烟气体积理论烟气体积 CO2、SO2、N2和和H2O干烟气、标准干烟气、湿烟气干烟气、标准干烟气、湿烟气烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正转化为标态下（转化为标态下（273K、1atm）的体积和密度）的体积和密度注意：美、日和全球监测系统网的标态为注意：美、日和全球监测系统网的标态为298K、1atm。第三节烟气体积及污染物排放量计算污染物排放量的估算过剩空气校正过剩空气校正实际空气量实际空气量=（1+）（O2+3.78N2）完全燃烧：与理论空气量相比多完全燃烧：与理论空气量相比多 （O2+3.78N2）此此时时烟烟气气中中，O2的的量量为为O2P=O2，N2的的量量为为N2P=3.78（1+）N2空空气气中中O2=（20.9/79.1）N2=0.264N2，即即进进入入燃燃烧烧系系统统的的空空气总氧量为气总氧量为 0.264N2P污染物排放量的估算过剩空气校正理理论论需需氧氧量量=0.264 N2P-O2P，空空气气过过剩剩系系数数 =1+O2P/（0.264 N2P-O2P）假如燃烧过程中产生假如燃烧过程中产生CO，过剩氧量必须加以校正：，过剩氧量必须加以校正：O2P-0.5 COP=1+（O2P-0.5COP）/0.264N2P-（O2P-0.5COP）以上组分的量均可由烟气分析仪测定。