单元二洁净燃烧技术.pptx

第一节 燃料种类及性质第二节 燃烧过程及设备第三节燃烧过程中主要污染物的形成机制第四节 燃烧过程污染物排放计算内容提要内容提要第第第第1 1页页页页/共共共共9292页页页页了解常见民用及工业燃料的组成和性质；了解常见民用及工业燃料的组成和性质；掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会掌握气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分析影响燃烧过程的因素；分析影响燃烧过程的因素；掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，掌握颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径；学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度；学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度；学习要求学习要求第第第第2 2页页页页/共共共共9292页页页页一、固体燃料及性质二、液体燃料及性质；三、气态燃料及性质 第一节 燃烧种类及性质第第第第3 3页页页页/共共共共9292页页页页一、固体燃料煤燃料煤的特性包括两个方面：燃料煤的特性包括两个方面：一是煤特性，二是灰特性。一是煤特性，二是灰特性。煤特性煤特性：指煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、：指煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、元素含量（碳、氢、氧、氮、硫）、发热量、元素含量（碳、氢、氧、氮、硫）、发热量、着火温度、可磨性、粒度等。这些指标与燃烧、着火温度、可磨性、粒度等。这些指标与燃烧、加工（例如磨成煤粉）、输送和储存有直接关加工（例如磨成煤粉）、输送和储存有直接关系。系。灰特性灰特性：指煤灰的化学成分、高温下的特性、：指煤灰的化学成分、高温下的特性、以及比电阻等。这些特性对燃烧后的清洁程度，以及比电阻等。这些特性对燃烧后的清洁程度，对钢材的腐蚀性以及煤灰的清除等有很大的影对钢材的腐蚀性以及煤灰的清除等有很大的影响。响。第第第第4 4页页页页/共共共共9292页页页页 煤的分类。煤煤的的种种类类不不同同，其其成成分分组组成成与与质质量量不不同同，发发热量也不相同。热量也不相同。煤的基本分类q1.褐煤：最最低低品品味味的的煤煤，形形成成年年代代最最短短，热热值值较较低低。多多为为块块状状，呈呈黑黑褐褐色色，光光泽泽暗暗，质质地地疏疏松松；含含挥挥发发分分40%左左右右，燃燃点点低低，容容易易着着火火，燃燃烧烧时时上上火火快快，火火焰焰大大，冒冒黑黑烟烟；含含碳碳量量与与发发热热量量较较低低（因因产产地地煤煤级级不不同同，发发热热量量差差异异很很大大1050016700kJ/kg），燃燃烧烧时时间间短短，需需经常加煤。经常加煤。第第第第5 5页页页页/共共共共9292页页页页 煤的分类 q2.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般应应用用烟烟煤煤。一一般般为为粒粒状状、小小块块状状，也也有有粉粉状状的的，多多呈呈黑黑色色而而有有光光泽泽，质质地地细细致致，含含挥挥发发分分30%以以上上，燃燃点点低低，较较 易易 点点 燃燃；含含 碳碳 量量 与与 发发 热热 量量 较较 高高2100029400kJ/kg，燃燃烧烧时时上上火火快快，火火焰焰长长，有有大大量量黑黑烟烟，燃燃烧烧时时间间较较长长；大大多多数数烟烟煤有粘性，燃烧时易结渣。煤有粘性，燃烧时易结渣。第第第第6 6页页页页/共共共共9292页页页页 煤的分类3.3.无无烟烟煤煤(白白煤煤)：1)1)煤煤煤煤化化化化时时时时间间间间最最最最长长长长，有有有有粉粉粉粉状状状状和和和和小小小小块块块块状状状状两两两两种种种种，呈呈呈呈黑黑黑黑色色色色有有有有金金金金属属属属光光光光泽泽泽泽而而而而发发发发亮亮亮亮。杂杂杂杂质质质质少少少少，质质质质地地地地紧紧紧紧密密密密，固固固固定定定定碳碳碳碳含含含含量量量量高高高高；2)2)挥挥挥挥发发发发分分分分含含含含量量量量低低低低，在在在在10%10%以以以以下下下下，燃燃燃燃点点点点高高高高，不不不不易易易易着着着着火火火火；3)3)但但但但发发发发热热热热量量量量高高高高2100025200kJ/kg2100025200kJ/kg，刚刚刚刚燃燃燃燃烧烧烧烧时时时时上上上上火火火火慢慢慢慢，火火火火上上上上来来来来后后后后比比比比较较较较大大大大，火火火火力力力力强强强强，火火火火焰焰焰焰短短短短冒冒冒冒烟烟烟烟少少少少，燃燃燃燃烧烧烧烧时时时时间间间间长长长长，粘粘粘粘结结结结性性性性弱弱弱弱，燃燃燃燃烧烧烧烧时时时时不不不不易易易易结结结结渣。渣。渣。渣。动力煤：动力煤：从广义上来讲，凡是以发电、机车推进、从广义上来讲，凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为锅炉燃烧等为 目的，产生动力而使用的煤炭都属目的，产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤，简称动力煤。于动力用煤，简称动力煤。第第第第7 7页页页页/共共共共9292页页页页选煤技术选煤：选煤：通过物理或物理化学方法将煤中的含硫通过物理或物理化学方法将煤中的含硫矿物和矸石等杂质除去以提高煤质量的工艺过矿物和矸石等杂质除去以提高煤质量的工艺过程。程。经选煤后，原煤中的含硫量降低经选煤后，原煤中的含硫量降低40409090，含灰分降低含灰分降低50508080。目前研究的选煤方法：目前研究的选煤方法：物理方法、化学方法和物理方法、化学方法和微生物脱硫法。微生物脱硫法。1).1).物理方法：物理方法：重力洗选法、高梯度磁选法和重力洗选法、高梯度磁选法和静电分选法等；静电分选法等；2).2).化学方法：化学方法：氧化脱硫法、选择性絮凝法及氧化脱硫法、选择性絮凝法及化学破碎法。化学破碎法。第第第第8 8页页页页/共共共共9292页页页页工业型煤推广技术1）加工及特点工业型煤的加工：原煤经破碎，再按比例添加适量的粘结剂(通常加焦油渣)固硫剂(如石灰等)和一些其它的添加剂，最后经冷压或热压加工成型。工业型煤形状：椭圆形或管状棒形，具有消烟除尘、节能脱硫效果。第第第第9 9页页页页/共共共共9292页页页页工业型煤推广技术工业型煤的特点：工业型煤的特点：透气性好：工业型煤由于其纯度高、粒度均透气性好：工业型煤由于其纯度高、粒度均匀、透气性好、氧气分布均匀，所以能燃烧充匀、透气性好、氧气分布均匀，所以能燃烧充分，能消烟除尘、节约能源。分，能消烟除尘、节约能源。工业型煤中加入含有钙和镁等碱性物质，在工业型煤中加入含有钙和镁等碱性物质，在高温下与硫氧化物生成硫酸盐，留在灰渣中而高温下与硫氧化物生成硫酸盐，留在灰渣中而固硫。固硫。2 2）适用范围）适用范围在燃煤锅炉和窑炉均可使用，居民使用，如蜂在燃煤锅炉和窑炉均可使用，居民使用，如蜂窝煤。窝煤。第第第第1010页页页页/共共共共9292页页页页 灰的熔融特性一、灰的熔融特性实验一、灰的熔融特性实验 采用对灰锥试样加热的方法确定。用模子将灰压采用对灰锥试样加热的方法确定。用模子将灰压成若干个一定形状的三角锥体（底边长成若干个一定形状的三角锥体（底边长7mm7mm、高、高20mm20mm），在电炉内加热，根据温升及三角锥体），在电炉内加热，根据温升及三角锥体变形情况，记录如下几个温度值：变形情况，记录如下几个温度值：1.1.变形温度变形温度DTDT：锥尖开始变圆或弯曲时的温度。：锥尖开始变圆或弯曲时的温度。2.2.软化温度软化温度STST：锥体弯曲至锥顶触及托盘或锥：锥体弯曲至锥顶触及托盘或锥体变成球形和高度等于底边的半球时的温度。体变成球形和高度等于底边的半球时的温度。3.3.熔化温度熔化温度FTFT：锥体熔化成液体或展开成高度：锥体熔化成液体或展开成高度在在1.5mm1.5mm以下薄层时的温度。以下薄层时的温度。第第第第1111页页页页/共共共共9292页页页页 灰的熔融特性 二、实用意义二、实用意义 1.1.灰的熔融特性，对锅炉运行的经济性、安全性均灰的熔融特性，对锅炉运行的经济性、安全性均有重大影响。当软化温度有重大影响。当软化温度 ST1350 ST1350时，炉内结渣的可能时，炉内结渣的可能性不大；而性不大；而ST1350ST200200称长渣，长渣凝固慢有塑性而称长渣，长渣凝固慢有塑性而不易碎裂，结渣后不易清除。（不易碎裂，结渣后不易清除。（FT STFT ST）2001部分炉型的空气过剩系数部分炉型的空气过剩系数部分炉型的空气过剩系数部分炉型的空气过剩系数第第第第8181页页页页/共共共共9292页页页页二、二、烟气烟气量量计算计算.理论烟气体积理论烟气体积（标准状态）（标准状态）在在理理论论空空气气量量下下，燃燃料料完完全全燃燃烧烧所所生生成成的的烟烟气气体体积积称称为为理理论论烟烟气气体体积积。以以VVfgfg0 0表表示示，烟烟气气成成分主要是分主要是COCO2 2、SOSO2 2、NN2 2和水蒸气。和水蒸气。包括：包括：干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。Vfg0=V干烟气+V水蒸气V理论水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中所含的水蒸气 +V由供给理论空气量带入的由供给理论空气量带入的水蒸气水蒸气第第第第8282页页页页/共共共共9292页页页页n n2.2.烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正烟气体积和密度的校正n n燃燃烧烧产产生生的的烟烟气气其其T T、P P总总高高于于标标态态273K273K、1atm1atm）故故需需换换算成标态。算成标态。n n大多数烟气可视为理气，故可应用理气方程。大多数烟气可视为理气，故可应用理气方程。n n设观测状态下（设观测状态下（T Ts s、P Ps s下）：烟气的体积为下）：烟气的体积为V Vs s，密度为，密度为s s。n n标态下（标态下（T Tn n、P Pn n下）：下）：烟气的体积为烟气的体积为V Vn n，密度为，密度为n n。n n标态下体积为：标态下体积为：n n标态下密度为：标态下密度为：n n应应指指出出，美美国国、日日本本和和国国际际全全球球监监测测系系统统网网的的标标准准态态是是298K298K、1atm1atm在作数据比较时应注意在作数据比较时应注意。第第第第8383页页页页/共共共共9292页页页页n n3.3.过剩空气较正过剩空气较正n n因因为为实实际际燃燃烧烧过过程程是是有有过过剩剩空空气气的的，所所以以燃燃烧烧过过程程中中的的实实际际烟烟气气体体积积应应为为理理论论烟烟气气体体积积与与过过剩空气量之和。剩空气量之和。n n用用奥奥氏氏烟烟气气分分析析仪仪测测定定烟烟气气中中的的COCO2 2、OO2 2和和COCO的的含含量量，可可以以确确定定燃燃烧烧设设备备在在运运行行中中烟烟气气成分和空气过剩系数。成分和空气过剩系数。n n空气过剩系数为空气过剩系数为 =n n a-a-过剩空气中过剩空气中OO2 2的过剩数的过剩数n n设设燃燃烧烧是是完完全全燃燃烧烧，过过剩剩空空气气中中的的氧氧只只以以OO2 2形形式存在，燃烧产物用下标式存在，燃烧产物用下标P P表示，表示，第第第第8484页页页页/共共共共9292页页页页n n假设空气只有假设空气只有OO2 2、N N2,2,分别为分别为21%21%、79%79%，则空气中总氧量为，则空气中总氧量为n n 理论需氧量：理论需氧量：0.266N0.266N2P2P-O-O2P2Pn n 所以（燃烧完全时）所以（燃烧完全时）若若燃燃烧烧不不完完全全会会产产生生COCO，须须校校正正。即即从从测测得得的的过过剩剩氧氧中中减减去去COCO氧化为氧化为COCO2 2所需的所需的OO2 2n n n n 此时此时n n各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。若燃烧是完全的，过剩空气中的O仅能够以的o2形式存在，假定燃烧产物以下标p表示：实际烟气体积实际烟气体积实际烟气体积实际烟气体积 V Vfgfg0 0 V Vfgfg=V=Vfgfg0 0 +(+(-1)V-1)Va a第第第第8585页页页页/共共共共9292页页页页二二.污染物排放量计算污染物排放量计算n n方法：方法：根据实测的污染物浓度和排烟量根据实测的污染物浓度和排烟量根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃根据燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况预测烟气量和污染物浓度烧状况预测烟气量和污染物浓度第第第第8686页页页页/共共共共9292页页页页二污染物排放量的计算二污染物排放量的计算n n例例2-4 对例2-3给定的重油，若燃料中硫转化为SOX（其中SO2占97%），试计算空气过剩系数a=1.20时烟气中SO2及SO3的浓度，以ppm表示，并计算此时烟气中CO2的含量，以体积百分比表示。第第第第8787页页页页/共共共共9292页页页页二污染物排放量的计算二污染物排放量的计算n n例例2-5：已已知知某某电电厂厂烟烟气气温温度度为为473473K K，压压力力为为96.9396.93Kpa,Kpa,湿湿烟烟气气量量Q=10400mQ=10400m3 3/min/min，含含水水汽汽6.25%6.25%（体体积积），奥奥萨萨特特仪仪分分析析结结果果是是：COCO2 2占占10.7%10.7%，OO2 2占占8.2%8.2%，不不含含COCO，污污染染物物排排放放的质量流量为的质量流量为22.722.7Kg/minKg/min。n n（1 1）污染物排放的质量速率（以污染物排放的质量速率（以t/dt/d表示）表示）n n（2 2）污染物在烟气中浓度污染物在烟气中浓度n n（3 3）烟气中空气过剩系数烟气中空气过剩系数n n（4 4）校校正正至至空空气气过过剩剩系系数数=1.8=1.8时时污污染染物物在在烟烟气气中的浓度。中的浓度。第第第第8888页页页页/共共共共9292页页页页燃煤污染物产生和排放量估算表n n燃煤设备烟尘产污系数n n燃煤设备烟尘 排污系数n n燃煤设备 二氧化硫 产污系数n n燃煤设备 二氧化硫 排污系数 n n燃煤设备 CO、CO2、CH、NOX 产污和排污系数第第第第8989页页页页/共共共共9292页页页页工业生产废气和大气污染物排放量的估算n n1、现场实测法：适用于 有组织排放源。需要在排气筒或烟囱内进行多点采样和测量废气的浓度和流速。n n2、物料衡算法：适用于有组织和 无组织排放源，需要对生产工艺有比较深入的了解，基础数据较全。n n3、经验估算法：通过国家有关部门统计和公布的污染物产生量和排污量系数进行估算。第第第第9090页页页页/共共共共9292页页页页本章小结n n1.1.要求了解燃料的种类、组成要求了解燃料的种类、组成要求了解燃料的种类、组成要求了解燃料的种类、组成n n2.2.理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理n n3.3.掌握影响燃烧的掌握影响燃烧的掌握影响燃烧的掌握影响燃烧的”三三三三”T T条件条件条件条件n n4.4.燃烧过程硫氧化物的形成与控制燃烧过程硫氧化物的形成与控制燃烧过程硫氧化物的形成与控制燃烧过程硫氧化物的形成与控制n n5.5.燃烧过程氮氧化物的形成与控制燃烧过程氮氧化物的形成与控制燃烧过程氮氧化物的形成与控制燃烧过程氮氧化物的形成与控制n n 6.6.燃烧过程中颗粒污染物的形成燃烧过程中颗粒污染物的形成燃烧过程中颗粒污染物的形成燃烧过程中颗粒污染物的形成n n7.7.燃烧过程中其他污染物的形成燃烧过程中其他污染物的形成燃烧过程中其他污染物的形成燃烧过程中其他污染物的形成n n8.8.学会计算烟气体积及污染物排放量计算学会计算烟气体积及污染物排放量计算学会计算烟气体积及污染物排放量计算学会计算烟气体积及污染物排放量计算n n 作业题作业题p 34 2,3p 34 2,3 第第第第9191页页页页/共共共共9292页页页页深信黄山天下奇深信黄山天下奇 郭沫若郭沫若再见第第第第9292页页页页/共共共共9292页页页页