2_燃烧与大气污染讲解
大气污染控制工程第二章1-2
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
（3）时间条件
时间条件即燃料在燃烧室中的停留时间。燃料 在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。
（4）燃料与空气的混合程度
一般取决于空气的湍流度。若混合不充分， 部分燃料在富燃条件下燃烧，将产生较多未燃尽物 质。
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
完全燃烧需要的条件
2.1.1 固体燃料的燃烧
煤的燃烧 在燃烧器中，煤主要以煤粉或块状固体形式燃 烧。 a.煤粉燃烧 煤粉的燃烧受到两种形式的控制：同相燃烧和 异相燃烧
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第二章 燃烧与大气污染
同相燃烧
燃料中挥发性组分首先被蒸 馏，与空气扩散混合，达到着火 点后迅速燃烧，称为同相燃烧。
异相燃烧
煤粉挥发后残留的固定 碳与空气反应，以固态燃 烧，称为异相燃烧。
图4 煤的同相燃烧
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第二章 燃烧与大气污染
b.煤块燃烧
煤块燃烧则是将块状固体置于炉栅上或随炉栅 移动而燃烧。右图是上部加煤的层燃炉结构示意图。
图6 煤块的燃烧
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第二章 燃烧与大气污染
2.1.2液体燃料和气体燃料的燃烧
a.液体燃料的燃烧
燃料油的燃烧过程包括： 燃料油的雾化、油雾粒子中可燃物的蒸发与扩散， 以及可燃物与空气的混合燃烧，燃烧状态受蒸发过程 控制。
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第二章 燃烧与大气污染
b.气体燃料的燃烧
燃烧过程包括气体燃料与空气的混合、可燃 气的加热与着火、燃烧反应三个阶段。燃烧状态 受空气的扩散和混合过程控制。
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第二章 燃烧与大气污染
小结：
1.煤的挥发分以气态燃烧，称为固相燃烧； 2.煤中的固定碳以固态燃烧，称为异相燃烧； 3.煤的燃烧速率取决于氧气向表面的扩散速率； 4.液体燃料以气态形式燃烧，燃烧过程受蒸发 过程控制 5.气体燃料最易燃烧，燃烧过程受空气的扩散 和混合控制
煤炭燃烧与大气污染
煤炭燃烧与大气污染燃煤是一种常见的能源来源，但它的燃烧会带来大气污染问题。
本文将详细讨论煤炭燃烧与大气污染的关系，并提出相应的解决方案。
一、煤炭燃烧导致的大气污染1. 二氧化碳排放：煤炭燃烧释放出大量的二氧化碳，这是主要的温室气体之一，对全球气候变化产生负面影响。
2. 硫化物排放：煤炭中含有硫，燃烧时会生成二氧化硫等硫化物，它们是酸雨的主要成分，对土壤和水体造成危害。
3. 氮氧化物排放：煤炭燃烧也会释放出氮氧化物，它们是光化学烟雾的组成部分，会导致雾霾天气。
4. 颗粒物排放：煤炭燃烧会产生大量的颗粒物，如细颗粒物（PM2.5）和可吸入颗粒物（PM10），它们对人体健康造成严重威胁。
二、解决煤炭燃烧带来的大气污染问题的措施1. 清洁煤技术：采用高效清洁煤燃烧技术，如煤的洗选、超低排放燃烧技术等，可以大大减少煤炭燃烧带来的污染物排放。
2. 利用天然气等替代能源：将煤炭作为主要能源的比例逐步降低，转向使用清洁能源，如天然气、太阳能和风能等，以减少燃煤带来的大气污染。
3. 发展煤炭气化技术：煤炭气化是将煤转化为燃气，燃气中富含甲烷等清洁能源，可以减少燃煤排放的污染物。
4. 推广能效改造：改善煤炭燃烧设备的能效，推广高效燃煤锅炉和电厂的建设，可以降低单位能源消耗和污染物排放。
5. 加强大气污染治理：完善空气质量监测和排放标准，严格执行燃煤企业的排污限值要求，加强对燃煤企业的监管，确保其正常运行和达标排放。
6. 科技创新：加大对大气污染治理相关科研项目的支持力度，鼓励科技创新，开发更加高效节能的燃煤燃烧技术和大气污染治理技术。
三、煤炭燃烧与大气污染的影响与挑战1. 健康问题：煤炭的燃烧排放的颗粒物和有毒气体对人体健康造成危害，如呼吸系统疾病和心脑血管疾病。
2. 生态环境问题：燃煤排放的二氧化硫和氮氧化物对植物和水体造成损害，影响生态系统的平衡。
3. 气候变化问题：煤炭燃烧释放的二氧化碳是主要的温室气体之一，对全球气候变化产生负面影响。
天然气燃烧与空气污染的关系
天然气燃烧与空气污染的关系天然气是一种被广泛应用于家庭、工业以及能源生产领域的清洁燃料。
然而，尽管相对于煤炭和石油而言，天然气在燃烧过程中产生的污染物较少，但其燃烧仍然与空气污染密切相关。
本文将探讨天然气燃烧与空气污染之间的关系，并提出一些减少污染物排放的方法。
1. 天然气燃烧的基本过程天然气燃烧是指气体与空气中的氧气发生化学反应，释放出能量的过程。
在这个过程中，天然气中的甲烷（CH4）与氧气（O2）发生反应，生成水（H2O）和二氧化碳（CO2），同时还可能产生一些有害气体，如一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOCs）。
2. 天然气燃烧与二氧化碳排放由于天然气主要成分为甲烷，其燃烧过程产生的主要废气是二氧化碳。
与煤炭和石油相比，天然气燃烧排放出的二氧化碳量较少，因此被认为是一种较为清洁的能源。
然而，随着天然气的大规模开采和使用，其排放的二氧化碳也逐渐增加，对全球气候变暖带来了不可忽视的影响。
3. 天然气燃烧与一氧化碳、氮氧化物和挥发性有机化合物排放除了二氧化碳之外，天然气燃烧还会产生一氧化碳、氮氧化物和挥发性有机化合物等有害气体。
一氧化碳是一种无色、无味的气体，长期暴露于高浓度的一氧化碳会对人体产生严重的健康影响。
氮氧化物和挥发性有机化合物是大气污染的主要来源之一，会导致雾霾和臭氧层破坏等环境问题。
4. 减少污染物排放的方法尽管天然气燃烧会产生一些有害气体，但相对于其他化石燃料而言，其排放量较低。
为了进一步减少污染物的排放，可以采取以下几种方法：4.1 燃烧技术的改进：通过改进燃烧设备和技术，提高燃烧效率，减少有害气体的生成。
目前，高效低氮燃烧器已经被广泛运用于工业和家庭燃气设备中，有效减少了氮氧化物的排放。
4.2 碳捕集与封存技术：碳捕集与封存技术是一种将二氧化碳从天然气燃烧过程中捕集出来，并将其储存在地下等地方的技术。
这种技术可以有效减少温室气体的排放，并减缓气候变暖的速度。
第二章 燃烧与大气污染
按获得方法分 按物态分 固体燃料 液体燃料 气体燃料 天然燃料 木柴、煤、油页岩 木柴、 石油 天然气 人工燃料 木炭、焦炭、煤粉等 木炭、焦炭、 汽油、煤油、柴油、 汽油、煤油、柴油、 重油 高炉煤气、 高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
第二章 燃烧与大气污染
本章主要内容
主要的大气污染物：烟尘、NOx和 主要的大气污染物：烟尘、NOx和 SO2源于燃料燃烧 燃料燃烧过程的基本原理； 燃料燃烧过程的基本原理； 污染物的生成机理； 污染物的生成机理； 如何控制燃烧过程， 如何控制燃烧过程，以便减少污染物 的排放量。 的排放量。
第一节 燃料的性质
mf m a 114 114 = = 12.5(32 + 3.78 × 28) 1723 = 0.0662 s
气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。 气体组成通常以摩尔百分比表示，它不随气体温度和压力变化。 燃烧产物的总摩尔数为8 47.25＝64.25，因此烟气组成为： 燃烧产物的总摩尔数为8＋9＋47.25＝64.25，因此烟气组成为：
３、煤的元素分析
用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分 硫和氧的含量 的含量。 碳、氢、氮、硫和氧的含量。 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO 碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定 在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收， 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收， 滴定 与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应， 硫：与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，S 定 SO42-，滴
大气污染控制工程燃烧与大气污染
例 2-5 ： 已知某电厂烟气温度为 473K， 压力为 已知某电厂烟气温度为473 K
解：（1）污染物排放的质量流量为： 污染物排放的质量流量为：
22 . 7 Kg 60 min h t × × 24 × = 32 . 7 t / d min h d 1000 Kg
（2）测定条件下的干空气量为： 测定条件下的干空气量为：
第2章燃烧与大气污染(2) 章燃烧与大气污染(2)
教学内容
§1燃料的性质 §2燃料燃烧过程 §3烟气体积及污染物排放计算 §4燃烧过程中硫氧化物的形成 §5燃烧过程中颗粒物的形成 §6燃烧过程中其他污染物的形成
§3 烟气体积及污染物排放量计算
一．烟气体积计算 １. 理论烟气体积
在理论空气量下， 在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称 表示， 烟气成分主要是CO 为理论烟气体积。 为理论烟气体积 。 以 Vfg0 表示 ， 烟气成分主要是 CO2 、 SO2、N2和水蒸气。 和水蒸气。 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。
1.648 × 100 = 13.69% 12.04
9 6 . 9 3 Kpa, 湿 烟 气 量 Q=10400m3/min， 含 水 汽 Q=10400m /min， 6 . 25 % （ 体积 ） ， 奥萨特仪分析结果是 ： CO2 占 25% 体积） 奥萨特仪分析结果是： 10.7%， O2占 8.2%， 不含 CO，污染物排放的质量 10. 不含CO， 流量为22. kg/min。 流量为22.7kg/min。 污染物排放的质量速率（ t/d表示 表示） （1） 污染物排放的质量速率（以t/d表示） （2） 污染物在烟气中浓度 （3） 烟气中空气过剩系数 校正至空气过剩系数α （4）校正至空气过剩系数α=1.4时污染物在烟气 中的浓度。 中的浓度。
燃烧反应与大气污染的关系
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录 /目录
01
燃烧反应的产 物
02
燃烧反应对大 气环境的影响
03
燃烧反应与空 气质量的关系
04
燃烧反应与健 康的关系
05
燃烧反应的减 排措施
01 燃烧反应的产物
燃烧产生的气体
二氧化碳：燃烧的主要产物之一，会导致温室效应 一氧化碳：有毒气体，易与血红蛋白结合导致缺氧 氮氧化物：主要成分是一氧化氮和二氧化氮，对环境有害 硫氧化物：主要成分是二氧化硫和三氧化硫，对环境有害
长期接触燃烧产生的污染物会增加患肺癌和其他呼吸系统疾病的风险。
燃烧反应释放的二氧化碳和其他温室气体加剧全球气候变化，对人类健康 产生负面影响。 空气污染对儿童和老年人的影响更为显著，因为他们的免疫系统较弱或容 易受到伤害。
对生态系统的破坏
燃烧反应产生有害物质，如二氧化碳、一氧化碳、颗粒物等，对人体健康产生负面影响。 长期暴露于燃烧产生的污染物中会增加患心血管疾病、呼吸道疾病和肺癌等健康问题的风险。 燃烧反应释放的温室气体加剧全球气候变化，影响人类生存环境。 燃烧反应产生的光化学烟雾对眼睛和皮肤造成刺激和损伤，影响人类健康。
燃烧产生的颗粒物
颗粒物的成分：包括炭黑、硫酸盐、硝酸盐等
颗粒物的形成：在燃烧过程中，燃料中的有机物质和添加剂在高温下发生热解和氧化反应， 生成炭黑和有机气溶胶等颗粒物
颗粒物对大气的危害：颗粒物是大气污染的主要来源之一，对人体健康和生态环境造成严重 危害，如引起呼吸道疾病、降低能见度等
颗粒物的控制：采用低硫燃料、使用脱硫脱硝技术等措施可以有效减少颗粒物的排放
大气污染控制工程第三版课后习题答案第2章燃烧与大气污染
作业习题解答第二章 燃烧与大气污染2.1 解：1kg 燃油含：重量（g ） 摩尔数（g ） 需氧数（g ）C 855 71.25 71.25H 113－2.5 55.25 27.625S 10 0.3125 0.3125H 2O 22.5 1.25 0N 元素忽略。
1）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg设干空气O 2：N 2体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg 重油。
即474.12×22.4/1000=10.62m 3N /kg 重油。
烟气组成为CO 271.25mol ，H 2O 55.25+11.25=56.50mol ，SO 20.1325mol ，N 23.78×99.1875=374.93mol 。
理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg 重油。
即502.99×22.4/1000=11.27 m 3N /kg 重油。
2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg 重油。
SO 2百分比浓度为%07.0%10049.4463125.0=⨯， 空气燃烧时CO 2存在最大浓度%96.15%10049.44625.71=⨯。
3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m 3N /kg 重油， 产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m 3N /kg 重油。
2.2 解：相对于碳元素作如下计算：%（质量） mol/100g 煤 mol/mol 碳C 65.7 5.475 1H 3.2 3.2 0.584S 1.7 0.053 0.010O 2.3 0.072 0.013灰分 18.1 3.306g/mol 碳水分 9.0 1.644g/mol 碳故煤的组成为CH 0.584S 0.010O 0.013， 燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为molC g /26.18475.5100=。
燃烧过程中的气体污染控制技术
燃烧过程中的气体污染控制技术随着世界经济的发展和工业生产的不断推进，大量的工业废气和尾气排放成为空气污染源之一。
在工业生产和生活中，燃烧过程是造成大气污染的主要原因之一。
燃烧产生的氧化物、氮氧化物、二氧化硫等有害物质对人类健康及环境都具有严重威胁。
因此，燃烧的气体污染控制技术也变得十分重要。
一、燃烧产生的气体污染燃料在燃烧过程中，会产生大量的有害气体，如二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、氨、甲烷等。
其中，二氧化硫是造成酸雨的主要成分之一；氮氧化物对大气臭氧的形成有很大的贡献；一氧化碳和甲烷是温室气体，对全球气候变化造成危害。
二、燃烧过程中的控制技术为减少燃烧产生的气体污染，燃烧过程中的控制技术被广泛应用。
燃烧控制技术的核心思想是尽可能减少有害气体的产生，或通过控制气体排放的时间、浓度、分布等方式对有害气体进行处理。
1. 低氮氧化物燃烧技术低氮氧化物燃烧技术是减少氮氧化物排放的有效方法。
在低氮氧化物燃烧过程中，采用一系列技术手段降低氮氧化物的生成和释放。
如：采用前置燃烧器、增压燃烧、低氮燃气、燃煤脱硝等技术手段来降低氮氧化物的排放。
2. 烟气脱硫技术烟气脱硫技术是减少二氧化硫排放的有效方法。
在烟气脱硫过程中，通过吸收法、氧化还原法等技术手段来降低二氧化硫的排放。
其中，石灰石-石膏法是最常用的一种方式，它是通过喷雾石灰乳和石膏来将烟气中的二氧化硫吸收并转化为硫酸钙。
3. 净化烟气中的排放物净化烟气中的排放物是减少燃烧产生气体污染的重要措施之一。
烟气中的固体颗粒物（如灰尘）和气态污染物（如氧化物、酸雾等）都可以通过吸附、过滤等技术手段来净化。
烟气脱硫和净化联合是减轻煤电厂及工业企业环境污染的重要环保技术。
三、技术的应用技术的应用已经得到广泛的推广和应用。
在工业生产燃气、煤电厂、发电厂、钢铁企业、金属加工企业、印染企业等领域，都广泛的应用了燃烧过程中的气体污染控制技术。
众所周知，燃烧过程中的污染物并不仅仅由工业部门排放，汽车尾气、家庭燃气等也都是造成大气环境污染的主要原因之一。
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
1.碳粒子的生成 ➢火焰的结构（续）
染元素
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢飞灰的形成过程
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素
煤质
锅炉结构
燃烧方式
影响因素
锅炉运 行负荷
炉排和 烟气流速
炉膛的
热负荷
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢燃烧碳层中成分和温度分析
五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢黑烟形成的化学过程
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢高灰分燃料的扩散燃烧
12
五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢灰分中含有Hg、As、Se、Pb、Cu、Zn等污
—煤质
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢燃煤颗粒大小对飞灰含量的影响
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素
——燃烧方式
(a) Pulverized coal burner
(b) Cyclone burner
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
✓ 多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞难以燃烧。 ✓焦粒生成反应的顺序：烷烃 烯烃 带支链芳
烃 凝聚环系 沥青 半园体沥青 沥青焦 焦炭
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢烟尘
• 固体燃料燃烧产生的颗粒物包括：
✓ 黑烟：未燃尽的碳粒 ✓ 飞灰：不可燃矿物质微粒
• 煤粉燃烧过程
碳表面的燃烧产物为CO 它扩散离开表面并与O2反应
Laminar
Transition Developed Turbulent
Height
Jet velocity5五、燃烧过程中颗粒物的形成
1.碳粒子(soot)的生成 ➢乙炔火焰中生碳反应过程
6
五、燃烧过程中颗粒物的形成
1.碳粒子的生成 ➢石油焦和煤胞的生成
✓ 燃料油滴在被充分氧化之前与炽热壁面接触发生液 相裂化和高温分解出现结焦
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素——
热负荷
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有机 部分 产生
通过改进 燃烧控制可 吸入颗粒物 源的形成
熔融 灰的 分离
烟气中使之 吸附和凝结
利用声学及 其他的原理 使得颗粒团 聚
蒸汽态细 粒子
利用热解析
作用分离挥
发性和非挥
发性的气溶
胶
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
3. 可能的突破点—科学层面
• 指导改变燃料特性和燃烧条件控制可吸入 颗粒物的形成
• 提出颗粒物脱除的新构思与新设想 • 强化颗粒物自脱除作用提出与其它污染物
共同脱除的新概念 • 最终形成具有自主知识产权的控制燃烧源
可吸入颗粒物技术基础
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本章主要内容
一、燃料性质 二、燃烧过程 三、燃烧过程计算 四、燃烧过程硫氧化物的形成 五、燃烧过程中颗粒污染物的形成 六、氮氧化物的形成 七、燃烧过程中其他污染物的形成
第二章 燃烧与大气污染
本章主要内容
一、燃料性质 二、燃烧过程 三、燃烧过程计算 四、燃烧过程硫氧化物的形成 五、燃烧过程中颗粒污染物的形成 六、氮氧化物的形成 七、燃烧过程中其他污染物的形成
2
五、燃烧过程中颗粒物的形成
1.碳粒子的生成
➢ 积炭的生成
1.核化过程
气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳
2. 核表面上发生非均质反应 3.较为缓慢的凝团和凝聚过程
– diffusion flame: fuel and air separately enter the combustion zone and mix before the reaction (in most practical system)different (0-) over sites.
– Laminar flame: Re<2200 dominated by molecular diffusion and conduction
– turbulent flame : Re>2200 significant turbulence but molecular diffusion still in play
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成
➢煤粉燃烧过程
✓ 理论上碳与氧的摩尔比近1.0时最易形成黑烟
Cm H n
O2
2CO
2 n
H2
(m
2
)Cs
✓ 在预混火焰中C/O大约为0.5时最易形成黑烟
✓ 出现黑烟的燃料顺序为：无烟煤
焦炭 褐
煤 低挥发分烟煤 高灰发分烟煤
✓ 碳粒子燃尽的时间与粒子的初始直径、表面温度、 氧气浓度等有关
燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 1. 积炭的生成与火焰的结构有关 2. 提高氧气量可以防止积炭生成 3. 压力越低则积炭的生成趋势越小
3
五、燃烧过程中颗粒物的形成
1.碳粒子的生成 ➢火焰的结构
– Premixed flame: gas fuel and air are mixed before combustion（bursen burner meeker burner)
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氮氧化物的形成
• NOx的形成机理
瞬时NOx
低温火焰下由
于含碳自由基
的存在生成的 燃烧过程产生的
NOx
NOx
热力型NOx 高温下N2与 O2反应生成 的NOx
燃料中的固定氮生成的NOx 燃料型NOx
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六、氮氧化物的形成 1. 热力型NOx4的. N形O成x的形成
产生NO和NO2的两个重要反应
N2 O2 2NO 1
2. 燃煤烟尘的形成 ➢影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素
——燃烧方式
(c) Spreader stoker
(d) Fluidized-bed combustor 19
五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢几种燃烧方式的烟尘百分比
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五、燃烧过程中颗粒物的形成
2. 燃煤烟尘的形成 ➢几种燃烧方式的烟尘颗粒状况