大气污染控制工程 第二章 燃烧与大气污染汇编
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
大气污染控制工程
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
大气污染控制工程
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。
大气污染控制工程
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。
大气污染控制工程
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
大气污染控制工程课后习题答案(精心整理)
作业习题解答第一章 概 论1.1 解：按1mol 干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故n N2=0.781mol ，n O2=0.209mol ，n Ar =0.00934mol ，n CO2=0.00033mol 。
质量百分数为%51.75%100197.2801.28781.0%2=⨯⨯⨯=N ，%08.23%100197.2800.32209.0%2=⨯⨯⨯=O ；%29.1%100197.2894.3900934.0%=⨯⨯⨯=Ar ，%05.0%100197.2801.4400033.0%2=⨯⨯⨯=CO 。
1.2 解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m 3，NO2：0.12mg/m 3，CO ：4.00mg/m 3。
按标准状态下1m 3干空气计算，其摩尔数为mol 643.444.221013=⨯。
故三种污染物体积百分数分别为： SO 2：ppm 052.0643.44641015.03=⨯⨯-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03=⨯⨯- CO ：ppm 20.3643.44281000.43=⨯⨯-。
1.3 解：1）ρ（g/m 3N ）334/031.1104.221541050.1N m g =⨯⨯⨯=--c （mol/m 3N ）3334/1070.6104.221050.1N m mol ---⨯=⨯⨯=。
2）每天流经管道的CCl 4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg1.4 解：每小时沉积量200×（500×15×60×10－6）×0.12g μ=10.8g μ1.5 解：由《大气污染控制工程》P14 （1－1），取M=2102369.0105.19102.22102422=⨯⨯⨯==--∝O p p M Hb O COHb ，COHb 饱和度%15.192369.012369.0/1/222=+=+=+=Hb O COHb Hb O COHb Hb O COHb COHb CO ρ1.6 解：含氧总量为mL 960100204800=⨯。
大气污染控制工程第二章
CH N S O 0.808 0.013 0.013 0.057 α(O2 3.78N2 )
CO2 0.404H2O 0.013SO2 (3.78α 0.0065)N2
例2 假定煤的化学组成以质量计为：C:77.2%，H:5.2%， N:1.2％，S:2.6%，O:5.9%，灰分:7.9%。试计算这种煤燃 烧时的理论空气量。
解：首先确定煤的摩尔组成。为计算简便，相对于单一原子 标准化其摩尔组成。
C H N S O 灰分
％(以质量计)
77.2
÷12＝
5.2
÷1＝
1.2
Va
Va0
通常α〉1，α值的大小取决于燃料种类、燃烧装置形 式及燃烧条件等因素。
3、空燃比
单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可以 由燃烧方程式直接求得。
例如，甲烷燃烧：
CH 4 2O 2 7.56N 2 CO 2 2H 2O 7.56N 2
空燃比：
AF 2 32 7.56 28 17.2 116
（3）时间条件
（4）燃料与空气的混合条件
燃料和空气中氧的充分混合也是有效燃烧的 基本条件。混合程度取决于空气的湍流度。 若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产 生。对于蒸汽相的燃烧，湍流可以加速液体 燃料的蒸发。对于固体燃料的燃烧，湍流有 助于破坏燃烧产物在燃料表面形成的边界层， 从而提高表面反应的氧利用率，并使燃烧过 程加速。
Cx H y SzO w
(x
y 4
z
w 2
)O2
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(郝吉明版) 课后习题答案：Unlock-2
作业习题第二章燃烧与大气污染2.1已知重油元素分析结果如下：C ：85.5%H ：11.3%O ：2.0%N ：0.2%S ：1.0%，试计算：1）燃油1kg 所需理论空气量和产生的理论烟气量；2）干烟气中SO 2的浓度和CO 2的最大浓度；3）当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。
2.2普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%；S1.7%；H3.2%；水分9.0%；O2.3%。
（含N 量不计）1）计算燃煤1kg 所需要的理论空气量和SO 2在烟气中的浓度（以体积分数计）；2）假定烟尘的排放因子为80%，计算烟气中灰分的浓度（以mg/m 3表示）；3）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。
石灰石中含Ca35%。
当Ca/S 为1.7（摩尔比）时，计算燃煤1t 需加石灰石的量。
2.3煤的元素分析结果如下S0.6%；H3.7%；C79.5%；N0.9%；O4.7%；灰分10.6%。
在空气过剩20%条件下完全燃烧。
计算烟气中SO 2的浓度。
2.4某锅炉燃用煤气的成分如下：H 2S0.2%；CO 25%；O 20.2%；CO28.5%；H 213.0%；CH 40.7%；N 252.4%；空气含湿量为12g/m 3N ，，试求实际需要的空气量和燃烧时产生的实际烟2.1=α气量。
2.5干烟道气的组成为：CO 211%（体积），O 28%，CO2%，SO 2120×10－6（体积分数），颗粒物30.0g/m 3（在测定状态下），烟道气流流量在700mmHg 和443K 条件下为5663.37m 3/min ，水气含量8%（体积）。
试计算：1）过量空气百分比；2）SO 2的排放浓度（）；3）在标准状态下（1atm 和3/m g µ273K ），干烟道体积；4）在标准状态下颗粒物的浓度。
2.6煤炭的元素分析按重量百分比表示，结果如下：氢50%；碳75.8%；氮1.5%；硫1.6%；氧7.4%；灰8.7%，燃烧条件为空气过量20%，空气的湿度为0.0116molH 2O/mol 干空气，并假定完全燃烧，试计算烟气的组成。
大气污染控制工程课后题
第二章：燃烧与大气污染2.1 已知重油元素分析结果如下：C ：85.5% H ：11.3% O ：2.0% N ：0.2% S ：1.0%，试计算：1）燃油1kg 所需理论空气量和产生的理论烟气量； 2）干烟气中SO 2的浓度和CO 2的最大浓度；3）当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。
【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 27.625（转化为氧，即原料中含有氧，20g ，相当于0.625molO2，转化为H 为2.5g ）S 10 0.3125 0.3125 H 2O 22.5 1.25 0 N 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。
(建筑工程考试)大气污染控制工程各章考试重点
（建筑工程考试）大气污染控制工程各章考试重点第1章概论1、大气污染和大气污染物的概念分别是什么？答：大气污染系指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，且因此而危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。
大气污染物系指由于人类活动或自然过程排入大气的且对人和环境产生有害影响的那些物质。
2、全球性大气污染问题有哪些？答：全球性大气污染问题包括温室效应、臭氧层破坏和酸雨等三大问题3、大气污染物如何分类？答：大气污染物按其存于状态可概括为俩大类：气溶胶状态污染物（粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾）；于我国的环境空气质量标准中，仍可根据粉尘颗粒的大小分为总悬浮颗粒物（TSP）和可吸入颗粒物（PM10）气体状态污染物，以分子状态存于，包括：含硫化合物（SO2）、含氮化合物（NO和NO2）、碳氧化物、有机化合物、卤素化合物等。
4、目前中国的大气污染以哪种类型为主？主要大气污染物是什么？答：以煤烟型为主，主要大气污染物是SO2和烟尘。
5、环境空气质量功能区如何分类？答：根据环境空气质量标准，将环境空气质量功能区分为三类：壹类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的区；二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、壹般工业区和农村地区；三类区为特定工业区。
之上三类区分别执行壹、二、三级标准。
6、如何利用空气污染指数确定空气质量级别？空气污染指数空气质量级别描述表征颜色对健康的影响对应空气质量的适用范围0-50Ⅰ优秀蓝色可正常活动自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区51-100Ⅱ良好绿色可正常活动城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、壹般工业区和农村地区101-200Ⅲ轻度污染黄色健康人群出现刺激症状特定工业区201-300Ⅳ中度污染橘黄色健康人群中普遍出现症状》300Ⅴ重度污染红色健康人群明显强烈症状，降低运动耐受力，提前出现某些疾病第2章燃烧和大气污染1、煤中硫的存于形态有哪些？哪些形态的硫最终以SOX的形式排放？答：煤中含有四种形态的硫：黄铁矿硫（FeS2）、硫酸盐硫（MeSO4）、有机硫和元素硫。
(完整版)大气污染控制工程郝吉明第三版课后答案郝吉明
大气污染控制工程课后答案（第三版）主编：郝吉明马广大王书肖目录第一章概论第二章燃烧与大气污染第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式第五章颗粒污染物控制技术基础第六章除尘装置第七章气态污染物控制技术基础第八章硫氧化物的污染控制第九章固定源氮氧化物污染控制第十章挥发性有机物污染控制第十一章城市机动车污染控制第一章 概 论1.1 干结空气中N 2、O 2、Ar 和CO 2气体所占的质量百分数是多少？解：按1mol 干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故n N2=0.781mol ，n O2=0.209mol ，n Ar =0.00934mol ，n CO2=0.00033mol 。
质量百分数为%51.75%100197.2801.28781.0%2=⨯⨯⨯=N ，%08.23%100197.2800.32209.0%2=⨯⨯⨯=O ；%29.1%100197.2894.3900934.0%=⨯⨯⨯=Ar ，%05.0%100197.2801.4400033.0%2=⨯⨯⨯=CO 。
1.2 根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO 2、NO 2、CO 三种污染物日平均浓度限值的体积分数。
解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m 3，NO2：0.12mg/m 3，CO ：4.00mg/m 3。
按标准状态下1m 3干空气计算，其摩尔数为mol 643.444.221013=⨯。
故三种污染物体积百分数分别为：SO 2：ppm 052.0643.44641015.03=⨯⨯-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03=⨯⨯- CO ：ppm 20.3643.44281000.43=⨯⨯-。
1.3 CCl 4气体与空气混合成体积分数为1.50×10－4的混合气体，在管道中流动的流量为10m 3N 、/s ，试确定：1）CCl 4在混合气体中的质量浓度ρ（g/m 3N ）和摩尔浓度c （mol/m 3N ）；2）每天流经管道的CCl 4质量是多少千克？解：1）ρ（g/m 3N）334/031.1104.221541050.1N m g =⨯⨯⨯=-- c （mol/m 3N）3334/1070.6104.221050.1N m mol ---⨯=⨯⨯=。
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✓灰分
是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害1成0 分。
煤
煤是重要的固体燃料，是一种不均匀 的有机燃料，主要是植物的部分分解和 变质形成。 煤的可燃成分主要是碳、氢及少量氧、 氮和硫等一起构成的有机聚合物。 煤中有机成分和无机成分的含量，因 煤的种类和产地的不同而有很大差别。
•煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类 矿物，如石灰岩和方解石等。
21
✓氢
•煤中第二重要的组成元素。除有机氢外，在 煤的矿物质中也含有少量的无机氢。它主要 存在于矿物质的结晶水中，如高岭土 (Al2O3·2SiO2·2H2O)、石膏(CaSO4·2H2O )等。 •在煤的整个变质过程中，随着煤化度的加深， 氢含量随碳含量的增加而降低。尤其在无烟 煤阶段尤为明显。当碳含量由92%增至98％ 时，氢含量则由2.1%降到1%以下。
17
✓挥发分
•失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K 的马弗炉中加热7分钟，放入干燥箱中冷却 至常温再称重。
✓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。
•失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放 在80020C的环境中灼烧到重量不在变化时， 取出冷却。焦炭所失去的重量为固定1碳8 。
元素分析（ ultimate analysis ） 用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤 中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。
16
煤的工业分析
✓水分 •一定重量13mm以下粒度的煤样，在 干燥箱内318-323K温度下干燥8小时， 取出冷却，称重 外部水分。
•将失去外部水分的煤样保持在375380K下，约2h后，称重 内部水分。
23
✓氮
•煤中的氮含量比较少，约为0.5～3.0％。煤中 有机氮化物被认为是比较稳定的杂环和复杂的 非环结构的化合物。
•动物脂肪、植物中的植物碱、叶绿素和其他组
织，相当稳定，在煤化过程中不发生变化，成
为煤中保留的氮化物。以蛋白质形态存在的氮，
仅在泥炭和褐煤中发现，在烟煤很少，几乎没
有发现。煤中氮含量随煤的变质程度的加深而
✓灰分 •煤中不可燃矿物物质的总称。我国煤炭的平 均灰分含量为25％。灰分的存在降低了煤的 热值，也增加了烟尘污染和出渣量。
19
煤的元素分析
20
✓碳
•碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。碳 含量随煤化度的升高而增加。在我国泥炭中干燥 无灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量 就增加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％； 一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98％。个别 煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上， 如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～ 98％。
11
煤的基本分类
✓ 褐煤
最低品位的煤，是由泥煤形成的 初始煤化物，形成年代最短。呈 黑色、褐色和泥土色，其结构类 似木材。褐煤呈现出粘结状及带 状，水分含量高，与高品位煤相 比，其热值较低。
12
✓ 烟煤
形成年代较褐煤长，呈黑色， 外形有可见条文，挥发分含量为 20%-45%，碳含量为75%-90%。 烟煤的成焦性较强，且含氧量低， 水分和灰分含量一般不高，适宜 于工业上的一般应用。在空气中， 它比褐煤更能抵抗风化。
22
✓氧
•煤中第三重要的组成元素。以有机和无机两种 状态存在。有机氧如羧基(-COOH)，羟基(-OH) 和甲氧基（-OCH3)等；无机氧主要存在于煤中 水分、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物中等。
•煤中有机氧随煤化度的加深而减少，甚至趋于 消失。褐煤在干燥无灰基碳含量小于70％时， 其氧含量可高达20％以上。烟煤碳含量在85％ 附近时，氧含量几乎都小于10％。当无烟煤碳 含量在92％以上时，其氧含量都降至5%以下。
✓碳
可燃元素。1 kg纯碳完全燃烧时，放出 7850 kcal的热量。当不完全燃烧生成CO 时，放出2214 kcal的热量。纯碳起燃温 度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤中的 碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、 硫等组成有机化合物。煤形成的地质年 代越长，其挥发性成分含量越少，而含 碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量 约90-98%，一般煤的含碳量约50-958 %。
✓氢
是燃料中发热量最高的元素。固体燃料 中氢的含量为2-10%，以碳氢化合物的 形式存在，1 kg氢完全燃烧时能放出 28780 kcal的热量。
✓氧 在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了 燃料的发热量。
✓氮 燃料中含氮量很少，一般为0.5-1.5%。
9
✓硫
以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐 硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃 烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。 ✓水分
第二章 燃烧与大气污染
1
OUTLINE
➢2.1 燃料的性质 ➢2.2 燃料的燃烧过程 ➢2.3 与燃烧相关的计算 ➢2.4 燃烧过程中硫氧化物的形成 ➢2.5 燃烧过程中颗粒污染物的形成 ➢2.6 燃烧过程中其他污染物的形成
2
2.1 燃料的性质
燃料的分类 燃料的化学组成 燃料组成对燃烧的影响 煤 其他燃料 燃料组成的化学表达式
3
燃料的分类
按获得方法分
按物态分
天然燃料
人工燃料
固体燃料 液体燃料 气体燃料
木柴、煤、 木炭、焦炭、煤
油页岩
粉等
石油 天然气
汽油、煤油、柴 油、重油
高炉煤气、发生 炉煤气、焦炉煤
气4
燃料的化学组成
典型的气体燃料的化学组成成分
5
典型的液体燃料的化学组成成分
6
典型的固体燃料的化学组成成分
7
燃料组成对燃烧的影响
13
✓ 无烟煤 无烟煤是碳含量最高、煤化时间 最长的煤。它具有明显的黑色光 泽，机械强度高。碳的含量一般 高于93%，无机物含量低于10%， 因而着火困难，储存时稳定，不 易自燃。无烟煤的成焦性极差。
14
煤的详细分类
15
煤的成分分析
工业分析（ proximate analysis ） 测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。 估测硫含量和热量，是评价工业用煤的主 要指标。