大气第二章 燃烧与大气污染 OK

第二章 燃烧与大气污染 • 第一节 燃料的性质 一、燃料的定义 指用以产生热量或动力的可燃性物质，且经济上可行的物质。二、燃料的分类

按物态分 按获得方法分 天然燃料 人工燃料

固体燃料 木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等 液体燃料 石油 汽油、煤油、柴油、重油 气体燃料 天然气 高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气 （一）煤1、定义：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃成分是C、H及少量O、N、S等一起构成的有机聚合物。2、性质：煤中有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。3、煤的组成 煤的组成按测定方法分为工业分析、元素分析两大类。（1）工业分析：包括测定煤中水分、灰分、挥发分、固定碳，以及S含量和热值，这是评价工业用煤的主要指标。（2）元素分析：用化学法测定的去除掉外部水分的主要组分，C、H、N、S、O等的含量。

4、煤中硫的形态 采用物理、化学和放射化学法测定结果证实，煤中含有四种形态的硫：黄铁矿硫(FeS2)、硫酸盐硫（MeSO4)、有机硫(CxHySz)和元素硫。煤中各种形态硫的比例，直接影响煤炭脱硫方法的选择。一般把硫分为硫化铁硫、有

机硫和硫酸盐硫。前两种能燃烧放出热量称为挥发硫，硫酸盐硫不参加燃烧，是灰分的一部分。

（二）石油 石油是液体燃料的主要来源。原油是天然存在的易流动液体。比重0.78-1.00.主要含C、H、少量的S、N、O，此外，含有微量金属（钒、镍）、砷、铅、氯等，10ppm左右。原油中的硫大部分以有机硫形式存在，形成非碳氢化合物的巨大分子团，其含硫量变化范围较大，一般为0.1-7%。

（三）天然气一般组成为CH4 85%,乙烷 10%，丙烷 3%，此外还有H2O、CO2、N2、He、H2S等。

天然气中的硫化氢具有腐蚀性，它的燃烧产物为硫的氧化物，因此许多国家规定了天然气中总硫含量和硫化氢含量的最大允许值。

（四）非常规燃料 城市固体废弃物；商业和工业固体废弃物；农产品及农村废物；水生植物和水生废物；污泥处理厂废物；可燃性工业和采矿废物；

天然存在的含碳和含碳氢的资源；合成燃料。 第二节 燃料燃烧过程 一、影响燃烧过程的主要因素（一）燃烧过程及燃烧产物（二）燃料完全燃烧的条件（三）燃烧产生的污染物 （一）燃烧过程及燃烧产物 燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。

燃烧过程及燃烧产物：完全燃烧：CO2、H2O 不完全燃烧： CO2、H2O 、CO、黑烟及其他部分氧化产物

如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO 空气中的部分N可能被氧化成NO－热力型NOx

（二）燃料完全燃烧的条件

燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混合。 1、空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。2、温度条件：燃料只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。3、时间条件：燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需时间。4、燃烧与空气的混合条件：燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件下,实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度、时间、湍流度。通常把温度、时间和湍流称为燃烧过程的“三T”

（三）燃烧产生的污染物 硫氧化物SOx：随温度变化不大，主要是煤中S。 烟尘：随燃烧温度而变化。煤燃烧的烟尘中包括黑烟和飞灰，黑烟主要是未燃尽的碳粒，飞灰则主要是燃料所含的不可燃矿物质微粒，是灰分的一部分。 CO及CH化合物：随燃烧温度而变化。 NOx：随燃烧温度而变化。

• 二、燃料燃烧的理论空气量 （一） 理论空气量（ Va0

） 单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量。

1、理论空气量获得（1）可由燃烧反应方程式 （2）经验公式（由热值） 固体燃料 液体燃料

气体燃料 建立燃烧化学方程式时，假定 1. 空气仅由N2和O2组成，其体积比为79.1/20.9=3.78；２. 燃料中的固态氧可用于燃烧；３. 燃料中的硫被氧化成SO2；

４. 热力型NOx的生成量较小，燃料中含氮量也较低，在计算理论空气量时可以忽略；5. 燃料中的氮在燃烧时转化为N2和NO，一般以N2为主； 6. 燃料的化学时为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代表C、H、S、O的原子数。由此可得燃料

与空气中氧完全燃烧的化学反应方程式

于是，理论空气量： （m3/kg） 计算辛烷(C8H18)在理论空气量条件下燃烧时的燃料/空气质量比，并确定燃烧产物气体的组成。

显然，燃烧1mol辛烷需要12.5×4.78＝59.75mol空气。辛烷的摩尔质量为114，于是理论空气量下燃烧时燃料/空气的质量比为：

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＋9＋47.25＝64.25，因此烟气组成为： xCO2=8/64.25=0.125=12.5% xH2O=9/64.25=0.140=14.0% xN2=47.25/64.25=0.735=73.5%

5.0418701.10QVa

2418785.00QVa

31

31

/12561/12561mKJQmKJQ



25.0418707.14187875.000QV

QV

aa

Q)N2wz4y3.78(xzSOOH2yxCO)N2w4y3.78(x)O2wz4y(xOSHC222222wzyxzwzyxwzyx1632008.112)2wz4y(x1.1071632008.112)2wz4y4.78(x22.4V0a

2222218847.25NO9H8CO)3.78N12.5(OHC0662.01723114)2878.332(5.12114mmsaf



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，相对于单一碳原子标准化其摩尔组成

。对于该种煤，其组成可表示为: CH0.808N0.013S0.013O0.057 燃料的摩尔质量，即相对于每摩尔碳的质量，包括灰分，为 M=100g/6.43mol(C)＝15.55g/mol(C)

其中CH/kg8.22m/molm1022.41kg1000g15.5g3.78)mol(11.19VV)10948.028)g/mol3.781.19(3215.55g/mol)mm(比：空气的质/空气条件下燃料因此，1.19＝20.057－0.013＋40.808＋1＝α0.0065)N(3.78α0.013SOO0.404HCO)3.78Nα(OOSN3330a0saf2222220.0570.0130.0130.808

表示，则有需要空气的标准体积若以单位质量燃料（如量理论akg（C）（C）

8.19m(燃料)

15.55g

/kg8.22m/molm1022.41kg1000g15.5g3.78)mol(11.19VV)10948.028)g/mol3.781.19(3215.55g/mol)mm(比：空气的质/空气条件下燃料因此，1.19＝20.057－0.013＋40.808＋1＝α其中0.0065)N(3.78α0.013SOO0.404HCO)3.78Nα(OOS3330a0saf2222220.0570.0130.0130.808





表示，则有需要空气的标准体积若以单位质量燃料（如量理论akg（C）（C）

8.19m(燃料)

15.55g

因此，理论空气条件下 燃料/空气 的质量比为： /kg8.22m/molm1022.41kg1000g15.5g3.78)mol(11.19VV)10948.028)g/mol3.781.19(3215.55g/mol)mm(比：空气的质/空气条件下燃料因此，1.19＝20.057－0.013＋40.808＋1＝α其中0.0065)N(3.78α0.013SOO0.404HCO)3.78Nα(OOSNCH3330a0saf2222220.0570.0130.0130.808



表示，则有需要空气的标准体积若以单位质量燃料（如量理论akg（C）（C）

8.19m(燃料)

15.55g

若以单位质量燃料需要空气的标准体积 表示，则有： 若以单位质量燃料（如/kg8.22m/molm1022.41kg1000g15.5g3.78)mol(11.19VV)10948.028)g/mol3.781.19(3215.55g/mol)mm(比：空气的质/空气条件下燃料因此，1.19＝20.057－0.013＋40.808＋1＝α其中0.0065)N(3.78α0.013SOO0.404HCO)3.78Nα(OOSNCH3330a0saf2222220.0570.0130.0130.808表示，则有需要空气的标准体积量理论akg

（C）（C）

8.19m(燃料)

15.55g

2．空气过剩系数a 实际空气量Va与理论空气量Va

0之比为空气过剩系数α

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。

单位质量摩尔组成 摩尔分数 ％(以质量计) mol/100g(煤) mol/mol(碳)

C 77.2 ÷12＝ 6.43 ÷6.43＝ 1.00 H 5.2 ÷1＝ 5.2 ÷6.43＝ 0.808 N 1.2 ÷14 0.0857 ÷6.43＝ 0.013 S 2.6 ÷32 0.0812 ÷6.43＝ 0.013 O 5.9 ÷16 0.369 ÷6.43＝ 0.057 灰分 7.9

0a

a

V

V

a