第2章燃烧与大气污染(2) 大气污染控制工程 课件_575
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第二章 燃烧与大气-PPT精选文档
灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污
染和出渣量
煤中硫的形态
•
有机硫（CxHySz） 硫化物硫（FeS2） 煤中硫 无机硫元素硫（S） 硫酸盐硫（MeSO ） 4
低硫煤中主要是有机硫，约为无机硫的8倍； 高硫煤中主要为无机硫，约为有机硫的3倍
3、煤的成分表 6.43 = 0.057
• The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057
100 g M 15 . 55 g / mol ( 碳 ) f 6 . 43 mol ( 碳 )
§2-2燃料燃烧过程
2.1.2燃料的化学组成
2.1.2燃料的化学组成
2.1.3煤的分类和组成
• 1、煤的基本分类
• 2、煤的成分分析及分析方式 • 3、煤的成分表示方法
1、煤的基本分类
• 褐煤 最低品味的煤，形成年代最短，热值较低
• 烟煤
形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性
较强，适宜工业一般应用
• 无烟煤
度。各种燃料的着火温度见表2-4。P38
• 时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧
所需时间 • 燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分混合
2.2.2燃料燃烧的理论空气量
• 1、建立燃烧方程式的假定： 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 燃料中硫主要被氧化为 SO2 不考虑NOX的生成，燃料中的N在燃烧时转化为N2 燃料的化学式为CxHySzOw
煤的成分的表示方法及其组成的相互关系
2.1.4燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv
染和出渣量
煤中硫的形态
•
有机硫（CxHySz） 硫化物硫（FeS2） 煤中硫 无机硫元素硫（S） 硫酸盐硫（MeSO ） 4
低硫煤中主要是有机硫，约为无机硫的8倍； 高硫煤中主要为无机硫，约为有机硫的3倍
3、煤的成分表 6.43 = 0.057
• The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057
100 g M 15 . 55 g / mol ( 碳 ) f 6 . 43 mol ( 碳 )
§2-2燃料燃烧过程
2.1.2燃料的化学组成
2.1.2燃料的化学组成
2.1.3煤的分类和组成
• 1、煤的基本分类
• 2、煤的成分分析及分析方式 • 3、煤的成分表示方法
1、煤的基本分类
• 褐煤 最低品味的煤，形成年代最短，热值较低
• 烟煤
形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性
较强，适宜工业一般应用
• 无烟煤
度。各种燃料的着火温度见表2-4。P38
• 时间条件（Time）：燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧
所需时间 • 燃料与空气的混合条件（Turbulence）：燃料与氧充分混合
2.2.2燃料燃烧的理论空气量
• 1、建立燃烧方程式的假定： 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 燃料中硫主要被氧化为 SO2 不考虑NOX的生成，燃料中的N在燃烧时转化为N2 燃料的化学式为CxHySzOw
煤的成分的表示方法及其组成的相互关系
2.1.4燃料组成的表示方法:CxHySzOwNv
《大气污染物控制工程》燃烧与大气污染
1.硫的氧化机理
H2S的氧化
O H 2S SO H 2 （1） SO O2 SO2 O （2） O H 2S OH SH （3） H 2 O OH H （4） H O2 OH O （5） OH H 2 H 2O H （6）
Cd + H d +Od + Nd + S d + Ad =100%
干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
Cdaf + H daf + Odaf + N daf + S daf = 100%
三、煤的性质 3、煤的成分的表示方法
ar ad d daf
A Sly 灰分
C 固定碳
固体部分 （焦炭）
二、燃烧过程计算
【例题】已知某种烟煤的质量组分为：水分3.06%；灰分占干燥 基的 21.32%；可燃分的元素组成为：C 84.54%，H 4.84%，O 8.04%，N 1.26%，S 1.32%。已知空气过剩系数为1.1，入口空气温度为298K，压力 1 atm，出口烟气温度为450K，压力1atm。 (1)求每千克煤燃烧所需的实 际空气量； (2)求每千克煤燃烧产生的烟气量； (3)求烟气中水蒸气和二 氧化硫体积分数。
H O N Sr Wn Ww
挥发分
水分
挥发部分
三、煤的性质 3、煤的成分的表示方法
ar ad d daf
A Sly 灰分
C 固定碳
固体部分 （焦炭）
H O N Sr Wn Ww
挥发分
水分
挥发部分
四、石油的组成与性质
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
第02章 燃烧与大气污染2
Hg对人的肾和神经系统有危害 对人的肾和神经系统有危害 煤碳燃烧是Hg的一大来源 煤碳燃烧是 的一大来源 煤中Hg的析出率与燃烧条件有关 煤中 的析出率与燃烧条件有关 燃烧温度>900oC时，析出率 燃烧温度 时 析出率>90％ ％ 还原性气氛的析出率低于氧化性气氛 Hg排放控制是燃煤污染控制的新课题之一 排放控制是燃煤污染控制的新课题之一
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 碳表面的燃烧产物为 ，它扩散离开表面并与O2反应 灰 层 外扩散
碳层
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 时最易形成黑烟 理论上碳与氧的摩尔比近
2 CmHn + αO2 → 2αCO + H2 + (m − 2α )Cs n
火电厂大气污染物排放标准
第Ⅲ时段火电厂各烟囱SO2最高允许排放浓度 时段火电厂各烟囱SO
燃料收到基硫分 （％） 最高允许排放浓 度（mg/m3） ≤1.0 2100 >1.0 1200
第Ⅲ时段的火电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度（mg/m3） 时段的火电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度（ 锅炉额定蒸发量 煤粉锅炉 液态排渣 ≥1000t/h 1000 固态排渣 650
Laminar transition developed turbulent
height Jet velocity
1. 碳粒子的生成
乙炔火焰中生碳反应过程
2. 燃煤烟尘的形成
烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括： 烟尘：固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括：
黑烟： 黑烟：未燃尽的碳粒 飞灰： 飞灰：不可燃矿物质微粒
2. 燃煤烟尘的形成
《大气污染控制工程》课件
05
大气污染控制工程未 来展望
新型大气污染控制技术发展
高效低耗技术
研发更高效、低能耗的大气污染控制技术，提高处理 效率，降低运行成本。
新型吸附剂和催化剂
研究新型的吸附剂和催化剂，以提高大气污染物的去 除效率。
智能监测与控制技术
利用物联网、大数据和人工智能等技术，实现大气污 染的智能监测与控制。
大气环境质量改善目标与策略
脱硫技术
采用湿法、半干法或干法 脱硫技术，去除烟气中的 二氧化硫。
脱硝技术
采用选择性催化还原、选 择性非催化还原等方法， 去除烟气中的氮氧化物。
03
大气污染控制工程实 践
工业污染源控制
工业污染源控制概述
工业污染是大气污染的主要来 源之一，控制工业污染源是改
善空气质量的关键措施。
工业废气处理技术
针对不同废气成分和排放特点 ，采用合适的处理技术，如吸 附、催化燃烧、生物处理等。
由于大气污染的区域性特征，需要打破行 政区域限制，实施区域联防联控。
建立大气污染监测网络，实时监测污染物 浓度和气象条件，发布预警信息。
区域大气污染减排目标设定与考 核
制定区域减排目标，分解到各地区和重点 企业，对减排效果进行考核和奖惩。
区域大气污染政策协同与执法监 督
加强政策协同和执法监督力度，确保各项 减排措施得到有效落实。
尾气催化转化器
通过催化剂的作用，将机动车尾气中的有害物质 转化为无害物质，是治理机动车尾气的主要手段 之一。不同类型的催化转化器适用于不同类型的 机动车，具有较高的治理效果。
尾气遥感监测技术
利用光谱分析等遥感技术，对机动车尾气进行实 时监测，及时发现超标排放车辆。该技术具有监 测范围广、速度快、精度高等优点，但设备成本 较高。
大气污染控制第二章
➢特点：①挥发分较高，析出温度低；②
燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量 60—75%，O2含量20—25%。
13
1.煤的分类：
（2）烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有
可见条纹。 ➢ 挥发分20—45%，C 75—90%。成焦性较
强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工 业使用。
（3）无烟煤：碳含量最高，煤化时间最长的
➢ 燃料中固定氧可用于燃烧 ➢ 燃料中硫主要被氧化为 SO2 ➢ 不考虑热力型NOX的生成 ➢ 燃料中的N在燃烧时转化为N2 ➢ 燃料的化学方程式为CxHySzOw
43
二.燃料燃烧的理论空气量
➢ 燃烧方程式：
CxH
y S zOw
x
y 4
z
w 2
O2
3.78
x
y 4
z
w 2
N2
xCO2
y 2
➢
时间是人类发展的空间。2020年11月19日 星期四 1时21分28秒 13:21: 2819 November 2020
➢
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。下午 1时21分28秒 下午1时21分 13:21: 2820. 11.19
➢
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.11.1920.11.1913:2113:21:2813:21:28Nov- 20
石油和天然气的2倍。
11
§1燃料的性质
一、煤 煤：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃
成分是C、H及少量O2、N2、S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种类、 产地不同而异。
12
1.煤的分类：
按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、 无烟煤。 （1）褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物， 是煤中等级最低的一类，形成年代最短。 呈黑色、褐色、泥土色，象木材结构。
燃烧热值低，不能制炭。干燥后：C含量 60—75%，O2含量20—25%。
13
1.煤的分类：
（2）烟煤：形成历史较褐煤长。黑色，外形有
可见条纹。 ➢ 挥发分20—45%，C 75—90%。成焦性较
强，氧含量低，水分及灰分含量不高，适宜工 业使用。
（3）无烟煤：碳含量最高，煤化时间最长的
➢ 燃料中固定氧可用于燃烧 ➢ 燃料中硫主要被氧化为 SO2 ➢ 不考虑热力型NOX的生成 ➢ 燃料中的N在燃烧时转化为N2 ➢ 燃料的化学方程式为CxHySzOw
43
二.燃料燃烧的理论空气量
➢ 燃烧方程式：
CxH
y S zOw
x
y 4
z
w 2
O2
3.78
x
y 4
z
w 2
N2
xCO2
y 2
➢
时间是人类发展的空间。2020年11月19日 星期四 1时21分28秒 13:21: 2819 November 2020
➢
科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。下午 1时21分28秒 下午1时21分 13:21: 2820. 11.19
➢
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.11.1920.11.1913:2113:21:2813:21:28Nov- 20
石油和天然气的2倍。
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§1燃料的性质
一、煤 煤：是一种复杂的物质聚集体。主要可燃
成分是C、H及少量O2、N2、S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种类、 产地不同而异。
12
1.煤的分类：
按基于沉积年代的分类法分为褐煤、烟煤、 无烟煤。 （1）褐煤：是由泥煤形成的初始煤化物， 是煤中等级最低的一类，形成年代最短。 呈黑色、褐色、泥土色，象木材结构。
大气污染控制工程精品PPT课件
最低品味的煤，形成年代最短，热值较低
烟煤
形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性较强，适宜工业一 般应用
无烟煤
❖ 煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性差,发热量大
❖ 煤的详细分类
❖ 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。估测硫含量和热值，是 评价工业用煤的主要指标。
❖ 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 120500 kJ的热量。
❖ 氧：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%
❖ 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。
O
5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057
ash
7.9
6.43 = 1.23 g/molC
❖ The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057 M f 6 1 . 0 4 0 3 m o l （ g 碳 ） 1 5 . 5 5 m o l （ g 碳 ）
❖ 水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水 分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。 外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥 箱中加热到102~105C，保持2h后才能除掉。
❖ 灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。
4.煤的分类和组成
❖ 煤的基本分类
褐煤
烟煤
形成年代较褐煤长，碳含量75%~90％。成焦性较强，适宜工业一 般应用
无烟煤
❖ 煤化时间最长，含碳量最高（高于93％），成焦性差,发热量大
❖ 煤的详细分类
❖ 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。估测硫含量和热值，是 评价工业用煤的主要指标。
❖ 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 120500 kJ的热量。
❖ 氧：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%
❖ 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。
O
5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057
ash
7.9
6.43 = 1.23 g/molC
❖ The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057 M f 6 1 . 0 4 0 3 m o l （ g 碳 ） 1 5 . 5 5 m o l （ g 碳 ）
❖ 水分：水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水 分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。 外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥 箱中加热到102~105C，保持2h后才能除掉。
❖ 灰分：是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。
4.煤的分类和组成
❖ 煤的基本分类
褐煤
2《大气污染控制工程》第二章
第二章燃烧与大气污染在大气污染物浓度较高的城市，烟尘、NOx和SO2等主要是由燃料燃烧产生的。
本章侧重介绍燃料燃烧过程的基本原理、污染物的生成机理、以及如何控制燃烧过程，以便减少污染物的排放量。
第一节燃料的性质（请同学们列举哪些是燃料并做总结）定义：燃料是指在燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。
燃料是指用以生产产生热量或动力的可燃性物质。
可分为常规燃料和非常规燃料。
常规燃料：煤、石油和天然气等化石燃料。
非常规燃料：除了煤、石油和天然气等常规燃料外，所有可燃性物质都包括在非常规燃料之列；如生活垃圾、农作物秸秆等。
燃料按物理状态可分为：(1) 气体燃料：气体燃料的优点是燃烧迅速，其燃烧状态可基本上由空气与燃料的扩散或混合所控制。
(2) 液体燃料：液体燃料也是以气态形式燃烧，因此它的燃烧速度受其蒸发过程控制。
(3) 固体激料：固体燃料的燃烧则受以下二种现象控制：燃料中挥发性组分被蒸馏后以气态燃烧，而遗留下来的固定碳则以固态燃烧，后者的速率由氧向固体表面的扩散控制。
燃料的性质影响燃烧设备设计和各种操作条件，也影响大气污染物的形成和排放，所以接下来对常规燃料及非常规燃料做一简要介绍。
一、煤煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体，主要是由植物的部分分解和变质而形成的。
煤的可燃成分主要是由碳、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，因煤的种类和产地不同而有很大差别。
下面对煤的分类做一介绍。
1.煤的分类：我们知道，煤是由植物做在高压覆盖和较高温度条件下经过长期过程形成的，不同的植物及其不同覆盖时间即腐蚀程度会形成不同的煤。
（我们把植物原料变成煤的过程称为“煤化”过程）根据“煤化”程度，桨煤分成以下三大类：(1)褐煤：褐煤是由泥煤形成的初始煤化物。
是煤中等级最低的一类，形成年代最短。
呈黑色、褐色或泥土色，其结构类似木材。
水分和灰分含量都较高，燃烧热值较低。
大气 第2章 燃烧与大气污染-
TiO2 Na2OK2O
SO3
含量% 0.3-4 0.5-2.5 1-4 0.1-12
12
煤的结构模型
13
3.煤的元素分析及成分表示方法
煤中主要成分包括：碳、氧、氮、硫等元素。 常用的基准有：收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰
基四种。 ☆
14
☆收到基（ar-as received）
以全部灰分和水分的燃料作为100%成分。 各收到基成分的总和用下式表示：
9.8 7 3 (3 .7 8 1 )4.6m 7 3/k o重 g l 油
即 46.67 31 2.0 4 2 010 .4 0m 7N 3/k重 g 油
37
三、热化学关系式 1.发热量
☆ 发热量：单位燃料完全燃烧时发生的热量变化， 即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同下 (通常为298K和1atm)的热量变化。（kJ/kg or kJ/m3(气体)）。分为高位发热量和低位发热量。
28
由此可得燃料与空气中氧完全燃烧的化学 反应方程式。
CXHYSZO W(x4 yzw 2)O23.7(8x4 yzw 2)N2 xC2O 2 yH2OzS2 O3.7(8x4 yzw 2)N2Q
29
那么，理论空气量
V a 0 2 .4 2 4 .7 ( x 8 4 y z w 2 ) /1 ( x 2 1 .0y 0 3 z 8 2 1 w )6 1.1 0 (x y 7 z w )/1 (x 2 1 .0y 0 3 z 8 2 1 w ) m 6 3 /kg 42 一般煤的理论空气量 Va0 49m3/kg 液体燃料的 Va0 101m 13/kg
35
解：以1kg重油燃烧为基础，则：