第二章燃烧与大气污染
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
(完整word版)《大气污染控制工程》教案第二章
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。
常规燃料：煤、燃料油和天然气非常规燃料：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。
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此二种现象控制：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。
一、煤煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体。
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。
1.煤的分类：(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。
(2)烟煤：烟煤的形成历史较褐煤为长．呈黑色．外形有可见条纹。
成焦性较强，且含氧量低．水分和灰分含量一般不高，适宜工业上的一般应用。
(3)无烟煤：无烟煤是碳含量最高．煤化时间最长的煤。
它具有明亮的黑色光泽，机械强度高。
碳含量一般高于93％，无机物含量低于10％，因而着火困难，储存时稳定，不易自燃。
2.煤的工业分析煤的工业分析包括测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳，以及故测硫含量和热值，这是评价工业用煤的主要指标。
①水分：水分包括外部水分和内部水分。
测定外部水分的方法是：称取一定量的13mm以下粒度的煤样，置于干燥箱内，在318—323K温度下干燥8h，取出冷却．干燥后所失去的水分质量占煤样原来质量的百分数就是煤的外部水分。
大气污染控制工程作业习题解答(整理)
作业习题解答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SO2的浓度和CO2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。
2.1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 0.3125H2O 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O2：N2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=10.62m3N/kg重油。
烟气组成为CO271.25mol，H2O 55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.78×99.1875=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 m3N/kg重油。
2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg重油。
SO2百分比浓度为，空气燃烧时CO2存在最大浓度。
3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m3N/kg重油，产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m3N/kg重油。
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SO2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/m3表示）；3）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。
燃料燃烧空气量烟气量计算
6.70(m 3 N
/ kg)
②理论烟气量为：
CO2：54.75mol SO2：0.53mol H2O：16+5＝21mol N2：3.78（54.75 0.53 8 0.72） 236.4（8 mol）
V fg
0
(54.75
0.53 21 1000
236.48)
22.4
7.00(m 3 N
✓ 烟气体积和密度旳校正 转化为标态下（273K、1atm）旳体积和密度 原则状态下旳烟气体积
VN VS * PS * TN PN TS
原则状态下烟气旳密度
PN PS * PN * TS PS TN
烟气体积及污染物排放量计算
❖ 过剩空气校正
以碳在空气中旳完全燃烧为例 C十O2+3.76N2——>C02+3.76N2
和SO2在烟气中旳浓度（以体积分数计）。
解： 元素
重量（g） 摩尔数（mol）需氧量（mol）
C
657
54.75
54.75
S
17
0.53
0.53
H
32
16
8
H2O
90
5
0
O
23
0.72
-0.72
污染物排放量旳计算
①理论空气量
Va 0
(54.75
0.53 8 0.72) 4.76 22.4 1000
CH4+2O2+7.52N2----->CO2+2H2O+7.52N2 空燃比为：
AF 2 32 7.56 28 17.2 116
烟气体积及污染物排放量计算
烟气体积计算 ✓ 理论烟气体积
大气污染控制工程复习提纲
大气污染 大气污染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，并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。
大气污染源 大气污染物
大气污染过程
大气扩散
人、动植物
接受者
1
环境空气质量控制标准的种类和作用
环境空气质量标准
依用途分为 大气污染物排放标准 大气污染控制技术标准 大气污染警报标准 国家标准 依适用范围分为 地方标准 行业标准
y w y w C x H y S z Ow x z O2 3.78 x z N 2 4 2 4 2 y y w xCO2 H 2O zSO2 3.78 x z N 2 Q 2 2 2
15
2烟流型与大气稳定度的关系
晴朗的夏天午后
波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温）
阴天﹑风速较大﹑中性
晴朗夜间或早晨
出现在傍晚
爬升型（下稳，上不稳）
漫烟型（上逆、下不稳）
日出后辐射逆温被破坏时
16
第四章 大气扩散浓度估算模式
一、大气湍流 1、大气的无规则运动称为大气湍流。 2、风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最 直接最本质的因素。 二、高斯扩散模式
9
元素 C H
质量/g 855 113
摩尔数/mol 71.25 113
需O2量/mol 71.25 28.25
产生的烟气量/mol 71.25 (CO2) 56.5 (H2O)
O N
S
20 2
10
1.25 0.143
0.3125
-0.625 0
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。
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硫化铁硫主要代表是黄铁矿硫（FeS2），是煤中 主要的含硫成分，它在煤中通常呈独立弥散分布， 且其硬度中等，比煤重，易于用物理方法从煤中清 除出去。
有机硫分一般与煤中的有机杂质构成复杂的分子， 不宜用一般重力分选的方法除去，需要采用化学方 法进行脱硫。
硫酸盐硫主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在， 以石膏为主。硫酸盐硫的含量比前两者要少的多。 由于硫酸盐硫不参加燃烧，一般进入灰分，不构成 大气污染，不是处理对象。
高硫煤中的硫主要是无机硫；低硫煤中的硫主要 是有机硫。
通过分析，可知对煤进行脱硫处理，最好是在煤 的燃烧前用物理方法处理。
第二章燃烧与大气污染
灰：煤中所含的矿物杂质燃烧后即形成灰分。 灰分是煤中的不可燃成分，灰分增加，不仅降低 了煤的发热量，而且影响煤的着火及燃尽程度。 灰熔点很低时易在高温受热面粘结结渣。
氢：煤中氢的含量不多，约为3％～5 ％，但氢的发热量最高，约为纯碳的3.7倍。
氧：煤中氧的含量变化很大，一般与碳、 氢结合以化合态存在。
氮：煤中氮的含量很少，但它是有害元 素。煤燃烧时部分氮与氧化合生成NOx， 污染大气。
第二章燃烧与大气污染
【重点】煤中硫的形态：煤中的硫一般以三种形态存在： 有机硫；硫化铁硫；硫酸盐硫。前两者参加燃烧，放出热量， 后者不参加燃烧，只能计如灰分。
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
第二章燃烧与大气污染
气体燃料的特点是：燃烧迅速，其燃烧状 态基本上由空气与燃料的扩散或混合所控 制。
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。
固体燃料的燃烧，受两种现象控制，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。
挥发分是煤的重要特性指标。
第二章燃烧与大气污染
（3）煤的成分表示方法 煤的成分通常用质量百分数表示。 由于煤中水分和灰分受外界条件的影响，
其百分比也必然随之改变。要明确说明煤中 各成分的含量，必须同时指明百分比的基准。
常用的基准有：收到基、空气干燥基、 干燥基、干燥无灰基。
燃料的性质影响燃烧设备的设计及运行条 件，也影响其大气污染物的形成和排放。
第二章燃烧与大气污染
二、几种主要燃料的介绍 煤【重点】、石油类液体燃料、天然气、非常规燃料。 1、煤 煤的可燃成分主要是碳、氢及少量氧、氮、硫等一起构成 的有机聚合物。煤中各成分的含量因煤的产地和种类不同而不 同。 （1）煤的分类 我国电力部门的锅炉用煤，主要根据煤的挥发分并参考水 分、灰分的含量来分类。 无烟煤：挥发分含量最低，Vr<10％，含碳量最高，着火 困难，燃尽不易，水分很低，发热量很高。煤的成焦性极差。 烟煤：挥发分含量在10％～45％之间，含碳量在75％～ 90％之间，含氧量低，水分、灰分一般不高，适宜一般工业 应用。煤的成焦性较强。 褐煤：挥发分含量较高，Vr＝ 40％～50％，甚至60％， 而挥发分的析出温度较低，所以着火及燃烧都比较容易。但其 水分及灰分都含量很高，发热量很低。
第二章 燃烧与大气污染
课时 2
主要的大气污染物，如烟尘、 SO2,NO2等，都源于燃烧，本章侧重 于燃烧过程的基本机理，及燃烧过程 中污染物排放量的计算。
第二章燃烧与大气污染
第二章 燃烧与大气污染
第一节 燃料的性质 第二节 燃料的燃烧过程 第三节 【重点】烟气体积及污染物排放量计算 第四节 【了解】燃烧过程硫氧化物的形成 第五节 【了解】燃烧过程中颗粒物的形成 第六节 【了解】燃烧过程中其它污染物的形成
第二章燃烧与大气污染
（2）煤的成分分析 煤是复杂的高分子碳氢化合物，通常有工
业分析和元素分析两种。 其主要成分是：碳(C)、氢(H) 、氧(O) 、
氮(N) 、硫(S) 、灰分(A) 、水分(W) 、及挥 发分(Vr) 。除灰分、水分外，其它元素多以 化合态存在。
第二章燃烧与大气污染
工业分析（ proximate analysis ）
第二章燃烧与大气污染
第一节 燃料的性质
一、燃料的分类 按照物理状态可以分为：固体燃料、液体
燃料、气体燃料三类。 固体燃料主要是煤； 液体燃料主要是重油、各种渣油； 气体燃料主要是天然气及各种煤气。
第二章燃烧与大气污染
燃料的分类表
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、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等
第二章燃烧与大气污染
挥发分：煤在隔绝空气的条件下加热分解出 的可燃气体物质称为挥发分。
测量条件：风干后的煤样1200k下加热7 分钟后测定。
挥发分主要由氢气、碳氢化合物、一氧 化碳、及少量的硫化氢组成。在相同热值 下，煤中的挥发分越高，就越容易燃着， 火焰越长，越易燃烧完全。
但挥发分含量过高，容易造成挥发分与 空气混合不均匀，引起大量碳粒子与烟气 形成浓烟冒出，污染环境。
【补充】多成分的灰没有明确的熔化温度， 它的熔化特性常用t1、t2、t3三个特征温度来表 示。
一般用角锥法测定灰的特性温度点。
灰锥的 原始形状
灰锥的变形 温度t1
灰锥的软化 温度t2
第二章燃烧与大气污染
灰锥的熔化 温y）由两部分组成，即 外在水分及内在水分。 外在水分是指13mm以下的颗粒煤样在 318～323k温度干燥箱内干燥8小时冷却后失 去的水分。 内在水分是再失去外部水分后继续在375～ 380 k下干燥2小时失去的水分。 水分也是煤中的不可燃成分，水分增加使 炉内燃烧温度下降，从而影响煤的着火及燃尽。 各种煤的水分含量变化也很大。
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。
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。
第二章燃烧与大气污染
碳：碳是煤中的主要可燃元素，一般占 煤成分的20％～70％（指应用基成分）， 碳元素包括固定碳、和挥发分中的碳。固 定碳（纯碳）不易着火燃烧，因此含碳量 越高的煤，其着火燃尽也约困难。