YYH-第二章-燃烧与大气污染-2011
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燃烧与大气污染
5
固体燃料——煤
• 煤及其分类 (1)最重要的固体燃料; (2)碳、氢、氧、氮、硫等一起构成的有机聚合物。 (3)煤中各成分的含量因种类、产地不同而异。
分类
按照植物在地层内碳化程度的不同，可将煤分为：
泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤。
7
• 泥煤：形成时间最短，质
地疏松、吸水性强、含水 率高、氧含量高、碳、硫 含量较低、挥发分含量高 、可燃性好；机械强度较 差；
22
液体燃料——石油
天然液体燃料：石油（原油）是液体燃料的主要来源，是天然存在的黑褐色 的黏稠液体。密度0.78-1.00g/cm3，其组成和物理化学成分随产地 的不同有很大差异。主要是由链烷烃，环烷烃、烯烃和芳香烃等碳 氢化合物组成的混合物。组成元素：C、H、O、N、S，还含有微量的 钒、铅等。石油硫的存在形式：大部分能有机硫形式存在，原油通 过蒸馏、裂化和重整过程生产出各种产品。原油中的S约有80—90%留 于重馏分中。硫以复杂的环状结构存在，而需去除的仅是硫原子，故 不能用物理方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏C—S—C键 形成H2S气体，可达目的，但费用很高。
燃烧与大气污染更新 ppt课件(9)
第二章 燃烧与大气污染
• 了解常见民用及工业燃料的组成和性质； • 了解气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分
析影响燃烧过程的因素； • 学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度； • 了解颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，
理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径。
13
灰分
• 灰分是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。 • 高灰分、低熔点的煤极易结渣，从而影响热效率。 • 煤中灰分的组成
固体燃料——煤
• 煤及其分类 (1)最重要的固体燃料; (2)碳、氢、氧、氮、硫等一起构成的有机聚合物。 (3)煤中各成分的含量因种类、产地不同而异。
分类
按照植物在地层内碳化程度的不同，可将煤分为：
泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤。
7
• 泥煤：形成时间最短，质
地疏松、吸水性强、含水 率高、氧含量高、碳、硫 含量较低、挥发分含量高 、可燃性好；机械强度较 差；
22
液体燃料——石油
天然液体燃料：石油（原油）是液体燃料的主要来源，是天然存在的黑褐色 的黏稠液体。密度0.78-1.00g/cm3，其组成和物理化学成分随产地 的不同有很大差异。主要是由链烷烃，环烷烃、烯烃和芳香烃等碳 氢化合物组成的混合物。组成元素：C、H、O、N、S，还含有微量的 钒、铅等。石油硫的存在形式：大部分能有机硫形式存在，原油通 过蒸馏、裂化和重整过程生产出各种产品。原油中的S约有80—90%留 于重馏分中。硫以复杂的环状结构存在，而需去除的仅是硫原子，故 不能用物理方法分离硫化物。采用高压下的催化加氢破坏C—S—C键 形成H2S气体，可达目的，但费用很高。
燃烧与大气污染更新 ppt课件(9)
第二章 燃烧与大气污染
• 了解常见民用及工业燃料的组成和性质； • 了解气态、液态和固态燃料的燃烧过程，学会分
析影响燃烧过程的因素； • 学会计算燃烧过程产生的烟气量和污染物浓度； • 了解颗粒物、硫氧化物和氮氧化物的产生机理，
理解通过改变燃烧条件减少污染物生成的途径。
13
灰分
• 灰分是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。 • 高灰分、低熔点的煤极易结渣，从而影响热效率。 • 煤中灰分的组成
第二章 燃烧与大气污染分析
mol/100g
mol/mol(碳)
C
77.2 12 = 6.43 6.43 = 1.00
H
5.20 1 = 5.20 6.43 = 0.808
N
1.20 14 = 0.0857 6.43 = 0.013
S
2.60 32 = 0.0812 6.43 = 0.013
O
5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057
✓ 干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥 基更能反映出灰分的多少
✓ 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
煤的成分的表示方法及其组成的相互关系
我国部分煤种的分析结果
我国部分煤种的分析结果(续）
5.其他燃料
➢ 石油
✓ 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 ✓ 主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧 ✓ 氢含量增加时，比重减少，发热量增加
第二章 燃烧与大气污染
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
第一节 燃料的性质
1. 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
木柴、煤、油页岩 木炭、焦炭、煤粉等
液体燃料 气体燃料
石油 天然气
收到基ar 空气干燥基ad
外部水
干燥基d
内部水 外部水
灰分
干燥无灰基daf
内部水 外部水
➢ 要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准， 常用的基准有以下四种：
✓收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和 水分
✓空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的 成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分
第02章 燃烧与大气污染2汇总
12.5＋63.17＋0.5－2.313＝73.857mol
需要的实际空气量为：
73.857×（1＋3.78）×（1＋20％）×（1＋0.0116） ＝428.56mol 产生的烟气量为： （25＋63.17＋0536＋0.5）＋428.56－73.857 ＝443.9mol
烟气的组成为：
CO2：63.17/443.9×100％＝14.23％ SO2 ：0.5 /443.9×100％＝0.11％ H2O ：（25＋423.64×0.0116）/443.9＝6.74％ O2 ：73.857×0.2/443.9＝3.33％ N2 ：（73.857×3.78×1.2＋0.536）/443.9＝75.59％
height
Jet velocity
乙炔火焰中生碳反应过程
石油焦和煤胞的生成
✓ 燃料油雾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
✓ 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
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. 较为缓慢的聚团和凝聚过程
燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 积炭的生成与火焰的结构有关 提高氧气量可以防止积炭生成 压力越低则积炭的生成趋势越小
火焰的结构
预混火焰：气体燃料和空气在燃烧前充分混合 （ bursen burner, meeker burner）
第二章 燃烧与大气污染(2)
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
需要的实际空气量为：
73.857×（1＋3.78）×（1＋20％）×（1＋0.0116） ＝428.56mol 产生的烟气量为： （25＋63.17＋0536＋0.5）＋428.56－73.857 ＝443.9mol
烟气的组成为：
CO2：63.17/443.9×100％＝14.23％ SO2 ：0.5 /443.9×100％＝0.11％ H2O ：（25＋423.64×0.0116）/443.9＝6.74％ O2 ：73.857×0.2/443.9＝3.33％ N2 ：（73.857×3.78×1.2＋0.536）/443.9＝75.59％
height
Jet velocity
乙炔火焰中生碳反应过程
石油焦和煤胞的生成
✓ 燃料油雾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
✓ 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
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. 较为缓慢的聚团和凝聚过程
燃料的分子结构是影响积炭的主导因素 积炭的生成与火焰的结构有关 提高氧气量可以防止积炭生成 压力越低则积炭的生成趋势越小
火焰的结构
预混火焰：气体燃料和空气在燃烧前充分混合 （ bursen burner, meeker burner）
第二章 燃烧与大气污染(2)
1. 燃料的性质 2. 燃料的燃烧过程 3. 烟气体积计算 4. 燃烧过程中硫氧化物的形成 5. 颗粒污染物的形成 6. 其他污染物的形成
《大气污染控制工程》郝吉明 第二章燃烧与大气污染
1.硫的氧化机理
✓ 元素S的氧化
S8 S7 S S O2 SO O S8 O SO S S6 SO O SO2* SO2 hv SO O2 SO2 O SO2 O2 SO3 O SO2 O M SO3 M
1.硫的氧化机理
✓ 有机硫化物的氧化
RCH2SSCH2R O2 RCH2S S CHR HO2 RCH2S S CHR RCH2S RCHS RCH2S RH RCH2SH R RSH O2 RS HO2 RS O2 R SO2
2. SO2和SO3之间的转化
SO3生成速率
d
SO3
dt
k1SO2
OM
k2
SO3
O
当d[SO3] /dt = 0 时，SO3浓度达到最大
SO3 max
k1SO2 M
k2
在富氧条件下，[O]浓度低得多，SO3的去除反应主要为反 应（3）， SO3的最大浓度：
SO3 max
k1SO2 M k3H
在所有的情况下，它都作为一种重要的反应中间体
1.硫的氧化机理 (走马看花)
✓ H2S的氧化
O H2S SO H2 SO O2 SO2 O O H2S OH SH H2 O OH H H O2 OH O OH H 2 H 2O H
1.硫的氧化机理
✓ CS2和COS的氧化
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。
✓ 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。
4.煤的分类和组成
➢ 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
第二章 燃烧与大气污染 大气污染控制工程课件
1000
CO2体积为：
7.3 58 2.2 41.64m 8 3N/K重 g 油 1000
所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为：
1.648100 13.75% 11.985
例3：已知某电厂烟气温度为473K，压力为
NOx生成量
Thermal NOx(热型NOx)——高温时空气中
2．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：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。各种燃料的着火温度 见表2-3 。P28
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。
多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全 燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。
若燃料中含S、N会生成SO2和NOx，燃烧温度较高时，
空气中的部分氮会被氧化成NOx。
Fuel NOx(燃料型NOx)——燃料中的N
理论空气量：
Va0
22.44.76xyzw/12x1.00y832z16w
4 2
10.6xyzw/12x1.00y832z16w
4 2
m3 /k g
一般煤的理论空气量
Va04~7m3/kg
3.6~6.0 褐煤 7.5~8.5 无烟煤 9~10 烟煤
液体燃料（燃料油）的 Va010~1m 13/kg
（mol）为：
CO2：73.58
H2O：47.5+0.0278
SOX：0.5
NX： 97.833.76
CO2体积为：
7.3 58 2.2 41.64m 8 3N/K重 g 油 1000
所以干烟气中CO2的含量（以体积计）为：
1.648100 13.75% 11.985
例3：已知某电厂烟气温度为473K，压力为
NOx生成量
Thermal NOx(热型NOx)——高温时空气中
2．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：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。各种燃料的着火温度 见表2-3 。P28
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。
多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全 燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。
若燃料中含S、N会生成SO2和NOx，燃烧温度较高时，
空气中的部分氮会被氧化成NOx。
Fuel NOx(燃料型NOx)——燃料中的N
理论空气量：
Va0
22.44.76xyzw/12x1.00y832z16w
4 2
10.6xyzw/12x1.00y832z16w
4 2
m3 /k g
一般煤的理论空气量
Va04~7m3/kg
3.6~6.0 褐煤 7.5~8.5 无烟煤 9~10 烟煤
液体燃料（燃料油）的 Va010~1m 13/kg
（mol）为：
CO2：73.58
H2O：47.5+0.0278
SOX：0.5
NX： 97.833.76
燃烧与大气污染
Vy Vyo 1.016(a 1)Vko
VyVo ຫໍສະໝຸດ O2Vo SO2Vo N2
Vo H2O
1.016(a 1)Vko
•§2.3.1 污染物排放量的计算
• 通过测定烟气中污染物的浓度，根据实际排烟 量，很容易计算污染物排放量。但在很多情况下， 需要根据同类燃烧设备的排污系数，燃料组成和燃 烧情况，预测烟气量和污染物浓度。
•§2.4 燃烧过程硫氧化物的形成与控制 •§2.4.1硫氧化物发生机制
燃料燃烧过程中硫氧化物生成的主要化学反应为
•单体硫的燃烧： •硫铁矿的燃烧
S O2 SO2
SO2
1 2
O2
SO3
4FeS2 11O2 2Fe2O3 8SO2
SO2
1 2
O2
SO3
• 硫醚等有机硫的燃烧
• CH3CH2
• §2.2.燃烧产生的污染物 • 燃烧烟其主要有颗粒物、氧化物、氧化剂 及惰性气
体组成。主要物按物有硫氧化物、氮氧化物、碳氧化 物、碳氢化合物、飞灰等。其形成与燃料种类、燃烧 条件等有关。
• §2.3 燃烧过程污染物排放量计算 • §2.3.1 烟气体积计算 • 1.理论烟气体积 • 若供给燃料以理论空气量，燃料完全燃烧，烟气中
•
振动炉：
烟尘浓度 ~7 g / Nm3；
•
抛煤机炉：
烟尘浓度 9 ~ 13 g / Nm3
燃煤锅炉初始排放最高允许烟尘浓度和烟气黑度
燃烧方式
烟尘浓度(mg/m3)
Ⅰ时段
Ⅱ时段
烟气黑度 (林格曼黑度,级)
煤炭灰分
煤炭灰分
层燃炉
Aad≤18% Aad≤10% 10%≤Aad≤18%
1
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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375-380K下,2h后,称重内部水分
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
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
主讲人：杨毅红
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能源和资源的不合理利用或浪费是造 成环境污染的主要原因；而大气环境 污染主要是燃料燃烧造成的。因此， 要解决大气环境污染间题，必须研究 燃料燃烧与大气污染的关系，尽可能 减少燃烧产生的大气污染物，注意节 约能源，开发清洁能源。在我国能源 构成中，煤炭约占70%，石油和天然 气等约占30%，核电比例很小。今后 相当长时间内，煤炭仍是主要能源。
2.1.1 燃料的分类
按获得方法分 按物态分
天然燃料
木柴、煤、油页岩 石油
人工燃料
木炭、焦炭、煤粉等 汽油、煤油、柴油、 重油 高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
固体燃料 液体燃料 气体燃料
天然气
2.1.2 燃料的化学组成
典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分
典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）
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。
完全燃烧的产物：CO2、水蒸汽； 不完全燃烧：产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。 若燃料中含S、N会生成SO2和NO，燃烧温度较高时， 空气中的部分氮会被氧化成NOx。
Fuel NOx(燃料型NOx)：燃料中的N
2.1.6 燃料组成的表示方法:
CxHySzOwNv
Sample: C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%, S: 2.6%, O: 5.9% and ash: 7.9% by weight. Determine the normalized molar composition. Element C H N S O ash Wt % mol/100g mol/mol 77.2 12 = 6.43 6.43 = 1.00 5.20 1 = 5.20 6.43 = 0.808 1.20 14 = 0.0857 6.43 = 0.013 2.60 32 = 0.0812 6.43 = 0.013 5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057 7.9 6.43 = 1.23 g/molC
干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥 基更能反映出灰分的多少
Cd+Hd+Od+Sd+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+Hdaf+Odaf+S部分煤种的煤质分析结果
我国部分煤种的煤质分析结果（续）
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800±20℃的环境中灼烧 到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳
灰分：煤中不可燃矿物质的总称
灰分
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
2.1.5 其他燃料
非常规燃料
城市固体废弃物 商业和工业固体废弃物 农产物和农村废物 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
非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式 城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题
氢：
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，1kg氢完全燃烧时能放出28780 kcal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：
三种形态：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。
中国与世界能源消费结构
十一五中国能源消费
世界各国能源消费结构对比
我国不仅水能等无污染能源开发较少，而且煤炭利用率低。因 此开发新能源、提高煤炭等能源利用率，潜力很大。做好这项 工作，既有利于促进国民经济发展，又可减轻大气污染，改善 大气环境质量。
内容提要
2.1燃料的性质 2.2燃料燃烧过程 2.3燃烧计算 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其他污染物的形成
2.1.3 燃料组成对燃烧的影响
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50~95%。
合
典型燃料的着火温度：
2.2.2 燃料燃烧的理论空气量
理论空气量：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃 烧所需要的空气量。 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 燃料的化学方程式为CxHySzOw
2.1.4 煤的分类和组成
常用四种基准表示煤的成分： 收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分
Car+Har+Oar+Sar+Aar+War=100%
空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为 100% 的成分，即在 实验室内进行燃料分析时的试样成分
Cad+Had+Oad+Sad+Aad+Wad=100%
2.1.1 燃料的分类
分类方法 常规燃料：如煤（coal）、petroleum、天然气 (rude gas)等。 非常规燃料:生活垃圾、秸秆等 按其物理状态 固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控 制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）。 液体燃料：由蒸发过程控制（气态形式燃烧）。 气态燃料：由扩散或混合控制。
学时数：4学时
重点与难点
１．理论空气量的计算 ２．理论与实际烟气量的计算 ３．污染物排放量 4 ．燃烧过程中污染物的形成
2.1 燃料的性质
燃料的定义：
指用以产生热量或动力的可燃性物质，主要是含碳物 质或碳氢化合物，如煤、焦炭、木柴、石油、天然气、 发生炉煤气等。
2.1.1 燃料的分类 2.1.2 燃料的化学组成 2.1.3 燃料组成对燃烧的影响 2.1.4 煤的分类和组成 2.1.5 其他燃料 2.1.6 燃料组成的表示方法: CxHySzOwNv
定义 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。 性质 有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。 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：煤化时间最长，含碳量最高（高于93％）， 成焦性差,发热量大
组成可表示为：CH0.809N0.013S0.013O0.057
燃料的摩尔质量为： 100g/6.43mol=15.55g/mol(C) 燃烧方程式为： CH0.809N0.013S0.013O0.057+a(O2+3.78N2)©---CO2+0.404H2O+0.013SO2+(3.78a+0.0065)N2 其中：a=1+0.809/4+0.013-0.057/2=1.19
NOx生成量
Thermal NOx(热型NOx)：高温时空气中的N
燃料完全燃烧的条件（3T）
空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉
温，增加热损失 温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度 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
2.1.5 其他燃料
石油
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 主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧 氢含量增加时，比重减少，发热量增加
天然气
典型的气体燃料 一般组成为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％，此外还 有H2O、CO2、N2、He、H2S等。
褐煤
烟煤
无烟煤
煤的组成分析（按测定组成分析）
（1）工业分析（ proximate analysis ）：水分、灰分、挥发分、 固定碳、S含量、热值。 （2）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。
（1）煤的工业分析
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： 燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。
2.1.4 煤的分类和组成
The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057
2.2 燃料燃烧过程
2.2.1 影响燃烧过程的主要因素
2.2.2 燃料燃烧的理论空气量 2.2.3 燃烧过程中产生的污染物 2.2.4 热化学关系式
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375-380K下,2h后,称重内部水分
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
大气污染控制工程
第二章 燃烧与大气污染
主讲人：杨毅红
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能源和资源的不合理利用或浪费是造 成环境污染的主要原因；而大气环境 污染主要是燃料燃烧造成的。因此， 要解决大气环境污染间题，必须研究 燃料燃烧与大气污染的关系，尽可能 减少燃烧产生的大气污染物，注意节 约能源，开发清洁能源。在我国能源 构成中，煤炭约占70%，石油和天然 气等约占30%，核电比例很小。今后 相当长时间内，煤炭仍是主要能源。
2.1.1 燃料的分类
按获得方法分 按物态分
天然燃料
木柴、煤、油页岩 石油
人工燃料
木炭、焦炭、煤粉等 汽油、煤油、柴油、 重油 高炉煤气、发生炉煤 气、焦炉煤气
固体燃料 液体燃料 气体燃料
天然气
2.1.2 燃料的化学组成
典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分
典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）
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。
完全燃烧的产物：CO2、水蒸汽； 不完全燃烧：产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。 若燃料中含S、N会生成SO2和NO，燃烧温度较高时， 空气中的部分氮会被氧化成NOx。
Fuel NOx(燃料型NOx)：燃料中的N
2.1.6 燃料组成的表示方法:
CxHySzOwNv
Sample: C: 77.2%, H: 5.2%, N: 1.2%, S: 2.6%, O: 5.9% and ash: 7.9% by weight. Determine the normalized molar composition. Element C H N S O ash Wt % mol/100g mol/mol 77.2 12 = 6.43 6.43 = 1.00 5.20 1 = 5.20 6.43 = 0.808 1.20 14 = 0.0857 6.43 = 0.013 2.60 32 = 0.0812 6.43 = 0.013 5.90 16 = 0.369 6.43 = 0.057 7.9 6.43 = 1.23 g/molC
干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，干燥 基更能反映出灰分的多少
Cd+Hd+Od+Sd+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+Hdaf+Odaf+S部分煤种的煤质分析结果
我国部分煤种的煤质分析结果（续）
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800±20℃的环境中灼烧 到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳
灰分：煤中不可燃矿物质的总称
灰分
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
2.1.5 其他燃料
非常规燃料
城市固体废弃物 商业和工业固体废弃物 农产物和农村废物 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
非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式 城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题
氢：
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，1kg氢完全燃烧时能放出28780 kcal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：
三种形态：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。
中国与世界能源消费结构
十一五中国能源消费
世界各国能源消费结构对比
我国不仅水能等无污染能源开发较少，而且煤炭利用率低。因 此开发新能源、提高煤炭等能源利用率，潜力很大。做好这项 工作，既有利于促进国民经济发展，又可减轻大气污染，改善 大气环境质量。
内容提要
2.1燃料的性质 2.2燃料燃烧过程 2.3燃烧计算 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其他污染物的形成
2.1.3 燃料组成对燃烧的影响
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50~95%。
合
典型燃料的着火温度：
2.2.2 燃料燃烧的理论空气量
理论空气量：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃 烧所需要的空气量。 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 燃料的化学方程式为CxHySzOw
2.1.4 煤的分类和组成
常用四种基准表示煤的成分： 收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分
Car+Har+Oar+Sar+Aar+War=100%
空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为 100% 的成分，即在 实验室内进行燃料分析时的试样成分
Cad+Had+Oad+Sad+Aad+Wad=100%
2.1.1 燃料的分类
分类方法 常规燃料：如煤（coal）、petroleum、天然气 (rude gas)等。 非常规燃料:生活垃圾、秸秆等 按其物理状态 固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控 制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）。 液体燃料：由蒸发过程控制（气态形式燃烧）。 气态燃料：由扩散或混合控制。
学时数：4学时
重点与难点
１．理论空气量的计算 ２．理论与实际烟气量的计算 ３．污染物排放量 4 ．燃烧过程中污染物的形成
2.1 燃料的性质
燃料的定义：
指用以产生热量或动力的可燃性物质，主要是含碳物 质或碳氢化合物，如煤、焦炭、木柴、石油、天然气、 发生炉煤气等。
2.1.1 燃料的分类 2.1.2 燃料的化学组成 2.1.3 燃料组成对燃烧的影响 2.1.4 煤的分类和组成 2.1.5 其他燃料 2.1.6 燃料组成的表示方法: CxHySzOwNv
定义 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。 性质 有机成分和无机成分的含量因种类、产地不同而异。 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：煤化时间最长，含碳量最高（高于93％）， 成焦性差,发热量大
组成可表示为：CH0.809N0.013S0.013O0.057
燃料的摩尔质量为： 100g/6.43mol=15.55g/mol(C) 燃烧方程式为： CH0.809N0.013S0.013O0.057+a(O2+3.78N2)©---CO2+0.404H2O+0.013SO2+(3.78a+0.0065)N2 其中：a=1+0.809/4+0.013-0.057/2=1.19
NOx生成量
Thermal NOx(热型NOx)：高温时空气中的N
燃料完全燃烧的条件（3T）
空气条件：提供充足的空气；但是空气量过大，会降低炉
温，增加热损失 温度条件（Temperature）：达到燃料的着火温度 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
2.1.5 其他燃料
石油
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 主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧 氢含量增加时，比重减少，发热量增加
天然气
典型的气体燃料 一般组成为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％，此外还 有H2O、CO2、N2、He、H2S等。
褐煤
烟煤
无烟煤
煤的组成分析（按测定组成分析）
（1）工业分析（ proximate analysis ）：水分、灰分、挥发分、 固定碳、S含量、热值。 （2）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。
（1）煤的工业分析
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： 燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。
2.1.4 煤的分类和组成
The normalized molar composition:CH0.808N0.013S0.013O0.057
2.2 燃料燃烧过程
2.2.1 影响燃烧过程的主要因素
2.2.2 燃料燃烧的理论空气量 2.2.3 燃烧过程中产生的污染物 2.2.4 热化学关系式