第2章燃烧与大气污染(2) 大气污染控制工程 课件_575

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

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

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

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。

➢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
➢
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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。

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

TiO2 Na2OK2O
SO3
含量% 0.3-4 0.5-2.5 1-4 0.1-12
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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。
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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：

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• 2.1.4.3 煤的成分的表示方法
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：
ar ar ar ar ar ar ar C H O N S A W 100% 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% ad ad ad ad ad ad ad 的成分，即在实 C H O N S A W 100% 验室内进行燃料分析时的试样成分
• 煤的成分的表示方法及其组成的相互关系
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• 2.1.5 其他燃料
• 2.1.5.1 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
• 2.1.5.2 天然气
典型的气体燃料 一般组成为甲烷85％、乙烷10％、丙烷3％
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 d d d d d d
C H O N S A 100%
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daf daf daf daf daf C H O N S 100% 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分
• 2.1.4.2 煤的成分
1）碳（C） 碳是煤中的主要可燃元素，一般占煤成分的20～70％，包括挥发分（C H4、C2H2、CO等）和固定碳（除挥发分之外的纯碳）。纯碳不易着火， 所以含碳量越高的煤其着火燃尽也越困难。1kg碳完全燃烧时放出约32 700kj的热量，不完全燃烧时放出约9270kj的热量。
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6）灰分（A） 灰分是煤中的不可燃烧杂质。煤中的灰分含量相差很大，一般 为5～45％；石煤与煤矸石中的灰分达到60～70％。煤中灰分 增加，可燃物质相应减少，会产生如下不利影响：降低煤的发 热量；增加煤的着火难度；降低煤的燃尽程度；使燃烧室受热 面上积灰严重，甚至生成大块熔渣，削弱了传热效果；灰粒磨 损燃烧室金属，有可能堵塞低温受热面的通道。 7）水分（W） 煤中的水分包括外在水分（Ww）和内在水分（Wn），是不可燃 组分，含量变化大，从百分之几到40～50％。外在水分是指在 （20±1）℃、相对湿度（65±5）％的空气中自然风干时失去 的水分；内在水分是指总水分减去外在水分之后的水分。 煤中水分的增加会产生如下影响：降低了炉内的燃烧温度，对 煤的着火与燃尽不利；增大了烟气的容积，从而增大了排烟的 热损失；易使锅炉尾部发生低温腐蚀及堵灰。

燃烧产生的污染物对大气环境的影响
燃烧产生的污染物会对大气环境 产生严重影响。
烟尘和颗粒物会降低大气能见度 ，影响人类健康和生态环境。
二氧化硫、氮氧化物等气体污染 物会形成酸雨和光化学烟雾，对 人类健康和生态环境造成危害。
大气污染对气候变化和自然环境的影响
大气污染会对气候变化产生影 响。
大气中温室气体的增加导致全 球气温上升，进而引发极端气 候事件。
总结词
该城市通过实施一系列大气污染治理措施，成功改善了空气质量。
详细描述
该城市面临严重的大气污染问题，政府采取了多项措施，包括限制工业排放、加强环保法规、推广清洁能源等， 有效降低了污染物排放，改善了空气质量。
某企业节能减排实践案例
总结词
某企业通过技术创新和设备更新，实现了节能减排的目标。
详细描述
大气污染会对孕妇的呼吸系统和心血管系统产生严重的影 响，并通过胎盘影响到胎儿的健康，导致胎儿发育受阻或 畸形。
03
CATALOGUE
燃烧与大气污染的关系
燃烧是大气污染的主要来源之一
燃烧是人为产生大气污染的主要来源之一。
燃烧过程会产生大量的烟尘、气体和颗粒物等污染物，对大气环境造成严重影响。
燃烧的主要来源包括燃煤、燃油和燃气等能源消耗，以及工业生产和民用燃烧活动 。
大气污染对人类健康的影响
大气污染对儿童的影响
大气污染会对儿童的呼吸系统和免疫系统产生严重的影响 ，导致儿童患上哮喘、支气管炎、肺炎等疾病的风险增加 。
大气污染对老年人的影响
大气污染会对老年人的呼吸系统和心血管系统产生严重的 影响，导致老年人患上慢性阻塞性肺病、冠心病等疾病的 风险增加。
大气污染对孕妇的影响
提高环境意识与加强环境管理