1、第二章第二章 燃燒與大氣污染燃燒與大氣污染(2)1. 燃料的性質燃料的性質2. 燃料的燃燒過程燃料的燃燒過程3. 煙氣體積計算煙氣體積計算4. 燃燒過程中硫氧化物的形成燃燒過程中硫氧化物的形成5. 顆粒污染物的形成顆粒污染物的形成6. 其他污染物的形成其他污染物的形成第四節第四節 燃燒過程中硫氧化物的形成燃燒過程中硫氧化物的形成 1.硫的氧化機理硫的氧化機理 有機硫的分解溫度較低有機硫的分解溫度較低無機硫的分解速度較慢無機硫的分解速度較慢含硫燃料燃燒的特征是火焰呈藍色，由于反應：含硫燃料燃燒的特征是火焰呈藍色，由于反應：在所有的情況下，它都作為一種重要的反應中間體在所有的情況下，它都作為一種重

2、要的反應中間體2OSOSOhv1.硫的氧化機理硫的氧化機理H2S的氧化的氧化222222222OH SSOHSOOSOOOH SOHSHHOOHHHOOHOOHHH OH1.硫的氧化機理硫的氧化機理CS2和和COS的氧化的氧化22222222CSOCSSOOCSOCOSOSOOSOOOCSCSSOCSOCOSOCSCOSSSOSOO222COSCO SS OSO OO COSCO SOSO OSOOhv1.硫的氧化機理硫的氧化機理元素元素S的氧化的氧化87286*222222323SSSSOSOOSOSOSSSOOSOSOSOOSOOSOOSOOSOOMSOMhv1.硫的氧化機理硫的氧化機理有

3、機硫化物的氧化有機硫化物的氧化 2222222222222RCH SSCH RORCH SSCHRHORCH SSCHRRCH SRCHSRCH SRHRCH SHRRSHORSHORSORSO2. SO2和和SO3之間的轉化之間的轉化 n反應方程式反應方程式nSO2 + O + M SO3 + M （1）nSO3 + O SO2 + O2 （2）nSO3 + H SO2 + OH （3）nSO3 + M SO2 + O + M （4） n在熾熱反應區在熾熱反應區 ，O 濃度很高，反應濃度很高，反應（1）和和（2）起支配起支配作用作用 2. SO2和和SO3之間的轉化之間的轉化nSO3生成速率

4、生成速率 n當當dSOdSO3 3 /d /dt t = 0 = 0 時，時，SOSO3 3濃度達到最大濃度達到最大 n在富燃料條件下，在富燃料條件下，OO濃度低得多，濃度低得多，SOSO3 3的去除反應主要為的去除反應主要為反應（反應（3 3），）， SOSO3 3的最大濃度：的最大濃度： 31223d SOSOOMSOOdkkt123max2SOMSOkk123max3SOMOSOHkk2. SO2和和SO3之間的轉化之間的轉化n燃燒后煙氣中的水蒸氣可能與燃燒后煙氣中的水蒸氣可能與SO3結合生成結合生成H2SO4，轉化率轉化率: :n轉化轉化率與溫度密切相關率與溫度密切相關nH2SO4濃度

5、越高，酸露點越高濃度越高，酸露點越高n煙氣露點升高極易引起管道和空氣凈化設施的腐蝕煙氣露點升高極易引起管道和空氣凈化設施的腐蝕24324H SOSOH SO100/() %xPPP2. SO2和和SO3之間的轉化之間的轉化SO3的轉化率的轉化率/%SO2排放因子舉例排放因子舉例-from AP-42第五節第五節 燃燒過程中顆粒物的形成燃燒過程中顆粒物的形成1.1.碳粒子的生成碳粒子的生成n積炭的生成積炭的生成核化過程：氣相脫氫反應并產生凝聚相固體碳核化過程：氣相脫氫反應并產生凝聚相固體碳核表面上發生非均質反應核表面上發生非均質反應較為緩慢的聚團和凝聚過程較為緩慢的聚團和凝聚過程n燃料的分子結構

6、是影響積炭的主導因素燃料的分子結構是影響積炭的主導因素n積炭的生成與火焰的結構有關積炭的生成與火焰的結構有關n提高氧氣量可以防止積炭生成提高氧氣量可以防止積炭生成1.壓力越低則積炭的生成趨勢越小壓力越低則積炭的生成趨勢越小1. 碳粒子的生成碳粒子的生成n火焰的結構火焰的結構n預混火焰：氣體燃料和空氣在燃燒前充分混合（ bursen burner, meeker burner）n擴散火焰：燃料和空氣分別進入燃燒區，混合然后發生反應（實際中應用最多），不同的區域有不同的 (0) 值1. 碳粒子的生成碳粒子的生成n火焰的結構（續）火焰的結構（續）n層流火焰：Re2200，強烈的湍流作用，但分子擴散仍

7、然起作用Laminartransitiondeveloped turbulentheightJet velocity1. 碳粒子的生成碳粒子的生成n乙炔火焰中生碳反應過程乙炔火焰中生碳反應過程1. 碳粒子的生成碳粒子的生成n石油焦和煤胞的生成石油焦和煤胞的生成燃料油霧滴在被充分氧化之前，與熾熱壁面接觸，發生燃料油霧滴在被充分氧化之前，與熾熱壁面接觸，發生液相裂化和高溫分解，出現結焦液相裂化和高溫分解，出現結焦多組分重殘油的燃燒后期會生成煤胞，難以燃燒。多組分重殘油的燃燒后期會生成煤胞，難以燃燒。焦粒生成反應的順序：烷烴焦粒生成反應的順序：烷烴 烯烴烯烴 帶支鏈芳烴帶支鏈芳烴 凝聚凝聚環系環系

8、瀝青瀝青 半園體瀝青半園體瀝青 瀝青焦瀝青焦 焦炭焦炭 2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n煙塵煙塵：固體燃料燃燒產生的顆粒物，包括：固體燃料燃燒產生的顆粒物，包括：黑煙：未燃盡的碳粒黑煙：未燃盡的碳粒飛灰：不可燃礦物質微粒飛灰：不可燃礦物質微粒n煤粉燃燒過程煤粉燃燒過程n碳表面的燃燒產物為碳表面的燃燒產物為CO，它擴散離開表面并與，它擴散離開表面并與O2反應反應灰灰層層碳層碳層外擴散外擴散2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n煤粉燃燒過程煤粉燃燒過程理論上碳與氧的摩爾比近理論上碳與氧的摩爾比近1.0時最易形成黑煙時最易形成黑煙在預混火焰中，在預混火焰中，C/O大約為大約為0.5時最易形成黑煙時

9、最易形成黑煙易燃燒又少出現黑煙的燃料順序為：無煙煤易燃燒又少出現黑煙的燃料順序為：無煙煤 焦炭焦炭 褐褐煤煤 低揮發分煙煤低揮發分煙煤 高灰發分煙煤高灰發分煙煤碳粒子燃盡的時間與粒子的初始直徑、表面溫度、氧氣濃碳粒子燃盡的時間與粒子的初始直徑、表面溫度、氧氣濃度等有關度等有關222C HO2 COH(2 )Cmnsmn2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n燃燒碳層中成分和溫度分布燃燒碳層中成分和溫度分布2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n黑煙形成的化學過程黑煙形成的化學過程2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n高灰分燃料的擴散燃燒高灰分燃料的擴散燃燒2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n灰分中含有灰

10、分中含有Hg、As、Se、Pb、Cu、Zn等污染元素等污染元素2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n飛灰的形成過程飛灰的形成過程2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素煤質煤質燃燒方式燃燒方式煙氣流速煙氣流速爐排和爐膛的熱負荷爐排和爐膛的熱負荷鍋爐運行負荷鍋爐運行負荷鍋爐結構鍋爐結構2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素煤質煤質2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n燃煤顆粒大小對飛灰含量的影響燃煤顆粒大小對飛灰含量的影響2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n影響煙煤煙氣中飛灰排放

11、特征的因素影響煙煤煙氣中飛灰排放特征的因素燃燒方式燃燒方式2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n幾種燃燒方式的煙塵百分比幾種燃燒方式的煙塵百分比2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n幾種燃燒方式的煙塵顆粒概況幾種燃燒方式的煙塵顆粒概況n火電廠大氣污染物排放標準v本標準將火電廠按年限劃分為以下三個時段：v時段1992年8月1日之前建成投產或初步設計已通過審查批準的新、擴、改建火電廠；v時段1992年8月1日起至1996年12月31日期間環境影響報告書通過審查批準的新、擴、改建火電廠，包括1992年8月1日之前環境影響報告書通過審查批準、初步設計待審查批準的新、擴、改建火電廠；v時段1997年1月1日

12、起環境影響報告書待審查批準的新、擴、改建火電廠大氣污染物排放標準大氣污染物排放標準火電廠大氣污染物排放標準火電廠大氣污染物排放標準分類煙塵最高允許排放濃度（mg/m3）在縣及縣以上城鎮規劃區內的火電廠鍋爐200在縣規劃區以外地區的火電廠鍋爐500第I時段的在縣及縣以上城鎮規劃區內、1997年1月1日后還有10年及以上剩余壽命的火電廠鍋爐600第第時段的火電廠鍋爐最高允許煙塵排放濃度時段的火電廠鍋爐最高允許煙塵排放濃度火電廠大氣污染物排放標準火電廠大氣污染物排放標準第第時段火電廠各煙囪時段火電廠各煙囪SOSO2 2最高允許排放濃度最高允許排放濃度燃料收到基硫分（）1.01.0最高允許排放濃度（m

13、g/m3）21001200鍋爐額定蒸發量煤粉鍋爐液態排渣固態排渣1000t/h1000650第第時段的火電廠鍋爐氮氧化物最高允許排放濃度（時段的火電廠鍋爐氮氧化物最高允許排放濃度（mg/mmg/m3 3）2. 燃煤煙塵的形成燃煤煙塵的形成n影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素影響燃煤煙氣中飛灰排放特征的因素運行負荷運行負荷第六節第六節 燃燒過程中其他污染物的形成燃燒過程中其他污染物的形成1.1.有機污染物的形成有機污染物的形成n形成歷程形成歷程鏈烴分子氧化脫氫形成乙烯和乙炔鏈烴分子氧化脫氫形成乙烯和乙炔延長乙炔的鏈形成各種不飽和基延長乙炔的鏈形成各種不飽和基不飽和基進一步脫氫形成聚乙炔不飽和基進一

14、步脫氫形成聚乙炔不飽和基通過環化反應形成不飽和基通過環化反應形成C6C2型芳香族化型芳香族化合物合物C6C2基逐步合成為多環有機物基逐步合成為多環有機物1.1.有機污染物的形成有機污染物的形成比較活潑的碳氫化合物可能是產生光化學煙霧的直接比較活潑的碳氫化合物可能是產生光化學煙霧的直接原因原因碳氫化合物的產生量與燃料組成密切相關碳氫化合物的產生量與燃料組成密切相關燃料中高分子碳氫化合物濃度與燃料中高分子碳氫化合物濃度與POMPOM排放水平具有相關排放水平具有相關性性燃料與空氣的充分混合可降低有機物的含量，但不利燃料與空氣的充分混合可降低有機物的含量，但不利于于NOx的控制的控制同時減少同時減少C

15、H和和NOx的排放需要仔細控制混合的型式、的排放需要仔細控制混合的型式、溫度水平和整個系統的停留時間溫度水平和整個系統的停留時間2. CO的形成的形成nCO是所有大氣污染物中量最大、分布最廣的一種是所有大氣污染物中量最大、分布最廣的一種nCO的全球排放量為的全球排放量為200106t/an燃料中的碳都先形成燃料中的碳都先形成CO，然后進一步氧化，然后進一步氧化n在火焰溫度下有足夠的氧并且停留時間足夠長，可以降低在火焰溫度下有足夠的氧并且停留時間足夠長，可以降低CO含量。含量。nCO的形成和破壞都由動力學控制，反應路線：的形成和破壞都由動力學控制，反應路線： RH R RCHO RCO COCO

16、OH2COH2. CO的形成的形成3. Hg的形成與排放的形成與排放nHg對人的腎和神經系統有危害對人的腎和神經系統有危害n煤碳燃燒是煤碳燃燒是Hg的一大來源的一大來源n煤中煤中Hg的析出率與燃燒條件有關的析出率與燃燒條件有關n燃燒溫度燃燒溫度900oC時，析出率時，析出率90n還原性氣氛的析出率低于氧化性氣氛還原性氣氛的析出率低于氧化性氣氛nHg排放控制是燃煤污染控制的新課題之一排放控制是燃煤污染控制的新課題之一4. NOx的形成的形成nNOx的形成機理的形成機理n燃料型燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的：燃料中的固定氮生成的NOxn熱力型熱力型NOx： 高溫下高溫下N2與與O2反應生成的反應生成的NOxn瞬時瞬時NOx：低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成：低