大气污染控制工程第二章.ppt
1.4 非常规燃料,1.城市固体废弃物；2.商业和工业固体废弃物；3.农产物及农村废物；4.水生植物和水生废物；,根据来源，非常规燃料可分为如下几类：,5.污水处理厂废物；6.可燃性工业和采矿废物；7.天然存在的含碳和含碳氢的资源；8.合成燃料。,表3 城市固体废弃物制备燃料方法,1.非常规燃料主要为固体废弃物,2.非常规燃料既能提供能源，本身也是处理废物的方式,3.非常规燃料燃烧需要特种设备和操作条件，容易引起二次污染,小结：,思考题：列举主要燃料的种类；从大气污染的角度，说明这些燃料的特点。,2.1燃烧过程及燃烧产物,燃烧是指可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量（光和热）的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。,第二节 燃料的燃烧过程,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,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。,图4 煤的同相燃烧,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。,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,液体燃料和气体燃料的燃烧,a.液体燃料的燃烧,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。,燃料油的燃烧过程包括：,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。,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,小结：,思考题：下列燃料完全燃烧的产物是什么，哪些是完全燃烧污染物、哪些是不完全燃烧污染物、哪些是不燃烧的污染物？,2.2燃烧产物与污染物,燃料燃烧的产物可以归纳如下：,1.多数燃料的完全燃烧产物为CO2和水蒸气,2.不完全燃烧产物主要有：CO、黑烟和其他部分氧化产物,3.燃料中的硫大部分转化成SO2,4.燃料中的氮大部分生成N2，一部分转化成NOX,5.燃烧过程产生的污染物主要有：CO2、CO、SOx、NOx、CH、烟、飞灰、金属及其氧化物等。,2.3 影响燃烧过程的主要因素,空燃比：定义为单位质量燃料燃烧所需的空气质量,（1）空气条件,a.富燃料条件（贫氧）,b.理论空气条件,c.贫燃料条件(富氧),空燃比与污染物排放的关系,思考题：,贫燃料燃烧有哪些特点?,图 6燃烧过程空燃比、峰值温度与污染物排放的关系,（2）温度条件,表 5 燃料的着火点温度,图 7燃烧过程空燃比、峰值温度与污染物排放的关系,（2）温度条件,温度条件小结：,1.只有达到着火温度，燃料才能燃烧,2.燃烧过程的放热速率高于周围的散热速率，才能使燃烧过程继续进行,3.随着燃烧峰值温度增加，CO及燃烧的碳氢化合物含量降低，NOx排放量增加，而SO2排放量基本不变。,（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。,完全燃烧需要的条件,1.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,2.温度条件：只有达到着火温度，燃料才能燃烧，燃烧过程放热速率高于散热速率，燃烧才能持续,3.时间条件：燃料在高温的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间,4.混合条件：燃料与氧应充分混合,3.热化学关系式,发热量,发热量的分类,发热量根据是否考虑水的状态变化分成高位和低位两种。,图8 燃料的发热量,3.1 燃料设备的热损失,图9 燃料设备的热损失,若已知燃料中氢和水的含量，低位发热量可由高位发热量减去水蒸气的凝结热而求得。若发热量以kJkg表示，则,其中 WH 和 WW 分别表示燃料中氢和水分的质量百分数。,qL=qh 25（9WH+WW）,水的汽化潜热,图10 空燃比对燃烧热损失的影响,1.排烟热损失由排烟带走的热量造成，在燃烧过程热损失中占的分额最大；,2.不完全燃烧热损失包括化学不完全燃烧和机械不完全燃烧，前者来自烟气中残余可燃气体，后者来自灰中未燃尽的碳；,小结：,3.散热损失来自锅炉设备向周围环境的散热；,4.实际混合条件下，总热损失最小值出现在略靠近贫燃料侧；,重点,1.掌握固体、液体和气体燃料的燃烧过程和燃烧产物；,2.理解影响燃烧过程的空燃比、温度、时间和混合条件；,3.建立“三T条件”的概念，初步学会分析燃烧过程污染物产生规律；,4.理解高位发热量和低位发热量的概念，了解燃料设备的热损失,
