大气污染控制技术第二版课件教学课件ppt作者李广超主编2燃料与洁净燃烧技术.ppt
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大气污染控制技术,李广超傅梅绮主编,第2章燃料与洁净燃烧技术,教学内容2.1燃料的种类2.2燃料燃烧过程2.3燃烧过程中主要污染物的形成机制2.4洁净燃烧技术2.5燃烧过程污染物排放量的计算,1.教学要求了解常见民用及工业燃料的组成和性质;掌握气态、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;掌握颗粒物、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2、教学重点重点理解燃烧的基本原理和相关污染物形成机理,重点掌握燃烧过程污染物排放计算。
3、教学难点燃烧过程污染物排放计算。
2.1燃料的种类,按燃料的来源分天然燃料加工燃料按使用多少分常规燃料非常规燃料按物态可分为固体燃料液体燃料气体燃料,2.1燃料的种类,211固体燃料
(1)天然固体燃料煤炭、石煤、泥炭、煤矸石、油页岩和碳沥青等
(2)人工固体燃料焦炭、型煤、石油焦和木炭等(3)固体可燃废物城市生活垃圾、医疗垃圾和城市污泥(包括污水处理厂的污泥)等,2.1燃料的种类,212液体燃料
(1)石油及石油制品原油、汽油、煤油、柴油和燃料油
(2)煤炭加工制取的燃料油煤焦油和煤液化油(3)生物液体燃料生物柴油和醇类燃料,2.1燃料的种类,213气体燃料
(1)天然气体燃料天然气、煤层气
(2)工业生产过程副产气体燃料冶金工艺过程副产煤气、石油炼制过程副产煤气(3)人造气体燃料空气煤气、混合煤气、沼气等),2.2燃料燃烧过程,221影响燃烧过程的主要因素影响燃烧过程的主要因素有:
足够的空气量;足够高的燃料温度;燃料与氧气在炉膛高温区停留足够的时间;燃料与氧气的充分混合。
通常把温度(Temperature)、时间(Time)和湍流(Torrent)称为“三T”因素。
2.2燃料燃烧过程,
(1)燃料燃烧过程需要的空气量和空气过剩系数理论空气量将完全燃烧1kg或1m3燃料理论所需的空气量称为理论空气量,用符号A0表示。
理论空气量的计算基于以下假定:
煤中的碳和氢完全燃烧分别生成CO2和H2O;可燃性硫主要被氧化为SO2;燃烧过程中生成的NOx可以忽略不计;空气中氮气与氧气之比为0.79/0.21。
2.2燃料燃烧过程,【例2-1】某一燃烧装置用重油作燃料,其燃用油成分如下:
C:
88.3%,H:
9.5%,S:
1.6%,H2O:
0.5%,灰份:
0.10%。
试求燃烧1kg重油所需的理论空气量。
解:
根据化学反应方程式:
C+O2=CO2,2H+1/2O2=H2O,S+O2=SO2,2.2燃料燃烧过程,则1kg重油中所含可燃组分的量及所需要的理论空气量列于下表:
在空气中,O2占21%,因此燃烧1kg重油所需要的理论空气量在标准状态下为:
2.2燃料燃烧过程,空气过剩系数在实际的燃料燃烧过程中,为了使燃料能够完全燃烧,必须提供过量的空气。
超出理论空气量的空气称为过剩空气。
实际供给的空气量(A)与理论空气量(A0)的比值称为空气过剩系数。
空燃比空燃比(AF)是指单位质量燃料燃烧所需要空气的质量。
可由燃烧方程直接求得。
2.2燃料燃烧过程,【例2-2】某一燃烧装置用重油作燃料,其燃用油成分如下:
C:
88.3%,H:
9.5%,S:
1.6%,H2O:
0.5%,灰份:
0.10%。
试求空燃比。
解:
由【例2-1】可知,燃烧1kg重油所需要理论O2的质量是:
97.833210-3=3.13(kg)而N2的质量为:
于是空燃比为:
2.2燃料燃烧过程,
(2)燃料的着火温度着火温度是指在氧存在下可燃物质开始燃烧时所必须达到的最低温度,只有达到着火温度,燃料才能燃烧。
常见燃料的着火温度,2.2燃料燃烧过程,(3)燃烧的时间与空间因素时间因素是指燃料在燃烧炉中停留时间的长短。
空间因素是指燃烧室的大小与形状。
2.2燃料燃烧过程,(4)燃料与空气的混合燃料完全燃烧的基本条件:
燃料和空气充分混合,2.2燃料燃烧过程,222固体燃料的燃烧方式和设备
(1)固定床燃烧固定床燃烧是将燃料块置于固定的或移动的炉蓖上面,让空气通过燃料层使其燃烧,又称为层燃式燃烧。
根据燃料和空气供给方法不同,又分为逆流式、顺流式和交叉式三种。
层燃式燃烧的设备主要有链条炉、振动炉排炉等。
链条炉示意图,2.2燃料燃烧过程,链条炉,振动炉排炉示意图,抛煤机炉排炉示意图,2.2燃料燃烧过程,
(2)气流床燃烧先将固体燃料磨成细粉,然后随空气一同流向炉膛内呈悬浮状态进行燃烧,故又称悬浮燃烧或室燃。
悬浮燃烧又分为悬浮式直流燃烧(又叫火炬式)和悬浮式涡流燃烧(又叫旋风式)两种型式。
室燃方式的燃烧设备主要有煤粉炉和旋风燃烧炉。
圆柱形煤粉燃烧炉,旋风燃烧炉示意图,2.2燃料燃烧过程,(3)流化床燃烧用较高速度把氧化剂从下面吹人比较细的燃料粒子层中,当鼓风达到某一临界速度时,粒子层的全部颗粒就失去了稳定性,在燃料层中部的颗粒向上飘浮,而靠近炉壁的颗粒则向下降落,整个粒子层就如液体沸腾一样,产生强烈的相对运动,故又称为沸腾式燃烧。
流化床燃烧又分为鼓泡流化床燃烧和循环流化床燃烧。
典型流化床锅炉示意图,2.2燃料燃烧过程,223气体燃料的燃烧方法
(1)扩散式燃烧指气体燃料和空气在燃烧器中不预先混合,而是送入燃烧室进行边混合边燃烧。
由于燃烧过程可见明显的火焰,因此这种方式又称为有焰燃烧方式。
优点:
燃烧操作范围宽,回火危险性小,且在利用低热值煤气和充分利用废气余热、节约燃料等缺点:
燃烧强度小,多用在需要长火焰的大型窑炉中。
碳氢化合物在高温缺氧的条件下,会形成较多的固体炭黑,从而造成环境污染。
2.2燃料燃烧过程,
(2)部分预混式燃烧(半无焰燃烧)是将燃烧所需要的空气分两部分与气体燃料相互混合燃烧,一部分空气(一次空气)在预热室内与气体燃料混合;另一部分空气(二次空气)借助于混合后可燃气的喷射作用,携入燃烧室进行边混合边燃烧。
燃烧的温度较高,火焰的长度比有焰燃烧短,产生的炭黑量比有焰燃烧要少,对大气的污染程度比有焰燃烧要轻。
半无焰燃烧示意图,2.2燃料燃烧过程,(3)完全预混式燃烧(无焰燃烧)是指气体燃料和空气在进入燃烧室前就已混合均匀,故又称为混合燃烧。
燃烧时火焰很短,甚至观察不到火焰。
燃烧速度比有焰燃烧要快得多,气体燃料中的碳氢化合物来不及形成游离炭黑就燃烧怠尽。
由于高温区比较集中,因此燃烧温度比有焰燃烧要高,可以实现高负荷燃烧。
无焰燃烧的最大缺点是易发生回火爆炸,因此要求预热温度不能太高,一般低于400。
2.2燃料燃烧过程,224液体燃料的燃烧过程液体燃料的燃烧方法可分为液面燃烧、灯芯燃烧、蒸发燃烧和喷雾燃烧。
喷雾燃烧包括燃料的雾化、油雾粒子中可燃物的蒸发和扩散、可燃气体与空气的混合以及可燃气体氧化燃烧等。
2.3燃烧过程中主要污染物的形成机制,2.3.1硫氧化物的形成机制元素硫燃烧:
S+O2SO2SO2+1/2O2SO3硫化物硫燃烧4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2SO2+1/2O2SO3有机硫的燃烧:
CH3CH2SCH2CH3H2S+H2+C+C2H4H2S+3O22SO2+2H2OSO2+1/2O2SO3,2.3燃烧过程中主要污染物的形成机制,2.3.2氮氧化物的形成机制
(1)热力型NOxN2+O22NONO+O2NO2
(2)燃料型NOx燃料中的氮经过燃烧约有2070%转化成燃料型NOx。
2.3燃烧过程中主要污染物的形成机制,2.3.3颗粒污染物的形成机制
(1)燃煤粉尘的形成
(2)气、液燃料燃烧形成的碳粒子,2.4洁净燃烧技术,洁净燃烧技术主要是通过洁净煤技术减少二氧化硫排放和通过改变燃烧方式降低氮氧化物的生成量。
洁净煤技术(CleanCoalTechnology)一词源于80年代的美国,也称清洁煤技术,是指煤炭开发和加工利用过程中,旨在减少环境污染和提高煤炭利用率的各种技术的总称,一般包括固体煤炭的处理技术和煤炭的转化技术。
2.4洁净燃烧技术,241洁净煤技术
(1)煤炭洗选技术洗煤又称选煤,是通过物理、化学或生物方法将煤中的含硫矿物和煤矸石等杂质除去的工艺过程。
它是燃前除去煤中的矿物质,降低煤中硫含量的主要手段。
常规的物理选煤方法可除去原煤中50%80%的灰分和30%40%的硫分,成本较低,可有效减少污染物排放。
2.4洁净燃烧技术,物理方法重力洗选法、高梯度磁选法和静电分选法。
用于洗煤生产的方法主要是重选、浮选等传统的选煤方法。
重选是利用煤与杂质密度不同进行机械分离的方法,又分为淘汰洗选和重介质洗选两类。
浮选主要用于处理粒径小于0.5mm的煤粉,利用煤与矸石、含硫矿物的性质不同进行分离。
高梯度磁分离法是利用煤与黄铁矿的磁性不同(黄铁矿是顺磁性物质,煤石反磁性物质),将黄铁矿分离除去,脱硫效率约为60%。
磁性选、油团聚分选等选煤技术。
2.4洁净燃烧技术,化学方法包括氧化脱硫法、选择性絮凝法和化学破碎法。
氧化脱硫法是将煤破碎后与硫酸铁溶液混合,在反应器中加热至100130,硫酸铁与黄铁矿反应生成硫酸亚铁和单质硫,同时通入氧气再将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。
2.4洁净燃烧技术,
(2)型煤固硫技术型煤是指使用外力将粉煤挤压成具有一定强度的固体型块。
粉煤成型方法大致可分为冷压成型和热压成型两大类。
2.4洁净燃烧技术,冷压成型指在常温或低温下将粉煤加工成型煤的技术。
无胶黏剂成型法有胶黏剂成型法热压成型将粉煤快速加热至塑性温度范围内,趁热压制成型。
2.4洁净燃烧技术,242低NOx生成燃烧技术
(1)强化混合型低NOx燃烧器,
(2)分割火焰型底NOx燃烧器,(3)部分烟气循环低NOx燃烧器,(4)二段燃烧低NOx燃烧器,2.5燃烧过程污染物排放量的计算,2.4.1烟气体积的计算
(1)理论烟气量(体积)理论烟气量是指在供给理论空气量(=1)的条件下,燃料完全燃烧时所产生的烟气量。
理论烟气体积等于干烟气的体积和水蒸气体积之和。
(2)烟气的体积和密度换算(3)实际烟气体积实际燃烧过程中空气是有剩余的,所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气体积之和。
2.5燃烧过程污染物排放量的计算,【例2-3】若已知排烟过程中测量的温度是150,气压是9.8104Pa,试计算燃烧含C:
87%,H:
12%,S:
1%的1Kg重油所生成的理论烟气量。
解:
计算1Kg重油燃烧生成物的量及理论需要氧气的量:
2.5燃烧过程污染物排放量的计算,计算理论空气中N2的量:
计算理论烟气量:
假设气体符合理想气体状态方程,则燃烧1kg重油所生成的理论烟气在标准状态下的体积为:
Vn=(386.7+132.8)22.410-3=11.64(m3)则理论烟气量为:
【例2-4】某一燃烧装置用重油作燃料,其燃用油成分如下:
C:
88.3%,H:
9.5%,S:
1.6%,H2O:
0.5%,灰份:
0.10%。
燃料中的硫全部转化为SO2和SO3(SO2占有97%)。
若空气过剩系数=1.2,试求燃烧1kg重油的实际烟气量。
若空气过剩系数=1.2,求烟气中SO2及SO3的浓度。
若空气过剩系数=1.2,计算此时干烟气中CO2的含量。
2.5燃烧过程污染物排放量的计算,解:
根据化学反应方程式:
C+O2=CO2,2H+1/2O2=H2O,S+O2=SO2则1kg重油中所含可燃组分的量及所需要的理论空气量列于下表:
2.5燃烧过程污染物排放量的计算,在空气中,O2占21%,因此燃烧1Kg重油所需要的理论空气量中N2的量为:
则理论烟气量为:
122.08+368=490.1(mol)在标准状态下的体积为:
490.122.410-3=10.98(m3)理论空气量为:
97.83+368=465.8(mol)在标准状态下的体积为:
465.822.410-3=10.43(m3)在空气过剩系数=1.2时,实际烟气量为:
10.98+10.430.2=13.07(m3),2.5燃烧过程污染物排放量的计算,烟气中SO2的体积为:
0.522.40.9710-3=1.0910-2(m3)烟气中SO3的体积为:
0.522.40.0310-3
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