第二章 燃烧与大气污染 OUTLINE
2.1 燃料的性质 2.2 燃料的燃烧过程 2.3 与燃烧相关的计算
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 燃烧过程中其他污染物的形成 燃料的分类 燃料的化学组成
燃料组成对燃烧的影响 煤
其他燃料
燃料组成的化学表达式 2.1 燃料的性质 按获天然燃得方法分 人工燃料 料 按物态分
木柴、固体燃料 煤、油 木炭、焦炭、煤粉等 页岩 液体燃料 汽油、煤 石油 油、柴油、 重油 高炉煤气、气体燃料 天然气 气、焦炉煤 发生炉煤气 燃料的分类 燃料的化学组成
典型的气体燃料的化学组成成分 Refinery gas：炼油气 Coke oven gas：焦炉煤气 blast furnace gas : 高炉煤气
典型的液体燃料的化学组成成分 典型的固体燃料的化学组成成分 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%。 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28780 kcal的热量。 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。 水分
其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102-105?C，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。 煤
煤是重要的固体燃料，是一种不均匀的有机燃料，主要是植物的部分分解和变质形成。 煤的可燃成分主要是碳、氢及少量氧、氮和硫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，因煤的种类和产地的不同而有很大差别。 煤的基本分类 褐煤
最低品位的煤，是由泥煤形成的初始煤化物，形成年代最短。呈黑色、褐色和泥土色，其结构类似木材。褐煤呈现出粘结状及带状，水分含量高，与高品位煤相比，其热值较低。 烟煤
形成年代较褐煤长，呈黑色，外形有可见条文，挥发分含量为20%-45%，碳含量为75%-90%。烟煤的成焦性较强，且含氧量低，水分和灰分含量一般不高，适宜于工业上的一般应用。在空气中，它比褐煤更能抵抗风化。 无烟煤
无烟煤是碳含量最高、煤化时间最长的煤。它具有明显的黑色光泽，机械强度高。碳的含量一般高于93%，无机物含量低于10%，因而着火困难，储存时稳定，不易自燃。无烟煤的成焦性极差。 煤的详细分类
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。 煤的成分分析 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。
将失去外部水分的煤样保持在375-380K下，约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。 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?C的环境中灼烧到重量不在变化时，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。 煤的元素分析 碳
碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。碳含量随煤化度的升高而增加。在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％；一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98％。个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～98％。
煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类矿物，如石灰岩和方解石等。 四望峰：广东的矿区 氢
煤中第二重要的组成元素。除有机氢外，在煤的矿物质中也含有少量的无机氢。它主要存在于矿物质的结晶水中，如高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、石膏(CaSO4·2H2O )等。
在煤的整个变质过程中，随着煤化度的加深，氢含量随碳含量的增加而降低。尤其在无烟煤阶段尤为明显。当碳含量由92%增至98％时，氢含量则由2.1%降到1%以下。 氧
煤中第三重要的组成元素。以有机和无机两种状态存在。有机氧如羧基(-COOH)，羟基(-OH)和甲氧基（-OCH3)等；无机氧主要存在于煤中水分、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物中等。
煤中有机氧随煤化度的加深而减少，甚至趋于消失。褐煤在干燥无灰基碳含量小于70％时，其氧含量可高达20％以上。烟煤碳含量在85％附近时，氧含量几乎都小于10％。当无烟煤碳含量在92％以上时，其氧含量都降至5%以下。 氮
煤中的氮含量比较少，约为0.5～3.0％。煤中有机氮化物被认为是比较稳定的杂环和复杂的非环结构的化合物。
动物脂肪、植物中的植物碱、叶绿素和其他组织，相当稳定，在煤化过程中不发生变化，成为煤中保留的氮化物。以蛋白质形态存在的氮，仅在泥炭和褐煤中发现，在烟煤很少，几乎没有发现。煤中氮含量随煤的变质程度的加深而减少。它与氢含量的关系是，随氢含量的增高而增大。 硫
煤中的硫是有害杂质，含硫量与煤化度的深浅没有明显的关系，无论是变质程度高的煤或变质程度低的煤，都存在着有机硫。 硫 无机硫
有机硫：R-SH、R-S-R、R-S-S-R、杂环硫化物等 硫化铁硫：黄铁矿、白铁矿等 元素硫
硫酸盐硫：石膏、绿矾等
碳和氢：通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定 氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定
硫：在氧化镁和无水碳酸钠混合物上加热，S SO42-，滴定 氧：通过计算求得。 各元素的分析方法
Oad=100-Cad-Had-Nad-St,ad-Wad-Aad
当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于2%时，则： Oad=100-Cad-Had-Nad-St,ad-Wad-Aad-（CO2）ad Oad：空气干燥煤样的氧含量，%；
St,ad：空气干燥煤样的全硫含量（GB214），%； Wad：空气干燥煤样的水分含量（GB212），%； Aad：空气干燥煤样的灰分含量（GB212），%；
(CO2)ad：空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳的含量（GB218），%。 煤的成分表示方法
收到基：
以包括全部水分和灰分的燃料作为100％的成分，即锅炉燃料的实际成分。
式中，ar表示收到基成分。Car、Har、Oar、Nar、Sar、Aar、War分别表示未干燥煤样中碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分的含量。 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。 式中，ad表示空气干燥基成分。Cad、Had、Oad、Nad、Sad、Aad、Wad分别表示空气干燥煤样中碳、氢、氧、氮、硫、灰分、水分的含量。 干燥基：
以去掉全部水分的燃料作为100％的成分。
式中，d表示干燥基成分。Cd、Hd、Od、Nd、Sd、Ad分别表示完全干燥煤样中碳、氢、氧、氮、硫、灰分的含量。 干燥无灰基：
以去掉全部水分和灰分的燃料作为100％的成分。
式中，daf表示干燥无灰基成分。Cdaf、Hdaf、Odaf、Ndaf、Sdaf分别表示干燥无灰煤样中碳、氢、氧、氮、硫的含量。
干燥无灰基元素分析 煤产War/Ad/Cdaf/Hdaf/Odaf/Ndaf/Sdaf/种地 ％ 内蒙扎贲诺辽宁褐平28.0煤庄 24.00 0 72.00 4.90 20.40 1.00 1.70 15.2尔 35.42 0 73.00 4.85 20.30 0.89 0.96 ％ % % % % %