1、第二章 燃烧与大气污染 1.燃烧的性质基本概念 燃料是指在燃烧的过程中，能够放出热量，且在经济上能够取得效益的物质。 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 煤化时间最长，含碳量最高（高于 93） ，成焦性差,发热量大。 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。 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
2、量。 2.燃烧过程 影响燃烧过程的主要因素 燃烧过程及燃烧产物 完全燃烧：CO2、H2O 不完全燃烧： CO2、H2O & CO、黑烟及其他部分氧化产物 如果燃料中含有 S 和 N，则会生成 SO2 和 NO 空气中的部分 N 可能被氧化成 NO热力型 NOx 燃料完全燃烧的条件（3T） 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 温度条件（Temperature ）：达到燃料的着火温度 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 建立燃烧方程式的假定： 空气组成 20.9%O2 和
3、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 Cx Hy Sz Ow 燃烧方程为: 2 222CHSOO3.78N44 HSxyzwywywxzxzQ 空气过剩系数 实际空气量与理论空气量之比。 空燃比 单位质量燃料燃烧所需要的空气质量。 燃烧过程中硫氧化物的形成 H2SO4 浓度越高，酸露点越高，一般在 150左右。 烟气露点升高极易引起管道和空气净化设施的腐蚀 露点：酸雾点，SO3 与 H2O 形成 H2SO4 蒸气的温度 碳粒子的生成 火焰的结构
4、（续） 层流火焰：Re2200，强烈的湍流作用，但分子扩散仍然起作用。 第四章 大气污染物扩散模式（计算重要） 扩散的要素 风：平流输送为主，风大则湍流大 湍流：扩散比分子扩散快 105106 倍 湍流的基本概念 湍流大气的无规则运动 风速的脉动 风向的摆动 高斯扩散模式 重点 正态分布的基本概念： 0， 为常数，则 X 服从正态分布，记为 XN( ，2). 当 =0，=1 称为 X 服从标准正态分布，X 的密度函数为： 正态分布是具有两个参数 和 2的连续型随机变量的分布，第一参数 是服从正态分布的随机变量的均值，第二个参数 2 是此随机变量的方差，所以正态分布记作 N(，2 )。 服从正态
5、分布的随机变量的概率规律为取与 邻近的值的概率大 ， 而取离 越远的值的概率越小； 越小，分布越集中在 附近， 越大，分布越分散。 高斯模式的有关假定 坐标系 右手坐标，y 为横风向，z 为垂直向 四点假设 a污染物浓度在 y、z 风向上分布为正态分布 b全部高度风速均匀稳定 c源强是连续均匀稳定的 d扩散中污染物是守恒的（不考虑转化） 无界空间连续点源扩散模式 22(,)exp()2yzyzqxyzu 高架连续点源扩散模式 2(,0)exp()zyzqHcxHu地 面 轴 线 浓 度 模 式 ： 再 取 y=0代 入 上 式地 面 轴 线 浓 度 模 式 ： 再 取 代 入 上 式 22(,
6、0)exp()()yzyzqHcxyHu地 面 浓 度 模 式 ： 取 z 0代 入 上 式 ， 得地 面 浓 度 模 式 ： 取 代 入 上 式 ， 得2(,0)exp()zyzqcxuyz 上 式 ， x增 大 ， 则 、 增 大 ， 第 一 项 减 小 ， 第 二项 增 大 ， 必 然 在 某 x处 有 最 大 值地 面 最 大 浓 度 模 式 ：考 虑 地 面 轴 线 浓 度 模 式上 式 ， 增 大 ， 则 、 增 大 ， 第 一 项 减 小 ， 第 二项 增 大 ， 必 然 在 某 处 有 最 大 值上 式 ， 增 大 ， 则 、 增 大 ， 第 一 项 减 小 ， 第 二项 增
7、大 ， 必 然 在 某 处 有 最 大 值地 面 最 大 浓 度 模 式 ：考 虑 地 面 轴 线 浓 度 模 式 第五章 颗粒污染物控制技术基础（填空，例题） 粒径分布 粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例 粒数分布:每一间隔内的颗粒个数 粒数频率：第 i 个间隔中的颗粒个数 ni 与颗粒总数 ni 之比 粒数筛下累积频率：小于第 i 个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比 第二节 粉尘的物理性质 1 粉尘的密度 单位体积粉尘的质量，kg/m 3 或 g/cm3 粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙真密度 用堆积体积计算堆积密度 空隙率粉尘颗粒间和内部空隙的体积
8、与堆积总体积之比 222()()(,)()expyzyzz 实 际 浓 度实 际 浓 度 2 2 2 )( 2 1)( e 2 安息角与滑动角 安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角。 滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角。 安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标。 安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性 3 比表面积 单位体积粉尘所具有的表面积 4 含水率 粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分。 含水率水分质量与粉尘总质量之比。 含水率影
9、响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性。 吸湿现象。 平衡含水率。 5 润湿性 润湿性粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质。 润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及 尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。 粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降 润湿性是选择湿式除尘器的主要依据 6 荷电性和导电性 粉尘的荷电性 天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷。 荷电因素电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷电。 天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的 1
10、/10。 荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加，且与化学组成有关。 粉尘的导电性 导电机制： 高温（200oC 以上） ，粉尘本体内部的电子和离子 体积比电阻 低温（100oC 以下） ，粉尘表面吸附的水分或其他化学物质表面比电阻 中间温度，同时起作用 比电阻对电除尘器运行有很大影响 7 粘附性 粘附和自粘现象 粘附力克服附着现象所需要的力 粘附力：分子力（范德华力） 、毛细力、静电力（库仑力） 断裂强度表征粉尘自粘性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积 分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性 粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响粘附性 8 自燃性和爆炸性 粉尘的
11、自燃性 自燃 自然发热的原因氧化热、分解热、聚合热、发酵热 影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境 第四节 颗粒捕集的理论基础（计算） 对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离。 颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力 外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等 颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略。 流体阻力 流体阻力形状阻力摩擦阻力 阻力的方向和速度向量方向相反 颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动坎宁汉修正 第六章 除尘装置 (区别与优缺点 ) 第一节 机械除尘器 机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心
12、力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有： 重力沉降室 重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置 惯性除尘器 阻力导致的减速运动(P148 推导） 根据牛顿第二定律 若仅考虑 Stokes 区域 速度由 u0 减速到 u 所迁移的距离 若引入坎宁汉修正系数 C 停止距离 重力沉降(P150) 力平衡关系 Stokes 颗粒的重力沉降末端速度 （忽略浮力影响） 湍流过渡区 牛顿区 Stokes 直径 空气动力学直径 例题 5-5 旋风除尘器 第二节 电除尘器 一般除尘器对于 dp 1500K）下，有可观的 NO 生成，但 NO2 量仍然很小 传统低 NOx燃烧技术 4. 两段
13、燃烧技术 第一段：氧气不足，烟气温度低，NO x生成量很小 第二段：二次空气，CO、HC 完全燃烧，烟气温度低 先进的低 NOx燃烧技术 原理：低空气过剩系数运行技术分段燃烧技术 吸附剂需具备的特性： 内表面积大 具有选择性吸附作用 高机械强度、化学和热稳定性 吸附容量大 来源广泛，造价低廉 良好的再生性能 低 NOx燃烧技术原理 控制 NOx形成的因素 空气燃料比 燃烧区温度及其分布 后燃烧区的冷却程度 燃烧器形状 1. 炉膛内整体空气分级的低 NOx 直流燃烧器 炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴 类似于两段燃烧技术 先进的低 NOx 燃烧技术 2. 空气分级的低 NOx 旋流燃烧器
14、一次火焰区：富燃，含氮组分析出但难以转化 二次火焰区：燃尽 CO、HC 等 先进的低 NOx 燃烧技术 3. 空气/燃料分级的低 NOx 燃烧器 空气和燃料均分级送入炉膛 一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的 NOx 第十章 挥发性有机物污染控制 蒸汽压指的是在液体（或者固体）的表面存在着该物质的蒸汽，这些蒸汽对液体表面产生的压强就是该液体的蒸汽压。温 度越高，蒸气压越大 VOCs 控制技术可分为两类 防止泄漏为主的预防性措施 替换原材料 改变运行条件 更换设备等 末端治理为主的控制性措施 燃烧法：将有害气体、蒸气、液体或烟尘等通过燃烧转化为无害物质的过程，称为燃烧法净化。 吸收（洗涤）法：采用低挥发或不挥发性溶剂对 VOCs 进行吸收，再利用分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。 冷凝法 吸附法 生物法
