【正文】 采用化學(xué)方法脫硫。c. 石油：石油是液體燃料的主要來源。原油是天然存在的易流動(dòng)液體?！? 主要含C、H少量的S、NO2，此外，含有微量金屬（釩、鎳）、砷、鉛、氯等，10ppm左右。原油中的硫大部分以有機(jī)硫形式存在，形成非碳?xì)浠衔锏木薮蠓肿訄F(tuán)，其含硫量變化范圍較大，—7%。原油通過蒸餾、裂化和重態(tài)過程生產(chǎn)出各種產(chǎn)品。原油中的S約有80—90%留于重硫分中。硫以復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在，而需去除的僅是硫原子，故不能用物理方法分離硫化物。采用高壓下的催化加氫破壞C—S—C鍵形成H2S氣體，可達(dá)目的，但費(fèi)用很高。三、天然氣 一般組成CH485%,乙烷10%，丙烷3%，此外還有H2O、CONHe、H2S等。167。22 燃料燃燒過程一、 影響燃燒過程的主要因素1．燃燒過程及燃燒產(chǎn)物燃燒是可燃混合物的快速氧化過程，并伴有能量的釋放，同時(shí)使燃料的組成元素轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的氧化物。多數(shù)化石燃料完全燃燒的產(chǎn)物是CO水蒸汽；不完全燃燒過程將產(chǎn)生黑煙、CO和其它部分氧化產(chǎn)物等。若燃料中含S、N會(huì)生成SO2和NOx，燃燒溫度較高時(shí)，空氣中的部分氮會(huì)被氧化成NOx。Fuel NOx(燃料型NOx)——燃料中的N)NOx的生成量 Thermal NOx(熱型NOx)——高溫時(shí)空氣中2．燃料完全燃燒的條件燃料完全燃燒的條件是適量的空氣、足夠的溫度、必要的燃燒時(shí)間、燃料與空氣的充分混合。（1） 空氣條件：按燃燒不同階段供給相適應(yīng)的空氣量。（2） 溫度條件：只有達(dá)到著火溫度，才能與氧化合而燃燒。著火溫度：在氧存在下可燃質(zhì)開始燃燒必須達(dá)到的最低溫度。各種燃燒的著火溫度見表23 。P348.（3） 時(shí)間條件：燃料在燃燒室中的停留時(shí)間是影響燃燒完全程度的另一基本因素。燃料在高溫區(qū)的停留時(shí)間應(yīng)超過燃料燃燒所需時(shí)間。（4） 燃燒與空氣的混合條件：燃料與空氣中氧的充分混合是有效燃燒的基本條件。在大氣污染物排放量最低條件實(shí)現(xiàn)有效燃燒的四個(gè)因素：空氣與燃料之比、溫度、時(shí)間、湍流度。(三T) 3．發(fā)熱量及熱損失① 發(fā)熱量單位量燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量。即反應(yīng)物開始狀態(tài)和反應(yīng)物終了狀態(tài)相同情況下（常溫298K,101325Pa）的熱量變化值，稱為燃料的發(fā)熱量，單位是KJ/Kg。（固體）KJ/m3(氣體)。發(fā)熱量有高位、低位之分。高位：包括燃料燃燒生成物中水蒸汽的汽化潛熱，Qh低位：指燃料燃燒生成物中水蒸汽仍以氣態(tài)存在時(shí)，完全燃燒釋放的熱量?？捎醚鯊検搅繜嵊?jì)測(cè)定，也可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。根據(jù)煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)計(jì)算。煤的發(fā)熱量 注意：煤中H有兩種形態(tài)①可燃?xì)?參根據(jù)燃料的關(guān) 加燃燒)、自由氫。②結(jié)合氫（與O2）系分析數(shù)據(jù)計(jì)算 自由氫與C、S結(jié)合 需應(yīng)用基來表明組成 注：干燥基（上標(biāo)d） 可燃基（上標(biāo)b）應(yīng)用基（上標(biāo)a）設(shè)省煤器、空氣預(yù)熱器可降溫，供應(yīng)防止溫度過低而受酸蝕。一般工業(yè)鍋爐160—200℃；大中工業(yè)鍋爐120—180℃。② 熱損失。 排煙熱損失：熱損失為6—12%： 不完全燃燒熱損失：化學(xué)不完全燃燒、機(jī)械不完全燃燒。 散熱損失：由設(shè)備管道溫度高于周圍空氣溫度造成熱損失。４． 燃燒產(chǎn)生的污染物硫的SOx：隨溫度變化不大，主要是煤中S。粉塵：隨溫度的增高、不變、降低而變化。CO及HC化合物煙：隨溫度的增高、不變、降低而變化。NOx：隨溫度的增高、不變、降低而變化。二、 燃料燃燒的理論空氣量1．理論空氣量（） 所需要的氧一般從空氣中獲得。單位量燃料按燃燒反應(yīng)方程式完全燃燒所需的空氣量稱為理論空氣量。理論空氣量（1）可由燃燒反應(yīng)方程式獲得 （2）經(jīng)驗(yàn)公式（由熱值） 固體燃料 液體燃料 氣體燃料 建立燃燒化學(xué)方程式時(shí)，假定：１） 空氣僅由N2和O2組成，氣體積比為79/21=；２） 燃料中的固態(tài)氧可用于燃燒；３） 燃料中的硫被氧化成SO2；４） 計(jì)算理論空氣量時(shí)忽略NOX的生成量；５） 燃料的化學(xué)時(shí)為CxHySzOw，其中下標(biāo)x、y、z、w分別代表C、H、S、O的原子數(shù)。完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式：Q代表燃燒熱理論空氣量： ~ 褐煤一般煤的理論空氣量 ~ 無煙煤 9~10 煙煤液體燃料（燃料油）的 煤爐：~ 干： ~煤氣 液化氣： 天然氣 高爐： ~ 濕： ~2．空氣過剩系數(shù)a世紀(jì)空氣量Va與理論空氣量Va0之比為空氣過剩系數(shù)a 通常a13．空燃比（AF）定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量燃料燃燒所需的空氣質(zhì)量，它可由燃燒方程直接求得。4．（理論，~）。例：某燃燒裝置采用重油作燃料，重油成分分析結(jié)果如下（按質(zhì)量）C：%，H：%,S：%，灰分：%。試確定燃燒1kg重油所需的理論空氣量。解：以1kg重油燃燒為基礎(chǔ)，則：重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧量（mol）C88373．5873．58H9547．523．75S160．50．5H2O0．50．02780理論需氧量為： ++= mol/kg重油(體積比)則，理論空氣量為： mol/kg重油即 Nm3/kg重油115第 頁第 4 次課 2 學(xué)時(shí)上次課復(fù)習(xí)：提問：，主要內(nèi)容包括：燃料的種類（煤、石油、天然氣以及非常規(guī)燃料）和性質(zhì)？2. 燃料完全燃燒過程的條件？本次課題（或教材章節(jié)題目）：第二章 燃燒與大氣污染 167。23燃燒污染物的形成與控制教學(xué)要求：掌握燃燒過程煙氣量及污染物排放量的計(jì)算，以及燃燒過程中Sox、顆粒污染物、一氧化碳、汞的形成機(jī)理。重 點(diǎn)：燃燒過程煙氣量及污染物排放量的計(jì)算，以及燃燒過程中Sox、顆粒污染物的形成機(jī)理。難 點(diǎn)：燃燒過程煙氣量及污染物排放量的計(jì)算教學(xué)手段及教具：多媒體講授內(nèi)容及時(shí)間分配： 2學(xué)時(shí)167。23燃燒污染物的形成與控制課后作業(yè)P62 參考資料注：本頁為每次課教案首頁167。23煙氣體積及污染物排放量計(jì)算一． 煙氣體積計(jì)算１． 理論煙氣體積在理論空氣量下，燃料完全燃燒所生成的煙氣體積稱為理論煙氣體積以Vfg0表示，煙氣成分主要是COSON2和水蒸氣。干煙氣：除水蒸氣以外的成分稱為干煙氣；濕煙氣：包括水蒸氣在內(nèi)的煙氣。Vfg0=V干煙氣+V水蒸氣V理水蒸氣=V燃料中氫燃燒后的水蒸氣+V燃料中所給+V理論空氣量帶入的2．實(shí)際煙氣體積 Vfg0 Vfg = Vfg0 + (a1)Va0燃燒產(chǎn)生的煙氣其T、P總高于標(biāo)態(tài)（273K、1atm）故需換算成標(biāo)態(tài)。大多數(shù)煙氣可視為理氣，故可應(yīng)用理氣方程。設(shè)觀測(cè)狀態(tài)下：（Ts、Ps下）煙氣的體積為Vs，密度為ρs。標(biāo)態(tài)下： （TN、PN下） 煙氣的體積為VN，密度為ρN。標(biāo)態(tài)下體積為：標(biāo)態(tài)下密度為：應(yīng)指出，美國、日本和國際全球監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是298K、1atm在作數(shù)據(jù)比較時(shí)應(yīng)注意。５． 過?？諝廨^正因?yàn)閷?shí)際燃燒過程是有過剩空氣的，所以燃燒過程中的實(shí)際煙氣體積應(yīng)為理論煙氣體積與過?？諝饬恐?。用奧氏煙氣分析儀測(cè)定煙氣中的COO2和CO的含量，可以確定燃燒設(shè)備在運(yùn)行中煙氣成分和空氣過剩系數(shù)。空氣過剩系數(shù)為 a=m過?？諝庵蠴2的過剩系數(shù)設(shè)燃燒是完全燃燒，過?？諝庵械难踔灰設(shè)2形式存在，燃燒產(chǎn)物用下標(biāo)P表示，假設(shè)空氣只有ON2分別為21%、79%，則空氣中總氧量為 理論需氧量： —O2P 所以 若燃燒完全 若燃燒不完全產(chǎn)生CO須校正，即從測(cè)得的過剩氧中減CO氧化為CO2所需的O2 各組分的量均為奧氏分析儀所測(cè)得的百分?jǐn)?shù)。6. 標(biāo)況下煙氣量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)式：P36 ~。二． 污染物排放量的計(jì)算例2對(duì)例1給定的重油，若燃料中硫會(huì)轉(zhuǎn)化為SOX（其中SO2占97%），試計(jì)算空氣過剩系數(shù)a=，以ppm表示，并計(jì)算此時(shí)煙氣中CO2的含量，以體積百分比表示。解：由例1可知，理論空氣量條件下煙氣組成（mol）為：CO2： H2O：+SOX： NX： 理論煙氣量：++(+)+()=即 =空氣過剩系數(shù)a=，實(shí)際煙氣量為： ，即1Kg重油完全燃燒所需理論空氣量。煙氣中SO2的體積為 煙氣中SO3的體積為 所以，煙氣中SOSO3的濃度分別為： 當(dāng)α=，干煙氣量為： CO2體積為：所以干煙氣中CO2的含量以體積計(jì)為： 例3：已知某電廠煙氣溫度為473K，,濕煙氣量Q=10400m3/min,%（體積），奧薩特儀分析結(jié)果是：%，%，不含CO。（1） 污染物排放的質(zhì)量速率（以t/d表示）（2） 污染物在煙氣中濃度（3） 煙氣中空氣過剩系數(shù)校正至空氣過剩系數(shù)α=。解：（1）污染物排放的質(zhì)量流量為： （2）測(cè)定條件下的干空氣量為： 測(cè)定狀態(tài)下干煙氣中污染物的濃度： 標(biāo)態(tài)下的濃度： （3）空氣過剩系數(shù)： （4）校正至α=：167。24 燃燒過程SOx的形成及控制一、 燃料中硫的氧化機(jī)理燃料中的硫在燃燒過程中與氧反應(yīng)，主要產(chǎn)物是SO2和SO3，但SO3的濃度相當(dāng)?shù)停仁乖谪毴剂蠣顟B(tài)下，生成的SO3也只占SO2生成量的百分之幾。在富燃料狀態(tài)下，除SO2外，還有一些其它S的氧化物，如SO及其二聚物（SO）2，所以僅在各種氧化反應(yīng)中以中間體形式出現(xiàn)。燃燒時(shí)： 故一般主要生成SO2,計(jì)算時(shí)可忽略SO3。二、 SOx的控制初步估算：全球從燃燒系統(tǒng)排入大氣的硫化物總量約93106 t/a，其中70%從燃用化石燃料的發(fā)電廠排出。進(jìn)入大氣中SOX轉(zhuǎn)化成MeSO4，硫酸煙霧等污染環(huán)境必須加以控制?？刂频霓k法有：低硫燃料、燃料脫硫、燃燒過程中脫硫或煙氣脫硫等。１． 燃料脫硫１） 煤炭的固態(tài)加工國外要求用于發(fā)電、冶金、動(dòng)力的煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是：煉焦煤：硫分1%，灰分6~8%；動(dòng)力煤：~1%，灰分15~20%；故原煤必經(jīng)分選以除去煤中的礦物質(zhì)。目前選煤工藝普遍應(yīng)用的是重力分選法（可降低40~90%的S）,此法對(duì)有機(jī)硫含量較大或精煉還不能達(dá)到環(huán)保條例的要求。正在研究的新脫硫法有：浮選法、氧化脫硫法、化學(xué)浸出法、化學(xué)破碎法、細(xì)菌脫硫法、微波脫硫法、磁力脫硫及溶劑精煉等工業(yè)上應(yīng)用的很少。型煤固硫是控制SO2的一條經(jīng)濟(jì)有效途徑。美國型煤，（加石灰）固硫率達(dá)87%，煙塵減少 2/3；日本 蒸汽機(jī)車用石灰固硫率達(dá)70~80%，脫硫費(fèi)用僅為選煤的8%；我國 已投產(chǎn)的型煤工藝十大類，民用蜂窩煤固硫率50%，唐山、河北石家莊、承德、北京礦冶研究生院、工業(yè)型煤。２） 煤炭的轉(zhuǎn)化煤炭的轉(zhuǎn)化主要是氣化、液化。即對(duì)煤進(jìn)行脫硫或加氫改變其原有的碳?xì)浔?、使煤轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵉亩稳剂?。a)煤的氣化煤的氣化技術(shù)發(fā)展很快：“第一代”干式排灰的魯奈加壓氣化（已商業(yè)化）和科柏斯托切克氣化；“第二代”液態(tài)排渣氣化、 Hygas氣化、Cogas氣化等未商業(yè)化；“第三代”處于實(shí)驗(yàn)階段的煤催化氣化。氣化后的叫煤氣：煤氣主要是HCO、CH4等煤中硫的H2S形式存在，我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)20mg/m3，生產(chǎn)出煤氣中H2S含量幾百到幾千mg/m3。需去除：方法有干法、濕式法。干法的氧化鐵系為代表。a) 煤的液化 直接液化 SRCⅡ法煤的液化分兩類 間接液化 魯奈氣化弗托合成法煤的液化時(shí)耗水量很大，排水含高濃度COD，要求大規(guī)模水處理設(shè)施。（3）重油脫硫重油脫硫常用的方法：在鉬、鈷和鎳等的金屬氧化物催化劑作用下，通過高壓加氫反應(yīng)，加斷碳與硫的化合鍵，以氫置換出碳，同時(shí)氫與硫作用形成H2S，從重油中分離出來。重油脫硫的困難；要徹底加工燃料，破壞了原來的組織，并產(chǎn)生新的產(chǎn)物：固、液、氣態(tài)物。2．流化床燃燒脫硫流化床燃燒脫硫具有爐內(nèi)脫銷脫硫的優(yōu)點(diǎn)，故普遍受到重視。原理：流化床燃燒是一低溫燃燒過程。爐內(nèi)存在局部還原氣氛，熱型NOx基本上不產(chǎn)生，因而NOx的生成量減少。流化床燃燒脫硫常用的脫硫劑是石灰石或白云石。石灰石粉碎至與煤同樣的粒度（dp2mm左右）與煤同時(shí)加入爐內(nèi)。在1073—1173K下燃燒：（CaO為多孔）達(dá)固硫目的。影響脫硫效率的因素有：沸騰床溫度、流化速度、脫硫劑用量等。脫硫劑用量以Ca/S比表示。脫硫率與β和硫化速度的關(guān)系：當(dāng)硫化速率一定時(shí)，η隨Ca/S 的增大而增大；當(dāng)Ca/S比一定時(shí)，η隨流