①理论空气量
• 将完全燃烧1kg或1m3(标准状态)燃料理论所需的空气量 称为理论空气量，用符号Ao表示。
② 空气过剩系数（α）
• 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。 • 实际供给的空气量与理论空气量比值称为空气过剩系数
③ 空燃比（AF）
半无焰燃烧示意图
7.2 燃烧过程中主要污染物的形成机制
7.2. 1 硫氧化物的形成机制 硫氧化物是指SO2和SO3。当燃料中的可燃性硫进行燃烧时， 就生成了SO2。 元素硫燃烧 S + O2 = SO2 硫化物硫燃烧 SO2 + 1/2O2 = SO3 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 SO2 + 1/2O2 = SO3（1%～5%） 有机硫CH3CH2SCH2CH3→H2S + 2H2 + 2C + C2H4 H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O SO2 + 1/2O2 = SO3 一般主要生成SO2， SO3可忽略。
压球机
蜂窝煤机
② 流化床燃烧脱硫 Nhomakorabea

当气流速度达到使升力和煤粒的重力相当的临界速度时，煤 粒将开始浮动。 流化床燃烧脱硫具有炉内脱硝脱硫的优点，故普遍受到重视。 原理： 流化床燃烧是一低温燃烧过程。炉内存在局部还原气氛，热 型Nox基本上不产生，因而NOx生成量减少。 流化床燃烧脱硫常用的脱硫剂是石灰石或白云石。 石灰石粉碎至与煤同样的粒度（ 2mm 左右）与煤同时加入 炉内。在 1073— 1173K下燃烧，CaO为多孔，达固硫目的。
• 煤中的硫分有无机硫（硫铁矿和硫酸盐）和有机硫（硫 醇、硫醚等）两种形态。 • 分为低硫煤（<1.5%）、中硫煤（<1.5%～2.4%）、高 硫煤（<2.4%～4%）和富硫煤（>4%）。 （2 ）液体燃料 • 天然液体燃料主要指石油，加工→液体燃料汽油、煤油、 柴油和重油（石油直馏和裂化作用）等。 • 燃料乙醇是替代能源，解决玉米等陈化粮问题。 • 乙醇几乎完全燃烧，不产生对人体有害物质，降低汽车 尾气有害物排放。 • 水煤浆(70%煤、30%水及少量化学添加剂)。浆体燃料， 像油一样泵送、雾化、贮存和稳定燃烧. • 优点:燃烧效率高、减少环境污染等。
7.2. 2 氮氧化物的形成机制
大气中的NOx90%以上产生于燃烧过程。 （1）热力型NOx 热力型NOx是高温燃烧时N2和O2反应生成的NOx； 与燃烧温度、氧气的浓度及气体在高温区的停留时间有关。 燃烧温度低于1300℃时，只有少量NO生成，燃烧温度高 于1500 ℃时，NO的生成量显著增加。 N2 + O2 = 2NO 2NO + O2 = 2NO2 减少热力型NOx的生成量措施：降低燃烧温度，减少过量 空气，缩短气体在高温区停留的时间。
7.1.3 发热量与热损失
（1）发热量 • 单位质量燃料完全燃烧产生的热量，在燃烧前后状态相 同情况下(通常指298K和101325Pa)的热量变化值，称为 燃料的发热量，单位是kJ／kg，或KJ／m3。 （2）热损失 ①排烟热损失 • 排烟带走部分热量，一般锅炉排烟热损失为6%～12%。 • 减少措施：设置省煤器和空气预热器。一般工业锅炉排 烟温度取433～473K，大中型锅炉取383～453K。 ②不完全燃烧热损失 • 化学不完全燃烧热损失：烟气中残留的CO及少量的H2、 CH4等可燃气体。 • 机械不完全燃烧热损失：灰渣未燃尽的碳、漏煤和飞灰 带走的碳产生的热损失。
第七章 煤炭清洁燃烧技术
洁净燃烧技术 本章主要内容：



燃料的分类； 燃料的燃烧过程及影响因素：燃烧及产物、 完全燃烧的条件、发热量与热损失； 燃烧设备； 燃烧产生的污染物及机制； 清洁燃烧技术; 燃烧过程污染物排放量的计算。
7.1燃料的燃烧过程
（1）固体燃料 天然固体燃料：矿物燃料(煤)、生物质燃料(林木)。 煤的主要组成和元素：C、H、O、N、S及一些非可燃性矿 物如灰分和水分等。 碳是煤发热主要来源，32700kJ/kg碳。 煤含氢3% ～5%，结合氢和氧结合成稳定化合物不能燃烧 (如:H2O)，可燃氢与碳、硫结合成有机物。 灰分是煤中的碳酸盐、黏土及微量稀土元素。
7.1.2 影响燃烧过程的主要因素 • 影响燃烧过程的主要因素： ① 足够量的空气； ②足够高的的燃料温度； ③燃料与氧气在炉膛高温区停留足够的时间； ④ 燃料与氧气的充分混合。 • 在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧的四个因 素： • 空气与燃料之比、温度(temperature)、时间(time)和 湍流(torrent)，后三者通常称为燃烧过程的“三T”。
7.2. 3 颗粒污染物的形成机制 燃烧过程中产生的颗粒污染物主要是燃烧不完全形成的炭黑、 结构复杂的有机物、烟尘和飞灰等。 （1）燃煤粉尘的形成 煤在非常理想的燃烧条件下，可以完全燃烧，即挥发分和固定 炭都被氧化成二氧化碳，余下灰分。 燃烧条件不够理想，在高温时会发生热解作用，形成多环化合 物而产生黑烟。 随烟气一起排出的固体颗粒物一般都称为飞灰，包括未燃尽的 煤粒、燃尽后余下的灰粒及燃烧过程中形成的炭黑等。 （2）气、液燃料燃烧形成的碳粒子 气态燃料燃烧的颗粒污染物为积碳，液态燃料高温分解形成颗 粒污染物为结焦和煤胞。
• 指单位质量燃料燃烧所需要空气的质量。可由燃挠方程直 接求得。
（2）燃料的着火温度 • 只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。 • 着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温 度。见教材19页表2-3。 • 反应速度随温度升高而加快，T↑——t↓。 （3）燃烧的时间与空间因素 • 时间因素是指燃料在燃烧妒中停留时间的长短。 • 空间因素是指燃烧室的大小与形状。 （4）燃料与空气的混合 • 混合程度取决于空气湍流度。燃料不同，湍流作用不同。 • 对于蒸气相的燃烧，湍流可以加速液体燃料的蒸发；对于 固体燃料的燃烧，湍流有助于提高额粒表面反应氧气的传 质速度，使燃烧过程加速
7.1.4 固体燃料的燃烧过程和设备
• 固体燃料的燃烧主要指煤或焦炭的燃烧。煤的燃烧过程 概括起来至少有四个主要过程： • ①气相中的氧分子扩散到煤粒子的表面； • ②煤中挥发分的扩散； • ③进行化学反应； • ④反应产物转移到气流中。 • 煤的燃烧方式分为层燃、室燃和流态化燃烧。 • 燃烧设备大致可以分为炉排炉、煤粉炉、旋风燃烧炉和 流化床锅炉。 • 各种炉排炉采用层燃方式； • 煤粉妒和旋风燃烧炉则采用室燃方式； • 沸腾炉和循环流化床锅炉均属于流态化燃烧方式。
淘汰分选原理图
跳汰式洗煤机
入洗粒度≤30mm；筛板槽框宽18mm；跳汰面积：3.6m2； 水压：0.8-1公斤/平方厘米；用水量150吨/小时
处理煤泥设备和 压滤机配套使用 浓缩机，即可提 高洗煤机产量、 又解决了环保问 题。


新的脱硫方法————
浮选法：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：利用煤与黄铁矿的磁性不同(黄铁矿是顺 磁性物质，煤是反磁性物质)，将黄铁矿分离去除，脱硫效 率约60％。 化学氧化脱硫法：将煤破碎后与硫酸铁溶液混合，在反应器 中加热至120℃左右，硫酸铁与黄铁矿反应生成硫酸亚铁和S， 通人O2将硫酸亚铁氧化为硫酸铁。 微波辐射法 ：煤中黄铁矿的硫最容易吸收微波，有机硫次之， 煤基质基本不吸收微波。微波吸收后削弱化学键，用浸取液 洗涤煤中硫，可以去无机硫和有机硫，还没在工业上应用。

链条炉示意图

振动炉排炉示意图

抛煤机炉排炉示意图

圆柱形煤粉燃烧炉
旋风燃烧炉示意图
1.原煤仓；2.石灰石仓；3.二次风；4.一次风; 5.燃烧室; 6.旋风分离器; 7. 外置流化床热交换器; 8. 控制阀; 9.对流竖井; 10.除尘器; 11引风机.; 12. 汽轮发电机; 13.烟囱

(1)有焰燃烧 有焰燃烧是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，可见明显的火焰。 (2)无焰燃烧 指气体燃料和空气在进入燃烧室前就已混合均匀，又称混合燃烧。 (3)半无焰燃烧 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。 气体燃烧无一例外均为室燃烧； 不同类型燃烧装置差别：燃烧室结构、喷嘴结构、空气和燃料供给 装置、点火装置及安全装置等方面。



（２）燃中固硫技术 ①型煤固硫 型煤：使用外力将粉煤挤压制成具有一定强度且块度 均匀的固体型块。 型煤固硫：选用不同煤种、以无粘结剂法或以沥青等 粘结剂，用廉价的钙系固硫剂，经干馏成型或直接压 制成型。 美国型煤加石灰固硫率达87%，烟尘减少60%；日本 蒸汽机车用石灰使型煤固硫率达70%~80%，脱硫费用 仅为选煤的8%。 民用蜂窝煤和煤球加石灰固硫率可达50%以上，工业 锅炉型煤加石灰固硫意义重大。 固硫剂一般有石灰粉及碱性工业废渣（电石渣）。 成型设备多采用单螺杆挤压成型机和对辊成型机。
（1）燃料燃烧过程需要的空气量和空气过剩系数 • 燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量 的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧 化物。 • 完全燃烧（C和H完全转化）和不完全燃烧。
• 按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。
• 多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽； 不完全燃烧过程将产生黑烟、CO等。 • 若燃料中含S、N会生成SO2和NOx。 • 燃烧产生的污染物：硫氧化物、氮氧化物、一氧 化碳、烟尘、金属氧化物、碳氢化合物及多环有 机物。
7.3 煤脱硫技术和低NOx生成燃烧技术
燃煤脱硫技术可划分为： (1) 燃烧前脱硫 原煤在投入使用前，用物理、物理化学、化学及微生物等方 法，将煤中的硫份脱除掉。 炉前脱硫能除去灰分，减轻运输量，减轻锅炉的粘污和磨损， 减少灰渣处理量，还可回收部分硫。 煤的洗选技术、煤的转化。 (2) 燃烧中脱硫 在燃烧过程中，在炉内加入固硫剂，使煤中硫分转化为硫酸 盐，随炉渣排除。 型煤固硫及流化床燃烧脱硫。 (3) 燃烧后脱硫 烟气脱硫。