空气质量管理基础培训课程

CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京空气质量管理基础培训课程模块4：燃烧过程大气污染物的产生及其控制主办方：CAI-Asia中心和CAI-Asia中国项目资助方：亚洲开发银行和能源基金会北京北京,,““市长之家市长之家””宾馆宾馆20072007年年1010月月3131日日--1111月月22日日4-1人均年耗能情况：美国＞10tce;日本≈5tce韩国≈4tce；中国≈1.7tce(2005)能源结构和利用效率：1）过度依赖煤炭（70%）2）单位GDP耗能是美国3部，日本6倍1）人均能耗、能源结构及利用效率是一个国家发展水平的标志问题的提出CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京4-2大气污染：80%的SO2、烟尘绝大部分CO2气体是由能源利用造成的；排放因子高（2003年电厂SO2排放：中国6g/kwh;日本0.22g/kwh)生态破坏：煤炭开采造成资源、生态破坏2）不合理的能源利用会引发严重的环境问题问题的提出4-3“十一五”目标：中国“十一五”规划纲要提出2006~2010年期间单位GDP能耗降低20％左右、主要污染物(SO2、COD)排放总量减少10％。3）节能减排是主要任务之一问题的提出CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京4-44）节能减排任重道远2006年节能减排情况目标：单位国内生产总值能耗降低４%左右、主要污染物排放总量减少２％的目标。实际情况：单位ＧＤＰ能耗仅下降1.2%，而化学需氧量和二氧化硫排放量仍在增长。国家发展发改委07年采取八项措施强化节能减排1）加大结构调整力度。继续严把土地、信贷“两个闸门”和市场准入门槛，把好新上项目准入关。2）推动技术进步。组织实施一批节能降耗和污染减排行业共性、关键技术开发和产业化示范项目，加大推广力度。3）加强节能降耗管理。督促各地制定阶段性节能目标，出台《节能目标责任和评价考核实施方案》，建立“目标明确，责任清晰，措施到位，一级抓一级，一级考核一级”的节能目标责任和评价考核制度。问题的提出4-54）推进循环经济发展，全面推行清洁生产，对节能减排目标未完成的企业，加大实行清洁生产审核的力度，限期实施清洁生产改造方案。5）强化污染防治。增加安排国债资金和中央预算内资金支持城镇生活污水、垃圾处理及危险废物处理设施建设。继续加大重点流域、重点行业以及农村面源污染治理力度。6）健全法规和标准。配合全国人大抓紧出台《节约能源法》（修订）和《循环经济法》，出台高耗能产品能耗限额强制性国家标准，制（修）订节能设计规范、节能基础及方法标准及终端用能产品（设备）能效标准。7）完善配套政策。扩大实施高耗能、高污染行业差别电价和水价政策。推进城镇供热价格改革，实行按用热量计量收费。落实电厂脱硫上网电价政策8）强化节能宣传。将发展循环经济、建设节约型社会宣传纳入今年“科学发展，共建和谐”重大主题宣传活动。组织开展全国节能宣传周活动和节能科普宣传活动，实施节能宣传教育基地试点，组织《节约能源法》和《循环经济法》宣传和培训工作，开展节能表彰和奖励活动。问题的提出CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京4-6•4.1概述（能源类型、燃料性质）•4.2影响燃烧过程的主要因素•4.3燃烧所需空气量和产生烟气量的计算•4.4燃烧过程SO2的形成与控制•4.5燃烧过程NOx的形成与控制•4.6燃烧过程其他污染物的形成与控制•4.7案例与讨论：18个城市工业锅炉污染控制措施评价•4.8测试燃烧过程大气污染物的产生及其控制4-7按载体形式分类：)一类是比较集中且较易转化的含能物质，称含能体燃料(燃料能源)，如煤炭（固体燃料）、石油（液体能料），天然气、沼气、氢（气体燃料）等;)另一类是可以利用的能量过程，称过程性能源(非燃料能源)，如太阳辐射、风力、潮汐等。按能源利用的历史状况分类：)常规能源：已经得到大规模利用、技术较成熟的能源;)新能源：尚处于研究开发阶段、或仅有少量利用的能源4.1概述——能源类型定义:能源是能够提供可利用能量的物质资源CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京4-8按利用方式分类：一次能源：自然界天然存在的、未经加工和转化的能源;二次能源：由一次能源经加工、转化而成的能源产品。按能源与环境的关系分类：清洁能源；非清洁能源。按可再生性分类：可再生能源：如水能、生物质能、风能、地热能、潮汐能不可再生能源：如煤炭、石油、天然气等。对于各能源形式，还可继续细分。以“煤”为例褐煤：煤化时间短，水分高、品位低、热值低；烟煤：介于褐煤与无烟煤之间；结焦性好无烟煤：煤化时间长，碳含量高，热值高。概述——能源类型4-9概述——燃料性质1）煤的组成和性质煤的组成煤的组成收到基（收到基（arar）：）：包括全部灰分和水分的煤包括全部灰分和水分的煤空气干燥基（空气干燥基（airdryairdry）：）：去掉外部水分的煤去掉外部水分的煤干燥基（干燥基（drydry）：）：去掉全部水分的煤去掉全部水分的煤干燥无灰基（干燥无灰基（dryandashdryandash--freefree）：）：去掉全部水分和灰分的煤去掉全部水分和灰分的煤CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京4-10概述——燃料性质36.59%Var挥发分2.3%St,ad全硫0.85%Nad氮8.86%Oad氧4.08%Had氢70.11%Cad碳元素分析28.32MJ/kgQgr.ad空气干燥基高位发热量26.01MJ/kgQnet,ar收到基低位发热量28.59MJ/kgQb,ad弹筒发热量8.41%Aar灰分4.74%Mad空气干燥水分(外部水分）9.10%Mt全水分工业分析原煤单位符号项目煤的工业分析和元素分析表4-11概述——燃料性质水分：水分：一定重量一定重量13mm13mm以下粒度的煤样，在以下粒度的煤样，在4545～～5050℃℃下干燥下干燥8h8h，，取出冷却，失取出冷却，失重重⇒⇒外部水分；将失去外部水分的煤样保持在外部水分；将失去外部水分的煤样保持在102102～～107107℃℃下，约下，约2h2h后，后，失重失重⇒⇒内部水分。内部水分。（水分越高，热值越低）（水分越高，热值越低）挥发分：挥发分：失去水分的试样密封在坩埚内，放在失去水分的试样密封在坩埚内，放在927927℃℃的马弗炉中加热的马弗炉中加热7min7min，，放放入干燥箱中冷却至常温再称重。入干燥箱中冷却至常温再称重。（挥发分越高，火焰越长）（挥发分越高，火焰越长）固定碳固定碳::失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在800800±±2020°°CC的环境中灼烧的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却，所失去的重量为固定碳。到重量不再变化时，取出冷却，所失去的重量为固定碳。灰分：灰分：扣除水分、挥发分和固定碳后剩余的部分为灰分扣除水分、挥发分和固定碳后剩余的部分为灰分（灰分越多，热值越（灰分越多，热值越低，灰渣越多）低，灰渣越多）煤的工业分析表征煤化程度CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京4-12煤的元素分析表征煤的化学构成（不含外部水分）碳和氢：碳和氢：通过燃烧后分析尾气中通过燃烧后分析尾气中COCO22和和HH22OO的生成量测定的生成量测定氮：氮：在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定分析。分析。硫：硫：与氧化镁和无水碳酸钠混合物反应，滴定分析。与氧化镁和无水碳酸钠混合物反应，滴定分析。概述——燃料性质4-13煤的热值（发热量）（1）定义：单位燃料完全燃烧时产生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物状态相同情况下的热量变化。kJ/kg，kJ/m3。（2）弹筒发热量Qb：用氧弹式量热计（专用量热仪器）测得的热量氧弹式量热计测定煤发热量的方法：将约1g煤样置于氧弹中，氧弹内充满2.6~3MPa的氧气，点火燃烧后，使燃烧产物冷却至煤的原始温度（约20~25℃），在此条件下单位质量的煤所放出的热量即为弹筒发热量。C+O2DCO2；H+O2DH2O（L）；S+O2DSO3DSO3+H2ODH2SO4+Q（实际燃烧不发生此反应）；N+O2DNOxDNOx+H2ODHNO3+Q（实际燃烧不发生此反应）概述——燃料性质CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京4-14（3）高位发热量：氧弹发热量减去硫和氮生成酸的放热量。（4）低位发热量：指燃烧产物中水分以气态（水蒸汽）存在对应的发热量=高位发热量-生成水的汽化潜热（水蒸汽的液化放热）（水蒸汽的汽化潜热=2500kJ/kg）。概述——燃料性质LHHWHW2500(9),qq=−+式中:为燃料中氢和水分的质量百分数LHHW2500(9)=28000-2500(90.01+0.08)=27575kJ/kgqqWW=−+×例:某固体燃料含水8%，氢1%，高位发热为28MJ/kg，求它的低位发热量？解：4-152）典型燃料的性能比较概述——燃料性质热值MJ/m3组成（V%）气体燃料CO2N2H2SH2CO其它HCC3H8C2H6CH435.23.00.00620.0002--0.1370.90795.95天然气21.51.83.453.06.335.3焦炉煤气热值MJ/kg组成（wt%)灰分液体燃料SONHC比重46.40.10.10.113.286.5微量0.825煤油43.420.40.311.785.60.050.953燃油21.0040.50.16.352.30.835.982.017.2木材SONHC灰分水分挥发分碳27.80.61.80.61.876.113.75.43.877.1无烟煤31.30.72.01.14.580.76.23.320.570.0烟煤1357.63.23.326.2高炉煤气热值MJ/kg元素分析工业分析固体燃料CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京4-16概述——燃料性质3）标准煤的概念1）1kg标准煤（1kgce)的发热量为7000kcal或29.26MJ。2）常见能源的发热量焦炭：25.12-29.308MJ/kg天然气:37.59MJ/m3汽油：44MJ/kg普通煤：~26MJ/kg电:3.6MJ/kwh1000(wh)×3600(s/h)=3.6×106J⇒3.6MJ⇒0.123kgce实际发1度电约耗煤404gce⇒发热量为11.82MJ，故煤发电的能量转化效率约为30.4%；国际先进水平发1度电耗煤317gce，转化效率已达39%。节煤空间：约30%4-174.2影响燃烧过程的因素•持续燃烧的基本条件燃料与助燃空气之比在燃烧极限浓度范围（煤气与空气混合燃烧：0.053%－0.32%）•维持理想燃烧需要合适的燃料与空气之比空气不足：燃料不能充分燃烧，增加化学不完全燃烧热损失。化学不完全燃烧热损失：由于烟气中含有残余的可燃气体（CO、H2、CH4等）造成的损失空气过量：增加排烟热损失（加热多余空气，降低炉温）排烟热损失：由于排烟带走热量造成的损失，取决于排烟温度和排烟体积。1）空气量（燃料与空气的比例）CAI-Asia中国项目AQM培训2007.10.31-11.02,北京4-18影响燃烧过程的因素【燃烧效率】（锅炉效率：燃料不完全燃烧、放出不能全部利用）1100%QQη=×燃燃烧效率是指燃料燃烧后传递给工质的热量占完全燃烧放出热量的百分率。设燃料经过完全燃烧所能够放出的热量是Q，传递给工质的热量是Q1。【热效率】（蒸汽轮机：部分蒸汽（工质）的内能不能利用）121100%QQQη−=×热工质从发热器吸收到的热量Q1，在做功时并不能全部转变为机械能，其中总是有一部分热量Q2要被废工质带出热机的工作部分。所以转变成机械功的净热量是Q1—Q2。机械不完全燃烧热损失：由于灰中含