大气污染控制工程 教学课件 作者 董志权11.1-11.6.ppt

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1、第11章气态污染物的其他净化法11.1燃烧法11.1.1燃烧方法概述燃烧净化法是利用某些废气中污染物可以燃烧氧化的特性，将其燃烧转变为无害或易于进一步处理和回收物质的方法。该法的主要化学反应是燃烧氧化，少数是热分解。由于被处理的废气中污染物的浓度、流量及污染物的性质不同，燃烧的方式也有不同，可分为以下三种:2直接燃烧:直接燃烧是把可燃的有害气体当燃料来燃烧的方法，其燃烧温度一般在1100℃以上。热力燃烧:热力燃烧则是利用辅助燃料燃烧所发生的热量，把有害气体的温度提高到反应温度，使其发生氧化分解的方法，其温度一般在760～820℃左右。催化燃烧:为了节省辅助燃料，利用催化剂使有害气体在

2、更低温度（300～450℃）下氧化分解的方法称为催化燃烧。3热力燃烧和催化燃烧主要用于可燃组分浓度较低的废气，直接燃烧则只能用于可燃组分浓度较高的废气。本章仅介绍直接燃烧和热力燃烧，催化燃烧已在第十章中作了介绍。11.1.2燃烧基本原理火焰传播:火焰传播理论可分为热传播理论和自由基连锁反应理论两类。燃烧反应速度与着火温度4氧化反应速度是燃烧过程的关键。氧化反应速度是温度和反应物浓度的函数，通常可表示为着火温度是在某一条件下开始正常燃烧的最低温度，即在化学反应中产生的发热速率开始超过系统的热损失速率时的最低温度。某一条件下的着火温度高低，取决于过程中的能量平衡。令燃烧过程放热速率为Q1

3、，散热速率为Q2，则根据化学反应速度常数的阿累尼乌斯定律及传热原理可有5燃烧过程系统的温度取决于Q1及Q2的相对大小，但要保证稳定的燃烧过程，不至于在干扰下，着火点移动，发生熄火现象，必须Q1>Q2，即由上式看出：①活化能E较小的可燃物体系易于燃烧，具有较低的着火温度，如乙烷比甲烷更易着火；②利用催化剂降低燃烧反应的E值，可降低着火温度，提高燃烧反应速度，这就是应用广泛的催化燃烧法；③废气中可燃物浓度C过低时，不能着火或不易着火，必须添加高浓度辅助燃料，以提高Q1和T，这就是热力燃烧法；④减少散热面S或降低传热系数（如采用保温材料），有利于燃烧稳定进行，提高初始温度T0亦有利于着火温

4、度。63.爆炸浓度极限——一定浓度范围内的氧和可燃组分混合物在一个有限的空间内无控制的燃烧并迅速发展，会形成爆炸。爆炸极限浓度范围与燃烧极限浓度范围二者是相同的。它们都有上限和下限两个数值。空气中含可燃组分浓度低于爆炸下限时，由于发热量不足以达到着火温度，不能燃烧，更不会爆炸；空气中含可燃组分浓度高于爆炸上限时，由于氧气不足，也不能引起燃烧和爆炸。74.动力燃烧、扩散燃烧和混合燃烧可燃物与氧化剂间的燃烧反应，包括混合与反应两大步骤，根据这两步对于总燃烧过程影响程度的不同或可燃物与氧化剂混合方式不同，可将燃烧过程分为动力燃烧、扩散燃烧及混合燃烧三种。根据可燃气体与空气的流动状态，分为层

5、流燃烧与紊流燃烧。设燃烧过程所需全部时间τE等于可燃物与氧化剂接触时间τф和燃烧反应时间τx之和，即τE＝τф＋τx（11-6）若τф<<τx，τE≈τx，即燃烧过程主要取决于燃烧反应时间，称为“动力燃烧”。当τф>>τx时，燃烧为扩散燃烧。混合燃烧是介于动力燃烧和扩散燃烧之间的，这时燃烧速度既受化学动力学因素影响，也受流体力学因素的影响。811.1.3直接燃烧直接燃烧也称直接火焰燃烧。直接燃烧的设备，可以使用一般的炉、窑，也常采用火炬。火炬是一种敞开式的直接燃烧器，同时也是排放废气的烟筒，俗称火炬烟囱。911.1.4热力燃烧在热力燃烧中，被处理的废气不是直接燃烧的燃料，而是作为助燃

6、气体（当废气中氧含量较高时）或燃烧对象（废气含氧较低时）。热力燃烧主要依靠辅助燃料燃烧产生的热力，提高废气的温度，使废气中烃及其他污染物迅速氧化，转变为无害的二氧化碳和水蒸气。1、热力燃烧的“三T”条件：反应温度（Temperature）、停留时间（Time）、湍流（Turbulence）102.热力燃烧设备：热力燃烧炉由两部分构成，一是燃烧器，燃烧辅助燃料以产生高温燃气；二是燃烧室，高温燃气与冷废气在此充分混合以达到反应温度，并提供足够的停留时间。按照燃烧器不同形式，可将燃烧炉分为配焰燃烧器系统与离焰燃烧器系统。（1）配焰燃烧器系统（2）离焰燃烧器系统（3）利用锅炉燃烧室进行热力燃

7、烧11图11-3配焰燃烧器系统图11-4使用离焰燃烧器的燃烧炉123.热力燃烧设计计算燃烧炉内总停留时间及燃烧室体积可按下式估算例11-1有一废气，拟用天然气作辅助燃料，废气助燃，热力燃烧净化，使用50％过量的助燃废气，废气所含可燃组分热值忽略不计，其中含氧量与空气一样，有关物理参数可按空气计，反应温度为760℃，燃烧前废气温度为20℃，试估算每净化1000Nm3废气，需用天然气多少？助燃废气与旁通废气各占多少？13141511.1.5热能回收及安全（1）