控制燃料燃烧，环境保护的重要性

（一）影响燃烧的主要因素对于同一类燃料和燃烧设备而言，影响燃烧过程的主要因素有：燃烧过程提供的空气量；燃料的着火温度和炉膛温度；燃料与氧气在炉膛高温区停留的时间；燃料与空气的混合状况。通常把温度（Temperature）、时间（Time）和湍流（Torrent）称为“三T”因素。当这些燃烧条件都处于理想状态时，绝大多数燃料能够完全燃烧，燃烷的产物基本上是CO2和H2O。如果燃烧条件不满足的话，则导致不完全燃烧，这时将会产生大量的黑烟、一氧化碳和其他一些氧化物，从而对环境造成严重的污染。由于这几个因素既相互关联又相互制约，因此控制好上述四个因素对燃料的燃烧过程以及环境保护是相当重要的。

1.燃烧过程的空气量

很显然，燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。如果空气供应不足，燃烧就不完全。相反空气量过大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟损失。因此该燃烧不同阶段供给相适应的空气量是十分必要的。

2.温度条件

燃料只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度系在氧存在下可燃物质开始燃烧所必须达到的最低温度。各种燃料都具有自己特征的着火温度，按固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序上升。常见燃料的着火温度见表2.3。

表2.3　常见燃料的着火温度

3.时间因素

时间因素是指燃料在燃烧炉中停留时间的长短。一般来说，时间因素对气体、液体燃料的燃烧不会有太大的影响，因为它们的可燃物质是气体或极易挥发的成分，极易着火，加上这些燃料基本上没有水分。而固体燃料由于存在水分，在燃烧阶段需要干燥预热，燃烧过程是通过颗粒表面逐步达到内部，因此时间因素是极其重要的。在燃烧过程中必须采取适当的措施维持着火区有较高的温度，并使燃料在炉中有足够的停留时间、充足的空气等以保证固体燃料的燃烧完全。

4.燃料与空气的混合

燃料和空气充分混合也是燃料完全燃烧的基本条件。若混合不充分将导致局部区域氧气不足形成不完全燃烧产物。混合程度取决于空气的湍流度，燃料的种类不同，湍流的作用也不同。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，湍流有助于提高颗粒表而反应氧气的传质速度，使燃烧过程加速。

适当控制空气与燃料之比、温度、时间和湍流度这四个因素，是在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧所必需的，评价燃烧过程和燃烧设备时，必须认真考虑这些因素。

（二）燃烧产生的主要污染物

燃料的燃烧过程还伴随分解和其他的氧化、聚合等过程。燃烧烟气主要由悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃烧的燃料、氧化剂以及惰性气体等组成。燃烧可能释放出的污染物有硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物等。这些都是有害物质，如粉尘含有致癌的重金属；二氧化硫是主要的酸雨源；HO2具有强烈刺激作用，毒性比SO2、NO都强，体积分数达到10-4时，人就会中毒死亡；二氧化碳和氮氧化物引起温室效应。我国是富煤贫油的国家，因为煤发热量低，灰分高，获得同样的热量耗煤量较大，所以，尽管煤的含硫量可能比重油低，但产生的硫氧化物更多。煤的含氮量比重油高五倍，因此产生的氮氧化物也比重油高。此外，煤炭燃烧还带来汞、砷等微量重金属污染，氟、氯等卤素污染和低水平的放射性污染。

由于燃料的组成各异，燃烧条件不同，燃烧方式不一样，燃烧的产物也有差异。从图2.1可以看出，温度对各种燃烧产物的排放量都有影响。(www.xing528.com)

图2.1　温度对燃烧产物的影响

（三）热化学关系式

1.发热量

燃烧过程是放热反应，释放的能量（光和热）产生于化学键的重新排列。单位燃料完全燃烧时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同的情况下（298K，1atm）的热量变化，称为燃料的发热量，单位是kJ/kg（固体，液体燃料）或kJ/m3（气体燃料）。

燃料的发热量可分为高位发热量和低位发热量。高位发热量（QH）是指包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜能；低位发热量（QL）是指燃料产物中的水蒸气仍以气态存在时完全燃烧过程所释放的热量。一般燃烧设备中的排烟温度均远远超过水蒸气的凝结温度，因此，大都按低位发热量计算燃料发热量。

2.燃料设备的热损失

燃料燃烧产生的热量仅有部分被有效利用，即热量的利用率都小于100%。因为所有燃烧设备都存在热损失，即使最优的设计和最佳的操作也只能减小设备的热损失。燃烧设备的热损失包括排烟热损失、不完全燃烧热损失和炉体散热损失等。

排烟热损失是由于排烟带走一部分热量造成的热损失。排烟热损失的大小，主要取决于排烟温度的高低和排烟体积的大小。排烟温度高，排烟体积增大，排烟热损失升高。运行中采用较大的过剩空气系数及锅炉各处的漏风，都会使排烟体积增大。特别是炉膛下部的漏风，不仅使排烟体积增大，而且有可能使排烟温度升高。因此，在运行中，除供应合理的空气量外，应尽可能消除或减小漏风。

不完全燃烧热损失是指化学不完全燃烧和机械不完全燃烧造成的热损失。化学不完全燃烧热损失指的是排烟系统中未完全燃烧的可燃气体（如氢气、一氧化碳、甲烷等）所带走的热量。其主要影响因素有燃料的挥发分、空气过剩系数、燃烧器设计、炉膛温度、炉内空气动力工况等。机械不完全燃烧热损失指的是飞灰、落灰、灰渣、溢流灰和冷灰中未燃尽的可燃物所造成的热损失。其主要影响因素有燃料性质、燃烧器设计、炉膛温度、炉膛设计等。

散热损失是指锅炉运行时，由于炉墙、钢架、管道和某些部件的温度总是高于周围空气温度，有部分热量散失到空气中造成的热量损失。散热损失降低锅炉的热效率，使锅炉房温度升高。

燃烧热损失与空燃比的关系如图2.2所示。

图2.2　燃烧热损失与空燃比的关系