3,燃煤污染物及生成机理
3.1 粉尘与烟雾
3.2 硫化物
3.3 氮氧化物
3.4 CO2
3.5 有机污染物
3.6 痕量元素
3.1 粉尘与烟雾
3.1.1微粒粉尘
3.1.3 烟雾
3.1.2煤粉在燃烧过程中的演化和飞灰
的形成
思考问题
1,什么是微粒、气溶胶、尘、烟、雾、
碳黑？
2,燃煤飞灰的形成机理？
3,光化学烟雾的形成过程？
4,煤燃烧过程中矿物质的转化过程？
3.1 粉尘与烟雾
3.1.1微粒粉尘
微粒 是指弥散在空气中的液态或固态物质,其粒度在分子级 (直
径约 0.0002um)和 500um之间，具体包括气溶胶、烟、尘、雾和碳黑
等。
气溶胶 是悬浮于空气中的固液微粒，其直径一般小于 1um；
尘 是大于 10um的固体微粒迅速沉降而成的,10um微粒的沉降速
度约为 20mm／ min；
烟 是小于 1um的固体颗粒；
雾 是液体微粒，其直径可达 100um；此外还有极细的可集成串
形的 碳黑 。肉眼能分辨出来的微粒直径约为 100um。
微粒的粒度、性质、成因和物态
不同粒径颗粒物可进入人体呼吸道的不同部位
人体呼吸道吸入颗粒物的粒径及份额
总沉积量
扩散沉积 撞击沉积
鼻腔沉积
肺泡沉积
支气管沉积
可吸入颗粒物 PM2.5
大气中各种颗粒物的粒径范围
0
1
0, 0 1 0, 1 1 10 100 1000 10000 1 E + 0 5 1 E + 0 6 1 E + 0 7
PM2.5 PM10 100 ? m 10 m m
H2 O2 CO CO2
SO2等气体分子
可吸入颗粒物 PM2.5
纳米级超细粉
1 m m
预混火焰的烟炱
风沙
内燃机烟炱
香烟等烟雾
面粉，煤粉等
静电除尘后的粉煤灰,冶炼灰等
海风携带盐
病毒 细菌
人呼吸道中沉积的颗粒
燃烧升华后的凝结微粒
n m
地面扬尘
我国城市空气的 PM2.5大大超过环境标准
0
20
40
60
80
100
120
140
160
北京清华园 北京车公庄 上海同济 上海海南路
我国 PM10环境标准
美国 PM2.5环境标准
燃煤发电厂烟尘中的的微粒
PM10 PM2.5
3.1.2煤粉在燃烧过程中的演化和飞灰的形成
粒径 ?m
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 50 100 150 200 250
粉煤燃烧的煤粉和飞灰粒径和浓度
煤粉
飞灰
煤燃烧过程中矿物质转变示意图
① 炭粒中单个矿物团发生凝聚；
②灰粒子从炭粒表面脱落；
③ 由于炭粒破碎而产生的不完全凝聚；
④由于挥发分的析出，灰粒子从炭粒表面产生对流输运；
⑤无机矿物质破碎；
⑥煤胞的形成；
⑦无机矿物质蒸发，尔后冷却凝聚，即气化 -凝结。
飞灰形成过程包含的物理变化有如下几种,
飞灰粒径的双峰分布
气化 -凝结机理
煤中的矿物质在燃烧过程中经历一系列变化，大颗粒物质熔解
再凝结，形成与煤粒大小成正比的球状灰粒。
在燃烧的高温区，某些矿物质发生气化，当烟气冷却时，它们
以均相成核形式或异相凝结作用凝结。在高温燃烧室内气化的
矿物蒸汽依据热力平衡、反应动力学及传热传质定理沉积或起
反应，在燃烧室低温段的后续过程中，发生沉积或冷凝，而均
相结核和异相沉积即为冷凝过程的两个机理。这两个机理同时
起作用，但随着运行条件不同，凝结速率也不同。均相凝结是
在无机矿物蒸汽分压超过某一临界值时，炉内气体处于超饱和
状态形成一些分子团；异相沉积是发生在当炉内有足够的冷凝
表面，并且饱和程度要低些的时候。炉内现存粒子及炉壁都将
是异相沉积的表面。矿物质在高温炉内和其它机械产生的粒子
一起形成悬浮粒子，这些粒子和燃气进行交流，从而经历不同
的物理转换，影响粒子的尺寸分布。
3.1.3 烟雾
烟雾是一种含有固体微粒和液体微滴的气溶胶 。
1,伦敦烟雾 (London Smog))
伦敦烟雾主要是 S02和微粒 (其主要成分是氧化铁 )的混合物，经
化学作用，生成硫酸而危害人类的呼吸系统。大气中的 S02，通
过含有重金属的飘尘的催化作用而氧化成 SO3,SO3遇水蒸汽后，
便可生成硫酸烟雾。
伦敦和纽约污染死亡人数与 SP的关系 一天内洛杉矶烟雾各成分浓度的变化
当空气中有微粒物质共存时,SO2的危害可
增大 (3-4)倍，所以空气质量标准中采用
,S02浓度 (× 10－ 4容积浓度 )与微粒浓度 (ug
／ m3)的乘积, (SP)为标准。
重金属飘尘的催化作用
2．光化学烟雾 (Photochemical Smog)
光化学烟雾主要是 HC和 NOx在阳光作用下发生化学反应而生成的有
刺激性的产物。
NOx和烃反应生成硝酸过氧化乙酰 (PAN)，它与 NO2和臭氧一起形成薄
雾状况气体。
NO2在太阳光的照射下, 产生如下反应,
NO十 O2→NO 2
NO2十 hv→NO 十 O
O十 O2→O 3
O3十 CnHm→CH 3CHO十 CH3C02
O十 NO→NO 2十 O 2
O十 N02→NO 十 O3
O十 CnHm→CH 3十 CH3CHO
CH3十 02→CH 302
CH3O3十 NO→CH 3O十 N02
CH3O→CH 3十 O
CH3十 N02→CH 3ONO2
CH3CO 2→N0 2十 CH3CO
CH3CO十 N02十 O3→CH 3CO3NO2
光化学烟雾就是由这些反应所生成的光化学氧化物构成。
3.1 粉尘与烟雾
3.2 硫化物
3.3 氮氧化物
3.4 CO2
3.5 有机污染物
3.6 痕量元素
3.1 粉尘与烟雾
3.1.1微粒粉尘
3.1.3 烟雾
3.1.2煤粉在燃烧过程中的演化和飞灰
的形成
思考问题
1,什么是微粒、气溶胶、尘、烟、雾、
碳黑？
2,燃煤飞灰的形成机理？
3,光化学烟雾的形成过程？
4,煤燃烧过程中矿物质的转化过程？
3.1 粉尘与烟雾
3.1.1微粒粉尘
微粒 是指弥散在空气中的液态或固态物质,其粒度在分子级 (直
径约 0.0002um)和 500um之间，具体包括气溶胶、烟、尘、雾和碳黑
等。
气溶胶 是悬浮于空气中的固液微粒，其直径一般小于 1um；
尘 是大于 10um的固体微粒迅速沉降而成的,10um微粒的沉降速
度约为 20mm／ min；
烟 是小于 1um的固体颗粒；
雾 是液体微粒，其直径可达 100um；此外还有极细的可集成串
形的 碳黑 。肉眼能分辨出来的微粒直径约为 100um。
微粒的粒度、性质、成因和物态
不同粒径颗粒物可进入人体呼吸道的不同部位
人体呼吸道吸入颗粒物的粒径及份额
总沉积量
扩散沉积 撞击沉积
鼻腔沉积
肺泡沉积
支气管沉积
可吸入颗粒物 PM2.5
大气中各种颗粒物的粒径范围
0
1
0, 0 1 0, 1 1 10 100 1000 10000 1 E + 0 5 1 E + 0 6 1 E + 0 7
PM2.5 PM10 100 ? m 10 m m
H2 O2 CO CO2
SO2等气体分子
可吸入颗粒物 PM2.5
纳米级超细粉
1 m m
预混火焰的烟炱
风沙
内燃机烟炱
香烟等烟雾
面粉，煤粉等
静电除尘后的粉煤灰,冶炼灰等
海风携带盐
病毒 细菌
人呼吸道中沉积的颗粒
燃烧升华后的凝结微粒
n m
地面扬尘
我国城市空气的 PM2.5大大超过环境标准
0
20
40
60
80
100
120
140
160
北京清华园 北京车公庄 上海同济 上海海南路
我国 PM10环境标准
美国 PM2.5环境标准
燃煤发电厂烟尘中的的微粒
PM10 PM2.5
3.1.2煤粉在燃烧过程中的演化和飞灰的形成
粒径 ?m
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 50 100 150 200 250
粉煤燃烧的煤粉和飞灰粒径和浓度
煤粉
飞灰
煤燃烧过程中矿物质转变示意图
① 炭粒中单个矿物团发生凝聚；
②灰粒子从炭粒表面脱落；
③ 由于炭粒破碎而产生的不完全凝聚；
④由于挥发分的析出，灰粒子从炭粒表面产生对流输运；
⑤无机矿物质破碎；
⑥煤胞的形成；
⑦无机矿物质蒸发，尔后冷却凝聚，即气化 -凝结。
飞灰形成过程包含的物理变化有如下几种,
飞灰粒径的双峰分布
气化 -凝结机理
煤中的矿物质在燃烧过程中经历一系列变化，大颗粒物质熔解
再凝结，形成与煤粒大小成正比的球状灰粒。
在燃烧的高温区，某些矿物质发生气化，当烟气冷却时，它们
以均相成核形式或异相凝结作用凝结。在高温燃烧室内气化的
矿物蒸汽依据热力平衡、反应动力学及传热传质定理沉积或起
反应，在燃烧室低温段的后续过程中，发生沉积或冷凝，而均
相结核和异相沉积即为冷凝过程的两个机理。这两个机理同时
起作用，但随着运行条件不同，凝结速率也不同。均相凝结是
在无机矿物蒸汽分压超过某一临界值时，炉内气体处于超饱和
状态形成一些分子团；异相沉积是发生在当炉内有足够的冷凝
表面，并且饱和程度要低些的时候。炉内现存粒子及炉壁都将
是异相沉积的表面。矿物质在高温炉内和其它机械产生的粒子
一起形成悬浮粒子，这些粒子和燃气进行交流，从而经历不同
的物理转换，影响粒子的尺寸分布。
3.1.3 烟雾
烟雾是一种含有固体微粒和液体微滴的气溶胶 。
1,伦敦烟雾 (London Smog))
伦敦烟雾主要是 S02和微粒 (其主要成分是氧化铁 )的混合物，经
化学作用，生成硫酸而危害人类的呼吸系统。大气中的 S02，通
过含有重金属的飘尘的催化作用而氧化成 SO3,SO3遇水蒸汽后，
便可生成硫酸烟雾。
伦敦和纽约污染死亡人数与 SP的关系 一天内洛杉矶烟雾各成分浓度的变化
当空气中有微粒物质共存时,SO2的危害可
增大 (3-4)倍，所以空气质量标准中采用
,S02浓度 (× 10－ 4容积浓度 )与微粒浓度 (ug
／ m3)的乘积, (SP)为标准。
重金属飘尘的催化作用
2．光化学烟雾 (Photochemical Smog)
光化学烟雾主要是 HC和 NOx在阳光作用下发生化学反应而生成的有
刺激性的产物。
NOx和烃反应生成硝酸过氧化乙酰 (PAN)，它与 NO2和臭氧一起形成薄
雾状况气体。
NO2在太阳光的照射下, 产生如下反应,
NO十 O2→NO 2
NO2十 hv→NO 十 O
O十 O2→O 3
O3十 CnHm→CH 3CHO十 CH3C02
O十 NO→NO 2十 O 2
O十 N02→NO 十 O3
O十 CnHm→CH 3十 CH3CHO
CH3十 02→CH 302
CH3O3十 NO→CH 3O十 N02
CH3O→CH 3十 O
CH3十 N02→CH 3ONO2
CH3CO 2→N0 2十 CH3CO
CH3CO十 N02十 O3→CH 3CO3NO2
光化学烟雾就是由这些反应所生成的光化学氧化物构成。
