华中科技大学煤燃烧国家重点实验室
熊 友 辉
电话,027-87544779-8306 62703030
电子邮件,yhxiong@mail.hust.edu.cn
Good Morning
燃烧污染与环境保护
世界能源消费增长
年代 总消费量 人口 人均消费 总量增长 人均增长
(亿吨标煤 /年 ) (亿 ) (吨 /人 ) (倍数 ) (倍数 )
1900 7.75 15.71 0.49 1 1
1925 15.65 19.55 0.80 2.02 1.61
1950 26.64 24.86 1.08 3.44 2.19
1975 85.70 40.45 2.16 11.06 4.34
2000 157.5 60 3.15 20.3 6.39
世界一次能源的消费结构 (%)
煤 石油 天燃气矿物燃料 水电 核能 新能源
总计
1990年全世界 27.3 38.6 21.7 87.6 6.7 5.7
2000年经合组织 25.30 38.2 17.20 80.7 8.0 11.3
2000年发展中国家 20.8 47.2 17.0 85,10.3 4.8
2000年西方集团 24.1 40.5 17.1 81.7 8.6 9.6
2020年全世界 33.7 21.2 19 73.9 7.6 13.6 5.4
世界一次能源生产
9,8 %
2 3,5 %
3 8,4 %
2 8,3 %
煤炭 石油 天然气 水电、核电、地热发电
一次能源生产总量 123.22(亿吨标煤 )
世界能源结构变化
化石燃料的已探明储量
与可使用时间
煤 (Gt) 油 (Gt) 天然气 (Tm3)
已探明储量
(中国 ) 114.5 3.3 0.17
已探明储量
(世界 ) 1043.86 137.3 14.1
可使用 (世界 ) 328 45 56
时间
(年） (中国 ) 587~850 23.3 57.4
世界石油生产状况
探明储量 产量 可用年数
(亿吨 ) (亿吨 /年 ) (年 )
世界总量 879(1980) 29.84(1980) 30(1980)
889(1982) 25.57(1983) 919.6(1984)
1154.4(1988) 26.84(1988) 43(1988)
1374(1992) 31.19(1990) 44(1992)
其中中国 33(1989) 1.38(1990) 23.3
世界石油状况 (石油产量 )
2 3, 9
2 9, 9
4 0, 6
6 9, 8
7 5, 5
9 0, 5
9 1, 9
1 4 7, 2
183
3 9 0, 5
0 100 200 300 400
世界原油主要生产国 1996年产量
沙特
委内瑞拉
伊朗
科威特
印尼
利比亚
阿尔及利亚
伊拉克
卡塔尔
阿联酋
单位, 百万吨,1吨约 7桶
世界石油状况 (石油需求量 )
7370
7180
7010
6890
6760
6500
6700
6900
7100
7300
7500
1993 1994 1995 1996 1997
1993-1997年,单位, 万桶 /日
中国的能源结构
年 1990 1995 2000 2015
(Mtce) 1039.2 1239.41 1559.08 2499.46
每年能源总产量
(Mtce) 987.03 1237.83 1549.08 2497.3
每年能源总消耗量
中国的能源结构 (表 2)
年 1990 1995 2000 2015
煤 76.2 76.1 71.3 62.6
油 16.6 17.1 24.0 26.9
一次能源 天然气 2.10 2.00 2.74 7.06
水电 5.10 4.80 2.01 2.6
消耗比例
(%) 核能 / / 0.21 0.79
我国一次能源的消费结构 (%)
煤炭 石油 天燃气 矿物燃料 水电 核能及
总量 新能源
1953年 94.33 3.81 0.02 98.16 1.84 0
1980年 72.2 20.7 3.1 96 4.0 0
1993年 75.8 20.3 2.1 98.2 1.8 0
2000年 70.06 19.07 3.53 92.66 6.67 0.067
2020 67.75 14.95 5.54 88.24 8.75 3.05
2050 60 3.19 5.15 68.34 6.15 25.51
我国能源的基本国情
以煤为主
燃煤利用率低
燃煤污染严重
燃煤与燃煤污染控制技术
落后
我国燃煤设备的平均能源利用率
燃煤设备 效率
工业锅炉 60-65
火电发电厂 30-35（热效率为 80-90%）
工业炉窑 20-30
民用炉窑 16
燃煤机车 5-8
用能设备的平均效率为 30％左右
总能源利用率为 9－ 10％
中国环境污染情况
中国煤燃烧烟气排放量统计
总能源占世界能源总量 8~9
SO2 15.1
NOx 10.1
CO 9.6
烟尘 25.6
中国煤燃烧烟气排放结果
燃煤产生量 占全国总排放量（％）
SO2 87
CO 71
NOx 67
颗粒灰尘 TSP 60
其他污染
1997年中国环境状况
大气环境总体情况
? 我国空气污染以煤烟型为主,主要污染
物是二氧化硫和烟尘
? 1997年二氧化硫排放总量 2346万吨
? 烟尘排放总量 1873万吨,其中工业烟尘
排放量为 1565万吨,占 83.6%
工业固体废物及粉尘排放
?1997年,工业固体废物产量 10.6亿吨 。
?总悬浮颗粒物年均值浓度 32~741微克 /
立方米, 全国年均值为 291微克 /立方米,
?超过国家二级标准 （ 200微克 /立方米 ）
的有 67个城市, 占城市总数的 72%。
北方城市年均值 381微克 /立方米，
南方城市年均值 200微克 /立方米。
全国降尘量年均值为 15.3吨 /平方
公里 ·月,
北方城市年均值为 21.48吨 /平方公
里 ·月
南方城市年均值为 9.29吨 /平方公
里 ·月。
酸 雨
? 1997年全国降水平均 PH值范围在 3.74～ 7.79
之间
? 降水年均 PH值低于 5.6的城市有 44个,占统计
城市数 47.8%
? 75%的南方城市 (长江以南 )，降水年均 PH值
低于 5.6
? 降水年均 PH值小于 4.5的城市有长沙, 遵义,
杭州和宜宾
? 酸雨出现频率大于 90%的城市有长沙, 景德
镇和遵义
全球污染排放情况 70
60
50
40
30
20
10
7
6
5
4
3
2
1
SOx
CO2
NOx
SOx
(MtS)
CO2
(GtC)
NOx
(MtN)
1860 1900 1950 2000 年份
中国煤中含硫的分布
Sar(%) 0~0.5 0.5~1.0 1.0~1.5 1.5~2.0 2.0~3.0 >3.0
比例 49.54 15.65 10.10 6.71 8.66 9.34
中国平均 Sar=1.10%
主要温室气体来源与含量
1 5, 0 %
2 1, 2 %
5 8, 2 %
6, 5 %
1, 0 %
E n e r g y 能源
A g r i cu l t u r e 农业
R e f r i g e r a t o r 冷冻和空调设备
N a t u r a l 天然产生
Ot h e r s 其它来源Source
气
体
来
源
主要温室气体来源与含量
14
6%
49%
18%
13%
C O2 二氧化碳
C H 4 甲烷
C FC s
N 2 O 从氮氧化物
Ot h e r s 其它气体
Content
气
体
含
量
温室效应
大气使太阳短波辐射到达地面,而
拦截地面向外发射的长波辐射
地球向外发射的长波辐射能量 90%
为温室气体所吸收
上述效果使地表和大气下层温度升
高,这种效应即为温室效应
CO2,CH4, N2O, O3,CFCs
等气体可通过 90%阳光短波辐射,
吸收 90%地面长波辐射,波长大
于 2000nm）
CO2在吸收带附近吸收了大约
70%～ 90%的红外长波辐射
太阳与地球辐射波长情况
100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 500000
6000K
太阳
可见光辐射
波长 (nm)
285K 地球
辐射能
温室效应的后果
过去 120年 间全世界的平均温度 (℃ )
1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990
＋ 0.75
＋ 0.33
-0.33
-0.75
-1.0
℃
气候变暖导致的海平面升高
全球变暖带来的最大危害是海水受热膨
胀和南北两极冰雪融化,导致海平面上升。
过去 60年全球海平面平均升高约 1.8mm
近几年来海平面升高速度为 3.9mm/年
到 2050年，全球海平面平均将升高 300～
500mm
气候变暖导致的海平面升高
全球变暖带来的最大危害是海水受热膨
胀和南北两极冰雪融化,导致海平面上升。
过去 60年全球海平面平均升高约 1.8mm
近几年来海平面升高速度为 3.9mm/年
到 2050年，全球海平面平均将升高 300～
500mm
海平面升高的严重后果
2050年，世界各地海岸线的 70％ 将被
海水淹没
2050年，美国海岸线的 90％ 将被海水
淹没
50～ 70年后，巴基斯坦国土的 20％ 将
被海水淹没
50～ 70年后，尼罗河三角洲的 33％ 将
被海水淹没
气候变暖导致的海平面升高
全球变暖带来的最大危害是海水受热膨
胀和南北两极冰雪融化,导致海平面上升。
过去 60年全球海平面平均升高约 1.8mm
近几年来海平面升高速度为 3.9mm/年
到 2050年，全球海平面平均将升高 300～
500mm
海平面升高的严重后果
2050年，世界各地海岸线的 70％ 将被
海水淹没
2050年，美国海岸线的 90％ 将被海水
淹没
50～ 70年后，巴基斯坦国土的 20％ 将
被海水淹没
50～ 70年后，尼罗河三角洲的 33％ 将
被海水淹没
海平面升高的严重后果
50～ 70年后，印度洋上的整个 马
尔代夫 将被海水淹没
东京、大阪、曼谷、威尼斯、圣
彼得堡、阿姆斯特丹 将被淹没
全球变暖导致 气候干旱、土地沙
漠化、粮食减产。 到 2060年，世
界粮食产量可能减产 1％～ 7％。
防止温室效应的主要对策
对策 抑制温室效应气体向大气中排放 去除大气中温室效应气体
CO2 ① 控制化石燃料的消费 ①保护热带雨林
②采用 CO2排放量少的能源 (维护其作为吸收源的功能 )
③ 提高能量利用率 ②植树造林或绿化沙漠
i)能源生产方面的对策 (提高发 ③通过海洋生物吸收固化
发电效率等 )
ii)能源使用方面的对策开发, 推
广节能机械等
④ 化石燃料产生的 CO2的固化
i)制成干冰投弃到海中
ii)转化为甲醇等有用物质
iii)用生物技术将 CO2固化
⑤ 保护热带雨林 (消除生物界的 CO2的
发生源 )
世界关于 CO2排放的控制
全球变暖的主要原因是发达国
家在其工业化过程中因过度耗
能而大量排放 CO2等温室气体所
造成的。目前,CO2年排放量
228亿吨。
占世界人口 1/4的美国等工业发达
国家 CO2年排放量占世界总排放量
的 75％ (美国 40％ )。发展中国家
的 CO2年排放量占 25％，而人均排
放量仅为发达国家的 1/9。
到 2010年发达国家的六种温室气体
排放总量应比 1990 年时减少 5.2%,其
中,
美国消减 7% 东欧消减 5%~8%
日本消减 6% 爱尔兰增加 10%
欧盟消减 8% 澳大利亚增加 8%
加拿大消减 6% 挪威增加 1%
发展中国家 自愿 参加减排
两大部分
燃烧基本物理化学过程
熊友辉
污染物生成过程以及防治技术
陈汉平
目的：拓宽知识面
学科交叉融合
紧跟科技发展形势
内容简介
燃烧的物理化学基础
热化学 化学平衡 化学反应动力学
燃料着火与燃烧
着火理论 预混燃烧和扩散燃烧 火焰传播 液体雾化燃烧
燃烧污染及控制
煤粉燃烧污染控制 液体燃料燃烧污染控制
1,主要介绍化学热力学与化学动力学的基础
知识，包括化学反应的热效应、化学平衡、
反应的吉布斯函数；各种化学反应速度以及
各种因素 (浓度、温度等 )对反应速度的影响
的确定 ;各种化学反应机理，即研究从反应物
过渡到生成物所经历的途径。
2,燃料的着火理论和火焰传播理论，内容包
括经典的热力爆燃理论，点火理论和强迫着
火理论。火焰传播理论主要介绍正常火焰传
播和火焰稳定的基本原理及这一理论用于燃
烧稳定的方法的理论基础。
第一讲 热化学基础
概 述
热化学, 研究化学反应热效应的学科
研究任务,对化学反应热进行实验测量和
理论计算
主要内容,在化学中实际应用热力学第一
定律
燃烧, 一种剧烈的氧化反应
化学反应常常伴有能量的释放或吸收，
燃烧反应更不例外，是放热反应。化学
反应的热效应数据，对自然科学的研究、
工业生产、燃料的利用及确定设备条件
都是很重要的。
化学反应：反应物 生成物
C,H,0,N,S
反 应 热
化学反应热,反应过程中放出或吸收的
热都属于反应热
反应热主要取决于反应物和产物的性质,
与始态终态以及变化途径有关
等压过程,
等容过程,
焓 反应热
VpQHQ vp ?????
UQ v ??
?
热化学反应方程式
表示化学反应和热效应的关系
碳完全燃烧,
氢燃烧
硫燃烧
k m o l/kJ4 0 6 9 5 7H)g(CO)g(O)s(C 027322 ?????
)(k m o l/kJ2 4 1 7 8 8H)g(OH)g(O)g(H 027322212 低热值?????
)(k m o l/kJ2 8 6 7 9 6H)l(OH)g(O)g(H 027322212 高热值?????
k m o l/kJ296677H)g(SO)g(O)s(S 027322 ?????
注意事项
反应热数值与以下反应条件有关,
反应物和生成物的聚集状态及晶型
物质的化学计量系数
反应的温度和压力
盖斯定律
反应热的实验测量,
恒容热效应测量 → 计算得到恒压热效应
反应热总热量恒定定律,
一个化学反应不论是一步完成或分几步完成，其
反应热都是相同的
盖斯定律的应用举例
碳和氧的燃烧反应
k m o l/kJ51.3931H 02 9 8 ???
2H3H1H ?????
k m o lkJHHH /52.11099.28251.393213 ??????????
? ? )g(CO)g(O),s(C1 22 ??石墨
)g(CO 2
)g(O)g(CO 221?
)g(O),s(C 2?石墨
3H 0298 ?? k m o l/kJ99.2 8 22H 0298 ???
k m o l/kJ51.3931H 02 9 8 ???
? ? )g(CO)g(O),s(CO2 2221 ??石墨 k m o l/kJ99.2 8 22H 0298 ???
? ? )g(CO)g(O),s(C3 221 ??石墨?3H 0298 ??
? ? ? ? ? ?321 ??反应式
3221 H)g(CO)g(O),s(C ????石墨
生成热
生成热定义,
稳定单质生成化合物的化学反应热，称该化合物的
生成热
25℃ 和 1标准大气压（ 101.325KPa） 下，稳定单质的焓（生
成热）为零
标准生成热,
25℃ 和 1标准大气压下稳定单质生成化合物的化学反应热
计算规则,
利用盖斯定律和各种化合物的标准生成热数据计算各种化学
反应的热效应
计算举例
已知,
? ?3m o l/kJ51.393)H()g(CO)g(O),s(C 2CO0 f,29822 ?????石墨
? ?1m o l/kJ40.1118)H()s(OFe)g(O2)s(Fe3 43 OFe0 f,298432 ?????
? ?2m o l/kJ53.110)H()g(CO)g(O),s(C CO0 f,298221 ?????石墨
r eac0298243 )H()g(CO4sFe3)g(CO4)s(OFe ???? 的热效应）（试求反应
解：设待求反应式为式⑷，比较以上反应式可得,
4 × ⑶ -4 × ⑵ - ⑴ = ⑷
? ?
m o l/kJ52.13
)]40.1 1 1 8()53.1 1 0(4[)51.3 9 3(4
)H()H(4)H(4)L(
432 OFe
0
f,298CO
0
f,298CO
0
f,298r e a c0
??
????????
?????????
?? ????? r e ac0 f,298p r o d0 f,298r e ac0 f,298 )H()H()H(计算公式：
燃烧热
1mol物质在指定条件下完全氧化（燃烧）时的
反应热称为该物质的燃烧热
?? ????? p r o d0 co m b,298r eac0 co m b,298r eac0298 )H()H()H(计算公式：
生成热与燃烧热 的区别
燃烧热是针对反应物的
生成热是针对生成物的
反应热与温度的关系
基尔霍夫（ Kirchhoff）定律
反应热随温度的变化率等于生成物和反
应物恒压热容差
? ?????
T
2 9 8
p
0
2 9 8
0
T dTCHH
? ? ? ??? ??? r e a c tpprodpp CCC
? ?
pCdT
Hd ???微分形式：
焓与温度的
关系曲线
0
50
100
150
200
250
200 298 400 500 600
·? è
·′ ó|
?? ??
í? 2
T（ K）
0298H?
0TH?
2p TcTbaC ??????经验关系式：
绝热燃烧温度
现假定在一孤立系统内，气体混合物发
生了燃烧反应，并有放热现象。若该混
合物（从规定的初始温度和压力下）经
绝热等压过程达到化学平衡，该系统最
终达到的温度称为绝热火焰温度
绝热（最高）火焰温度的计算
101.325KPa 和 298K的甲烷与空气（氧、氮摩尔数比
1,4）混合，燃烧，温度可达多少度？
解：甲烷在空气中燃烧反应式为,
)g(N8)g(OH2)g(CO 222 ??
)g(N8)g(OH2)g(CO 222 ??
)g(N8)g(O2)g(CH 224 ??
)k2 9 8(H 2? )(H 3 恒压升温?
0H1 ??
)g(N8)g(OH2)g(CO)g(N8)g(O2)g(CH 222224 ?????
燃烧过程图示,
根据生成物各物质比热容与温度的关系式（查
图表），积分后得到,
23 T1031.32T1.3 2 78 9 8 0 9 5 ????
K2 2 4 7T ?
kJ32.8 0 2dT)C()H(HHH
T
2 9 8
p r o dpr a e c
0
2 9 8213 ?????????? ? ?
kJ32.8 0 2
)H()H(
)H(H
r e a c
0
f,2 9 8p r o d
0
f,2 9 8
r e a c
0
2 9 82
??
????
???
??
?
321 HHH ?????盖斯定律
实际火焰温度低于绝热火焰温度
反应不可能在绝热环境中进行，热量散失
大于化学计量比的过量空气燃烧时，剩余
空气升问吸热
高温状态燃烧产物发生离解吸热
燃烧过程不可能完全（产生二氧化碳或水）
往往有其它副反应产生，造成计算误差
应用举例
反
应
热
是
怎
样
直
接
测
量
的？
（ 1） 弹筒发热量：单位质量的煤在充有过量氧气的氧弹
中燃烧，其终态产物为 25℃ 下的二氧化碳、过量氧气、硝酸、
硫酸、液态水及固态灰时放出的热量，称为弹筒发热量。
（ 2） 高位发热量：是指单位质量的煤在空气中燃烧后
产生的热量。煤在空气中燃烧时，可燃硫生成二氧化硫、氮
生成氮气逸出，水则以液态（ 25℃ ）存在。即高位发热量包
括了水分的汽化热。
（ 3） 低位发热量：煤在工业窑炉燃烧时，水呈蒸汽蒸
发掉。水从液变成气态，需要吸收一部分热量。因此，煤在
实际燃烧时可利用的热量，比煤的高位发热量要低。也就是
说，从高位发热量减去水的汽化热的热值，才是煤的有效热
值，因此，从煤的高位发热量减去水分的汽化热的热值，称
为煤的低位发热量。
熊 友 辉
电话,027-87544779-8306 62703030
电子邮件,yhxiong@mail.hust.edu.cn
Good Morning
燃烧污染与环境保护
世界能源消费增长
年代 总消费量 人口 人均消费 总量增长 人均增长
(亿吨标煤 /年 ) (亿 ) (吨 /人 ) (倍数 ) (倍数 )
1900 7.75 15.71 0.49 1 1
1925 15.65 19.55 0.80 2.02 1.61
1950 26.64 24.86 1.08 3.44 2.19
1975 85.70 40.45 2.16 11.06 4.34
2000 157.5 60 3.15 20.3 6.39
世界一次能源的消费结构 (%)
煤 石油 天燃气矿物燃料 水电 核能 新能源
总计
1990年全世界 27.3 38.6 21.7 87.6 6.7 5.7
2000年经合组织 25.30 38.2 17.20 80.7 8.0 11.3
2000年发展中国家 20.8 47.2 17.0 85,10.3 4.8
2000年西方集团 24.1 40.5 17.1 81.7 8.6 9.6
2020年全世界 33.7 21.2 19 73.9 7.6 13.6 5.4
世界一次能源生产
9,8 %
2 3,5 %
3 8,4 %
2 8,3 %
煤炭 石油 天然气 水电、核电、地热发电
一次能源生产总量 123.22(亿吨标煤 )
世界能源结构变化
化石燃料的已探明储量
与可使用时间
煤 (Gt) 油 (Gt) 天然气 (Tm3)
已探明储量
(中国 ) 114.5 3.3 0.17
已探明储量
(世界 ) 1043.86 137.3 14.1
可使用 (世界 ) 328 45 56
时间
(年） (中国 ) 587~850 23.3 57.4
世界石油生产状况
探明储量 产量 可用年数
(亿吨 ) (亿吨 /年 ) (年 )
世界总量 879(1980) 29.84(1980) 30(1980)
889(1982) 25.57(1983) 919.6(1984)
1154.4(1988) 26.84(1988) 43(1988)
1374(1992) 31.19(1990) 44(1992)
其中中国 33(1989) 1.38(1990) 23.3
世界石油状况 (石油产量 )
2 3, 9
2 9, 9
4 0, 6
6 9, 8
7 5, 5
9 0, 5
9 1, 9
1 4 7, 2
183
3 9 0, 5
0 100 200 300 400
世界原油主要生产国 1996年产量
沙特
委内瑞拉
伊朗
科威特
印尼
利比亚
阿尔及利亚
伊拉克
卡塔尔
阿联酋
单位, 百万吨,1吨约 7桶
世界石油状况 (石油需求量 )
7370
7180
7010
6890
6760
6500
6700
6900
7100
7300
7500
1993 1994 1995 1996 1997
1993-1997年,单位, 万桶 /日
中国的能源结构
年 1990 1995 2000 2015
(Mtce) 1039.2 1239.41 1559.08 2499.46
每年能源总产量
(Mtce) 987.03 1237.83 1549.08 2497.3
每年能源总消耗量
中国的能源结构 (表 2)
年 1990 1995 2000 2015
煤 76.2 76.1 71.3 62.6
油 16.6 17.1 24.0 26.9
一次能源 天然气 2.10 2.00 2.74 7.06
水电 5.10 4.80 2.01 2.6
消耗比例
(%) 核能 / / 0.21 0.79
我国一次能源的消费结构 (%)
煤炭 石油 天燃气 矿物燃料 水电 核能及
总量 新能源
1953年 94.33 3.81 0.02 98.16 1.84 0
1980年 72.2 20.7 3.1 96 4.0 0
1993年 75.8 20.3 2.1 98.2 1.8 0
2000年 70.06 19.07 3.53 92.66 6.67 0.067
2020 67.75 14.95 5.54 88.24 8.75 3.05
2050 60 3.19 5.15 68.34 6.15 25.51
我国能源的基本国情
以煤为主
燃煤利用率低
燃煤污染严重
燃煤与燃煤污染控制技术
落后
我国燃煤设备的平均能源利用率
燃煤设备 效率
工业锅炉 60-65
火电发电厂 30-35（热效率为 80-90%）
工业炉窑 20-30
民用炉窑 16
燃煤机车 5-8
用能设备的平均效率为 30％左右
总能源利用率为 9－ 10％
中国环境污染情况
中国煤燃烧烟气排放量统计
总能源占世界能源总量 8~9
SO2 15.1
NOx 10.1
CO 9.6
烟尘 25.6
中国煤燃烧烟气排放结果
燃煤产生量 占全国总排放量（％）
SO2 87
CO 71
NOx 67
颗粒灰尘 TSP 60
其他污染
1997年中国环境状况
大气环境总体情况
? 我国空气污染以煤烟型为主,主要污染
物是二氧化硫和烟尘
? 1997年二氧化硫排放总量 2346万吨
? 烟尘排放总量 1873万吨,其中工业烟尘
排放量为 1565万吨,占 83.6%
工业固体废物及粉尘排放
?1997年,工业固体废物产量 10.6亿吨 。
?总悬浮颗粒物年均值浓度 32~741微克 /
立方米, 全国年均值为 291微克 /立方米,
?超过国家二级标准 （ 200微克 /立方米 ）
的有 67个城市, 占城市总数的 72%。
北方城市年均值 381微克 /立方米，
南方城市年均值 200微克 /立方米。
全国降尘量年均值为 15.3吨 /平方
公里 ·月,
北方城市年均值为 21.48吨 /平方公
里 ·月
南方城市年均值为 9.29吨 /平方公
里 ·月。
酸 雨
? 1997年全国降水平均 PH值范围在 3.74～ 7.79
之间
? 降水年均 PH值低于 5.6的城市有 44个,占统计
城市数 47.8%
? 75%的南方城市 (长江以南 )，降水年均 PH值
低于 5.6
? 降水年均 PH值小于 4.5的城市有长沙, 遵义,
杭州和宜宾
? 酸雨出现频率大于 90%的城市有长沙, 景德
镇和遵义
全球污染排放情况 70
60
50
40
30
20
10
7
6
5
4
3
2
1
SOx
CO2
NOx
SOx
(MtS)
CO2
(GtC)
NOx
(MtN)
1860 1900 1950 2000 年份
中国煤中含硫的分布
Sar(%) 0~0.5 0.5~1.0 1.0~1.5 1.5~2.0 2.0~3.0 >3.0
比例 49.54 15.65 10.10 6.71 8.66 9.34
中国平均 Sar=1.10%
主要温室气体来源与含量
1 5, 0 %
2 1, 2 %
5 8, 2 %
6, 5 %
1, 0 %
E n e r g y 能源
A g r i cu l t u r e 农业
R e f r i g e r a t o r 冷冻和空调设备
N a t u r a l 天然产生
Ot h e r s 其它来源Source
气
体
来
源
主要温室气体来源与含量
14
6%
49%
18%
13%
C O2 二氧化碳
C H 4 甲烷
C FC s
N 2 O 从氮氧化物
Ot h e r s 其它气体
Content
气
体
含
量
温室效应
大气使太阳短波辐射到达地面,而
拦截地面向外发射的长波辐射
地球向外发射的长波辐射能量 90%
为温室气体所吸收
上述效果使地表和大气下层温度升
高,这种效应即为温室效应
CO2,CH4, N2O, O3,CFCs
等气体可通过 90%阳光短波辐射,
吸收 90%地面长波辐射,波长大
于 2000nm）
CO2在吸收带附近吸收了大约
70%～ 90%的红外长波辐射
太阳与地球辐射波长情况
100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 500000
6000K
太阳
可见光辐射
波长 (nm)
285K 地球
辐射能
温室效应的后果
过去 120年 间全世界的平均温度 (℃ )
1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990
＋ 0.75
＋ 0.33
-0.33
-0.75
-1.0
℃
气候变暖导致的海平面升高
全球变暖带来的最大危害是海水受热膨
胀和南北两极冰雪融化,导致海平面上升。
过去 60年全球海平面平均升高约 1.8mm
近几年来海平面升高速度为 3.9mm/年
到 2050年，全球海平面平均将升高 300～
500mm
气候变暖导致的海平面升高
全球变暖带来的最大危害是海水受热膨
胀和南北两极冰雪融化,导致海平面上升。
过去 60年全球海平面平均升高约 1.8mm
近几年来海平面升高速度为 3.9mm/年
到 2050年，全球海平面平均将升高 300～
500mm
海平面升高的严重后果
2050年，世界各地海岸线的 70％ 将被
海水淹没
2050年，美国海岸线的 90％ 将被海水
淹没
50～ 70年后，巴基斯坦国土的 20％ 将
被海水淹没
50～ 70年后，尼罗河三角洲的 33％ 将
被海水淹没
气候变暖导致的海平面升高
全球变暖带来的最大危害是海水受热膨
胀和南北两极冰雪融化,导致海平面上升。
过去 60年全球海平面平均升高约 1.8mm
近几年来海平面升高速度为 3.9mm/年
到 2050年，全球海平面平均将升高 300～
500mm
海平面升高的严重后果
2050年，世界各地海岸线的 70％ 将被
海水淹没
2050年，美国海岸线的 90％ 将被海水
淹没
50～ 70年后，巴基斯坦国土的 20％ 将
被海水淹没
50～ 70年后，尼罗河三角洲的 33％ 将
被海水淹没
海平面升高的严重后果
50～ 70年后，印度洋上的整个 马
尔代夫 将被海水淹没
东京、大阪、曼谷、威尼斯、圣
彼得堡、阿姆斯特丹 将被淹没
全球变暖导致 气候干旱、土地沙
漠化、粮食减产。 到 2060年，世
界粮食产量可能减产 1％～ 7％。
防止温室效应的主要对策
对策 抑制温室效应气体向大气中排放 去除大气中温室效应气体
CO2 ① 控制化石燃料的消费 ①保护热带雨林
②采用 CO2排放量少的能源 (维护其作为吸收源的功能 )
③ 提高能量利用率 ②植树造林或绿化沙漠
i)能源生产方面的对策 (提高发 ③通过海洋生物吸收固化
发电效率等 )
ii)能源使用方面的对策开发, 推
广节能机械等
④ 化石燃料产生的 CO2的固化
i)制成干冰投弃到海中
ii)转化为甲醇等有用物质
iii)用生物技术将 CO2固化
⑤ 保护热带雨林 (消除生物界的 CO2的
发生源 )
世界关于 CO2排放的控制
全球变暖的主要原因是发达国
家在其工业化过程中因过度耗
能而大量排放 CO2等温室气体所
造成的。目前,CO2年排放量
228亿吨。
占世界人口 1/4的美国等工业发达
国家 CO2年排放量占世界总排放量
的 75％ (美国 40％ )。发展中国家
的 CO2年排放量占 25％，而人均排
放量仅为发达国家的 1/9。
到 2010年发达国家的六种温室气体
排放总量应比 1990 年时减少 5.2%,其
中,
美国消减 7% 东欧消减 5%~8%
日本消减 6% 爱尔兰增加 10%
欧盟消减 8% 澳大利亚增加 8%
加拿大消减 6% 挪威增加 1%
发展中国家 自愿 参加减排
两大部分
燃烧基本物理化学过程
熊友辉
污染物生成过程以及防治技术
陈汉平
目的：拓宽知识面
学科交叉融合
紧跟科技发展形势
内容简介
燃烧的物理化学基础
热化学 化学平衡 化学反应动力学
燃料着火与燃烧
着火理论 预混燃烧和扩散燃烧 火焰传播 液体雾化燃烧
燃烧污染及控制
煤粉燃烧污染控制 液体燃料燃烧污染控制
1,主要介绍化学热力学与化学动力学的基础
知识，包括化学反应的热效应、化学平衡、
反应的吉布斯函数；各种化学反应速度以及
各种因素 (浓度、温度等 )对反应速度的影响
的确定 ;各种化学反应机理，即研究从反应物
过渡到生成物所经历的途径。
2,燃料的着火理论和火焰传播理论，内容包
括经典的热力爆燃理论，点火理论和强迫着
火理论。火焰传播理论主要介绍正常火焰传
播和火焰稳定的基本原理及这一理论用于燃
烧稳定的方法的理论基础。
第一讲 热化学基础
概 述
热化学, 研究化学反应热效应的学科
研究任务,对化学反应热进行实验测量和
理论计算
主要内容,在化学中实际应用热力学第一
定律
燃烧, 一种剧烈的氧化反应
化学反应常常伴有能量的释放或吸收，
燃烧反应更不例外，是放热反应。化学
反应的热效应数据，对自然科学的研究、
工业生产、燃料的利用及确定设备条件
都是很重要的。
化学反应：反应物 生成物
C,H,0,N,S
反 应 热
化学反应热,反应过程中放出或吸收的
热都属于反应热
反应热主要取决于反应物和产物的性质,
与始态终态以及变化途径有关
等压过程,
等容过程,
焓 反应热
VpQHQ vp ?????
UQ v ??
?
热化学反应方程式
表示化学反应和热效应的关系
碳完全燃烧,
氢燃烧
硫燃烧
k m o l/kJ4 0 6 9 5 7H)g(CO)g(O)s(C 027322 ?????
)(k m o l/kJ2 4 1 7 8 8H)g(OH)g(O)g(H 027322212 低热值?????
)(k m o l/kJ2 8 6 7 9 6H)l(OH)g(O)g(H 027322212 高热值?????
k m o l/kJ296677H)g(SO)g(O)s(S 027322 ?????
注意事项
反应热数值与以下反应条件有关,
反应物和生成物的聚集状态及晶型
物质的化学计量系数
反应的温度和压力
盖斯定律
反应热的实验测量,
恒容热效应测量 → 计算得到恒压热效应
反应热总热量恒定定律,
一个化学反应不论是一步完成或分几步完成，其
反应热都是相同的
盖斯定律的应用举例
碳和氧的燃烧反应
k m o l/kJ51.3931H 02 9 8 ???
2H3H1H ?????
k m o lkJHHH /52.11099.28251.393213 ??????????
? ? )g(CO)g(O),s(C1 22 ??石墨
)g(CO 2
)g(O)g(CO 221?
)g(O),s(C 2?石墨
3H 0298 ?? k m o l/kJ99.2 8 22H 0298 ???
k m o l/kJ51.3931H 02 9 8 ???
? ? )g(CO)g(O),s(CO2 2221 ??石墨 k m o l/kJ99.2 8 22H 0298 ???
? ? )g(CO)g(O),s(C3 221 ??石墨?3H 0298 ??
? ? ? ? ? ?321 ??反应式
3221 H)g(CO)g(O),s(C ????石墨
生成热
生成热定义,
稳定单质生成化合物的化学反应热，称该化合物的
生成热
25℃ 和 1标准大气压（ 101.325KPa） 下，稳定单质的焓（生
成热）为零
标准生成热,
25℃ 和 1标准大气压下稳定单质生成化合物的化学反应热
计算规则,
利用盖斯定律和各种化合物的标准生成热数据计算各种化学
反应的热效应
计算举例
已知,
? ?3m o l/kJ51.393)H()g(CO)g(O),s(C 2CO0 f,29822 ?????石墨
? ?1m o l/kJ40.1118)H()s(OFe)g(O2)s(Fe3 43 OFe0 f,298432 ?????
? ?2m o l/kJ53.110)H()g(CO)g(O),s(C CO0 f,298221 ?????石墨
r eac0298243 )H()g(CO4sFe3)g(CO4)s(OFe ???? 的热效应）（试求反应
解：设待求反应式为式⑷，比较以上反应式可得,
4 × ⑶ -4 × ⑵ - ⑴ = ⑷
? ?
m o l/kJ52.13
)]40.1 1 1 8()53.1 1 0(4[)51.3 9 3(4
)H()H(4)H(4)L(
432 OFe
0
f,298CO
0
f,298CO
0
f,298r e a c0
??
????????
?????????
?? ????? r e ac0 f,298p r o d0 f,298r e ac0 f,298 )H()H()H(计算公式：
燃烧热
1mol物质在指定条件下完全氧化（燃烧）时的
反应热称为该物质的燃烧热
?? ????? p r o d0 co m b,298r eac0 co m b,298r eac0298 )H()H()H(计算公式：
生成热与燃烧热 的区别
燃烧热是针对反应物的
生成热是针对生成物的
反应热与温度的关系
基尔霍夫（ Kirchhoff）定律
反应热随温度的变化率等于生成物和反
应物恒压热容差
? ?????
T
2 9 8
p
0
2 9 8
0
T dTCHH
? ? ? ??? ??? r e a c tpprodpp CCC
? ?
pCdT
Hd ???微分形式：
焓与温度的
关系曲线
0
50
100
150
200
250
200 298 400 500 600
·? è
·′ ó|
?? ??
í? 2
T（ K）
0298H?
0TH?
2p TcTbaC ??????经验关系式：
绝热燃烧温度
现假定在一孤立系统内，气体混合物发
生了燃烧反应，并有放热现象。若该混
合物（从规定的初始温度和压力下）经
绝热等压过程达到化学平衡，该系统最
终达到的温度称为绝热火焰温度
绝热（最高）火焰温度的计算
101.325KPa 和 298K的甲烷与空气（氧、氮摩尔数比
1,4）混合，燃烧，温度可达多少度？
解：甲烷在空气中燃烧反应式为,
)g(N8)g(OH2)g(CO 222 ??
)g(N8)g(OH2)g(CO 222 ??
)g(N8)g(O2)g(CH 224 ??
)k2 9 8(H 2? )(H 3 恒压升温?
0H1 ??
)g(N8)g(OH2)g(CO)g(N8)g(O2)g(CH 222224 ?????
燃烧过程图示,
根据生成物各物质比热容与温度的关系式（查
图表），积分后得到,
23 T1031.32T1.3 2 78 9 8 0 9 5 ????
K2 2 4 7T ?
kJ32.8 0 2dT)C()H(HHH
T
2 9 8
p r o dpr a e c
0
2 9 8213 ?????????? ? ?
kJ32.8 0 2
)H()H(
)H(H
r e a c
0
f,2 9 8p r o d
0
f,2 9 8
r e a c
0
2 9 82
??
????
???
??
?
321 HHH ?????盖斯定律
实际火焰温度低于绝热火焰温度
反应不可能在绝热环境中进行，热量散失
大于化学计量比的过量空气燃烧时，剩余
空气升问吸热
高温状态燃烧产物发生离解吸热
燃烧过程不可能完全（产生二氧化碳或水）
往往有其它副反应产生，造成计算误差
应用举例
反
应
热
是
怎
样
直
接
测
量
的？
（ 1） 弹筒发热量：单位质量的煤在充有过量氧气的氧弹
中燃烧，其终态产物为 25℃ 下的二氧化碳、过量氧气、硝酸、
硫酸、液态水及固态灰时放出的热量，称为弹筒发热量。
（ 2） 高位发热量：是指单位质量的煤在空气中燃烧后
产生的热量。煤在空气中燃烧时，可燃硫生成二氧化硫、氮
生成氮气逸出，水则以液态（ 25℃ ）存在。即高位发热量包
括了水分的汽化热。
（ 3） 低位发热量：煤在工业窑炉燃烧时，水呈蒸汽蒸
发掉。水从液变成气态，需要吸收一部分热量。因此，煤在
实际燃烧时可利用的热量，比煤的高位发热量要低。也就是
说，从高位发热量减去水的汽化热的热值，才是煤的有效热
值，因此，从煤的高位发热量减去水分的汽化热的热值，称
为煤的低位发热量。
