第二章
烟尘的生成
机理和控制
主要内容
? 2.1 烟尘
? 2.2 烟尘的生成机理
? 2.3 影响烟尘生成的因素
? 2.4 烟尘的控制
2.1 烟尘
? 烟 (fume)：由冶金、燃烧等过程形成的 固
体粒子的气溶胶 。它是由熔融物质挥发后生
成的气态物质的冷凝物，在生成过程中总是
伴有诸如氧化之类的化学反应。
? 粉尘 (dust)：指 悬浮于气体介质中的小固
体粒子,因重力作用能发生沉降，但在某一
段时间内也能保持悬浮状态。
? 烟尘是指 工业生产过程中与废气同时排出的
烟和粉尘的总称 。
? 根据烟尘颗粒的大小，将其分为 飘尘、降尘、
总悬浮微粒 (TSP)。
? 烟尘的危害
2.2烟尘的生成机理
气相析出型烟尘 是气体燃料、液体燃料在
燃烧过程中放出的气体可燃物和固体燃料
的挥发份，在空气不足的高温条件下，热
分解而生成的固体烟尘，俗称炭黑,
剩余型烟尘 包括油灰、雪片、积炭和粉尘
另外还有一类是 残炭型烟尘
烟尘
气相析出型
剩余型烟尘
剩
余
型
烟
尘
油灰
油灰,液体燃料燃烧时剩余下来的固态烟尘
雪片,以烟尘为核心，在烟气温度接近露点
时，吸收烟气中的硫酸 H2SO4，长大成为雪
片状烟尘积炭
积炭,由于燃料附着在燃烧器、燃烧室内壁
上，受炉内高温气化而剩下来的固态炭
粉尘,固体燃料燃烧过程中产生的飞灰
1．气体燃料燃烧的烟尘
气体燃料的分类
高热值,天然气、油田气等发热值在 33500kJ/m3以
上
中热值,城市煤气热值为 12500～ 18800kJ/m3
低热值,工艺尾气热值在 7500～ 13000 kJ/m3以下
在正常情况下，气体燃料是 最清洁 的燃料,
气体燃料 燃烧时产生的是 气相析出形烟尘,
主要成份为碳的粒子，在工业过程中能起
到 有利和有害 两种作用,
火焰的碳烟生成机理
热解
成核
表面增长 凝并
集结
氧化燃烧
炭黑
2.液体燃料燃烧的烟尘
?石油,容易输送，燃烧时较干净，单位体积
的能量高，又是一种有价值的润滑剂和化工
原料。
?汽油和柴油 是两种最重要的发动机燃料
?多数情况，液体燃料烧系统排放物不仅仅含
有气相过程生成的 积炭,而且也含有由液态
烃燃料本身生成的 碳粒。
?产生原因,液滴不完全燃烧产生（液态燃料
雾化不好,未燃油滴温度高时裂化导致
,结焦, ；温度低时附着等）
3.固体燃料燃烧的烟尘
煤炭 是最重要的固体燃料
煤的工业分析 结果分为 水分、灰分、挥
发分和固定碳 。
按照煤的 炭化程度高低 (或 挥发分小大 )，
依次可分为 无烟煤、烟煤、褐煤和泥煤
等
煤燃烧产生的颗粒物通常称为 烟尘
烟尘包括 黑烟和飞灰 两部分
黑烟 主要是 未燃尽的碳粒
黑烟的产生,碳的表面燃烧速率决定
煤的燃烧性能
CO2十 C → 2CO
如果 燃烧条件非常理想,煤完全燃烧，
即完全燃烧 (氧化 )为 CO2等气体，余下
为灰分。
如果 燃烧不够理想,煤不但燃烧不好，
而且在高温下发生热解作用。 煤热解
极易形成多环化合物，即形成黑烟 。
飞灰 主要是燃料所含的 不可燃矿物质微粒,
是灰分的一部分
锅炉排烟中的粉尘特性随锅炉型式及煤种
的不同而变化。
飞灰的粒度 分布与锅炉型式、磨煤机型式、
煤种及燃烧工况有关，其中影响最大的是
煤粉细度 。
煤中灰分的影响,
1) 形成灰壳；吸收热量,使燃烧温度降低 ——
增加残炭型烟尘；
2) 灰分本身也是尘
2.3 影响烟尘生成的因素
1.燃料种类的影响
烟尘发生特性的表示方法
烟点 (smoke point):不产生炭黑的最大允
许火焰长度
烟点的倒数,表示烟尘特性,烟尘特性越大，
就越容易产生炭黑而冒黑烟。
不同燃料种类，烟尘特性不一样。
一般来说，燃用 气体燃料时烟尘较少，液体
燃料较多，固体燃料最多 。
碳氢化合物 CH4
? 在炉内高温条件下分解出炭黑：
CH4 → C + 2H 2
? 在氧气充足的情况下,它 可以完全燃烧,
CH4 + 2O2 → CO 2 + 2H2O
? 即使氧气不够充分,不能保证完全燃烧，也
可以使碳氢化合物氧化,而不致产生炭黑
CH4 + O2 → CH 2O + H2O
甲醛 CH2O可以 进一步分解,
CH2O→ CO + H 2
或者在以后和氧气混合,再进一步燃烧：
CH2O + O2 → CO 2 + H2O
?燃料种类对烟尘产生的影响一般有如
下规律,
?1．链状碳氢化合物比 (CnH2n)比烷烃类碳氢
化合物 (CnH2n+2)容易产生烟尘
?2．芳香族碳氢化合物比链状碳氢化合物易
产生烟尘；
?3,C/H比越大，越易产生烟尘；另外分子
结构也起重要作用
?4．液体燃料残碳量增加，烟尘生成量也增
加
?5．固体燃料的灰分越多，烟尘的产生量也
越大。
碳氢比和烟尘特性
碳氢化合物 烟尘特性 碳氢化合物 烟尘特性
乙烷 C2H6 0.73 正戊烷 C5H12 3.6
丙烷 C3H8 1.73 正己烷 C6H14 4.55
丁烷 C4H10 2.71 正辛烷 C7H16 5.41
烟尘浓度与残碳量的关系
2.氧气浓度和空气过剩系数的影晌
?防止产生烟尘所需要的氧气量，随燃
料种类而异。
?氧气浓度降低时，烟尘浓度将增大。
?不同燃料种类，不同燃烧器型式，即
使剩余氧气浓度相同，烟尘浓度也相
差较大。
临界碳氧比 (C/O)H和 OASC值
碳氢化合物 最大临界碳氧比
(C/O)H
OASC
乙烷 C2H6 0.475 4.2
丙烷 C3H8 0.47 6.4
丁烷 C4H10 0.46 8.7
戊烷 C5H12 0.47 10.7
辛烷 C6H14 0.46 13.1
庚烷 C7H16 0.48 14.5
3.燃料粒径的影响
燃用液体燃料,液滴越大,在有限的停
留时间内越 不易燃烬,使烟尘浓度增
加。
燃用固体燃料,煤燃烧时与燃油一样，
煤粒的燃尽时间与其粒度直径平方成
正比。 粒径越大，残炭形烟尘量也越
大 。
? 4.惰性气体的影响,惰性气体能降低烟尘浓度
5.压力的影响
对碳烟的生成量和碳烟粒径的影响
6.温度的影响
火焰温度的变化与炭黑形成间的关系
比较复杂。
一般来说，高温会抑制炭黑的形成。
7.燃烧设备结构尺寸
左图：火焰温度与烟尘生成量的关系
右图：燃烧速度与温度的关系,气流速度 1-
1m/s,2-0.6m/s,3-0.27m/s
2.4 烟尘的控制
通过改进燃烧方式合理调节燃烧过程，可以
使烟气中的可燃物基本燃尽。
1、改进燃烧过程
液体燃料,保证良好的雾化、油滴粒径和流
量分布适当及具有适当的旋流强度，使空气
与油雾充分混合。
碳氢化合物,在燃料受热之前，与一部分空
气混合，是防止烟尘产生的重要措施。
煤粉 在煤粉炉中的 悬浮燃烧 过程：一次风量
对烟尘的生成有很大影响
2,特殊燃烧方法
? 1.烟尘再燃烧法
?烟气在高温状态下与空气适当地接触
再燃烧的方法称烟尘再燃烧法。
?燃气中单位时间内氧化的烟尘量：
2O
VMSmKdtdM ??????
2,部分烟气混合燃烧
? 在燃烧用的氧化剂 (空气 )中混入部分燃烧后
的烟气可降低烟尘的生成量部分烟气再循环。
燃烧室氧化剂 烟气
部分烟气
3,加添加剂燃烧法
控制烟尘的添加剂有 金属添加剂、液
态化合物 。
金属添加剂种类很多，包括 碱金属、
碱土金属和过渡元素的氧化物、氢氧
化物及其盐类 。
液态化合物添加剂有 水、乙醇、硫氢
化合物 等
烟尘的生成
机理和控制
主要内容
? 2.1 烟尘
? 2.2 烟尘的生成机理
? 2.3 影响烟尘生成的因素
? 2.4 烟尘的控制
2.1 烟尘
? 烟 (fume)：由冶金、燃烧等过程形成的 固
体粒子的气溶胶 。它是由熔融物质挥发后生
成的气态物质的冷凝物，在生成过程中总是
伴有诸如氧化之类的化学反应。
? 粉尘 (dust)：指 悬浮于气体介质中的小固
体粒子,因重力作用能发生沉降，但在某一
段时间内也能保持悬浮状态。
? 烟尘是指 工业生产过程中与废气同时排出的
烟和粉尘的总称 。
? 根据烟尘颗粒的大小，将其分为 飘尘、降尘、
总悬浮微粒 (TSP)。
? 烟尘的危害
2.2烟尘的生成机理
气相析出型烟尘 是气体燃料、液体燃料在
燃烧过程中放出的气体可燃物和固体燃料
的挥发份，在空气不足的高温条件下，热
分解而生成的固体烟尘，俗称炭黑,
剩余型烟尘 包括油灰、雪片、积炭和粉尘
另外还有一类是 残炭型烟尘
烟尘
气相析出型
剩余型烟尘
剩
余
型
烟
尘
油灰
油灰,液体燃料燃烧时剩余下来的固态烟尘
雪片,以烟尘为核心，在烟气温度接近露点
时，吸收烟气中的硫酸 H2SO4，长大成为雪
片状烟尘积炭
积炭,由于燃料附着在燃烧器、燃烧室内壁
上，受炉内高温气化而剩下来的固态炭
粉尘,固体燃料燃烧过程中产生的飞灰
1．气体燃料燃烧的烟尘
气体燃料的分类
高热值,天然气、油田气等发热值在 33500kJ/m3以
上
中热值,城市煤气热值为 12500～ 18800kJ/m3
低热值,工艺尾气热值在 7500～ 13000 kJ/m3以下
在正常情况下，气体燃料是 最清洁 的燃料,
气体燃料 燃烧时产生的是 气相析出形烟尘,
主要成份为碳的粒子，在工业过程中能起
到 有利和有害 两种作用,
火焰的碳烟生成机理
热解
成核
表面增长 凝并
集结
氧化燃烧
炭黑
2.液体燃料燃烧的烟尘
?石油,容易输送，燃烧时较干净，单位体积
的能量高，又是一种有价值的润滑剂和化工
原料。
?汽油和柴油 是两种最重要的发动机燃料
?多数情况，液体燃料烧系统排放物不仅仅含
有气相过程生成的 积炭,而且也含有由液态
烃燃料本身生成的 碳粒。
?产生原因,液滴不完全燃烧产生（液态燃料
雾化不好,未燃油滴温度高时裂化导致
,结焦, ；温度低时附着等）
3.固体燃料燃烧的烟尘
煤炭 是最重要的固体燃料
煤的工业分析 结果分为 水分、灰分、挥
发分和固定碳 。
按照煤的 炭化程度高低 (或 挥发分小大 )，
依次可分为 无烟煤、烟煤、褐煤和泥煤
等
煤燃烧产生的颗粒物通常称为 烟尘
烟尘包括 黑烟和飞灰 两部分
黑烟 主要是 未燃尽的碳粒
黑烟的产生,碳的表面燃烧速率决定
煤的燃烧性能
CO2十 C → 2CO
如果 燃烧条件非常理想,煤完全燃烧，
即完全燃烧 (氧化 )为 CO2等气体，余下
为灰分。
如果 燃烧不够理想,煤不但燃烧不好，
而且在高温下发生热解作用。 煤热解
极易形成多环化合物，即形成黑烟 。
飞灰 主要是燃料所含的 不可燃矿物质微粒,
是灰分的一部分
锅炉排烟中的粉尘特性随锅炉型式及煤种
的不同而变化。
飞灰的粒度 分布与锅炉型式、磨煤机型式、
煤种及燃烧工况有关，其中影响最大的是
煤粉细度 。
煤中灰分的影响,
1) 形成灰壳；吸收热量,使燃烧温度降低 ——
增加残炭型烟尘；
2) 灰分本身也是尘
2.3 影响烟尘生成的因素
1.燃料种类的影响
烟尘发生特性的表示方法
烟点 (smoke point):不产生炭黑的最大允
许火焰长度
烟点的倒数,表示烟尘特性,烟尘特性越大，
就越容易产生炭黑而冒黑烟。
不同燃料种类，烟尘特性不一样。
一般来说，燃用 气体燃料时烟尘较少，液体
燃料较多，固体燃料最多 。
碳氢化合物 CH4
? 在炉内高温条件下分解出炭黑：
CH4 → C + 2H 2
? 在氧气充足的情况下,它 可以完全燃烧,
CH4 + 2O2 → CO 2 + 2H2O
? 即使氧气不够充分,不能保证完全燃烧，也
可以使碳氢化合物氧化,而不致产生炭黑
CH4 + O2 → CH 2O + H2O
甲醛 CH2O可以 进一步分解,
CH2O→ CO + H 2
或者在以后和氧气混合,再进一步燃烧：
CH2O + O2 → CO 2 + H2O
?燃料种类对烟尘产生的影响一般有如
下规律,
?1．链状碳氢化合物比 (CnH2n)比烷烃类碳氢
化合物 (CnH2n+2)容易产生烟尘
?2．芳香族碳氢化合物比链状碳氢化合物易
产生烟尘；
?3,C/H比越大，越易产生烟尘；另外分子
结构也起重要作用
?4．液体燃料残碳量增加，烟尘生成量也增
加
?5．固体燃料的灰分越多，烟尘的产生量也
越大。
碳氢比和烟尘特性
碳氢化合物 烟尘特性 碳氢化合物 烟尘特性
乙烷 C2H6 0.73 正戊烷 C5H12 3.6
丙烷 C3H8 1.73 正己烷 C6H14 4.55
丁烷 C4H10 2.71 正辛烷 C7H16 5.41
烟尘浓度与残碳量的关系
2.氧气浓度和空气过剩系数的影晌
?防止产生烟尘所需要的氧气量，随燃
料种类而异。
?氧气浓度降低时，烟尘浓度将增大。
?不同燃料种类，不同燃烧器型式，即
使剩余氧气浓度相同，烟尘浓度也相
差较大。
临界碳氧比 (C/O)H和 OASC值
碳氢化合物 最大临界碳氧比
(C/O)H
OASC
乙烷 C2H6 0.475 4.2
丙烷 C3H8 0.47 6.4
丁烷 C4H10 0.46 8.7
戊烷 C5H12 0.47 10.7
辛烷 C6H14 0.46 13.1
庚烷 C7H16 0.48 14.5
3.燃料粒径的影响
燃用液体燃料,液滴越大,在有限的停
留时间内越 不易燃烬,使烟尘浓度增
加。
燃用固体燃料,煤燃烧时与燃油一样，
煤粒的燃尽时间与其粒度直径平方成
正比。 粒径越大，残炭形烟尘量也越
大 。
? 4.惰性气体的影响,惰性气体能降低烟尘浓度
5.压力的影响
对碳烟的生成量和碳烟粒径的影响
6.温度的影响
火焰温度的变化与炭黑形成间的关系
比较复杂。
一般来说，高温会抑制炭黑的形成。
7.燃烧设备结构尺寸
左图：火焰温度与烟尘生成量的关系
右图：燃烧速度与温度的关系,气流速度 1-
1m/s,2-0.6m/s,3-0.27m/s
2.4 烟尘的控制
通过改进燃烧方式合理调节燃烧过程，可以
使烟气中的可燃物基本燃尽。
1、改进燃烧过程
液体燃料,保证良好的雾化、油滴粒径和流
量分布适当及具有适当的旋流强度，使空气
与油雾充分混合。
碳氢化合物,在燃料受热之前，与一部分空
气混合，是防止烟尘产生的重要措施。
煤粉 在煤粉炉中的 悬浮燃烧 过程：一次风量
对烟尘的生成有很大影响
2,特殊燃烧方法
? 1.烟尘再燃烧法
?烟气在高温状态下与空气适当地接触
再燃烧的方法称烟尘再燃烧法。
?燃气中单位时间内氧化的烟尘量：
2O
VMSmKdtdM ??????
2,部分烟气混合燃烧
? 在燃烧用的氧化剂 (空气 )中混入部分燃烧后
的烟气可降低烟尘的生成量部分烟气再循环。
燃烧室氧化剂 烟气
部分烟气
3,加添加剂燃烧法
控制烟尘的添加剂有 金属添加剂、液
态化合物 。
金属添加剂种类很多，包括 碱金属、
碱土金属和过渡元素的氧化物、氢氧
化物及其盐类 。
液态化合物添加剂有 水、乙醇、硫氢
化合物 等
