第三章 燃烧过程其它
污染物的形成
主要内容
? 3.1 碳氧化物的生成机理和控制
? 3.2 有机污染物的生成与控制
? 3.3 氟化物
? 3.4 氯化物的生成机理
? 3.5 痕量重金属元素的迁移转化机理
3.1.1 碳氧化物的生成机理
CO,CO2
1)碳氢化合物燃烧过程中碳氧化物的生成,
RH→R→RCHO→ RCO→CO
CO形成过程中的主要反应归因于 RCO原子团的热分解作用 。
CO生成过程,用一步反应模型表示 。
即碳氢化合物同氧分子反应, 生成 CO和氢气 。
22 22 H
mn C OOnHC
mn ???
HCOOHCO ??? 2
CO转化为 CO2的唯一主要机理
甲烷的燃烧反应机理
2)固体含碳燃料燃烧过程中碳氧化物的生成
碳的燃烧化学反应过程：
1）一次反应
)/(40922 m olkJCOOC ??? )/(2462 2 m olkJCOOC ???
2）二次反应
)/(16222 m olkJCOCOC ??? )/(5 7 122 22 m olkJCOOCO ???
3） C及 CO2与空气中水蒸气产生的附从反应
22 HCOOHC ??? 222 22 HCOOHC ???
222 HCOOHCO ??? 222 332 HCOCOOHC ????
碳的一次反应
目前存在以下三种学说：
? 第一种说法即 二氧化碳学说
在碳的氧化反应中 二氧化碳是初次反应产物
? 第二种说法为 一氧化碳学说
碳与氧反应的 初级反应物为一氧化碳
? 第三种说法为 CxOy学说
首先生成不稳定的中间络合物－ 碳氧化合物 CxOy,然
后络合物分解。
3.1.2 控制 CO生成的燃烧技术
? 对于气体碳氢燃料
? 燃烧过程中控制 CO生成的方法,在火焰温度下，有充分的氧
气，停留时间足够长, CO浓度在反应之后会降至很低的程度。
HCOOHCO ??? 2
3.2 有机污染物的生成与控制
3.2.1燃烧生成物中的碳氢化合物
含氧化合物
碳氢化合物
不含氧化合
物
链状碳氢化合物
环状碳氢化合物
链烷烃 CnH2n+2
烯烃 CnH2n
炔烃 CnH2n-2
乙醛 C2H4O
PAH
3.2.2碳氢化合物的危害
1) 臭氧的前驱物 (precursor)
2) 温室效应气体
3) 产生烟尘时的前驱物或附产物,PAH
4) 导致基因变异的物质和致癌性物质
5) 恶臭物质,甲醛（ HCHO）
温室效应气体及其效应度
温室效应气体 效应度
二氧化碳 CO2 1
甲烷气体 CH4 20
一氧化二氮 N2O 100
对流层臭氧 O3 2000
氯氟烃 CFCs 10000
水蒸气 H2O 2
3.2.3在燃烧过程中产生碳氢化合物的原因
碳氢化合物
的发生原因
不完全
燃烧
氧气供给量不足
绝对氧气量不足 (空气比 <1.0)
存在局部性高浓度部分
燃烧室泄漏未燃燃料
燃烧供给设备泄漏燃料
燃烧温度不够高
绝对温度低
存在局部性低温部分
与低温壁接触
滞留时间不够长
燃烧室容积过小
发生短路
点火延迟
气体混合不充分
3.2.4多环芳香族碳氢化合物
PAH分子中含有两个或两个以上的苯环
煤中的多环芳烃主要为 菲类、萘类以及杂
环芳烃
3.2.5多环芳烃的 生成机理主要有两种：
一种机理是由于 植物燃烧 产生大量的多环
芳烃 ;
另一种机理是 芳香烃含量高的物质燃烧 产
生的多环芳烃。
3.2.6碳氢化合物的抑制技术
防止未燃燃料的泄漏－密闭化
电子控制
使用氧气传感器控制空燃比
利用负荷控制气体混合程度
利用运转情况控制燃料或排放气体的再循环量
使用温度传感器控制温度
碳氢化合物的
抑制技术
改善燃烧
确保氧气供给量 控制空气比
确保燃烧温度
控制燃料
防止通过燃烧室壁的消焰现象
更换燃料
确保滞留时间
改善着火性能
防止短路现象
缩短火焰传播距离
改善燃烧室的形状
加强气体混合
改善燃烧室内气体的流动
促进燃料的雾化
3.2.7二 口 恶 口 英
二恶英是指聚合氯代二苯并二恶英（简称 PCDDs），它是由
两个苯环和两个氧结合而成的含氯有机化合物。
聚合氯代二苯并呋喃（简称 PCDFs）具有和 PCDDs类似的性质，
它是由两个苯环和一个氧结合而成的含氯有机化合物。
二恶英 化学物质很稳定,在环境中 能长时间存在 。
在 低温下很稳定，温度超过 800℃ 容易分解 ； 极易溶于脂肪,
容易在人体内积累 。
O
1
2
3
6
8
7
9
4
O
O
1
2
3
46
7
9
8
PCDDs PCDFs
部分国家规定的二恶英日允许摄入量（ TDI）
国 家 日允许摄入量（ TDI） pg/kg day
加拿大 10
美国 EPA 0.057/0.0066
荷兰 1
瑞典 5
丹麦 5
瑞士 10
德国 10
英国 10
日本厚生省 /环境厅 10/5
二恶英的来源
1.自然界的很多自发过程 ；
2.工业过程,归纳起来主要为 4个方面
燃烧过程, 主要来源于城市生活垃圾焚烧和医疗废
物的焚烧过程
金属冶炼过程
化学制造过程及光化学作用
生化作用过程
焚烧过程中二恶英的生成机理
1.固体废弃物含有 的痕量二恶英
2.高温合成,即高温气相生成二恶英
3.含氯前驱物生成 的二恶英
4.,de novo” 合成
具体哪一种机理起主导作用取决于炉型、工作状态
和燃烧条件。
OHClOH C l Cu 22)2(2212 ???? ??? ?
二恶英的控制技术
1.烟气 中 PCDD/Fs的脱除
2.飞灰 二恶英的处理
3.抑制 PCDD/Fs在焚烧炉 燃后段 的生成
4.燃烧过程中 控制二恶英生成
5.废物组成和特性 控制
废弃物焚烧炉的构造及管理要求
燃烧室 冷却装臵 排气处理装臵
完全燃烧
温度保持在 800℃ 以上
停留时间保持在 2秒
采用助燃装臵
烟气冷却
在 200℃ 以下冷却
高效率处理
采用高效率除尘装臵
3.3氟化物
氟主要来源于以下三个方面：
? 岩石的风化
? 火山喷发
? 人为氟污染,工业大气氟污染、含氟废水污染和含
氟废渣污染
? 工业大气氟污染,排烟工业的 无机氟化物 (磷矿石
加工、冶炼、工业炉窑和煤的燃烧过程,以及陶瓷、
玻璃、塑料、农药等工业； 碳氟有机氟化物
煤燃烧与利用过程中氟化物对环境的污染途径
3.4氯化物的生成机理
? 固体废弃物 由于含有 聚氯乙烯,NaCl等无机氯化物，故在焚
烧过程中排放出大量的 HCl气体
? 氯在煤中存在的形式 主要有三种：（ 1） 无机氯化物 （如 NaC
l,KCl和 CaCl2等）；（ 2） 有机氯化物 ；（ 3）以 氯离子的形
式存在于煤的水分中 。
? 煤中的氯在 200～ 600℃ 主要以 HCl的形式析出 ；在 1465℃ 左
右的 高温下, NaCl则会蒸发成气体，参与化学反应 。
H C lONaOHN aC l 22 22 ??? H C lN a O HOHN a C l ??? 2
H C lSONaSOOHN a C l 22 4232 ???? H C lSNaSHN a C l 22 22 ???
3.5痕量重金属元素的迁移转化机理
煤中的元素根据含量可分为：
主量元素 （ C,H,O,N和 S）的含量通常大于 1000pp
m；
次量元素 （ Si,Al,Ca,Mg,K,Na,Fe,Mn,Ti，
Cl和 F ）的含量在 100ppm和 1000ppm之间；
其它含量小于 100ppm，大部分是重金属元素，称为
痕量元素 。
痕量元素对人体健康的影响
? 在人体中几乎含有自然界存在的所有元素，按其含
量的多少可以分为 常量元素和微量元素 。
? 根据微量元素在机体内生物学作用的不同，可分为
必需元素、可能必需元素及非必需元素 三类。
? 目前较肯定的 人体必需微量元素有碘、铁、铜、硒、
锌、氟、铬、锰、钼和钴 等；某些元素即使在浓度
比较低时也显示出 毒性，重要元素有：砷、铅、镉、
汞 等。
痕量重金属元素的迁移、富集
痕量重金属元素在煤燃烧过程中的行为可分为三类：
第一类元素由于熔点高，燃烧时极不易挥发，主要
滞留在灰渣中 ；
第二类元素在煤粉火焰温度下，会部分或全部地挥
发气化，并随着烟气的冷却在微粒和烟道壁面上凝
结下来。它不易被除尘装臵所捕获，最终常常 以飞
灰的形式排入大气 ；
第三类元素在燃烧过程中极易挥发，主要 以气态的
形式排入大气,并通过干湿沉降进入地面，危害陆
生生态系统。
富集因子
? 富集因子,某元素相对于一种标准高熔点元素的质量比占
其余各部分总质量比的份额。
? ?
? ?
? n
j
n
j
jij
jij
ij
Tx
Tx
E
1 1
/][
/][
[x]ij—— 某元素 i在 j固相燃烧产物中的质量流量 （ g/min）,
它等于燃烧产物的流量与某元素在燃烧产物中浓度的乘积；
Tj —— 某一高熔点元素 （ 钛, 铝或铁等 ） 在燃烧产物中的质
量流量 （ g/min） ；
n —— 燃烧产物 j的个数 。
污染物的形成
主要内容
? 3.1 碳氧化物的生成机理和控制
? 3.2 有机污染物的生成与控制
? 3.3 氟化物
? 3.4 氯化物的生成机理
? 3.5 痕量重金属元素的迁移转化机理
3.1.1 碳氧化物的生成机理
CO,CO2
1)碳氢化合物燃烧过程中碳氧化物的生成,
RH→R→RCHO→ RCO→CO
CO形成过程中的主要反应归因于 RCO原子团的热分解作用 。
CO生成过程,用一步反应模型表示 。
即碳氢化合物同氧分子反应, 生成 CO和氢气 。
22 22 H
mn C OOnHC
mn ???
HCOOHCO ??? 2
CO转化为 CO2的唯一主要机理
甲烷的燃烧反应机理
2)固体含碳燃料燃烧过程中碳氧化物的生成
碳的燃烧化学反应过程：
1）一次反应
)/(40922 m olkJCOOC ??? )/(2462 2 m olkJCOOC ???
2）二次反应
)/(16222 m olkJCOCOC ??? )/(5 7 122 22 m olkJCOOCO ???
3） C及 CO2与空气中水蒸气产生的附从反应
22 HCOOHC ??? 222 22 HCOOHC ???
222 HCOOHCO ??? 222 332 HCOCOOHC ????
碳的一次反应
目前存在以下三种学说：
? 第一种说法即 二氧化碳学说
在碳的氧化反应中 二氧化碳是初次反应产物
? 第二种说法为 一氧化碳学说
碳与氧反应的 初级反应物为一氧化碳
? 第三种说法为 CxOy学说
首先生成不稳定的中间络合物－ 碳氧化合物 CxOy,然
后络合物分解。
3.1.2 控制 CO生成的燃烧技术
? 对于气体碳氢燃料
? 燃烧过程中控制 CO生成的方法,在火焰温度下，有充分的氧
气，停留时间足够长, CO浓度在反应之后会降至很低的程度。
HCOOHCO ??? 2
3.2 有机污染物的生成与控制
3.2.1燃烧生成物中的碳氢化合物
含氧化合物
碳氢化合物
不含氧化合
物
链状碳氢化合物
环状碳氢化合物
链烷烃 CnH2n+2
烯烃 CnH2n
炔烃 CnH2n-2
乙醛 C2H4O
PAH
3.2.2碳氢化合物的危害
1) 臭氧的前驱物 (precursor)
2) 温室效应气体
3) 产生烟尘时的前驱物或附产物,PAH
4) 导致基因变异的物质和致癌性物质
5) 恶臭物质,甲醛（ HCHO）
温室效应气体及其效应度
温室效应气体 效应度
二氧化碳 CO2 1
甲烷气体 CH4 20
一氧化二氮 N2O 100
对流层臭氧 O3 2000
氯氟烃 CFCs 10000
水蒸气 H2O 2
3.2.3在燃烧过程中产生碳氢化合物的原因
碳氢化合物
的发生原因
不完全
燃烧
氧气供给量不足
绝对氧气量不足 (空气比 <1.0)
存在局部性高浓度部分
燃烧室泄漏未燃燃料
燃烧供给设备泄漏燃料
燃烧温度不够高
绝对温度低
存在局部性低温部分
与低温壁接触
滞留时间不够长
燃烧室容积过小
发生短路
点火延迟
气体混合不充分
3.2.4多环芳香族碳氢化合物
PAH分子中含有两个或两个以上的苯环
煤中的多环芳烃主要为 菲类、萘类以及杂
环芳烃
3.2.5多环芳烃的 生成机理主要有两种：
一种机理是由于 植物燃烧 产生大量的多环
芳烃 ;
另一种机理是 芳香烃含量高的物质燃烧 产
生的多环芳烃。
3.2.6碳氢化合物的抑制技术
防止未燃燃料的泄漏－密闭化
电子控制
使用氧气传感器控制空燃比
利用负荷控制气体混合程度
利用运转情况控制燃料或排放气体的再循环量
使用温度传感器控制温度
碳氢化合物的
抑制技术
改善燃烧
确保氧气供给量 控制空气比
确保燃烧温度
控制燃料
防止通过燃烧室壁的消焰现象
更换燃料
确保滞留时间
改善着火性能
防止短路现象
缩短火焰传播距离
改善燃烧室的形状
加强气体混合
改善燃烧室内气体的流动
促进燃料的雾化
3.2.7二 口 恶 口 英
二恶英是指聚合氯代二苯并二恶英（简称 PCDDs），它是由
两个苯环和两个氧结合而成的含氯有机化合物。
聚合氯代二苯并呋喃（简称 PCDFs）具有和 PCDDs类似的性质，
它是由两个苯环和一个氧结合而成的含氯有机化合物。
二恶英 化学物质很稳定,在环境中 能长时间存在 。
在 低温下很稳定，温度超过 800℃ 容易分解 ； 极易溶于脂肪,
容易在人体内积累 。
O
1
2
3
6
8
7
9
4
O
O
1
2
3
46
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8
PCDDs PCDFs
部分国家规定的二恶英日允许摄入量（ TDI）
国 家 日允许摄入量（ TDI） pg/kg day
加拿大 10
美国 EPA 0.057/0.0066
荷兰 1
瑞典 5
丹麦 5
瑞士 10
德国 10
英国 10
日本厚生省 /环境厅 10/5
二恶英的来源
1.自然界的很多自发过程 ；
2.工业过程,归纳起来主要为 4个方面
燃烧过程, 主要来源于城市生活垃圾焚烧和医疗废
物的焚烧过程
金属冶炼过程
化学制造过程及光化学作用
生化作用过程
焚烧过程中二恶英的生成机理
1.固体废弃物含有 的痕量二恶英
2.高温合成,即高温气相生成二恶英
3.含氯前驱物生成 的二恶英
4.,de novo” 合成
具体哪一种机理起主导作用取决于炉型、工作状态
和燃烧条件。
OHClOH C l Cu 22)2(2212 ???? ??? ?
二恶英的控制技术
1.烟气 中 PCDD/Fs的脱除
2.飞灰 二恶英的处理
3.抑制 PCDD/Fs在焚烧炉 燃后段 的生成
4.燃烧过程中 控制二恶英生成
5.废物组成和特性 控制
废弃物焚烧炉的构造及管理要求
燃烧室 冷却装臵 排气处理装臵
完全燃烧
温度保持在 800℃ 以上
停留时间保持在 2秒
采用助燃装臵
烟气冷却
在 200℃ 以下冷却
高效率处理
采用高效率除尘装臵
3.3氟化物
氟主要来源于以下三个方面：
? 岩石的风化
? 火山喷发
? 人为氟污染,工业大气氟污染、含氟废水污染和含
氟废渣污染
? 工业大气氟污染,排烟工业的 无机氟化物 (磷矿石
加工、冶炼、工业炉窑和煤的燃烧过程,以及陶瓷、
玻璃、塑料、农药等工业； 碳氟有机氟化物
煤燃烧与利用过程中氟化物对环境的污染途径
3.4氯化物的生成机理
? 固体废弃物 由于含有 聚氯乙烯,NaCl等无机氯化物，故在焚
烧过程中排放出大量的 HCl气体
? 氯在煤中存在的形式 主要有三种：（ 1） 无机氯化物 （如 NaC
l,KCl和 CaCl2等）；（ 2） 有机氯化物 ；（ 3）以 氯离子的形
式存在于煤的水分中 。
? 煤中的氯在 200～ 600℃ 主要以 HCl的形式析出 ；在 1465℃ 左
右的 高温下, NaCl则会蒸发成气体，参与化学反应 。
H C lONaOHN aC l 22 22 ??? H C lN a O HOHN a C l ??? 2
H C lSONaSOOHN a C l 22 4232 ???? H C lSNaSHN a C l 22 22 ???
3.5痕量重金属元素的迁移转化机理
煤中的元素根据含量可分为：
主量元素 （ C,H,O,N和 S）的含量通常大于 1000pp
m；
次量元素 （ Si,Al,Ca,Mg,K,Na,Fe,Mn,Ti，
Cl和 F ）的含量在 100ppm和 1000ppm之间；
其它含量小于 100ppm，大部分是重金属元素，称为
痕量元素 。
痕量元素对人体健康的影响
? 在人体中几乎含有自然界存在的所有元素，按其含
量的多少可以分为 常量元素和微量元素 。
? 根据微量元素在机体内生物学作用的不同，可分为
必需元素、可能必需元素及非必需元素 三类。
? 目前较肯定的 人体必需微量元素有碘、铁、铜、硒、
锌、氟、铬、锰、钼和钴 等；某些元素即使在浓度
比较低时也显示出 毒性，重要元素有：砷、铅、镉、
汞 等。
痕量重金属元素的迁移、富集
痕量重金属元素在煤燃烧过程中的行为可分为三类：
第一类元素由于熔点高，燃烧时极不易挥发，主要
滞留在灰渣中 ；
第二类元素在煤粉火焰温度下，会部分或全部地挥
发气化，并随着烟气的冷却在微粒和烟道壁面上凝
结下来。它不易被除尘装臵所捕获，最终常常 以飞
灰的形式排入大气 ；
第三类元素在燃烧过程中极易挥发，主要 以气态的
形式排入大气,并通过干湿沉降进入地面，危害陆
生生态系统。
富集因子
? 富集因子,某元素相对于一种标准高熔点元素的质量比占
其余各部分总质量比的份额。
? ?
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Tx
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E
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[x]ij—— 某元素 i在 j固相燃烧产物中的质量流量 （ g/min）,
它等于燃烧产物的流量与某元素在燃烧产物中浓度的乘积；
Tj —— 某一高熔点元素 （ 钛, 铝或铁等 ） 在燃烧产物中的质
量流量 （ g/min） ；
n —— 燃烧产物 j的个数 。
