当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第二章 燃烧与大气污染 > 2-5 颗粒物的生成 > 2-5颗粒物的生成
同学们,大家好!今天我们来学习第二章第五节
燃烧过程中颗粒物的生成
首先简要介绍燃烧火焰的结构
按燃料与助燃气体的混合状态
可将火焰分为预混火焰和扩散火焰
预混火焰是燃料和空气在燃烧前充分混合产生的火焰
火焰不同位置化学组成相对一致
传统的汽油车发动机内的火焰就是预混火焰
汽油在燃烧之前首先在化油器内气化
然后与空气混合喷入气缸
扩散火焰则是指燃料和空气分别进入燃烧区
通过扩散和湍流作用混合
在燃烧的不同区域燃料和助燃气体比例不同
扩散火焰有明显的分层结构
我们生活中常见的火焰
如蜡烛、燃气灶、打火机等的火焰都是扩散火焰
煤粉、油滴燃烧产生的火焰也属于扩散火焰
目前一种方兴未艾的缸内直喷式汽油机GDI技术
将喷油嘴安装在燃烧室内，汽油直接喷入气缸
缸内不同部位空气和燃气的比例有所差异
所以也属扩散火焰
火焰按气体的湍流程度，可分为层流火焰和湍流火焰
用气体流动的雷诺数表征
雷诺数越大，表明湍流现象越明显，对流传质、传热越显著
对于层流火焰而言，雷诺数小于2200,分子扩散和传导占主导
对于湍流火焰而言,雷诺数大于2200
湍流起到了显著的传质、传热作用,但分子扩散仍有所贡献
积碳主要由气态燃料燃烧生成的颗粒物
积碳由大量的粗糙球形粒子组成，呈链状
组成积炭的球形小颗粒具有部分类似石墨的层状晶体结构
由单层或无定形碳联接
积碳中至少含有1%的氢,经验分子式近似为C8H
随着积碳的老化，氢的比例会逐渐增加
一般认为，生成积碳的过程分三个阶段
第一阶段为核化过程
即发生气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳
第二阶段在核表面发生非均相反应
第三阶段为相对缓慢的凝聚长大过程
燃料的分子结构是影响积碳的主要因素
支链化合物比直链化合物更倾向于释放积碳
火焰的结构对于积碳的产生也有重要影响
预混火焰相比于扩散火焰，由于混合均匀
各部分氧化均比较充分，故产生的积碳量较少
提高氧气含量可使燃料充分燃烧，从而减少积碳生成
另外，在所有火焰中，压力越低则积炭生成趋势越小
石油焦和煤胞主要由液滴燃烧产生颗粒物
燃料油雾在被充分氧化前，与炽热的壁面接触
会导致液相裂化，接着发生高温分解，最后出现结焦
由此产生的碳粒叫石油焦，是一种比积碳更硬的物质
在重油液滴燃烧的后期
会产生一种称为煤胞的焦粒,并且难以燃烧
煤胞外形为微小空心的球形粒子
其大小与油滴的直径成正比，一般为10~300微米
焦粒生成反应的顺序
烷烃 -> 烯烃 -> 带支链芳烃 -> 凝聚环系 ->
沥青 -> 半园体沥青 -> 沥青焦 -> 焦炭
煤燃烧过程产生的一次颗粒物主要包括黑烟和飞灰
黑烟主要是未燃尽的碳粒
飞灰则主要是燃料所含的不可燃矿物质微粒
飞灰含有多种有害元素，如汞、砷、铅等
这些污染物在飞灰中富集了数百至数千倍
且一般飞灰粒径越小，越容易吸附
煤粉燃烧时，在燃烧碳层表面
气体成分和温度的分布如右图所示
可看出在未燃固定碳层表面几乎没有氧气,C与CO2反应生成CO
氧气向燃烧表面碳层扩散，与CO反应生成CO2
温度达到峰值
如果燃烧条件理想，煤可以完全燃烧，产生二氧化碳
如果燃烧不够理想，则会发生分解，生成黑烟
在煤的燃烧中，当碳与氧的摩尔比接近化学当量比，即1：1时
最易形成黑烟
在预混火焰中，C/O小于1.0，并大约为0.5时，最容易形成黑烟
芳香族化合物相比于脂肪族化合物更容易产生黑烟
温度对黑烟的影响与火焰类型有关
对脂肪烃而言，预混火焰产生的黑烟量随温度上升而减少
扩散火焰则恰好相反。出现黑烟的燃料顺序为
无烟煤、焦炭、褐煤、低挥发分烟煤、高挥发分烟煤
即烟煤最容易形成黑烟
煤燃烧产生的飞灰主要呈现亚微米级和微米级两种模态
主要由煤燃烧颗粒物产生的机理决定
燃料中矿物质在高温下
直接挥发或与一氧化碳反应挥发产生的蒸气成为气态前体物
通过冷凝成核作用
生成纳米级的颗粒物。这些颗粒物作为凝结核
更多的蒸气在其表面冷凝而长大
最终稳定在20-100nm，形成亚微米级颗粒物
燃烧过程中由于机械力破碎生成的颗粒物和煤表面附着的矿物质
会形成微米级的大颗粒物
这些大颗粒物具有相对巨大的表面积
会通过凝聚作用结合许多微小颗粒
但由于自身体积较大
所以粒径变化并不明显,基本保持在几个微米
燃煤烟气中飞灰的浓度和粒度与煤质、燃烧方式、烟气流速、炉排
和炉膛的热负荷、锅炉运行负荷以及锅炉结构等多种因素有关
煤的灰分含量越高、含水量越少，则排尘浓度就越高
烟煤的颗粒物排放要明显高于无烟煤
自然引风锅炉的烟气流速较低，排尘浓度也较低
对于机械引风锅炉，需要合理地控制风量
防止引风带尘的浓度过高
热负荷是指单位面积炉排或单位体积炉膛
每小时燃料燃烧所释放的热量
炉排热负荷增加，导致单位炉排面积上燃煤量增大
流过炉排的气流速度也成正比增加
灰分被气流夹带而飞逸的可能性就增大
炉膛必须保持足够的燃烧空间
以使燃烧过程逸出的可燃气体有充分的时间进行燃烧
提高锅炉的消烟效果
锅炉负荷越高，燃煤量越大
烟气量必然增大，排尘浓度就会越高
关于颗粒物的生成机理，今天就讲到这里，再见
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
-8-1 概述
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-8-1 概述--作业
-8-2 燃烧前燃料脱硫
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-第八章 硫氧化物控制技术--8-2 燃烧前燃料脱硫
-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
-8-4 高浓度二氧化硫回收
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）
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-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）
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-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-10 循环流化床干法烟气脱硫
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
-8-11 烟气脱硫技术的综合比较
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
-8-12 二氧化硫控制策略（访谈）（选修）
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--参考链接
-第八章 硫氧化物控制技术--第八章 作业习题
-9-1 概述
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-9-1 概述--作业
-9-2 低氮氧化物燃烧技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-2 低氮氧化物燃烧技术
-9-3 选择性催化还原技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-3 选择性催化还原技术
-9-4 选择性非催化还原技术
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-第九章--9-4 选择性非催化还原技术
-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）
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-9-5 SNCR-SCR联合烟气脱硝技术（选修）--作业
-9-6 烟气同时脱硫脱硝技术（选修）
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-9-6 烟气同时脱硫脱硝技术（选修）--作业
-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价
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-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价--作业
-9-8 超低排放技术访谈
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--第九章作业习题
-10-1 概述
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-10-1 概述--作业
-10-2 蒸气压及蒸发
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-2 蒸气压及蒸发
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-3 VOCs污染预防
-10-4 冷凝法控制VOCs污染
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-10-4 冷凝法控制VOCs污染--作业
-10-5 燃烧法控制VOCs污染
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-第十章--10-5 燃烧法控制VOCs污染
-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）
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-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）--作业
-第十章 挥发性有机物控制技术--第十章作业习题
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-11-1 机动车污染概述--作业
-11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
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-第十一章--11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
-11-3 机动车排放控制技术
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--11-3-2
-第十一章 机动车污染控制--11-3 机动车排放控制技术
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-第十一章--11-4 先进车辆技术和清洁替代燃料技术
-11-5 交通规划与交通管理（选修）
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-11-5 交通规划与交通管理（选修）--作业
-第十一章 机动车污染控制--第十一章作业习题
-12-1 全球气候变化与温室效应
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-12-1 全球气候变化与温室效应--作业
-12-2 气候变化的应对措施
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
-12-3 臭氧层破坏问题
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Lecture 02
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-Conversation
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-附加：--Exercise
