1烟尘的生成

第三章燃烧污染物生成机理第一节烟尘的生成机理一、各类烟尘的生成尘是指悬浮于气体介质中的小固体粒子，粒径一般为 1〜200pm；烟是指含有微粒的气溶胶，粒径为 0.01〜1pm；雾是指液体微粒的悬浮体，其直径可达 100pm。人的肉眼能分辨出来的微粒直径约为 100pm,而 10pm 以下的浮游状颗粒（飘尘）对人体危害最大。碳氢类燃料燃烧时生成的烟尘，按其生成机理，主要分为气相析出型和剩余型两大类。1.气相析出型烟尘气相析出型烟尘是气体燃料、液体燃料的蒸发气或固体燃料的挥发分在空气不足的高温条件下热分解所生成的固体烟尘，俗称碳黑。如果燃料和空气不是在着火前就预先混合好，而是在炉内边混合边燃烧（扩散燃烧工况），就很可能使某些气体可燃物得不到氧气而产生高温分解。这种烟尘粒径很小（0.2〜0.05pm）,积聚态呈絮状，粒径随燃料种类的不同变化不大。火焰中含有碳黑粒子后，辐射力增强，光亮度增加。烟尘的形成决定于其核化反应与氧化反应之间的速率竞争。生成烟尘的反应可分为三个阶段：①核化阶段：此时发生气态反应，并导致凝相形成碳黑粒子固态核心；②吸附阶段：此时由于固态核心表面上自由电子的存在，对气相组分向固相核心表面移附的非均相反应起到很强的催化作用；③凝聚阶段：此时由于核心粒子之间的碰撞凝聚，使得核心体积不断长大成近似球状。如果它们穿过火焰面，则会被氧化燃烧成和，没有氧化掉的碳黑粒子集结成絮状悬浮在空气中。其生成过程可用图来表示。（曾汉才图）图 3-1 碳黑的生成过程研究表明，气相析出型烟尘是由碳氢化合物经过一系列脱氢聚合反应而生成的。脂C2C2H4+H(3-(3-C2C2H2+H(3-肪族或芳香族燃料的火焰中主要有三组碳氢化合物对于碳黑的形成比较重要：①乙炔及聚乙炔；②聚环状芳香族碳氢化合物；③反应性聚环状碳氢化合物，并可能含有含氢量比芳香族高的支链。在燃烧过程中这些重要的中间产物在火焰温度下比较稳定，并具有产生聚合的高反应性。例如 CH4能在炉内高温条件下分解出碳黑，这是最简单的反应式。CH4-C+2H2(3-1)乙烷的热分解则包含一系列脱氢反应：C2H6一 C+3H2中间过程生成的乙烯还可进一步发生如下二次反应3C2H4一 C6H6+3H2(3-5)在温度刚超过 500°C 时，乙烯的分解反应主要经过多环芳烃的中间阶段而产生碳黑；当达到 900〜1100C 以上时，则主要经过乙炔的中间阶段而产生碳黑。两种途径生成碳黑的反应式如下：C6H6-多环芳烃-(3-6)C2H2-H2+2C(3-7)表 3-1 描述了由乙炔生成碳黑的...