燃料燃烧产生的污染及控制
摘要：燃烧少物质剧烈氧化而发光、发热的现象，是人们利用能源的最主要方式。燃烧过程中常见的污染物有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物和烟尘，燃烧还会产生噪声污染、热污染和铅污染等。它们妨害着人们的健康，动植物的生长，甚至整个生态的平衡。因此必须对它们加以控制。
关键字：燃料 燃烧 污染物
燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。若燃料中含S、N会生成SO2和NOx，燃烧温度较高时，空气中的部分氮会被氧化成NOx。这些燃烧产物严重影响了人们的健康以及动植物的生长。
1. 燃料的分类
（１）常规燃料
如煤、petroleum、天然气等。
（２）非常规燃料
按其物理状态分为：
（１）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）。
（２）液体燃料：由蒸发过程控制（气态形式燃烧）。
（３） 气态燃料：由扩散或混合控制。
2.燃烧过程中常见的污染物
燃烧过程中常见的污染物有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物和烟尘，燃烧还会产生噪声污染、热污染和铅污染等。这些排放物会污染环境，是目前影响全球环境的酸雨、“温室效应”等的主要来源，妨害着人们的健康，动植物的生长，甚至整个生态的平衡。
一氧化碳
一氧化碳主要由含碳燃料不完全燃烧引起。它在锅炉排气中约占3％，而在汽车排气中可达 13％。对于 锅炉和 工业炉只要保证燃料充分氧化，采用二次燃烧，就可能降低烟气中的一氧化碳含量。减少 内燃机排气中一氧化碳则是一个较为复杂的问题。主要措施有：改进内燃机设备结构，如正确设计增压比，排气道增设催化补燃器，操作上自动调节油气比等；提高燃料质量，如调配汽油 辛烷值、使用乳化燃料或液化气等；以及通过制订法规，进行废气监测等。
一氧化碳是石油化工行业常见的职业危害因素，分布范围广，接触人员多，毒性危害大。尤其是随着煤气化工业的发展，职工遭受一氧化碳危害影响的可能性增大。
煤气化装置及后续合成气处理装置，干气制氢装置，化学工业中合成氨、丙酮、光气、甲醇的生产，生产和使用含一氧化碳的可燃气体以及用于气、含碳燃料油加热炉的不完全燃烧等，这些工作场所均可能接触一氧化碳。
无色无味 静悄悄地来
一氧化碳为无色、无味、无刺激性的气体，易扩散，微溶于水，易溶于氨水。易燃、易爆。与空气混合有爆炸的危险。
一氧化碳使血液携氧能力下降，阻碍氧的释放和传递，导致低氧血症和组织缺氧。由于中枢神经系统对缺氧最敏感，故最易受到侵害。
工作场所空气中时间加权平均容许浓度不超过20毫克/立方米，短时间接触容许浓度不超过30毫克/立方米，立即威胁生命或健康的浓度为1700毫克/立方米，无警示性。
危害健康不可轻视
可经呼吸道进入人体。主要损害神经系统。轻度急性中毒时，表现为头痛、头晕、心悸、恶心，进而症状加重，出现呕吐、四肢无力等症状，脱离中毒现场后症状可消失。
中度急性中毒时，除上述症状外，面色潮红，口唇呈樱桃红色，多汗、脉快、烦躁、步态不稳、意识模糊甚至昏迷，及时抢救一般无明显并发症或后遗症。
重度急性中毒时，迅速进入昏迷状态，牙关紧闭，强直性全身痉挛，大小便失禁。浓度极高时，数分钟内可致人死亡。
部分中毒患者昏迷苏醒后，经过两天至30天的假愈期，又出现一系列神经精神症状，常见的有精神异常，脑局灶性损害，颅、脊神经损伤。
慢性影响。长期接触低浓度一氧化碳可致头痛、头晕、耳鸣、乏力、失眠、
多梦、记忆力减退及心电图改变。
二氧化硫
二氧化硫来自燃料中硫、硫酸盐和有机硫化物。二氧化硫在烟气中的体积浓度为0.05～0.25％，有时可达0.4％。由于原油加工中 90％以上的硫转入重油，重油的含硫量可达1～3％。防止二氧化硫污染的有效措施是：燃料脱硫或烟气脱硫，采用低硫燃料燃烧也是最常用的方法。
1．SO2对人体健康的危害
SO2是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，易溶于人体的体液和其他黏性液中，长期的影响会导致多种疾病，如：上呼吸道感染、慢性支气管炎、肺气肿等，危害人类健康。SO2在氧化剂、光的作用下，会生成使人致病、甚至增加病人死亡率的硫酸盐气溶胶，据有关研究表明，当硫酸盐年浓度在10μg/m3 左右时，每减少10%的浓度能使死亡率降低0.5%；
2. SO2对植物的危害
研究表明，在高浓度的SO2的影响下，植物产生急性危害，叶片表面产生坏死斑，或直接使植物叶片枯萎脱落；在低浓度SO2的影响下，植物的生长机能受到影响，造成产量下降，品质变坏。据1983年对我国13个省市25个工厂企业的统计，因SO2造成的受害面积达2.33 万公顷，粮食减少1.85万吨，蔬菜减少500 吨，危害相当严重。
3. SO2对金属的腐蚀
大气中的SO2对金属的腐蚀主要是对钢结构的腐蚀。据统计，发达国家每年因金属腐蚀而带来的直接经济损失占国民经济总产值的2%～4%。由于金属腐蚀造成的直接损失远大于水灾、风灾、火灾、地震造成损失的总和。且金属腐蚀直接威胁到工业设施、生活设施和交通设施的安全。
4. 对生态环境的影响
SO2形成的酸雨和酸雾危害也是相当的大，主要表现为对湖泊、地下水、建筑物、森林、古文物以及人的衣物构成腐蚀。同时，长期的酸雨作用还将对土壤和水质产生不可估量的损失。
氮氧化合物
氮氧化合物包括二氧化氮和不稳定的一氧化氮、一氧化二氮和四氧化二氮等。它们在高温(1650℃以上)下可由燃料中的氮化物以及空气中的氮和氧直接生成。烟气中氮氧化合物含量可达 1200毫克／米(，汽车排气中可达 4000毫克／米(。通过湿法液体吸收、干法固体吸附或催化转换方法可以降低它的含量； 汽油机中采用层状燃烧也是降低氮氧化合物含量的一种方法。
各种污染源排放的氮氧化物中，绝大部分为NO，其毒性不是很大，不过NO在大气中可氧化为NO2。NO2比较稳定，其毒性为NO的4~5倍。空气中NO2含量3.5×10-6 (体积分数)持续1h，开始对人有影响；含量为(20~50)×10-6 (体积分数)时，对人眼有刺激作用；当含量达到150×10-6 (体积分数)时，对人的呼吸器官则有强烈的刺激性。NO2参与光化学烟雾的形成，其毒性更强。据研究，光化学烟雾具有致癌作用。在阳光作用下NO2与烃和臭氧反应，生成烟雾和有害于人类健康的化合物，这些烟雾和化合物分别带有刺激性、腐蚀性，能伤害人的眼睛并导致呼吸系统的疾病。
但是，最新的研究表明，一氧化氮参与人的心血管作用，“一氧化氮是心血管系统中传播信号的分子”的研究获1998年诺贝尔生物学及医学奖。研究表明，某些细胞可以产生一氧化氮，这些一氧化氮从细胞中穿出后，作用于其他细胞，并能控制其他细胞的行为。以后，科学家陆续发现一氧化氮在神经信号传递、血压控制、血液流量控制和抵抗感染等方面的重要作用，但在大气中的氮氧化物对人
体还是有害的。
烟尘
烟尘中，烟是指碳氢化合物在缺氧下裂解生成颗粒直径小于 1微米的碳粒。随着碳粒的增多，烟由褐色变为黑色。家庭炉灶的产烟量占燃煤量的 3.5％以上，工业锅炉一般是0.5％。尘是指排气中直径为 1～100微米的颗粒，来自燃料的灰分。影响烟尘的因素是燃烧设备、操作方法和燃料含灰量。选烧低灰分燃料和采用旋风分离、湿法净化、多孔过滤或静电沉降等除尘设施，都是降低排气中烟尘的有效措施。
噪声及热污染
燃烧引起的噪声主要来自进气道、排气道和燃烧器。控制噪声源、减弱传播、采用消声器等能使噪声降低。在燃烧过程中，大量热量的积聚将引起环境的热污染。如热电厂中通常只有40％的燃料热能转为电能，余下的大部分热能排入大气或随冷却水带走，大量含热废水排到江河使水温升高，影响水质，危及水生生物的生长，破坏生态平衡。为此要充分利用热电厂的余热和改进冷却方式，以控制热污染的危害。
3.防治措施
目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施:
1.原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40％一60％的无机硫。优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。
2.改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石，与二氧化硫发生反应，生成硫酸钙随灰渣排出。对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。
3.目前主要用石灰法，可以除去烟气中85％一90％的二氧化硫气体。不过，脱硫效果虽好但十分费钱。例如，在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用，要达电厂总投资的25％之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。
4.开发新能源,如太阳能,风能,核能,可燃冰等,但是目前技术不够成熟,如果使用会造成新污染,且消耗费用十分高.
防治大气污染是一个庞大的系统工程,需要个人、集体、国家、乃至全球各国的共同努力，可考虑采取如下几方面措施：
减少污染物排放量。多采用无污染能源（如太阳能、风能、水力发电）、改革能 源结构，用低污染能源（如天然气）、对燃料进行预处理（如烧煤前，先进行脱硫）、 改进燃烧技术等均可减少排污量。另外，在污染物未进入大气之前，使用除尘消烟技 术、冷凝技术、液体吸收技术、回收处理技术等消除废气中的部分污染物，可减少进 入大气的污染物数量。
控制排放和充分利用大气自净能力。气象条件不同，大气对污染物的容量便不同， 排入同样数量的污染物，造成的污染物浓度便不同。对于风力大、通风好、湍流盛、 对流强的地区和时段，大气扩散稀释能力强，可接受较多厂矿企业地逆温的地区和时 段，大气扩散稀释能力弱，便不能接受较多的污染物，否则会造成严重大气污染。因 此应对不同地区、不同时段进行排放量的有效控制。
厂址选择、烟囱设计、城区与工业区规划等要合理，不要排放大户过渡集中，不 要造成重复迭加污染，形成局地严重污染事件发生。
参考文献：
张斌全.燃烧理论基础.北京：北京航空航天出版社，1990
徐旭常.燃烧理论与燃烧设备.北京：机械工业出版社，1990
岑可法.燃烧理论与污染控制.北京：机械工业出版社，2013
韩昭沧.燃料及燃烧.北京：冶金工业出版社，2007
燃料燃烧产生的污染及控制
摘要：燃烧少物质剧烈氧化而发光、发热的现象，是人们利用能源的最主要方式。燃烧过程中常见的污染物有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物和烟尘，燃烧还会产生噪声污染、热污染和铅污染等。它们妨害着人们的健康，动植物的生长，甚至整个生态的平衡。因此必须对它们加以控制。
关键字：燃料 燃烧 污染物
燃烧是可燃混合物的快速氧化过程，并伴有能量的释放，同时使燃料的组成元素转化成相应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是CO2、水蒸汽；不完全燃烧过程将产生黑烟、CO和其它部分氧化产物等。若燃料中含S、N会生成SO2和NOx，燃烧温度较高时，空气中的部分氮会被氧化成NOx。这些燃烧产物严重影响了人们的健康以及动植物的生长。
1. 燃料的分类
（１）常规燃料
如煤、petroleum、天然气等。
（２）非常规燃料
按其物理状态分为：
（１）固体燃料：挥发分被蒸馏后以气态燃烧（蒸气控制）；留下的固定炭以固态燃烧（扩散控制）。
（２）液体燃料：由蒸发过程控制（气态形式燃烧）。
（３） 气态燃料：由扩散或混合控制。
2.燃烧过程中常见的污染物
燃烧过程中常见的污染物有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物和烟尘，燃烧还会产生噪声污染、热污染和铅污染等。这些排放物会污染环境，是目前影响全球环境的酸雨、“温室效应”等的主要来源，妨害着人们的健康，动植物的生长，甚至整个生态的平衡。
一氧化碳
一氧化碳主要由含碳燃料不完全燃烧引起。它在锅炉排气中约占3％，而在汽车排气中可达 13％。对于 锅炉和 工业炉只要保证燃料充分氧化，采用二次燃烧，就可能降低烟气中的一氧化碳含量。减少 内燃机排气中一氧化碳则是一个较为复杂的问题。主要措施有：改进内燃机设备结构，如正确设计增压比，排气道增设催化补燃器，操作上自动调节油气比等；提高燃料质量，如调配汽油 辛烷值、使用乳化燃料或液化气等；以及通过制订法规，进行废气监测等。
一氧化碳是石油化工行业常见的职业危害因素，分布范围广，接触人员多，毒性危害大。尤其是随着煤气化工业的发展，职工遭受一氧化碳危害影响的可能性增大。
煤气化装置及后续合成气处理装置，干气制氢装置，化学工业中合成氨、丙酮、光气、甲醇的生产，生产和使用含一氧化碳的可燃气体以及用于气、含碳燃料油加热炉的不完全燃烧等，这些工作场所均可能接触一氧化碳。
无色无味 静悄悄地来
一氧化碳为无色、无味、无刺激性的气体，易扩散，微溶于水，易溶于氨水。易燃、易爆。与空气混合有爆炸的危险。
一氧化碳使血液携氧能力下降，阻碍氧的释放和传递，导致低氧血症和组织缺氧。由于中枢神经系统对缺氧最敏感，故最易受到侵害。
工作场所空气中时间加权平均容许浓度不超过20毫克/立方米，短时间接触容许浓度不超过30毫克/立方米，立即威胁生命或健康的浓度为1700毫克/立方米，无警示性。
危害健康不可轻视
可经呼吸道进入人体。主要损害神经系统。轻度急性中毒时，表现为头痛、头晕、心悸、恶心，进而症状加重，出现呕吐、四肢无力等症状，脱离中毒现场后症状可消失。
中度急性中毒时，除上述症状外，面色潮红，口唇呈樱桃红色，多汗、脉快、烦躁、步态不稳、意识模糊甚至昏迷，及时抢救一般无明显并发症或后遗症。
重度急性中毒时，迅速进入昏迷状态，牙关紧闭，强直性全身痉挛，大小便失禁。浓度极高时，数分钟内可致人死亡。
部分中毒患者昏迷苏醒后，经过两天至30天的假愈期，又出现一系列神经精神症状，常见的有精神异常，脑局灶性损害，颅、脊神经损伤。
慢性影响。长期接触低浓度一氧化碳可致头痛、头晕、耳鸣、乏力、失眠、
多梦、记忆力减退及心电图改变。
二氧化硫
二氧化硫来自燃料中硫、硫酸盐和有机硫化物。二氧化硫在烟气中的体积浓度为0.05～0.25％，有时可达0.4％。由于原油加工中 90％以上的硫转入重油，重油的含硫量可达1～3％。防止二氧化硫污染的有效措施是：燃料脱硫或烟气脱硫，采用低硫燃料燃烧也是最常用的方法。
1．SO2对人体健康的危害
SO2是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，易溶于人体的体液和其他黏性液中，长期的影响会导致多种疾病，如：上呼吸道感染、慢性支气管炎、肺气肿等，危害人类健康。SO2在氧化剂、光的作用下，会生成使人致病、甚至增加病人死亡率的硫酸盐气溶胶，据有关研究表明，当硫酸盐年浓度在10μg/m3 左右时，每减少10%的浓度能使死亡率降低0.5%；
2. SO2对植物的危害
研究表明，在高浓度的SO2的影响下，植物产生急性危害，叶片表面产生坏死斑，或直接使植物叶片枯萎脱落；在低浓度SO2的影响下，植物的生长机能受到影响，造成产量下降，品质变坏。据1983年对我国13个省市25个工厂企业的统计，因SO2造成的受害面积达2.33 万公顷，粮食减少1.85万吨，蔬菜减少500 吨，危害相当严重。
3. SO2对金属的腐蚀
大气中的SO2对金属的腐蚀主要是对钢结构的腐蚀。据统计，发达国家每年因金属腐蚀而带来的直接经济损失占国民经济总产值的2%～4%。由于金属腐蚀造成的直接损失远大于水灾、风灾、火灾、地震造成损失的总和。且金属腐蚀直接威胁到工业设施、生活设施和交通设施的安全。
4. 对生态环境的影响
SO2形成的酸雨和酸雾危害也是相当的大，主要表现为对湖泊、地下水、建筑物、森林、古文物以及人的衣物构成腐蚀。同时，长期的酸雨作用还将对土壤和水质产生不可估量的损失。
氮氧化合物
氮氧化合物包括二氧化氮和不稳定的一氧化氮、一氧化二氮和四氧化二氮等。它们在高温(1650℃以上)下可由燃料中的氮化物以及空气中的氮和氧直接生成。烟气中氮氧化合物含量可达 1200毫克／米(，汽车排气中可达 4000毫克／米(。通过湿法液体吸收、干法固体吸附或催化转换方法可以降低它的含量； 汽油机中采用层状燃烧也是降低氮氧化合物含量的一种方法。
各种污染源排放的氮氧化物中，绝大部分为NO，其毒性不是很大，不过NO在大气中可氧化为NO2。NO2比较稳定，其毒性为NO的4~5倍。空气中NO2含量3.5×10-6 (体积分数)持续1h，开始对人有影响；含量为(20~50)×10-6 (体积分数)时，对人眼有刺激作用；当含量达到150×10-6 (体积分数)时，对人的呼吸器官则有强烈的刺激性。NO2参与光化学烟雾的形成，其毒性更强。据研究，光化学烟雾具有致癌作用。在阳光作用下NO2与烃和臭氧反应，生成烟雾和有害于人类健康的化合物，这些烟雾和化合物分别带有刺激性、腐蚀性，能伤害人的眼睛并导致呼吸系统的疾病。
但是，最新的研究表明，一氧化氮参与人的心血管作用，“一氧化氮是心血管系统中传播信号的分子”的研究获1998年诺贝尔生物学及医学奖。研究表明，某些细胞可以产生一氧化氮，这些一氧化氮从细胞中穿出后，作用于其他细胞，并能控制其他细胞的行为。以后，科学家陆续发现一氧化氮在神经信号传递、血压控制、血液流量控制和抵抗感染等方面的重要作用，但在大气中的氮氧化物对人
体还是有害的。
烟尘
烟尘中，烟是指碳氢化合物在缺氧下裂解生成颗粒直径小于 1微米的碳粒。随着碳粒的增多，烟由褐色变为黑色。家庭炉灶的产烟量占燃煤量的 3.5％以上，工业锅炉一般是0.5％。尘是指排气中直径为 1～100微米的颗粒，来自燃料的灰分。影响烟尘的因素是燃烧设备、操作方法和燃料含灰量。选烧低灰分燃料和采用旋风分离、湿法净化、多孔过滤或静电沉降等除尘设施，都是降低排气中烟尘的有效措施。
噪声及热污染
燃烧引起的噪声主要来自进气道、排气道和燃烧器。控制噪声源、减弱传播、采用消声器等能使噪声降低。在燃烧过程中，大量热量的积聚将引起环境的热污染。如热电厂中通常只有40％的燃料热能转为电能，余下的大部分热能排入大气或随冷却水带走，大量含热废水排到江河使水温升高，影响水质，危及水生生物的生长，破坏生态平衡。为此要充分利用热电厂的余热和改进冷却方式，以控制热污染的危害。
3.防治措施
目前世界上减少二氧化硫排放量的主要措施:
1.原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40％一60％的无机硫。优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。
2.改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石，与二氧化硫发生反应，生成硫酸钙随灰渣排出。对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。
3.目前主要用石灰法，可以除去烟气中85％一90％的二氧化硫气体。不过，脱硫效果虽好但十分费钱。例如，在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用，要达电厂总投资的25％之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。
4.开发新能源,如太阳能,风能,核能,可燃冰等,但是目前技术不够成熟,如果使用会造成新污染,且消耗费用十分高.
防治大气污染是一个庞大的系统工程,需要个人、集体、国家、乃至全球各国的共同努力，可考虑采取如下几方面措施：
减少污染物排放量。多采用无污染能源（如太阳能、风能、水力发电）、改革能 源结构，用低污染能源（如天然气）、对燃料进行预处理（如烧煤前，先进行脱硫）、 改进燃烧技术等均可减少排污量。另外，在污染物未进入大气之前，使用除尘消烟技 术、冷凝技术、液体吸收技术、回收处理技术等消除废气中的部分污染物，可减少进 入大气的污染物数量。
控制排放和充分利用大气自净能力。气象条件不同，大气对污染物的容量便不同， 排入同样数量的污染物，造成的污染物浓度便不同。对于风力大、通风好、湍流盛、 对流强的地区和时段，大气扩散稀释能力强，可接受较多厂矿企业地逆温的地区和时 段，大气扩散稀释能力弱，便不能接受较多的污染物，否则会造成严重大气污染。因 此应对不同地区、不同时段进行排放量的有效控制。
厂址选择、烟囱设计、城区与工业区规划等要合理，不要排放大户过渡集中，不 要造成重复迭加污染，形成局地严重污染事件发生。
参考文献：
张斌全.燃烧理论基础.北京：北京航空航天出版社，1990
徐旭常.燃烧理论与燃烧设备.北京：机械工业出版社，1990
岑可法.燃烧理论与污染控制.北京：机械工业出版社，2013
韩昭沧.燃料及燃烧.北京：冶金工业出版社，2007