《燃烧理论与污染控制》根据我国生态发展理念和大学本科专业工程认证的要求，结合碳达峰、碳中和的目标，分两个部分阐述燃烧过程和烟气净化过程。第一部分内容首先简要讲述燃烧的基本概念、应用及其伴生的污染物，重点论述了燃烧化学动力学和燃烧过程内在的反应机理和基本规律；着重介绍了气体、液体和煤燃烧过程的特性，强化了燃烧器的设计方法。第二部分重点论述了减排颗粒物、二氧化硫、氮氧化物的基本原理、过程和主要设备，并介绍了行业标准规范的技术内容，既注重过程的理论学习，也强调了烟气净化的工程设计与实践。
本书可作为高等学校能源与动力工程专业、环境类专业和建筑与能源应用工程专业的教学用书，也可供从事能源、环境、建设工程领域的科研人员、技术人员和管理人员参考。

第1章 绪论　 1
1.1 燃烧的概念 1
1.1.1 燃烧的定义 1
1.1.2 燃料与燃烧生成的污染物 2
1.2 燃烧学的应用 2
1.3 学习方法 4

第2章 燃烧化学反应动力学　 6
2.1 燃料的化学反应计算 6
2.1.1 当量比 6
2.1.2 热值 7
2.1.3 绝对燃烧温度 8
2.2 总包反应与基元反应 9
2.3 化学反应速率的影响因素 11
2.3.1 活化能对化学反应速率的影响 11
2.3.2 温度对化学反应速率的影响 11
2.3.3 压力对化学反应速率的影响 12
2.3.4 反应物浓度对化学反应速率的影响 12
2.4 多步反应机理的反应速率 12
2.4.1 连续反应的反应速率 12
2.4.2 稳态近似分析 13
2.4.3 部分平衡近似 14
2.5 化学时间尺度 15
2.5.1 单分子反应 15
2.5.2 双分子反应 15
2.5.3 三分子反应 16
2.6 部分重要的燃烧反应机理 16
2.6.1 链式反应 16
2.6.2 一氧化碳的氧化机理 19
2.6.3 甲烷的氧化机理 20
2.6.4 高链烷烃的氧化 21
2.6.5 氨能的氧化 22
2.7 氮氧化物的生成机理 23
2.7.1 热力型机理 23
2.7.2 快速型机理 24
2.7.3 N2O中间体机理 24
2.7.4 燃料型机理 25
2.8 硫氧化物的生成机理 25
2.9 表面反应机理 26
2.10 燃烧反应器模型 27
2.10.1 净生成率 28
2.10.2 平衡反应器模型 28
2.10.3 定容-定质量反应器模型 28
2.10.4 全混流反应器模型 29
2.10.5 平推流反应器模型 29
思考题与习题 30

第3章 传质基础　 31
3.1 传质的基本概念 31
3.1.1 菲克定律 31
3.1.2 绝对通量 32
3.1.3 组分A在静止介质中扩散 33
3.1.4 气液界面的边界条件 34
3.2 控制体的组分守恒 35
3.3 液滴的蒸发 36
3.4 伴有反应的传质过程 37
3.4.1 均相反应的传质过程 37
3.4.2 异相反应的传质过程 38
思考题与习题 38

第4章 燃料的着火与火焰传播　 39
4.1 着火的基本概念 39
4.2 热力自燃 39
4.3 链式着火 44
4.4 强迫着火 46
4.4.1 强迫着火的种类 46
4.4.2 强迫着火的理论 47
4.4.3 电火花点火 49
4.5 火焰传播 50
4.5.1 火焰的概念 50
4.5.2 火焰的特征 51
4.5.3 锥形火焰结构的简单分析 51
4.5.4 火焰传播速度的理论 52
4.5.5 火焰传播速度的影响因素 54
4.6 熄火 55
思考题与习题 57

第5章 气体燃料的燃烧　 58
5.1 气体燃料的燃烧方式 58
5.2 层流扩散燃烧 59
5.2.1 层流扩散火焰的类型 59
5.2.2 层流扩散火焰结构与火焰长度 60
5.2.3 层流扩散火焰长度的影响因素 63
5.2.4 碳烟的形成和分解 65
5.3 湍流燃烧 66
5.3.1 湍流尺度 66
5.3.2 湍流雷诺数 67
5.3.3 湍流流动的简单分析 67
5.3.4 湍流预混燃烧 69
5.3.5 湍流扩散燃烧 73
5.4 火焰稳定 77
5.4.1 推举和吹熄 77
5.4.2 火焰稳定 79
5.5 气体燃烧器设计 85
5.5.1 设计要求 85
5.5.2 烹饪用的燃烧器设计 86
思考题与习题 87

第6章 液体燃料的燃烧　 88
6.1 液体燃料的特性 88
6.1.1 相对密度 88
6.1.2 黏度 88
6.1.3 表面张力 89
6.1.4 比热容和热导率 89
6.1.5 热值 89
6.1.6 凝固点 89
6.1.7 沸点 90
6.1.8 闪点 90
6.1.9 燃点 90
6.2 液体燃料的雾化 90
6.2.1 液体燃料燃烧的基本过程 90
6.2.2 雾化过程及机理 91
6.2.3 压力雾化结构 92
6.2.4 压力雾化性能 92
6.3 液滴的蒸发 94
6.3.1 基本假设 94
6.3.2 气相守恒方程 95
6.4 液滴的燃烧 96
6.4.1 燃烧问题的描述 96
6.4.2 燃烧问题的分析思路 97
6.4.3 基本假设 97
6.4.4 界面上的能量平衡 97
6.4.5 求解与结果 98
6.4.6 对流条件的处理 100
6.5 一维喷雾燃烧 102
6.5.1 假设 102
6.5.2 目标参数 103
6.5.3 平衡方程 103
6.6 喷雾燃烧的合理配风 104
6.6.1 配风原理 104
6.6.2 合理配风的基本方式 105
思考题与习题 106

第7章 煤的燃烧　 107
7.1 煤的组成 107
7.2 煤的燃烧过程 108
7.3 煤的热解 109
7.3.1 热解的主要化学反应 109
7.3.2 热解产物的组分 111
7.3.3 热解的描述方程 112
7.3.4 热解产物的燃烧 113
7.4 碳的燃烧 114
7.4.1 碳的结构 114
7.4.2 碳的燃烧反应 115
7.4.3 碳球的燃烧速率 117
7.4.4 碳球的燃烧时间 120
7.4.5 碳球燃烧的工况 121
7.4.6 考虑二次反应的碳球燃烧 124
7.4.7 多孔性碳球的燃烧 127
7.5 焦炭燃烧的影响因素 128
7.5.1 挥发分析出对焦炭燃烧的影响 128
7.5.2 灰分对燃烧的影响 129
7.6 煤粉燃烧器 130
7.6.1 煤粉燃烧器的布置 130
7.6.2 燃烧器的基本要求 132
7.6.3 燃烧方式的选择 133
7.6.4 燃烧器设计参数的选择 133
7.6.5 煤粉燃烧器的设计 134
思考题与习题 141

第8章 颗粒污染物的控制　 142
8.1 颗粒的粒径及粒径分布 142
8.1.1 颗粒的粒径 142
8.1.2 粒径分布 143
8.1.3 粒径分布函数 144
8.2 粉尘的物理性质 146
8.2.1 粉尘的密度 146
8.2.2 粉尘的含水率 147
8.2.3 粉尘的润湿性 147
8.2.4 粉尘的荷电性 147
8.2.5 粉尘的导电性 148
8.2.6 粉尘的黏附性 148
8.2.7 粉尘的安息角和滑动角 149
8.2.8 粉尘的比表面积 149
8.2.9 粉尘的自燃性和爆炸性 149
8.3 净化装置的性能 150
8.3.1 处理气体流量 150
8.3.2 净化效率 150
8.3.3 压力损失 151
8.4 颗粒捕集的理论基础 152
8.4.1 颗粒的流体阻力 152
8.4.2 阻力导致的减速运动 153
8.4.3 重力沉降 154
8.4.4 离心沉降 155
8.4.5 静电沉降 156
8.4.6 惯性沉降 156
8.4.7 扩散沉降 157
8.5 电除尘器 159
8.5.1 电除尘器的基本理论 159
8.5.2 电除尘器的结构 164
8.5.3 电除尘器的供电 172
8.5.4 电除尘器的性能 174
8.5.5 电除尘器性能的影响因素 174
8.5.6 电除尘器的设计 180
8.5.7 电除尘器的选用 185
8.6 袋式除尘器 186
8.6.1 袋式除尘器的基本原理 186
8.6.2 袋式除尘器的分类 187
8.6.3 袋式除尘器的滤料 189
8.6.4 袋式除尘器的性能及其影响因素 190
8.6.5 袋式除尘器的设计与选型 192
8.7 电袋复合除尘器 194
8.7.1 电袋复合除尘器的基本原理 194
8.7.2 电袋复合除尘器的结构 194
8.7.3 电袋复合除尘器的技术特点 196
8.7.4 电袋复合除尘器的应用 196
8.8 除尘器的选择与发展 197
8.8.1 除尘器的选择 197
8.8.2 除尘器的发展 198
思考题与习题 199

第9章 石灰石湿法烟气脱硫技术　 200
9.1 气体吸收理论 200
9.1.1 相际传质理论 200
9.1.2 吸收速率方程 201
9.1.3 相平衡 202
9.1.4 传质系数 203
9.1.5 界面浓度 204
9.1.6 吸收单元操作 204
9.1.7 化学吸收过程 208
9.2 石灰石浆液脱除SO2 的化学原理 210
9.2.1 石灰石浆液吸收SO2 的主要化学反应 210
9.2.2 pH 值对石灰石浆液脱硫化学反应的影响 212
9.3 逆流喷淋吸收塔 213
9.3.1 逆流喷淋吸收塔结构 213
9.3.2 逆流喷淋吸收塔的主要参数 215
9.4 石灰石湿法烟气脱硫的平衡方程 220
9.4.1 石灰石湿法烟气脱硫系统 220
9.4.2 烟气平衡 221
9.4.3 固体物平衡 221
9.4.4 水平衡 225
9.4.5 系统热平衡 226
9.5 石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺设计 227
9.5.1 选择工艺的原则 227
9.5.2 石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的规定 228
9.5.3 喷淋吸收塔设计计算 230
9.5.4 湿法烟气脱硫工艺技术性能 230
思考题与习题 231

第10章 选择性催化还原烟气脱硝技术　 232
10.1 选择性催化还原反应 232
10.1.1 催化作用 232
10.1.2 SCR化学反应 233
10.1.3 催化反应本征动力学 234
10.1.4 催化反应动力学 236
10.2 SCR反应器 240
10.2.1 催化反应器的结构 240
10.2.2 影响脱硝效率的主要因素 241
10.2.3 催化剂 244
10.2.4 SCR反应器的设计 251
10.3 SCR烟气脱硝系统及其附属设施 258
10.3.1 SCR系统布置 259
10.3.2 SCR烟气脱硝系统 259
10.3.3 还原剂储存与制备 260
10.3.4 SCR烟气脱硝的附属设施 267
10.3.5 SCR烟气脱硝系统的技术性能 269
思考题与习题 269

第11章 二氧化碳捕集技术　 270
11.1 二氧化碳捕集方法 270
11.2 溶液化学反应 271
11.3 溶液吸收二氧化碳的传质过程 274
11.4 二氧化碳捕集系统 274
11.4.1 填料吸收塔 275
11.4.2 塔顶冷凝器 277
11.4.3 塔底再沸器 277
11.4.4 二氧化碳捕集性能 278
11.4.5 吸收剂 279
思考题与习题 280

参考文献　 281

燃烧系统指组织燃料和空气在锅炉炉膛内燃烧，并将生成的燃烧产物净化和排出所需的设备与相应的燃料(煤、煤粉、油、气等)、风、烟管道的组合，通常包括锅炉燃烧器、煤和制粉系统及烟风系统等。燃烧器和烟气净化设备是燃烧系统的两个重要设备，其在理论和工程方面可作总体考虑与综合优化，其相对应的燃烧内容和烟气净化内容可作相互融合，形成本书的主要内容，以满足不同专业的本科生、研究生或者工程技术人员的学习与参考需要。
本书编写团队依据当代工程技术人才的培养目标，充分考虑多年来专业课程的教学实践和学生的学习感受，结合能源与动力工程专业与环境工程专业知识交叉的需求，组织编写。教材特色主要体现在以下方面：
(1)在价值导向方面，本书坚持立德树人根本任务，弘扬社会主义核心价值观，将“课程思政”相关内容有机融入教材。
(2)在国家政策方面，围绕清洁生产政策，面向“碳达峰、碳中和”发展目标，将燃料化学能的转化过程、烟气净化和二氧化碳捕集等方面进行有机融合。
(3)在能力培养方面，本书将主要规范标准的技术要求融合于理论知识，体现了当代工程教育的理念，不仅注重加强学生专业能力(工程知识应用能力、问题分析能力、设计/开发能力、研究能力)的培养，而且注重引导学生遵循设计规范技术标准的意识。
(4)在软件工具方面，本书将商业软件的理论基础融合到教材中，有助于本科生、研究生或者科技工作者快速掌握数字仿真的开发工具。
(5)在内容编排方面，本书根据专业课时压缩的教学要求，力求数据夯实，知识归类与更新，重点突出，体现从理论到应用的思维方法。
本书共11章，主要分为燃烧和烟气净化两个部分。相对于燃烧学课程教材，本书增加了燃烧器设计、烟气净化和二氧化碳捕集方面的内容，删除了偏
向研究方面和复杂推导方面的内容，充分考虑学以致用的目标性。本书在各个相关章节以例题或其他形式从数据上强化对概念的理解，以增强学生在理论、实验、数值计算和设计方面参数的把控能力。
本书由山东建筑大学钱焕群教授、张明阳副教授、田永生博士、毛煜东副教授和杨开敏副教授共同完成。
本书编写的具体分工如下：第1章、第2章2.9～2.10节、第4章4.5～4.6节、第5章5.4～5.5节、第7章7.7节、第10章10.4节、第11章由钱焕群编写；第 2章2.1～2.8节、第3章、第8章由张明阳编写；第4章4.1～4.4节、第5章5.1～5.3节、第6章、第7章7.1～7.6节由田永生编写；第9章由杨开敏编写；第10章10.1～10.3节由毛煜东编写；张明阳负责本书全部资料的整理工作。
由于编者知识、能力和阅历的局限，书中难免有不妥之处，恳请广大读者提出宝贵意见。

编者
2024年12月