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1、第第6章章 工业炉窑环境污染工业炉窑环境污染及污染物排放标准及污染物排放标准 在锅炉与工业炉窑中，均需通过燃烧将燃烧的化学能转变成热能，它将对周围环境产生污染和危害。它包括对空气的污染、噪音污染和热污染。其中最严重的是对空气的污染，其次是噪声和热污染。另外，具有除尘设备或具有水处理设备的锅炉还会产生碱性或酸性的废水，造成江河、湖海的污染，并且还会危害人类及动植物。因此，对于污染物必须有效地控制，使其在环境容量和环境自净能力所允许的范围内。第一节 环境污染及危害按照国际标准化组织（ISO）的定义，“大气污染通常系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并
2、因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象”。凡是能使空气质量变坏的物质都是大气污染物。大气污染物目前已知约有多种。有自然因素（如森林火灾、火山爆发等）和人为因素（如工业废气、生活燃煤、汽车尾气、核爆炸等）两种，且以后者为主，尤其是工业生产和交通运输所造成的。主要过程由污染源排放、大气传播、人与受害物这三个环节所构成。大气污染大气污染对人体的危害主要表现为呼吸道疾病；对植物可使其生理机制受压抑，成长不良，抗病虫能力减弱，甚至死亡；大气污染还能对气候产生不良影响，如降低能见度，减少太阳辐射（据资料表明，城市太阳辐射强度和紫外线强度要分别比农村减少10-30%和10-25%）而导致城市佝偻发病率
3、增加；大气污染物能腐蚀物品，影响产品质量；近十几年来，不少国家发现酸雨，雨雪中酸度增高，使河湖、土壤酸化、鱼类减少甚至灭绝，森林发育受影响。酸雨是怎样形成的呢？当烟囱排放出的二氧化硫酸性气体，或汽车排放出来的氮氧化物烟气上升到空中与水蒸气相遇时，就会形成硫酸和硝酸小滴，使雨水酸化，这时落到地面的雨水就成了酸雨。煤和石油的燃烧是造成酸雨的主要祸首。酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失，如:腐蚀建筑物和工业设备；破坏露天的文物古迹；损坏植物叶面，导致森林死亡；使湖泊中鱼虾死亡；破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡；饮用酸化物造成的地下水，对人体有害。锅炉、工业炉窑对大气的污染来源于燃料的燃
4、烧。燃料燃烧后产生的废气中有烟尘、硫和氮的氧化物、碳氢化合物、一氧化碳等有害物质。烟尘 无论是液体燃料还是固体燃料本身都含有一定数量的灰分，因此，它们的燃烧总是有尘粒产生。固体燃料中的碳氢化合物在燃烧过程中析出的挥发物，在缺氧的情况下形成碳黑。此外，由于燃料雾化不良、炉温太低或燃料和空气混合不好等原因，也会造成燃烧时产生一些飞灰，这种飞灰成分十分复杂，但都包含有焦炭和灰，它们的数量、粒度、形状与燃料品种、燃烧方式和条件有关。主要污染物 液体燃料所含的灰分大大低于固体燃料。因此，在燃烧液体燃料时，固体颗粒的排出也会相对低得多。对液体燃料而言，烯烃类碳氢化合物CnH2n比烷烃类碳氢化合物CnH2n
5、+2容易产生烟尘，芳香族、链状碳氢化合物则更容易产生碳黑。此外，碳氢比越大，产生的碳黑数量也越多。气体燃料的燃烧，只要能供应足够的空气，可以不产生烟尘。如果气体燃料和空气在燃烧前混合，然后喷入燃烧室燃烧，就不产生烟尘，这种燃烧方式称之为预混合燃烧。如果是扩散燃烧，即燃料和空气边混合边燃烧，当空气供应不充分，气体燃料分解、重合而产生碳黑粒子，这种粒子是颗粒很细的烟尘。烟尘按其粒径大小可分为降尘和飘尘两种。粒径在10m以上容易沉降的称为降尘。小于10m的因粒径小而长期飘浮在空中，称为飘尘，其中0.05-1m的极细粉尘根本就不沉降，长期飘浮在空中，它是由燃料中的挥发物在高温缺氧状况下分解游离出来的碳
6、粒。这些碳粒从烟囱排出，就会出现滚滚黑烟，污染环境。飘尘中除了碳粒外，还有灰粒，灰粒是燃烧中的不可燃物质，含量最多的是二氧化硅、三氧化铝，少量的氧化铁、氧化钙，以及微量的金属微粒。烟尘中的降尘可采用除尘器将锅炉排烟中的烟尘捕集，而大部分的飘尘靠一般的惯性除尘器无法捕集到，一旦从烟囱排出可以长期飘浮于大气中，它使人患呼吸道疾病、心脏病、儿童软骨病，特别是对体弱的人威胁最大。除此以外，环境中烟尘超标，将严重影响工业产品的质量，因此，一些高精度产品和精密仪器的生产和装配场所，要求无尘操作。烟尘在空气中浓度增加时，它将大量吸收太阳紫外线短波部分，严重影响儿童发育成长。它还使光照度和能见度降低，严重影响
7、动植物生长，也在一定程度上造成城市交通混乱和容易发生事故。二氧化硫(SO2)在固体燃料和液体燃料中都含有硫的成分，经锅炉炉膛内燃烧后产生二氧化硫排入大气。大气中的二氧化硫主要是人类活动产生的，大部分来自煤和石油的燃烧以及石油炼制等。SO2是一种无色有臭味的强烈刺激性气体，对人体危害极大，当大气中的SO2日平均浓度达3.5mg/m3时，对人会诱发气喘、肺病，呼吸道感染、心血管病，还能促使老年人死亡率增加。SO2很少单独在大气中存在，它往往与飘尘结合在一起进入人体的肺部，引起各种恶性疾病。在湿度较大的空气中，它可以由锰或三氧化二铁等催化而生成硫酸烟雾。1952年在伦敦发生的烟雾事件就是这样引起的，
8、其毒性是SO2的10倍。SO2的排放将使较大面积产生酸雨、酸雪，降落到地面。带有酸雨的云还会随同强风一起传递到很远的地方。酸雨、酸雪的出现导致河水酸度大增，鱼、虾、藻类繁殖困难；SO2使土壤酸化，不利于作物生长，使农作物大面积减产；酸雨还使建筑物易于腐蚀损坏，使一些有纪念意义的塑像和价值连城的文物古迹受到破坏，在这方面的损失往往是巨大的。SO2的危害是多方面的，它不仅有气体本身的一次污染，而且进入大气后，进行化学反应后的新产物产生二次污染，其破坏程度远远大于一次污染，它已成为目前世界上很难解决的环境污染问题。二氧化碳(CO2)通过燃烧放热的元素主要是碳(C)和碳氢化合物(CnHm)，它存在于固
9、体、液和气体燃料中，并且是这些燃料的主要成分。无论是C或CnHm与氧进行化学反应即燃烧后，都会产生二氧化碳。据测定推算，1980年以前，即工业革命时期，大气层中CO2含量约为290mg/kg(即0.029%)，1990年时约为300mg/kg，而到1997年时上升为330mg/kg。现在大气中CO2的含量大约每年增加0.7-0.8mg/kg，假如燃料的使用持续每年增长4%，那么到2050年，CO2的浓度已达到660mg/kg。CO2能让太阳向地球辐射的短波通过，而反射地球向太空辐射的长波，故浓度增加会产生“温室效应”，使地球大气温度增高。CO2浓度增加所产生的不良影响是显而易见的，CO2含量从
10、320mg/kg到375mg/kg的变化会使地球平均温度升高0.5，而CO2含量增加一倍，则会使地球平均温度上升2 。前者已是重大的温度上升，后者则是极严重的温度变化，它无疑会引起全球气候发生重大变化，改变世界降雨分布量，导致两极冰雪融化，海平面上升，淹没许多沿海、沿江城市和陆地。氨的氧化物(NOx)锅炉工业炉窑排烟中的氮氧化物也是主要的污染物质。它是最难处理的有害气体。燃烧燃料所产生的氮的氧化物主要是一氧化氮(NO)，二氧化氮(NO2)很少。不过(NO)排到大气后，很快地被氧化成(NO2)。(NO)和(NO2)都是有毒气体，其中(NO2)的毒性很大，大大高于(NO)。在燃烧过程中产生的氮氧化
11、物主要来自两个方面：一是助燃空气中带来的氮，在高温下与氧反应而生成的，它被称为“热力型NO(Thermal NO)”；二是来自燃料中固有的氮化合物，经过复杂的化学反应而生成的氮的氧化物，称为“燃料型NO”(Fuel NO)。这两部分氮的氧化物的形成机理是不相同的。“燃料型NO”的形成更为复杂，根据大量试验研究表明其形成机理是燃料送入高温炉膛后，分解释放出N、NH或CN等各种可能形式的自由基，这些自由基被氧化成NO或再结合成N2，这就取决于局部地区的氧的浓度。一般来说，燃料中氮化合物含量愈高或炉膛中氧浓度愈大，则形成“燃料型NO”就愈多。这种“燃料型NO”即使在较低温度的情况下也能形成。因此NO
12、的生成与燃烧温度无关。氮氧化物种类颇多，但构成大气污染和光化学烟雾的主要是NO和NO2。NO是一种有毒气体，对人体的健康有害，NO和血色素的亲和力很强，人吸入后就和血色素结合，变成 NO正铁血红蛋白，这种蛋白不能再和氧结合，从而不能将氧气输送到人体或动物的各种器官中去，人体就会因缺氧而麻痹和痉挛。NO2是一种红棕色有毒的恶臭气体，它本身的毒性比NO和SO2都强，它不仅对肺部有危害，对其外器官和造血组织都有损害。NO2对人类和动植物的影响更为严重的是，NO2在日光作用下会产生新生态氧原子，这新生态氧原子在大气中将会引起连锁反应，并与未燃尽的碳氢化合物一起形成光化学烟雾。这种光化学烟雾最早发生在2
13、0世纪40年代的美国洛杉矶，以后在世界各工业发达国家都不同程度产生过。由于它的危害性较大，已引起全世界的注意。废水污染由于水具有流动性,因此水体污染危害大,而且直接影响到人们日常取水用水,导致各种疾病的发生,而且一旦污染很难恢复。尽管地球上的水很丰富，但由于淡水资源数量有限，分布又不均匀，加上人口急骤增长和工农业用水量不断增加，许多地区缺水的现象仍十分严重。尽管地球上的水是可再生和不断循环的，但由于环境污染日趋严重，水质日益恶化。全球性的水资源危机给人类带来了极大的危害。已引起人类的普遍关注。锅炉的给水若采用钠离子交换法（用携带离子的阳离子交换剂与水中的钙、镁离子进行交换，从而得到含有钠离子的
14、软化水），处理后的排水为酸性，湿法除尘或锅炉上、下排污排出的为酸性或碱性废水。这些废水若不经处理直接排放，必然会造成江河湖海的污染，危害人类及动植物。随着近代工业的发展，环境污染也随着产生，噪声污染就是环境污染的一种，已经成为对人类的一大危害。噪声污染与水污染、大气污染被看成是世界范围内三个主要环境问题。噪声污染按声源的机械特点可分为：气体扰动产生的噪声、固体振动产生的噪声、液体撞击产生的噪声以及电磁作用产生的电磁噪声。工业噪声指工厂的各种设备产生的噪声。工业噪声的声级一般较高，对工人及周围居民带来较大的影响噪声污染锅炉炉窑噪声来源于锅炉房的鼓风机、引风机、水泵、燃油泵、泄压排汽口等机械运转发
15、生的摩擦和撞击声；除尘器等设备的振动噪声；炉膛内燃料燃烧的吼叫声；流体流动或水击等噪声。对于运行正常的锅炉噪声主要是风机产生的。因为风机的叶轮在涡壳中高速旋转产生高强度、宽频带空气动力噪声包括施转噪声和涡流噪声。噪声的危害：噪声对听力的损伤（噪声性耳聋）噪声能诱发多种疾病 噪声对正常生活和工作的干扰 噪声对动物的影响特强噪声对仪器设备和建筑结构的危害（声疲劳）热污染是指现代工业生产和生活中排放的废热所造成的环境污染。热污染可以污染大气和水体。火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水，以及石油、化工、造纸等工厂排出的生产性废水中均含有大量废热。这些废热排入地面水体之后，能使水温升高。在工业
16、发达的美国，每天所排放的冷却用水达45亿立方米，接近全国用水量的1/3；废热水含热量约2500亿千卡，足够2.5亿立方米的水温升高10。在运行中的供热锅炉总会给环境增加热量。每台锅炉运行时的散热和排烟热直接释放到大气约为总消耗热量的10%-15%，甚至更高些。另外，40%-45%还有的热量是通过冷却水排入水体。因此，现代工业越发展，供热锅炉使用量越多，必然对大气和水体带来热污染。如果按当前常规的能耗来估算，人类使用的能源所产生的热量大约是太阳能向地球投入热量的0.005%，那么，供热锅炉向大气和水体所排放的热量还不足以让人们感到担心。但是，如果将供热锅炉排出废气，对大气污染所产生的温室效应一并
17、考虑的话，那将是环境保护中心须认真对待的问题。对于某一特定的区域，若排放到水体的热量太多，此热污染会使水中生态系统紊乱或变化，从而产生破坏影响。尤其是水温的突然变化比逐步变化更有害，因为对多种鱼类来说，超过其生活温度的6-8很可能成为致死的温度。其他水生植物或动物都有其“理想的”成活水温范围。一般认为，对于大多数的湖和河来说，长期水温上升6或更多的话，则会引起重大的变化，若水温上升温度在1.5-2.5的范围内，则一般不会造成严重的变化。为此，美国于1972年联邦水污染控制法规定，允许河流水温上升不得超过2.5，湖泊不得超过1.5，对于特别敏感的生态系统，应制订更为严格的限制。锅炉工业炉窑污染物
18、排放标准大气污染和大气污染源通常将室外地区性空气污染称为“大气污染”。按照ISO的定义，“空气污染物，系指由于人类活动或自然过程排入大气并对人或环境产生有害影响的那些物质”。一般所说的大气污染问题多是指人类活动因素所引起的。人为因素造成的大气污染的污染源，从其产生的来源看主要有生活污染源、工业污染源和交通污染源。中国环境质量标准各工业部门排放的主要污染物若大气污染物是从污染源直接排出的原始物质，则称为一次污染物。若是由一次污染物与大气中原有成分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物，则称为二次污染物。在大气污染中，受到普遍重视的二次污染物主要有硫酸
19、烟雾和光化学烟雾等。硫酸烟雾为大气中的二氧化硫等硫化物，在有水雾、含重金属的飘尘或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。光化学烟雾是在阳光照射下大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列化学反应而生成的蓝色烟雾，其主要成分有臭氧、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)、酮类及醛类等。大气环境质量标准大气环境质量标准（GB3095-82），它的制定目的是为了控制和改善大气质量，为人民生活和生产创造清洁适宜的环境，防止生态破坏，保护人民健康，促进经济发展。标准分三级：一级标准一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，
20、不发生任何危害影响的空气质量要求。下，不发生任何危害影响的空气质量要求。二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在长期和短期的情况下，不发生伤害的空气质量要求。长期和短期的情况下，不发生伤害的空气质量要求。三级标准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、三级标准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、植物（敏感者除外）能正常生长的空气质量要求。植物（敏感者除外）能正常生长的空气质量要求。中国大气环境质量控制标准根据地区的地理、气候、生态、政治、经济和大气污染程度又划分为三类地区：一类区：如国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古
21、一类区：如国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等。迹和疗养地等。二类区：为城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合二类区：为城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区、名胜古迹和广大农村寨。区、文化区、名胜古迹和广大农村寨。二类区：为大气污染程度比较重的城镇和工业区以及城市二类区：为大气污染程度比较重的城镇和工业区以及城市交通枢纽、干线等。交通枢纽、干线等。标准规定了一类区一般执行一级标准；二类区一般执行二类标准；三类区一般执行三类标准。标准还规定了监测分析方法，空气污染物三级标准浓度限值。大气环境质量三级标准是中国任何大气环境都必须达到的基本标准。工业炉窑大气污染物排放标准（GB9078-1996）锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）