《大气污染控制讲义iversonzwl9900.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气污染控制讲义iversonzwl9900.docx（193页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、大气污染控制工程 第一章 概论大气污染的关注：1.局地或者区域污染到全球性气候变化；2.污染物由一次污染物到二次污染物及微量有毒有害物质；3.大气污染控制技术也有末端控制到清洁生产为中心的全过程控制。第一节 大大气和大大气污染染一、大气的的组成l 大气与空气气定义：大气气是指环环绕地球球的全部部空气的的总和；环境空空气是指指人类、植植物、动动物和建建筑物暴暴露于其其中的室室外空气气。区别和联系系：大气气所指的的范围比比空气大大。大气气和空气气皆指环环境空气气。l 大气的组成成大气是由多多种气体体混合组组成的，按按其成分分可以概概括为干干燥清洁洁的空气气、水汽汽和悬浮浮微粒三三部分。干干燥清洁洁
2、的空气气见表11-1，干干洁空气气的组成成比例在在0-990kmm范围内内基本保保持不变变。大气气中的水水汽含量量变化较较大，其其变化范范围可达达0.001-44%，许许多天气气现象与与水汽含含量有关关。大气气中的悬悬浮微粒粒主要是是大气尘尘埃和悬悬浮杂质质。表1-1 干洁洁空气的的组成成分分子量体积比（%）成分分子量体积比（110-66）氮(N2)28.01178.099氖(Ne)20.18818氧(O2)32.00020.955氦(He)4.00335.3氩(Ar)39.9440.93氪(Kr)83.8001二氧化碳(CO22)44.0110.03氢(H2)2.01660.5氙(Xe)13
3、1.3300.08臭氧(O33)48.0000.01-0.004甲烷(CHH4)16.0441.5二、大气污污染l 大气污染定义：大气气污染通通常系指指由人类类活动和和自然过过程引起起某些物物质进入入大气后后，呈现现出足够够的浓度度，达到到足够的的时间，并并因此对对人体的的舒适、健健康和福福利或环环境造成成危害。分类：按大大气污染染的范围围来说，大大致可分分为四类类：（11）局部部地区污污染，如如受某个个工厂烟烟囱排气气的直接接影响；（2）地区区性污染染，如工工矿区域域及其附附近地区区或整个个城市大大气受到到污染；（3）广域域污染，在在大城市市、大工工业地带带可以看看到的广广域污染染；（44）
4、全球球性污染染，如大大气中硫硫氧化物物、氮氧氧化物、二二氧化碳碳和飘尘尘的不断断增加，造造成跨国国界的酸酸性降雨雨和温室室气体效效应。全全球性大大气污染染受到世世界各国国的关注注，需要要国际间间的合作作加以解解决。表1-2 清洁空空气与被被污染空空气中污污染物的的含量污染物清洁空气中中的含量量(100-6)污染空气中中的含量量(100-6)二氧化硫0.00110.010.022氮氧化物0.00110.010.010.55碳氢化物1120一氧化碳152000二氧化碳31033303503370颗粒物10200g/mm3707000g/mm3影响大气污污染的主主要因素素：污染染物的排排放情况况、大
5、气气的自净净过程，以以及污染染物在大大气中的的转化情情况。三、全球性性大气污污染问题题l 温室效应定义：温室室气体可可以使太太阳短波波辐射几几乎无衰衰减的通通过，同同时可以以吸收地地面长波波辐射，由由此引起起全球气气温升高高的现象象。温室气体：甲烷、一一氧化二二氮、臭臭氧、氟氟氯碳（CCFCss）、水水蒸气等等。二氧化碳是是最重要要的温室室气体。近100年年，全球球平均气气温上升升了0.3-00.6，海平平面上升升了144-255cm.见下表：l 臭氧层破坏坏臭氧：O33含量一一亿分之之一，集集中在平平流层，具具有强烈烈吸收紫紫外线的的功能。“国际臭氧氧层日”：9月16日是。消耗臭氧层层物质：
6、通常简简称为OODS（OOzonne ddeplletiion subbstaancee）破环原因：氟氯碳碳（CFFCs）、氮氮氧化物物排放。南极臭氧层层：最新探探测数据据显示，今今年南极极上空臭臭氧层空空洞正以以近年来最最快的速速度扩展展，目前前空洞面面积已超超过万万平方公公里，直直逼年年同期的的历史最最高记录录万平平方公里里，预计计空洞面面积还将将进一步步扩大。造造成这一一现象的的原因主主要是氯氯氟烃、甲甲基溴、哈哈龙等人人工合成成化学物物质通过过光化学学作用对对臭氧的的消耗，而而且人类类几十年年前排放放的臭氧氧层消耗耗物质目目前仍存存在于大大气中。另另外，除除了化学学物质的的排放，气气候
7、也是是影响臭臭氧层损损耗情况况的重要要因素。去去年，南南极地区区气温偏偏高，使使得臭氧氧层损耗耗减弱，而而今年该该地区较较为寒冷冷，也加加剧了臭臭氧层空空洞的扩扩大。南南极臭氧氧层恢复复至少需需要500年。结果：皮肤肤癌、角角膜炎赠赠加，生生态系统统破坏。l 酸雨定义：pHH小于55.6的的大气降降水原因：硫氧氧化物、氮氮氧化物物的排放放，在大大气中形形成硫酸酸和硝酸酸，以酸酸沉降的的形式返返回地面面。分布：欧洲洲、北美美、东亚亚。中国国的西南南、华南南、东南南严重。一般认为酸酸雨中各各种酸的的贡献率率为HSO 655%，HHNO 300%，HHCl 5%。国外如日本本等酸雨雨严重 ,早在在1
8、9775年东东京一次次酸雨的的 竟达33.1。我我国过去去对SOO2 未加加控制, SOO2排放量量逐年增增加 ,19883-119911年每年年以3.84%的速度度增长 ,19991-19994年SSO2 排放放量从114955万吨增增至18825万万吨 , 20000年年SO22 排放放量将达达26000万吨吨 ,超超过美国国 .目目前居世世界第一一。因此此 ,近近年来我我国许多多地区酸酸雨不断断发生 ,特别别是西南南 ,因因燃烧大大量高含含硫煤而而造成。酸酸雨影响响生态 ,使水水质下降降 ,土土壤贫化化 ,森森林、作作物枯萎萎 ,鱼鱼类死亡亡 ,腐腐蚀金属属和建筑筑物等。第二节 大大气污
9、染染物及其其来源一、大气污污染物l 大气污染物物定义：大气污染物物是指由由于人类类活动或或自然过过程排放放到大气气，并对对人或环环境产生生有害影影响的物物质。l 大气污染物物分类：1.按存在在状态分分类：气气溶胶状状态污染染物（颗颗粒污染染物也称称为气溶溶胶状态态污染物物，是指指固体粒粒子、液液体粒子子或它们们在气体体介质中中的悬浮浮体）和和气体状状态污染染物（以以二氧化化硫为主主的含硫硫化合物物、以一一氧化氮氮和二氧氧化氮为为主的含含氮化合合物、碳碳的氧化化物、碳碳氢化合合物及卤卤素化合合物）1.1根据据气溶胶胶的来源源和物理理性质，可可将其分分为如下下几种：（1）粉尘尘（duust）系系指
10、悬浮浮于气体体介质中中的细小小固体粒粒子。通通常是由由固体物物质的破破碎、分分级、研研磨等机机械过程程或土壤壤、岩石石风化等等自然过过程形成成。粉尘尘粒径一一般在2000m。（2）烟（ffumee）通常常系指由由冶金过过程形成成的固体体粒子的的气溶胶胶。它是是由熔融融物质挥挥发后生生成的气气态物质质的冷凝凝物，在在生产过过程中总总是伴有有诸如氧氧化之类类的化学学反应。烟烟是很细细的微粒粒，粒径径范围一一般为00.0111m.。 （3）飞灰灰（fllyassh）系系指由燃燃料燃烧烧产生的的烟气带带走的灰灰分中分分散得较较细的粒粒子。灰灰分（aash）系系含碳物物质燃烧烧后残留留的固体体渣，尽尽管
11、其中中可能含含有未完完全燃尽尽的燃料料，作为为分析目目的而总总是假定定它是完完全燃烧烧的。 （4）黑烟烟（smmokee）通常常系指由由燃烧产产生的能能见气溶溶胶。黑黑烟的粒粒度范围围为0.051m。 （5）雾：气体中中液滴悬悬浮体的的总称，能能见度300重污染健康人运动动耐受力力降低，有有明显强强烈症状状，提前前出现某某些疾病病老年人和病病人应当当留在室室内，避避免体力力消耗，一一般人群群应避免免户外活活动第二章 燃烧与与大气污污染本章介绍燃燃烧过程程的基本本原理、污污染物的的生成机机理，以以及如何何控制燃燃烧过程程以便减减少污染染物的排排放量。第一节 燃料的的性质l 燃料：燃烧烧过程中中，
12、能够够放出热热量，且且在经济济上可以以取得效效益的物物质。l 分类：固体燃料（固固体燃料料燃烧困困难，容容易发生生不完全全燃烧，产产生的污污染物量量大）、液液体燃料料和气体体燃料（物物理状态态）非常规燃料料及常规规燃料（煤、石油、天然气等化石燃料）一、煤煤可分为褐褐煤（最最低品位位的煤）、烟烟煤和无无烟煤（含含炭量高高）三大大类。煤的工业成成分分析析：水分分（内水水分、外外水分）、灰灰分（平平均灰分分25%，主要要指煤中中所含碳碳酸盐、粘粘土矿物物质以及及微量的的稀土元元素等。）、挥挥发分、固固定碳，以以及估测测硫含量量和热值值，这是是评价工工业用煤煤的主要要指标。煤的元素分分析：CC、H、O
13、O、S、NN,其测测定方法法了解。煤中硫的形形态四种种：有机机硫、硫硫铁矿硫硫（主要要为黄铁铁矿硫）、硫硫酸盐硫硫和有机机硫。前前两种挥挥发硫，硫硫酸盐硫硫是灰分分的一部部分。据分析：低低硫煤中中主要为为有机硫硫，高硫硫煤中主主要为无无机硫。煤中成分的的表示方方法：收收到基、空空气干燥燥基、干干燥基、干干燥无灰灰基。定定义及符符号表示示。二、石油液体燃料主主要是石石油。原原油是天天然存在在的由链链烷烃、环环烷烃和和芳香烃烃等碳氢氢化合物物组成的的混合液液体，含含碳、氢氢和少量量的氧、氮氮、硫等等元素，还还含有微微量金属属元素，如如钒、镍镍等，也也可能受受氯、砷砷和铅的的污染。液体燃料发发热量高
14、高，燃烧烧产生的的污染量量较少。三、天然气气天然气是气气态的化化石燃料料，主要要由甲烷烷（约885%）、乙乙烷（约约10%）、丙丙烷3%等碳氢氢化合物物组成，还还可能含含有水蒸蒸气、二二氧化碳碳、氮、氦氦和硫化化氢等气气体。天然气中硫硫化氢、惰惰性组分分含量超超过一定定值时，会会影响燃燃烧效率率。气体燃料容容易燃烧烧，燃烧烧效率高高，产生生的污染染物量很很少。四、非常规规燃料除常规燃料料外的可可燃物质质即为非非常规燃燃料。第二节 燃燃料燃烧烧过程一、影响燃燃烧的主主要因素素l 燃烧过程及及燃烧产产物燃烧是可燃燃混合物物的快速速氧化并并伴随着着能量释释放的过过程；化化石燃料料完全燃燃烧产物物为二
15、氧氧化碳和和水，但但如果燃燃烧条件件控制不不佳，就就产生一一氧化碳碳和黑烟烟（主要要是碳氢氢化合物物）等不不完全燃燃料产物物。燃料料中的硫硫、氮等等杂质元元素还会会产生二二氧化硫硫和氮氧氧化合物物。l 燃料完全燃燃烧的条条件（1）.空空气条件件 燃料燃燃烧时必必须保证证供应与与燃料燃燃烧相适适应的空空气量。如如果空气气供应不不足，燃燃烧就不不完全。相相反空气气量过大大，也会会降低炉炉温，增增加锅炉炉的排烟烟损失。因因此按燃燃烧不同同阶段供供给相适适应的空空气量是是十分必必要的。（2）、温温度条件件燃料只有有达到着着火温度度，才能能与氧化化合而燃燃烧。着着火温度度系在氧氧存在下下可燃质质开始燃燃
16、烧所必必须达到到的最低低温度。各各种燃料料都具有有自己的的特征着着火温度度，按固固体燃料料、液体体燃料、气气体燃料料的顺序序上升。各各种燃料料的着火火温度见见表2-1。表2-1 燃料的的着火温温度燃料着火温度（K）木炭5936643无烟煤7137773重油8038853发生炉煤气气973110733氢气8538873甲烷923110233当温度高于于着火温温度且放放热速率率高于向向周围的的散热速速率，从从而能够够维持在在较高的的温度时时，才能能使燃烧烧过程继继续进行行。（3）、时时间条件件 燃料在燃烧烧室中的的停留时时间是影影响燃烧烧完全程程度的另另一基本本因素。燃燃料在高高温区的的停留时时间
17、应超超过燃料料燃烧所所需要的的时间。因因此，在在所要求求的燃烧烧反应速速度下，停停留时间间将决定定于燃烧烧室的大大小和形形状。反反应速度度随温度度的升高高而加快快，所以以在较高高温度下下燃烧所所需要的的时间较较短。（4）、燃燃料与空空气的混混合条件件 燃料和空气气中氧的的充分混混合也是是燃烧完完全的基基本条件件。混合合程度取取决于空空气的湍湍流度。若若混合不不充分，将将导致不不完全燃燃烧产物物的产生生。对于于蒸气相相的燃烧烧，湍流流可以加加速液体体燃料的的蒸发。对对于固体体燃料的的燃烧，湍湍流有助助于破坏坏燃料产产物在燃燃料颗粒粒表面形形成的边边界层，从从而提高高表面反反应的氧氧利用率率，并使
18、使燃烧过过程加速速。适当地控制制空燃比比、温度度、时间间和湍流流度，是是实现有有效燃烧烧和低污污染排放放所必须须的条件件，评价价燃烧过过程和燃燃烧设备备时，必必须认真真地考虑虑这些因因素。通通常把温温度、时时间和湍湍流度称称为燃烧烧过程的的“三T”。二、燃料燃燃烧过程程中的理理论空气气量l 理论空气量量单位量燃料料按燃烧烧反应方方程式计计算求得得燃烧所所需要的的空气量量称为理理论空气气量。建立燃烧化化学方程程式时，通通常假定定：、空气仅仅是由氮氮和氧组组成的，其其体积比比为799/211=3.76；、燃料中中的固定定态氧可可用于燃燃烧；、燃料中中的硫主主要被氧氧化为SSO2；、燃烧中中忽略NN
19、Ox的的生成可可；、燃料的的化学式式为CxxHySSzOww，其下下标x、y、z、w分别代代表碳、氢氢、硫和和氧的原原子数。由此可得燃燃料与空空气中氧氧完全燃燃烧的化化学反应应方程式式。 （2-88）其中Q代表表燃烧热热。l 空气过剩系系数燃料完全燃燃烧时所所需的实实际空气气量取决决于所需需的理论论空气量量和“三T”条件的的保证程程度。在在理想的的混合状状态下，理理论量的的空气即即可保证证完全燃燃烧。但但在实际际的燃烧烧装置中中，“三T”条件不不可能达达到理想想化的程程度，因因此为使使燃料完完全燃烧烧，就必必须供给给过量的的空气。一一般把超超过理论论空气量量多供给给的空气气量称为为过剩空空气量
20、，并并把实际际空气量量Va与理理论空气气量Vaao之比比定义为为空气过过剩系数数，即 （2-33）通常11，值的大大小决定定于燃料料种类、燃燃烧装置置型式及及燃烧条条件等因因素。表表2-33给出了了不同燃燃料和炉炉型的空空气过剩剩系数。炉子的空气气过剩系系数燃烧方式烟煤无烟煤重油煤气手烧炉和抛抛煤机炉炉1.311.51.322.0链条炉1.311.41.311.5悬燃炉1.21.251.151.221.051.11l 空然比有时也采用用空燃比比（AFF）这一一术语。空空燃比定定义为单单位质量量燃料燃燃烧所需需要的空空气质量量，它可可以由燃燃烧方程程式直接接求得。例例如，甲甲烷在理理论空气气量下
21、的的完全燃燃烧CH4+22O2+7.552N22CO22+2HH2O+7.552N22空燃比 （2-22）三、燃烧产产生的污污染物燃烧产生的的污染物物主要有有二氧化化碳、硫硫氧化物物、氮氧氧化物、烟烟、飞灰灰、金属属及氧化化物等四、热化学学关系式式l 发热量高位发热量量（水蒸蒸气的气气化潜热热）和低低位发热热量l 燃料燃烧设设备的热热损失排放热损失失（6-12%；排烟烟带走热热量；与与排烟温温度和体体积（正正相关）有有关）、不不完全燃燃烧热损损失（化化学和机机械不完完全燃烧烧）、散散热损失失第三节 烟烟气体积积及污染染物排放放量计算算一、烟气体体积计算算l 理论烟气体体积定义：在理理论空气气量下，燃燃料完全全燃烧所所生成的的烟气体体积称为为理论烟烟气体积积，以VVfg0表示。烟气成分：主要是是二氧化化碳、二二氧化硫硫、氮气气和水蒸蒸气。干烟气和湿湿烟气理论水蒸气气体积：燃料中中氢燃烧烧后生成成的、燃燃料中所所含的水水蒸气体体积、有有理论空空气量带带入的水水蒸气体体积。l 烟气体积和和密度的的校正燃料装置产产生的烟烟气温度度和压力力总是高高于标准准状态，在在体积和和密度计计算中需需要换算算成标准准状态。根根据克拉拉伯龙方方程，可可推导出出：体积积和密度度的表达达式。r =pM/RTl 过剩空气校校正实际烟气体体积=理理论烟气气体积+过剩空空气量。通通过奥式式烟气分分析