大气污染控制工程课件

大气污染控制工程主讲教师：林建伟副教授博士所在单位：海洋学院海洋环境系联系电话：[phone]电子邮件：[e-mail]办公室：海洋学院A231室选用的教材：《大气污染控制工程》郝吉明马广大主编高等教育出版社考核要求•考勤：占20%•作业：占20%•期末考试：占60%第1章概论大气：环绕地球的全部气体的总合。空气：人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外气体。大气组成干燥清洁的空气水蒸气杂质氮、氧、氩、二氧化碳（99.996%）氖、氦、氪、甲烷等（0.004%）悬浮颗粒物气态物质大气污染由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，因此危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。大气污染类型：局部、地区、广域和全球性污染全球性污染：温室效应臭氧层破坏酸雨温室效应温室气体：二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳、水蒸气等。温室效应：使太阳短波几乎无衰减地通过，却可以可以吸收地表的长波辐射，由此引起地球气温升高的现象。气候变化：人类活动使大气中CO2浓度增加，从而导致全球气温升高。臭氧层破坏臭氧主要集中于平流层，可以吸收太阳紫外线的辐射。氟氯碳、NOx等物质向大气排放逐渐增多，导致臭氧层破坏。223OYOYOOYOOY酸雨pH小于5.6雨、雪或其他形式的大气降水称为酸雨。形成原因：化石燃料燃烧和汽车尾气排放的SOx和NOx，于大气中形成硫酸和硝酸，又以雨、雪、雾等形式返回地面，形成“酸沉降”。大气污染物气溶胶状态污染物气体状态污染物（1）粉尘（2）烟（3）飞灰（4）黑烟（5）雾总悬浮颗粒物（TSP）可吸入颗粒物（PM10）气体状态污染物以分子状态存在的污染物。种类：五类含硫化合物含氮化合物碳氧化物有机化合物卤素化合物另一种分类：（1）一次污染物：直接从污染源排放到大气中的原始污染物质。（2）二次污染物：由一次污染物与大气中已有组分或者几种一次污染物之间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质。污染物一次污染物二次污染物含硫化合物SO2、H2SSO3、H2SO3、MSO4含氮化合物NO、NH3NO2、HNO3、MNO3碳的氧化物CO、CO2无有机化合物C1~C10化合物醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O3卤素化合物HF、HCl无（1）硫氧化物：SO2（2）氮氧化物：NO、NO2、N2O（3）碳氧化物：CO、CO2（4）有机物：CH4VOC（挥发性有机物）（5）硫酸烟雾：硫酸雾和硫酸盐气溶胶（6）光化学烟雾：臭氧、过氧乙酰硝酸酯、酮类、醛类大气污染物的来源按照主要污染物的统计分析：燃料燃烧固定源工业生产交通运输流动源按照空间分布：点源面源煤烟型SO2和TSP大气污染防治的基本点是防和治的综合。大气污染综合防治：为了达到区域环境空气质量控制目标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性等进行最优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。大气污染防治1、全面规划、合理布局大气污染综合防治措施5、绿化造林2、严格环境管理3、控制大气污染的技术措施实施清洁生产实施可持续发展的能源战略建立综合性工业基地4、控制污染的经济政策保证必要的环境保护投资实行“污染者和使用者支付原则”安装废气净化装置环境空气质量控制标准的种类和作用环境空气质量控制标准环境空气质量标准：以保护生态环境和人群健康的基本要求为目标而对环境空气中的各类污染物的容许浓度所做的规定。大气污染物排放标准：以实现环境空气质量标准为目标，对从污染源排入大气的污染物浓度所做的限制性规定。环境空气质量控制标准的种类和作用环境空气质量控制标准大气污染控制技术标准：为保准达到污染物排放标准而从某一方面做出的具体技术规定。警报标准：为保护环境空气质量不致恶化或根据大气污染发展趋势，预防发生污染事故而规定的污染物含量的极限值。《环境空气质量标准》GB3095-1996二氧化硫（SO2）总悬浮颗粒物（TSP）可吸入颗粒物（PM10）二氧化氮（NO2）环境空气质量标准一氧化碳（CO）臭氧（O3）铅（Pb）、苯并[a]芘（B[a]P）氟化物三级标准：一级标准：为了保护自然生态和人群健康，长期接触情况下，不发生危害性影响的空气质量要求。二级标准：为了保护人群健康和城市乡村的动植物，短期和长期接触情况下，不发生危害性影响的空气质量要求。三级标准：为保护人群不发生急慢性中毒和城市一般动植物正常生长的空气质量要求。环境空气质量标准三类区：一类区：自然保护区、风景名胜区、急需特殊保护区。二类区：居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区、农村地区。三类区：特定工业区。环境空气质量标准GB16297-1996，规定了33种大气污染物的排放限值，指标分别为最高允许排放浓度、最高允许排放速率、无组织排放监控浓度。任何排气筒必须同时遵守最高允许排放浓度和最高允许排放速率，超过任何一项即超标。按照污染源所在的环境空气质量标准功能区类别，执行相应级别的排放速率标准。大气污染物综合排放标准第一章概论第二章燃烧与大气污染第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式第五章颗粒污染物控制技术基础第六章除尘装置第七章气态污染物控制技术基础第八章硫氧化物的污染控制第九章固定源氮氧化物的污染控制第十章集气罩和管道系统设计课程内容第2章燃烧和大气污染常规燃料固体燃料液体燃料气体燃料煤石油天然气燃烧迅速，燃烧状态由空气与燃料的扩散或混合所控制。受蒸发过程控制。气态燃烧受蒸发控制；固态燃烧受氧向固体表面的扩散控制。固体燃料，可燃成份主要由碳、氢及少量的氧、氮和硫等一起构成的有机聚合物。分类：褐煤、烟煤和无烟煤。第1节燃料的性质煤工业分析（1）水分：外部水和内部水，10%~13%左右。（2）灰分：不可燃矿物质的总称，25%左右。（3）挥发分：与空气隔绝条件下加热分解出可燃气体。（4）固定碳：是煤的主要可燃物质。去掉外部水分的煤中主要组成碳、氢、氮、硫和氧等含量。元素分析C:分析尾气的CO2。H：分析尾气的H2O。N:先转换为氨，再通过碱吸收。S:先转换为硫酸钡，再用重量法测定。硫的形态全硫硫化铁有机硫硫酸盐硫元素硫黄铁矿硫原生和次生化学方法脱硫挥发性硫灰分的一部分（4）干燥无灰基以去掉全部水分和灰分的燃料作为100%的成分。煤的成份表示方法（1）收到基以包括全部水分和灰分的燃料作为100%的成分。（2）空气干燥基以去掉外部水分的燃料作为100%的成分。（3）干燥基以去掉全部水分的燃料作为100%的成分。液体燃料，是多种化合物的混合物，主要由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物，主要成份为碳和氢，少量硫、氮和氧。石油硫的形态：绝大部分以有机硫的存在。气体燃料，甲烷85%、乙烷10%、丙烷3%。天然气硫的形态：H2S第2节燃料燃烧过程燃烧是指可燃混合物的快速氧化过程，并伴随能量的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。燃烧产物主要为二氧化碳和水蒸气；不完全燃烧会生产黑烟和一氧化碳；若燃料含硫和氮，则生成SO2和NO；如果温度较高，空气中的部分氮会被氧化成NOx。燃料完全燃烧的条件：（1）空气条件（2）温度条件（3）时间条件（4）燃料和空气的混合条件第2节燃料燃烧过程假设：（1）空气仅氮和氧构成，且体积比为79.1/20.9=3.78（2）燃料中的固态氧可用于燃烧。（3）燃料中硫主要被氧化为SO2。（4）热力型NOx忽略。（5）燃料的化学式为CxHySzOw。燃料燃烧的理论空气量单位量燃料按燃料方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量。CxHySzOw+(x+y/4+z-w/2)O2+3.78(x+y/4+z-w/2)N2xCO2+y/2H2O+zSO2+3.78(x+y/4+z-w/2)N2+QVa0=22.4×4.78(x+y/4+z-w/2)/(12x+1.008y+32z+16w)=107.1(x+y/4+z-w/2)/(12x+1.008y+32z+16w)m3/kg例：某燃料装置用重油做燃料，重油成分为：C88.3%,H9.5%,S1.6%,H2O0.05%,灰分0.10%。求：确定燃烧1kg重油所需要的理论空气量。解：以1kg重油燃烧为基础，则重量(g)摩尔数(mol)需氧量(mol)C88373.5873.58H9547.523.75S160.50.5H2O0.50.02780所以需氧量为73.58+23.75+0.5=97.83mol/kg重油。理论空气量为97.83×(1+3.78)=467.63mol/kg重油。即：467.63×22.4/1000=10.47mN3/kg重油空气过剩系数α=Va/Va0空燃比单位质量燃料完全燃烧所需要的空气质量燃烧产生的污染物燃烧烟气：悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃烧的燃料、氧化剂以及惰性气体等污染物：二氧化碳、一氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物污染物的产生的影响因素：燃料组成、燃烧方式燃料设备的热损失：（1）排烟热损失（2）不完全燃烧热损失（3）散热损失防治大气污染最有力的措施就是有效利用燃料资源。烟气成分：CO2、SO2、N2和水蒸气。干烟气：CO2、SO2、N2水蒸汽体积：燃料中氢燃烧后生成、燃料中所含水蒸气+由理论空气量所带入的水蒸气湿烟气：干烟气、水蒸气第3节烟气体积及污染物排放量计算理论烟气体积理论空气量条件下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积，以Vfg0表示。Vn=Vs×Ps×Tn/(Pn×Ts)标准状态（273K和1atm）烟气体积和密度的校正sssnnnTVPTVP观测状态下：Ps、Ts、Vs标准状态下：Pn、Tn、Vn过剩空气校正实际烟气体积=理论烟气体积+过剩空气量Vfg=Vfg0+Va0（α-1）如果采用奥氏烟气分析仪分析干烟气成分，则：α=1+O2p/(0.264N2p-O2p)如果燃烧过程产生CO，则：α=1+(O2p-0.5COp)/(0.264N2p-(O2p-0.5COp))污染物排放量计算（2）通过测定烟气污染物的浓度，并根据实际排放量，计算得到污染物的排放量。（1）根据同类燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况，预测烟气量和污染物浓度。例：对于上述例题给定的重油，若燃料中硫全部转换为SOx（其中SO2占97%），试计算空气过剩系数α=1.20时烟气中SO2和SO3浓度，以10-6表示，并计算此时干烟气中CO2的含量，以体积百分比表示。则理论烟气量：73.58+（47.5+0.0278）+0.5+97.83×3.78=491.4mol/kg重油解：理论空气条件下烟气组成（mol）为：CO2：73.58H2O：47.5+0.0278SOx：0.5N2：97.83×3.78烟气中SO2的体积：0.5×0.97×22.4/1000=0.0109mN3/kg烟气中SO3的体积：0.5×0.3×22.4/1000=3.36×10-4mN3/kg当空气过剩系数为1.2时，实际的烟气量为：11.01+10.47×0.2=13.10mN3/kg重油所以烟气中SO2的浓度分别为：0.0109/13.10=832×10-6所以烟气中SO3的浓度分别为：3.36×10-4/13.10=25.75×10-6当空气过剩系数为1.2时，干烟气量为：[491.4-（47.5+0.0）]×22.4/1000+10.47×0.2=12.04mN3/kgCO2的体积为：73.58×22.4/1000=1.648mN3/kg所以CO2含量为：1.648/12.04=13.69%例：已知某电厂烟气温度473K，压力等于96.93kPa，湿烟气量Q=10400m3/min，含水汽6.25%（体积），奥萨特分析结果是：CO2=10.7%，O2=8.2%，不含CO。污染物排放的质量流量为22.7kg/min。求：（1）污染物排放的质量速率（以t/d表示）（2）烟气中污染物的浓度（3）燃烧时的空气过剩系数（1）污染物排放的质量流量：22.7kg/min×60min/h×2