导论Chapter5大气污染控制技术

环境科学与工程导论华南理工大学环境科学与工程学院吴锦华副教授[e-mail]137110159871大气污染及治理技术除尘技术脱硫、脱氮技术大气污染吸收、吸附、催化技术…………刚刚过去的二十世纪发生的8次重大的世界公害有5次是由于工业废气而引发的大气污染(其它3次为工业废水引发的水源污染)，造成大量的人畜死亡，森林、植物被毁，影响极其深远。自1800年以来，随着工业化和城市化的发展，废气排放量逐年增加，特别是近50年，大气污染程度远远超过前150年。酸雨、粉尘、沙尘肆虐、气候变化异常、地球表面温度升高、南北极冰川逐渐消融，南极上空臭氧层“空洞”、大量森林被毁和“沙漠化”。中国大气污染1999年全国主要因燃烧煤炭产生的二氧化硫的排放量已到1858万吨，烟尘排放量1159万吨，工业粉尘排放量1175万吨，这些数字使中国成为世界上大气污染物排放量最大的国家之一。我国又是继欧洲、北美之后的世界第三大酸雨中心。20年来，我国死亡率增幅最大的是肺癌，城市中每10万人就有近40人死于这种可怕的疾病。肺癌的死亡率与大气污染、特别是其中悬浮颗粒物中的多环芳烃等有机物有显著相关性。4广东大气污染状况城市首要污染物为氮氧化物，其次为总悬浮颗粒物和降尘，二氧化硫污染相对较轻，空气质量较差的是广州、佛山和江门，梅州和河源较好。二氧化硫佛山和广州两市超标；全省氮氧化物广州、佛山、深圳、东莞、中山和珠海六市超标；全省总悬浮颗粒物清远、云浮、江门、阳江、佛山和广州六市超标。属于重酸雨区的城市有广州、韶关、深圳、佛山、江门、清远、东莞和潮州。5大气污染一、大气污染定义由于人类活动或自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度和达到了足够的时间，而危害了人体的舒适、健康及福利。6飘尘10µm可长时间漂浮于大气降尘﹥10µm在较短时间内沉降到地面总悬浮微粒（TSP)100µm的所有固体颗粒∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽粉尘(dust)1µm200µm先悬浮后沉降烟(fume)0.01µm1µm漂浮于大气雾(fog)100µm悬浮于大气的小水滴飞灰（flyash)特指燃料燃烧产生的较细的灰份黑烟（smoke)特指燃料燃烧产生的可见的气溶胶主要污染物1、颗粒污染物分类——颗粒污染物是指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体，又称为气溶胶状态污染物类别来源危害迁移硫氧化物矿物燃烧火山活动酸雨H2SO4或硫酸盐，干、湿沉降碳氧化物不完全燃烧机动车排气破坏血红蛋白生物吸附光合作用氮氧化物燃烧过程细菌作用造成光化学烟雾温室效应破坏臭氧层HNO3或硝酸盐，干、湿沉降在大气中光离解碳氢化合物汽车尾气有机物蒸发温室效应产生光化学烟雾发生电化学反应卤素化合物合成化学品温室效应、破坏臭氧层人体氟危害在大气中破坏臭氧层气态污染物分类刺激眼睛，破坏中枢神经，破坏植物生长影响呼吸系统功能危害O3、PAN、醛、酮硫酸雾、硫酸盐成分阳光照射下，NOX、CmHn与氧化剂共同反应生成的兰色烟雾SO2与水雾、重金属飘尘、NOX共同反应产生光化学烟雾硫酸烟雾类别续表91.按能源性质和污染物组成及反应2.按排放源类型3.按污染物产生类型大气污染分类101、按能源性质和大气污染物组成及反应污染物种类燃料性质一次污染物二次污染物煤烟型煤烟气、粉尘、SO2硫酸及其盐构成的气溶胶石油型油烯烃、NO2、烷、醇、羰基臭氧、氢氧基、醛、酮、PAN混合型煤+油特殊型特殊燃料氯气、金属蒸汽、硫化氢、氟化氢112.按排放源类型点源面源线源连续源瞬时源3.按污染物产生类型燃料燃烧工业生产交通运输12除尘技术除尘器分类重力沉降室旋风除尘器湿式除尘器电除尘器布袋除尘器13除尘器分类类别作用原理设备机械式惯性力重力沉降室旋风除尘器湿式水流冲洗水膜除尘器过滤式过滤介质捕集布袋除尘器电除尘静电力静电除尘器重力沉降室除尘效率：40％～70％优点：简单、投资少、易维护缺点：占地大，除尘效率低应用：初级除尘15重力沉降室重力沉降室是利用重力作用使尘粒自然沉降而从气流中分离的一种最简单的除尘装置。这种装置具有构造简单、造价低、耗能小、便于维护管理的特点，而且可以处理高温气体，处理最高烟气温度一般为350-550℃，其阻力一般为50-130Pa。重力沉降室体积较大，除尘效率较低，一般为40%-60%，且只能去除粒径大于40-50m的大颗粒，一般作为预除尘器使用。不同粒径的尘粒的沉降速度可用Stokes公式求出沉降室内气流的速度由粉尘的密度和粒径来确定，一般为0.2-2.0m/s。ggppsgdv18)(2旋风除尘器各部件对除尘效率的影响除尘效率：平均80％左右优点：简单、投资少、易操作缺点：磨损严重，旋风子易堵应用：多级除尘的预除尘19旋风除尘器原理示意图•筒体直径•筒体高度H•排气管伸入筒体的深度•排灰口影响因素21旋风除尘器旋风除尘器是使含尘气体作旋转运动，利用离心力作用将尘粒从气流中分离并捕集下来的装置。这种除尘器历史悠久（应用近100年）、应用广泛（遍及多种工业部门）、型式繁多（达百种以上）、结构简单、没有运动部件、造价便宜、维护管理方便，除尘效率一般达85%-90%。22旋风除尘器的构造旋风除尘器由进气管、筒体、锥体和排出管组成。旋风除尘器可分为单管、多管和组合式三类。按入口方向可分为切向入口和轴向入口按入口位置可分为上入口和下入口。通常为干式，如同时喷淋液体则为湿式23工作原理含尘气流从切线进口进入除尘器后，沿外壁由上向下作旋转运动，这股向下旋转的气流称为外旋流。外旋流达到锥体底部之后，转而向上旋转，最后经排出管排向机外。这股向上旋转的气流称为内旋流。外旋流和内旋流的旋转方向是相同的。湿式除尘器除尘效率：90％以上优缺点几种常用湿式除尘器水膜除尘器、斜棒栅式除尘器、文丘里式除尘器、喷淋塔式除尘器应用：中、小型机组采用，大型机组一般不采用25GaseousemissioncontrolGasOutletGasInletLiquidPoolLiquidinletLiquidoutlet26ParticlecollectorsGasoutletWaterinletWateroutletGasinlet27VenturiScrubber28PlateScrubber（板式）LiquidoutGasoutLiquidinGasinplates29PackedBedScrubber（填料式）30PreformedSprayScrubber（喷雾式）31PreformedSprayScrubber（喷雾式）32Gas-AtomizedCentrifugalScrubber（气体雾化）33气体雾化水膜除尘器原理•湿式除尘和旋风除尘结合起来，提高效率，减少磨损•溢流水槽的设计使内壁水膜均匀设计特点：文丘里式效率：95％以上液气比：0.26~1.30kg/m3效率：99％以上液气比：0.67~2.68kg/m3喷淋塔式37缺点•能耗大，耗水量大•有废液、泥浆处理问题•在寒冷地区使用需防冻•可同时除尘和除有害气体•结构简单，造价低•能处理湿度大、温度高的气体优点布袋除尘器除尘效率：99.5％以上按清灰方式分类机械振打式逆气流式脉冲反冲式优缺点应用：对布袋不易造成腐蚀的气体的除尘39工作步骤：1.过滤2.清灰布袋除尘器原理示意图布袋除尘器外观实例40优点缺点•结构简单，造价及运行费用低•可提高干法脱硫的脱硫率•处理高温、高湿度、腐蚀性气体应慎选滤袋•滤袋易破损•阻力损失大•除尘效率高，处理量大•体积和占地面积都很大静电除尘器工作原理及设备构造优缺点除尘效率：99％以上应用：300MW以上机组均采用静电除尘器原理、构造主要构件：•电晕极•集尘极•清灰装置外形图静电除尘器外形44优点•除尘效率高•能耗低，压损小•处理烟气量大，耐高温缺点•钢耗大，占地面积大•制造、安装、运行的要求高•对粉尘特性敏感各种除尘设备实用性能比较类型结构形式处理粒度µm压降mmH2O除尘效率%重力除尘沉降式50～100010～1540～60惯性力除尘烟囱式10～10030～6050～70离心除尘旋风式3～10050～15085～95湿式除尘文丘里式0.1～100300～100090～99过滤除尘袋式0.1～20100～20085～99.9电除尘0.05～2010～20挥发性有机污染物(VOCs)控制技术47现状每年排放量2000万吨广东珠三角地区是重污染区：四氯乙烯、三氯甲烷、苯、甲苯、硝基苯等48理化特性蒸气压≥0.01psia(0.0007atm)沸点≤260℃碳氢化合物水溶性、脂溶性49控制技术吸附吸收燃烧冷凝50吸附把气体中的污染物如气体和液体吸附在颗粒表面进行分离的技术，常用的吸附剂有活性炭、树脂、分子筛等。51吸附过程种类两种类型物理吸附通过分子力吸附在吸附剂表面，过程可逆。化学吸附通过化学键吸附在吸附剂表面，过程不可逆。活性炭吸附及再生53置换&再生吸附饱和置换无法再生时置换吸附剂再生通过物理或化学的方法使污染物从吸附剂上脱附实现吸附剂再生、污染物去除或资源化利用54活化原始材料水果皮,果核煤,植物纤维石油物绝氧焙烧1560oto1740oF产物多孔性活性炭55活性炭granularpelletizedpowderedcoconutshell,3500Xmagnification活性炭吸附塔活性炭吸附塔58吸收Absorptionisthemasstransferofpollutantsfromthegastotheliquidphasewhichisdrivenbyaconcentrationgradientatthegas-liquidinterfaceAbsorptionisusefulwhentheconcentrationofpollutantingasishighthegasishighlysolubleinthesolventpollutantsareinorganiccompoundssuchashydrocarbons59吸收的应用ChoosinganAbsorbentchemicallysimilartotheabsorbaterelativelynonvolatilenoncorrosive,nonflammableinexpensiveandreadilyavailablelowviscosity,lowfreezingpointlowintoxicity,chemicallystable60填料Packingmaterialisusedtoincreasethesurfaceareaofthetower,whichimprovescollectionefficiencyeachshapehasauniquesurfaceareaandassociatedgaspressuredropRaschigringPallringTelleretteBerlSaddleIntaloxSaddlePROCESSDESCRIPTIONDefinition:Absorptionprocessisthetransferofgaseouscontaminantsfromagasphasetoaliquidphase.Technicalterms:•absorbent:liquidtoabsorbgascontaminants(e.g.water);•absorbate:gaseouscontaminants(SO2,H2S,NH3?);•carriergas:inertportionofgasstream(e.g.air);•interface:areawheretwophasescontact;•solubility:capabilityofacontaminantdissolvinginaliquid.PROCESSDESCRIPTION1)Nochemicalreactionsforthecontaminantswi