第二章 大气污染控制技术基础

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1、第2章 大气污染控制技术基础,本章主要介绍大气污染物的基本性质、大气污染物的来源和产生机理。通过学习和掌握大气污染物的基本性质了解其来源和分类，熟悉和掌握各种燃料的种类及特性、燃料的燃烧条件对污染物产生的影响，了解清洁燃烧技术的基本知识。熟悉不同行业单位产生的大气污染物情况,学习指南：,2.1 大气污染物的性质,大气污染物是指由于人类活动或自然转让过程，排放到大气中的对人或环境产生不利影响的物质。自然过程产生的大气污染物主要有：火山喷发排出的火山灰颗粒、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)、煤矿和油田自然逸出的煤气和天然气、腐烂的动植物排出的有害气体等。,在大气污染中，颗粒污染物按照其来源和物

2、理性质，主要可以分为： 粉尘 烟尘 扬尘 油烟 （简称“三尘一烟”）。,2.1.1颗粒污染物的性质,2.1 大气污染物的性质,粉尘系指悬浮于气体介质中的微小固体粒子，受重力作用能发生沉降，但在某一段时间内也能保持悬浮状态。,粉尘的来源主要有以下几个方面,固体物料的机械粉碎和研磨，例如选矿、耐火材料车间的矿石破碎过程和各种研磨加工过程；,粉状物料的混合、筛分、包装及运输，例如水泥、面粉等的生产和运输过程；,物质的燃烧，例如煤燃烧时产生的烟尘,物质被加热时产生的蒸汽在空气中的氧化和凝结，例如矿石烧结、金属冶炼等过程产生的锌蒸汽，在空气中冷却时会凝结，氧化成氧化锌固体颗粒。粉尘粒子的粒径范围一般为1

3、200m左右。,1.粉尘的性质,2.1 大气污染物的性质,2.1 大气污染物的性质,烟尘一般含硫、氮、碳的氧化物等有毒气体和不完全燃烧的炭粒，而且还有许多稠环碳氢化合物，其中有的是强致癌物质，如苯并芘、苯并蒽等。,2.1 大气污染物的性质,有关部门从居民家庭收集的经常煎炸食物的油烟样品进行分析，共测出220 多种化学物质，其中主要有: 在烹调油烟中还发现挥发性亚硝胺等 已知突变致癌物。,醛,酮,烃,脂肪酸,醇,芳香族化合物,酯,内酯,杂环化合物,2.1 大气污染物的性质,2.1.2 气态污染物的性质,表21 大气中主要气态污染物的来源、发生量、背景浓度和主要反应,2.1 大气污染物的性质,2.

4、1.2 气态污染物的性质,1.硫氧化物,2.氮氧化物,3.碳氧化物,4.碳氢化合物,5. 酸雾,6.光化学烟雾,7.卤化物,8. 汽车尾气,1. 大气中的主要污染物有哪些？ 2. 大气中的主要颗粒污染物有哪些？各有什么特性？ 3. 粉尘的主要性质有哪些？ 4. 大气中的主要气态污染物有哪些？各有什么危害？,2.1 大气污染物的性质,习题 2.1,大气中的污染物来源广泛，主要来源于燃料燃烧、工业生产过程、交通运输过程和生活过程。,2.2 大气污染物的来源和产生机理,2.2.1 燃料与燃料燃烧,(1)固体燃料,煤炭的分类,煤炭的组成,(2)液体燃料,(3)气体燃料,表2-2 中国煤炭分类简表,注：

5、 1.在焦煤和肥煤之间又分为1/3焦煤，代号是1/3JM，数码为35。 2.气煤和弱黏煤之间又分为1/2中黏煤，代号是1/2ZN，数码为23，33,2.2 大气污染物的来源和产生机理,燃烧及燃烧产物,燃料完全燃烧的条件,燃烧产生的主要污染物,空气,燃烧温度,时间,燃料与空气的混合,硫氧化物的形成机制,氮氧化物的形成机制,颗粒污染物的形成机制,2.2 大气污染物的来源和产生机理,(1).洗选煤技术,(2).煤炭的转化,(3).型煤固硫,燃烧设备是指为使燃料着火燃烧并将其化学能转化为热能释放出来的设备。,(1)炉排炉,手烧炉是层燃炉中最简单的一种。,机燃炉是采用机械炉排进行燃烧的锅炉。,a链条炉

6、b. 往复炉 c.振动炉排炉 d抛煤机炉排炉,(2)煤粉炉,(3)旋风燃烧炉,(4)流化床锅炉,2.2.2 部分工业生产废气简介,化学工业废气污染,按污染物性质可分为三大类： 第一类为含无机污染物的废气； 第二类为含有机污染物的废气； 第三类为既含无机污染物又含有机污染物的废气,电力工业废气,钢铁工业废气污染,主要来源 ：原料、燃料的运输、装卸及加工等过程产生大量的含尘废气 第二类为含有机污染物的废气；钢铁厂的各种窑炉再生产的过程中将产生大量的含尘及有害气体的废气； 生产工艺过程化学反应排放的废气，如冶炼、烧焦、化工产品和钢材酸洗过程中产生的废气。,建材工业废气,主要分为以下三类： 高温气体

7、锅炉烟气 常温含尘烟气,2.2 大气污染物的来源和产生机理,2.2.3 交通与汽车尾气,交通污染一方面是交通工具，如汽车、火车、飞机、船舶等，其本身在运行过程中产生污染物，对大气造成污染。另一方面交通工具运行动力需要大量的能源，今世界所生产的全部能源中，20以上用于交通运输，而且这些能源在较低的效率下运作，污染相当可观。,2.2 大气污染物的来源和产生机理,2.1 大气污染物的性质, 车辆保有量高速增长，城市道路负荷持续增加、许多重要道路车流已趋于饱和，发生交通拥堵的频率和持续的时间明显增加。, 车辆运行速度降低，加速、减速、怠速频繁，运行工况恶化。, 许多机动车往往在富燃料状态下运行。, 城

8、市非机动车负荷大，影响了机动车运行状况。, 公共交通的主导地位尚未完全确立，城市运输效率低下。,2.1 大气污染物的性质,氮氧化物超标现象严重, 机动车的尾气排放直接导致了城市中各种污染物浓度的增加,城市颗粒物污染不容忽视,城市潜藏着发生光化学烟雾的危险,2.1 污染物的性质,2.2.4 服务行业餐饮与生活油烟,油烟的形成可分为三个阶段： 油加热到50100时，油面有轻微热气上升，所含低沸点分量和水分首先汽化。 油的温度上升到100270时，较高沸点的分量开始汽化，油泡较密，形成肉眼 见的油烟，主要是直径约10-3cm以上的小油液滴组成的。 油的温度大于270后，高沸点的食用油分量开始汽化，并

9、形成大量“青烟”，主要是由直径10-710-3cm不为肉眼所见的微油滴所组成。此时，再往油中加入食品，食品中所含水分急剧汽化膨胀，其中部分冷凝成雾和油烟一起形成可见的油烟。,1. 大气污染物的主要来源有哪些？ 2. 常用的燃料都有哪些？ 3. 煤炭是如何分类的？简述煤炭的组成。 4. 燃料的完全燃烧和不完全燃烧的区别在哪里？燃料完全燃烧的条件是什么？ 5. 简述燃烧过程中污染物的生成机制。 6. 洁净燃烧技术都包含了哪些技术？ 7. 工业生产过程会向大气中排放哪些污染物？举例说明几个产生大气污染物的 过程。 8. 交通过程排放了哪些大气污染物？由机动车辆造成的污染有什么特点？ 9. 生活油烟是

10、如何形成的？,2.1 污染物的性质,习题2.2,2.3 大气污染控制设备的性能指标,2.3.1.废气处理量,废气处理量是衡量废气治理设备处理能力的指标，是指单位时间内废气治理设备处理各种废气的体积流量，一般用废气治理设备的进出口气体流量的平均值来表示废气治理设备的气体处理量。,式中： Q1废气治理设备入口气体在标准状态下的体积流量，m3/s或m3/h； Q2废气治理设备出口气体在标准状态下的体积流量，m3/s或m3/h； Q废气治理设备处理气体在标准状态下的体积流量，m3/s或m3/h；,2.3 大气污染控制设备的性能指标,2.3.2.净化效率,废气治理设备的总效率是指在同一时间内废气治理设备

11、捕集的粉尘质量占进入废气治理设备的粉尘质量的百分数，用表示,根据净化效率的定义，净化效率表示式为：,（重量法）,（浓度法）,2.3 大气污染控制设备的性能指标,通过率是指在同一时间内，穿过废气治理设备的粒子质量与进入的粒子质量的比，一般用P(%)表示。,当两台废气治理设备串联使用时，1和2 分别表示第一级和第二级废气治理设备的净化效率，则除尘系统的总效率为,2.3 大气污染控制设备的性能指标,总效率表示废气治理设备的总体效果或平均效果，净化装置对不同粒径的粉尘具有不同的作用效果，为反映这一特性，我们引入分级净化效率的概念。分级效率di表示废气治理设备对不同粒径粉尘或粒径范围粉尘的净化效果。,2

12、.3 大气污染控制设备的性能指标,粉尘的粒径,分级净化效率表,2.3 大气污染控制设备的性能指标,2.3.3 压力损失,含尘气体经过废气治理设备后会产生压力降，被称为废气治理设备的压力损失,单位是Pa。压力损失的大小除了与设备的结构形式有关之外，主要与流速有关。两者之间的关系为：,式中： P废气治理设备的压力损失，Pa； 净化装置的阻力系数； 气体的密度，kg/ m3； ui装置进口气体流速，m/s。,2.3.4 林格曼黑度和排放浓度,2.3 大气污染控制设备的性能指标,烟气林格曼黑度（浓度）是评价排放烟尘浓度的一项重要指标。林格曼黑度就是用视觉方法对烟气黑度进行评价的一种方法。,常用的测定装

13、置有：,林格曼烟气浓度图,测烟望远镜,光电测烟仪,2.3 大气污染控制设备的性能指标,（1）林格曼烟尘浓度表的使用方法,（2） 使用林格曼图表时的注意事项,不要面向太阳,烟气出口处的背景上不应有高大的树木和建筑物,观察者位置应与烟气流向成直角,烟尘浓度表应保持清洁，弄脏或褪色时，应更换。,（3）林格曼黑度和烟尘浓度对比表,2.3 大气污染控制设备的性能指标,（4）林格曼烟气黑度图法测定的实 际技能实训请参阅本教材第7章相关内容。,2.3 大气污染控制设备的性能指标,（1） 最高允许排放浓度 ：指处理设施后排气筒中污染物任何1小时浓度平均值 不得超过的限值；或指无处理设施排气筒中污染物任何1小时

14、浓度平均值 不得超过的限值。一般用mg/m3表示。,（2）最高允许排放速率排放系数：指一定高度的排气筒任何1小时排放污染物的质量不得超过的限值。一般用mg/m3表示。,（3）排放速率：单位时间内向大气中排放污染物的量；Kg/h。,1有一两级除尘系统，第一级为旋风除尘器，第二级为电除尘器，用于处理起始含尘浓度为15gm3。游离二氧化硅含量8以上的粉尘。已知旋风除尘器的效率为80，若达到国家规定的排放标准，选用的电除尘器的效率至少应是多少?,2.3 大气污染控制设备的性能指标,习题2.4,2.用旋风除尘器处理锅炉烟气，测得除尘器进口烟气温度450K，体积流量为10800m3/h，含尘浓9.0g/m

15、3，静压强为450Pa（真空度）；除尘器出口气体流量为12000m3/h，含尘浓度为500mg/m3。已知该除尘器的入口面积为0.25m2，阻力系数为5.0。 该除尘器的漏风率是多少？ 计算该除尘器的除尘效率。 计算运行时的压力损失。 是否达到国家二级排放标准，如果没达到采用袋式除尘器进行二次除尘净化，袋式除尘器的效率至少是多少？,2.3 大气污染控制设备的性能指标,3.用两级除尘系统处理含粉尘的气体。已知含尘气体流量为3.0m3/s ，工艺设备的产尘量为 22.5g/s，各级除尘器的除尘效率分别为70%和 96%。 计算该除尘系统总除尘效率和粉尘排放量 ，粉尘排放浓度是否达标？ 若仅使用第一级除尘，粉尘排放浓度是否达标？,2.3 大气污染控制设备的性能指标,