大气污染控制讲义

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1、大气污染控制工程 1第一章第一章概论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。 第一节第一节 大气和大气污染大气和大气污染一、大气的组成一、大气的组成大气与空气大气与空气定义：定义：大气是指环绕地球的全部空气的总和；环境空气是指人类、植物、 动物和建筑物暴露于其中的室外空气。 区别和联系：区别和联系：大气所指的范围比空气大。大气和空气皆指环境空气。大气的组成大气的组成大气是由多种气体混合组成的，按其成分可以概括为干燥清洁的空气、水 汽和悬浮微粒三部分。干燥清

2、洁的空气见表 1-1，干洁空气的组成比例在 0- 90km 范围内基本保持不变。大气中的水汽含量变化较大，其变化范围可达 0.01-4%，许多天气现象与水汽含量有关。大气中的悬浮微粒主要是大气尘埃和 悬浮杂质。 表表 1-1 干洁空气的组成干洁空气的组成成分分子量体积比（%）成分分子量体积比（10-6）氮(N2)28.0178.09氖(Ne)20.1818氧(O2)32.0020.95氦(He)4.0035.3氩(Ar)39.940.93氪(Kr)83.801二氧化碳(CO2)44.010.03氢(H2)2.0160.5氙(Xe)131.300.08臭氧(O3)48.000.01-0.04甲烷

3、(CH4)16.041.5二、大气污染二、大气污染 大气污染定义：定义：大气污染通常系指由人类活动和自然过程引起某些物质进入大气后， 呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此对人体的舒适、健康和福利或环 境造成危害。 分类：分类：按大气污染的范围来说，大致可分为四类：（1）局部地区污染，如 受某个工厂烟囱排气的直接影响；（2）地区性污染，如工矿区域及其附近地区 或整个城市大气受到污染；（3）广域污染，在大城市、大工业地带可以看到的 广域污染；（4）全球性污染，如大气中硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳和飘尘大气污染控制工程 2的不断增加，造成跨国界的酸性降雨和温室气体效应。全球性大气污染受到世 界各

4、国的关注，需要国际间的合作加以解决。 表表 1-2 清洁空气与被污染空气中污染物的含量清洁空气与被污染空气中污染物的含量污染物清洁空气中的含量(10-6)污染空气中的含量(10-6)二氧化硫0.0010.010.022 氮氧化物0.0010.010.010.5 碳氢化物1120 一氧化碳15200 二氧化碳310330350370 颗粒物1020g/m370700g/m3 影响大气污染的主要因素影响大气污染的主要因素：污染物的排放情况、大气的自净过程，以及污 染物在大气中的转化情况。三、全球性大气污染问题三、全球性大气污染问题 温室效应温室效应定义：定义：温室气体可以使太阳短波辐射几乎无衰减的

5、通过，同时可以吸收地 面长波辐射，由此引起全球气温升高的现象。 温室气体温室气体：甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳（CFCs）、水蒸气等。 二氧化碳是最重要的温室气体。 近 100 年，全球平均气温上升了 0.3-0.6，海平面上升了 14-25cm. 见下表： 臭氧层破坏臭氧层破坏臭氧：臭氧：O3含量一亿分之一，集中在平流层，具有强烈吸收紫外线的功能。 “国际臭氧层日国际臭氧层日”：9 月 16 日是。 消耗臭氧层物质消耗臭氧层物质：通常简称为 ODS（Ozone depletion substance） 破环原因：破环原因：氟氯碳（CFCs）、氮氧化物排放。 南极臭氧层南极臭氧层：最新探测数

6、据显示，今年南极上空臭氧层空洞正以近年 来最快的速度扩展，目前空洞面积已超过万平方公里，直逼 年同期的历史最高记录万平方公里，预计空洞面积还将进一步扩大。 造成这一现象的原因主要是氯氟烃、甲基溴、哈龙等人工合成化学物质通过光 化学作用对臭氧的消耗，而且人类几十年前排放的臭氧层消耗物质目前仍存在 于大气中。另外，除了化学物质的排放，气候也是影响臭氧层损耗情况的重要 因素。去年，南极地区气温偏高，使得臭氧层损耗减弱，而今年该地区较为寒 冷，也加剧了臭氧层空洞的扩大。南极臭氧层恢复至少需要 50 年。结果结果：皮肤癌、角膜炎赠加，生态系统破坏。 酸雨酸雨定义：定义：pH 小于 5.6 的大气降水 原

7、因：原因：硫氧化物、氮氧化物的排放，在大气中形成硫酸和硝酸，以酸沉降 的形式返回地面。 分布：分布：欧洲、北美、东亚。中国的西南、华南、东南严重。大气污染控制工程 3一般认为酸雨中各种酸的贡献率为 HSO 65%，HNO 30%，HCl 5%。 国外如日本等酸雨严重 ,早在 1975 年东京一次酸雨的 竟达 3.1。我国 过去对 SO2 未加控制, SO2排放量逐年增加 ,1983-1991 年每年以 3.84%的速度 增长 ,1991-1994 年 SO2 排放量从 1495 万吨增至 1825 万吨 , 2000 年 SO2 排 放量将达 2600 万吨 ,超过美国 .目前居世界第一。因此

8、 ,近年来我国许多地区 酸雨不断发生 ,特别是西南 ,因燃烧大量高含硫煤而造成。酸雨影响生态 ,使 水质下降 ,土壤贫化 ,森林、作物枯萎 ,鱼类死亡 ,腐蚀金属和建筑物等。第二节第二节 大气污染物及其来源大气污染物及其来源一、大气污染物一、大气污染物 大气污染物定义：大气污染物定义：大气污染物是指由于人类活动或自然过程排放到大气，并对人或环境产生 有害影响的物质。大气污染物分类：大气污染物分类：1.按存在状态分类：气溶胶状态污染物（按存在状态分类：气溶胶状态污染物（颗粒污染物也称为气溶胶状态污 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）和气体状态污）和气体状态污 染物（染物（以

9、二氧化硫为主的含硫化合物、以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合 物、碳的氧化物、碳氢化合物及卤素化合物） 1.11.1 根据气溶胶的来源和物理性质，可将其分为如下几种：根据气溶胶的来源和物理性质，可将其分为如下几种： （1）粉尘（dust）系指悬浮于气体介质中的细小固体粒子。通常是由固体 物质的破碎、分级、研磨等机械过程或土壤、岩石风化等自然过程形成。粉尘 粒径一般在200m。 （2）烟（fume）通常系指由冶金过程形成的固体粒子的气溶胶。它是由熔 融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，在生产过程中总是伴有诸如氧化之类 的化学反应。烟是很细的微粒，粒径范围一般为 0.011m.。（3）飞灰（fly

10、ash）系指由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分散得较细的 粒子。灰分（ash）系含碳物质燃烧后残留的固体渣，尽管其中可能含有未完全 燃尽的燃料，作为分析目的而总是假定它是完全燃烧的。（4）黑烟（smoke）通常系指由燃烧产生的能见气溶胶。黑烟的粒度范围为 0.051m。（5）雾：气体中液滴悬浮体的总称，能见度300重污染健康人运动耐受力降低，有明显强烈症状，提前出现某些疾病老年人和病人应当留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染本章介绍燃烧过程的基本原理、污染物的生成机理，以及如何控制燃烧过 程以便减少污染物的排放量。 第一节第一节 燃料的性质燃

11、料的性质燃料：燃烧过程中，能够放出热量，且在经济上可以取得效益的物质。 分类： 固体燃料（固体燃料燃烧困难，容易发生不完全燃烧，产生的污染物量大） 、液体燃料和气体燃料（物理状态） 非常规燃料及常规燃料（煤、石油、天然气等化石燃料）一、煤一、煤煤可分为褐煤（最低品位的煤）、烟煤和无烟煤（含炭量高）三大类。 煤的工业成分分析：水分（内水分、外水分）、灰分（平均灰分 25%，主 要指煤中所含碳酸盐、粘土矿物质以及微量的稀土元素等。）、挥发分、 固定碳，以及估测硫含量和热值，这是评价工业用煤的主要指标。 煤的元素分析：C、H、O、S、N,其测定方法了解。 煤中硫的形态四种：有机硫、硫铁矿硫（主要为黄

12、铁矿硫）、硫酸盐硫和 有机硫。前两种挥发硫，硫酸盐硫是灰分的一部分。 据分析：低硫煤中主要为有机硫，高硫煤中主要为无机硫。 煤中成分的表示方法：收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基。定义 及符号表示。二、石油二、石油液体燃料主要是石油。原油是天然存在的由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳 氢化合物组成的混合液体，含碳、氢和少量的氧、氮、硫等元素，还含有 微量金属元素，如钒、镍等，也可能受氯、砷和铅的污染。 液体燃料发热量高，燃烧产生的污染量较少。大气污染控制工程 11三、天然气三、天然气天然气是气态的化石燃料，主要由甲烷（约 85%）、乙烷（约 10%）、丙烷 3%等碳氢化合物组成，还可能含有水蒸气

13、、二氧化碳、氮、氦和硫化氢等 气体。 天然气中硫化氢、惰性组分含量超过一定值时，会影响燃烧效率。 气体燃料容易燃烧，燃烧效率高，产生的污染物量很少。四、非常规燃料四、非常规燃料除常规燃料外的可燃物质即为非常规燃料。 第二节第二节 燃料燃烧过程燃料燃烧过程一、影响燃烧的主要因素一、影响燃烧的主要因素 燃烧过程及燃烧产物燃烧过程及燃烧产物 燃烧是可燃混合物的快速氧化并伴随着能量释放的过程；化石燃料完全燃 烧产物为二氧化碳和水，但如果燃烧条件控制不佳，就产生一氧化碳和黑烟 （主要是碳氢化合物）等不完全燃料产物。燃料中的硫、氮等杂质元素还会产 生二氧化硫和氮氧化合物。 燃料完全燃烧的条件燃料完全燃烧的

14、条件 （1）.空气条件 燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应的空气量。如果空气供应不 足，燃烧就不完全。相反空气量过大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟损失。 因此按燃烧不同阶段供给相适应的空气量是十分必要的。 （2）、温度条件 燃料只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度系在氧存在下 可燃质开始燃烧所必须达到的最低温度。各种燃料都具有自己的特征着火温度， 按固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序上升。各种燃料的着火温度见表 2-1。 表 2-1 燃料的着火温度 燃料着火温度（K） 木炭593643 无烟煤713773 重油803853 发生炉煤气9731073 氢气853873 甲烷9231

15、023当温度高于着火温度且放热速率高于向周围的散热速率，从而能够维持在 较高的温度时，才能使燃烧过程继续进行。 （3）、时间条件 燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。燃料在 高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。因此，在所要求的燃烧反应大气污染控制工程 12速度下，停留时间将决定于燃烧室的大小和形状。反应速度随温度的升高而加 快，所以在较高温度下燃烧所需要的时间较短。 （4）、燃料与空气的混合条件 燃料和空气中氧的充分混合也是燃烧完全的基本条件。混合程度取决于空 气的湍流度。若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产生。对于蒸气相的燃 烧，湍流可以加速液体燃料的蒸发。对于固体燃料的燃烧，湍流有助于破坏燃 料产物在燃料颗粒表面形成的边界层，从而提高表面反应的氧利用率，并使燃 烧过程加速。 适当地控制空燃比、温度、时间和湍流度，是实现有效燃烧和低污染排放 所必须的条件，评价燃烧过程和燃烧设备时，必须认真地考虑这些因素。通常 把温度、时间和湍流度称为燃烧过程的“三 T”。二、燃料燃烧过程中的理论空气量二、燃料燃烧过程中的理论空气量理论空气量理论空气量 单位量燃料按燃烧反应方程式计