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1、大气污染的综合防治措施,全面规划，合理布局 严格环境管理 技术措施研究与应用： 生产工艺改进与提高 综合利用 高烟囱、废气净化 经济策略 绿化造林,第一章 大气和大气污染,大气的组成,大气组成相对稳定,2、对流层,对流层的高度 特点：温度垂直分布、对流交换强、温湿度分布 对流层的分层：常见的有边界层概念、逆温层等概念 边界层：又叫摩擦层、行星边界层，是受下垫面影响的空气层次，高度范围10002000m，气象要素分布有明显的地域特点,3、逆温与逆温层,概念、特点： 有多个逆温层存在，且存在具有时效性，对流层逆温层对污染物的扩散具有重要影响，是环境监测、评价和保护重要区域 逆温及逆温现象、逆温对物
2、质水平/垂直扩散的影响,逆温示意图,逆温层对污染物扩散的影响,描述大气状态的参量,1、 温度,表示方法及换算 物体温度的确定 温度的水平分布、周期变化 温度的垂直分布、温度层结、温度廓线,2、 湿度,3、 大气环流与风,用风矢表示，由风向秆和风羽组成。 风向秆: 指出风的业向，下图表示8个方位，另外还有16个方位的。 风羽: 由3、4个短划和三角表示大风风力，垂直在风向杆末端右侧（北半球）,大气环流,大气环流是影响大气污染物扩散的重要因素 大气环流包括纬向环流和经向环流 我国及其大部分国家与人口集中在北温带，该地带上空盛行稳定的西风气流，称为西风带 由于大气环流的作用，大气污染具有了全球性,地
3、转角速度与地转力,4、 能见度,概念 分级：根据能见距离的不同，分为10级，见下表（表中视程为“白日视程”，单位m）,大气污染对气候与 生态环境的影响,对气候的影响,以CO2等气体的“温室效应” 为例 另外，气溶胶对气候也有重要影响，如降低大气能见度、增加云雾量等,对生态环境的影响,对生态环境的影响主要表现为对生物原始生境的改变，及生物对生态环境改变的适应，包括： 原始生态环境破坏：生物发生适应，不适应者被淘汰 原始生态环境毁灭：原生物灭绝，但可能引入或创生新物种 原始生态环境灭绝（可逆）：生物消失，但可恢复 原始生态环境灭绝（不可逆）：生物消失且不可恢复,大气污染对人主要表现为呼吸道疾病，另
4、外降低能见度导致紫外线强度城市比农村少1025%，城市佝偻发病率增加 大气污染使植物生理机制受抑制，生长不良，抗病抗虫能力减弱，甚至死亡 大气污染物能腐蚀物品，影响产品质量 酸雨使河湖、土壤酸化、鱼类减少甚至灭绝，森林发育受影响,第二章 燃烧与大气污染,第一节 燃料性质,请仔细阅读教材 重点了解和掌握煤炭、石油、天然气，同种燃料产地不同，可能性质差异巨大 新能源：太阳能、水能、风能、生物能、核能等对环境保护的作用 太阳能发电及其悖论 水能、风能、生物能（生物柴油、沼气等）实际上是广义的太阳能,燃料分类,部分燃料的元素组成及发热值,燃烧的本质：高温条件下剧烈的化学反应,燃料组成对燃烧的影响,碳：
5、可燃元素。 1 kg纯碳完全燃烧时，放出32860 kJ的热量。 不完全燃烧生成CO时，放出9268kJ的热量。 无烟煤含碳量约90%98%，一般煤的含碳量约50%95%。 氢：是燃料中发热量最高的元素。 煤中氢的含量为2%10% 1 kg氢完全燃烧时能放出120500 kJ的热量。,燃料组成对燃烧的影响,氧：氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量 氮：燃料中含氮量很少，一般为0.5%1.5% 硫：以三种形态存在：有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95%以上。,燃料组成对燃烧的影响,水分： 煤中水分由表面（外部）水
6、分和吸附（内部）水分组成。 外部水分可以靠自然干燥除去。 内部水分要放在干燥箱中加热到102105C，保持2h后才能除掉。 灰分：是燃料中不可燃矿物质。,面条可燃,煤的分类和组成,煤的基本分类 褐煤：热值为30004000kcal/kg 最低品位的煤，形成年代最短 挥发分大于40%，适于烧锅炉、气化 烟煤：热值为42007500kcal/kg 形成年代较褐煤长，碳含量75%90，成焦性较强 挥发分在10% 40%之间，适于炼焦、气化、动力燃料 无烟煤：热值为42007500kcal/kg 煤化时间最长，含碳量最高（高于93），成焦性差 挥发分小于10%，适于民用、冶金、建材、气化,煤的分类和组
7、成,煤的成分分析 工业分析（ proximate analysis ） 测定煤中水分、挥发分、固定碳和灰分。估测碳含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。 元素分析（ ultimate analysis ） 用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。,煤的分类和组成,煤中硫的形态,煤的分类和组成,煤的成分的表示方法 要确切说明煤的成分，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种： 收到基：锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分 空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分,煤的分类和组成,干燥基：以去掉全部水分的燃料作
8、为100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少 干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分,煤的分类和组成,煤的成分的表示方法及其组成的相互关系,第二节 大气污染的主要产生过程：燃烧,1. 燃烧过程及燃烧产物 燃烧过程是可燃物的快速氧化过程（放热反应） 完全燃烧的产物：CO2、H2O 不完全燃烧的产物： CO2、H2O & CO、黑烟及其他部分氧化产物 如果燃料中含有S和N，则会生成SO2和NO 空气中的部分N可能被氧化成NO热力型NOx,2. 燃烧过程产生的污染物,燃烧可能释放的污染物： CO2、CO、SOx、NOx、CH 烟、飞灰、金属及其氧化物等 温度对燃烧产物的绝对量和相对量都
9、有影响（见后图） 燃料种类和燃烧方式对燃烧产物也有影响,3. 燃烧产物与温度的关系,也就是污染物,4.燃烧条件,影响完全燃烧的条件： 空气条件 充足的空气。过小，气量不足；过大，温度不能保证。 温度条件 达到着火点 时间条件 燃料在高温区停留时间应超过燃料燃烧所需时间 湍流混合 燃料与空气的混合条件 链式反应 释放的热量足够维持燃烧 适当的控制这些因素：空气与燃料之比、温度时间和湍流度，是在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧所必须的，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、时间和湍流称为燃烧过程的三“T”,用风机灭火,空气条件,燃料燃烧时必须保证供应与燃料燃烧相适应
10、的空气量 空气供应不足，燃烧就不完全 空气量过大，会降低炉温，增加锅炉排烟损失 因此，有必要按燃烧不同阶段供给相适应的空气量,温度条件,着火温度：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特征的着火温度，按固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序亡升。 为什么燃气和油料更容易着火，甚至爆炸？ 燃料只有达到着火温度才能与氧化合而燃烧 常见燃料的着火温度见教材 燃烧的维持：燃烧过程的放热速率高于向周围的散热速率，从而维持较高的温度,为什么燃气和油料更容易着火,时间条件,燃料在高温区的停留时间应不短于燃料燃烧所需要的时间 停留时间由燃烧室的大小、形状和燃料燃烧速度（即温度）共同决定,
11、燃料与空气的混合条件,燃料和空气的充分混合可加快燃烧过程，混合程度则取决于空气的湍流度 混合不充分，将导致不完全燃烷 对于气相的燃烧，湍流可加速液体燃料的蒸发 对于固体燃料，湍流有助于破坏燃烧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,5、 燃料燃烧的理论空气量,燃料燃烧所需要的氧一般从空气中获得 单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量 理论空气量由燃料的组成决定可根据燃烧方程式计算求得,按化学反应的需氧量而供给的空气量。 液体燃料完全燃烧时所需的理论空气量 C+O2CO 燃烧1kg碳需用氧=2.67 kg H2+O2H2O 燃烧1kg氢
12、需用氧=8 kg S+O2SO2 燃烧1kg硫需用氧=1 kg,理论空气量的计算,空气其他成分与氧气的比：氧21，其他79,空气过剩系数,燃料完全燃烧所需实际空气量取决于理论空气量和“三T”条件 实际燃烧中的 “三T”条件不可能达到理想程度，为使燃料完全燃烧必须供给过量空气 般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量 实际空气量与理论空气量之比即为空气过剩系数,过剩空气系数一般在1.051.25之间 取决于以下几个方面： 1.燃料情况，烧煤、烧气还是烧油 2.通风情况，自然通风还是强制通风 3.炉内气氛，是正压还是负压 通过仪表可直接测定过剩空气系数，一般是通过测定烟气中的含氧（氧气、一氧
13、化碳）量,炼油工程师手册 P505 过剩空气系数 燃 油 燃 气 燃烧器类型 自然通风 1.25 1.20 强制送风 1.20 1.15,空燃比,空燃比：单位质量燃料燃烧所需要的空气质量 空燃比可由燃烧方程式直接求得 汽油理论空燃比约为14.7 例甲烷在理论空气量下的完全燃烧的空燃比计算为：,不一定完全燃烧,6、 燃烧产生的污染物（回顾）,7、热化学关系式,发热量,燃料的发热量：单位燃料完全燃烧，在状态相同条件下，初始反应物与反应终产物之间的热量变化(通常为298K和1atm) 单位：kJkg或kJm3 高位发热量包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热 低位发热量是指燃烧产物中的水蒸汽仍以气态存
14、在时完全燃烧所释放的热量 一般燃烧设备小的排烟温度均远远超过水蒸汽凝结温度，因此大部按低位发热量计算燃料发热量,气体燃料的发热值 1标准立方米燃料完全燃烧时所放出的热量，单位kJ/nm3。 高发热值： 低发热值：,燃料发热量计算 燃料油发热值 1公斤燃料完全燃烧时所放出的热量，单位kJ/kg。 (1)根据燃料油元素组成（质量百分数）计算: 高发热值： 低发热值： (2)根据燃料油的相对密度计算:,燃料设备的热损失,主要包括： 排烟热损失 不完全燃烧热损失 炉体散热损失,第三节,排污量的计算,1、烟气体积计算,理论烟气体积：理论空气量下的烟气体积 烟气体积和密度的校正：根据气体方程将烟气换算为标
15、气 过剩空气校正：因为一般存在过剩空气，所以实际烟气应为理论烟气体积与过剩空气量之和。可用奥氏分析仪测定烟气成分与过剩系数。,2、排污量的计算与估算,可根据燃烧方程计算排污量，参考教材。 估算：物料衡算法（见例） 产品估算法 经验估算法 估测估算法,重油：C 88.3%；S 1.6%；H2O 0.5%；灰分 0.10%，确定理论空气量、产物量 1kg重油中,第四节,主要污染物,1、含硫化合物,大气中的含硫化合物有SO2、H2S、H2SO4以及各种硫酸盐。 硫是地壳中含量相当丰富的一种元素，几乎所有的燃料都含有硫，各种金属矿也多为硫化矿，因此在发电、取暖、冶金、化工等过程中，都会有大量的含硫方气
16、或硫化物颗粒排入大气中，其中最主要的就是SO2、H2S。 进入大气中的SO2在潮湿的情况下很快就会被氧化为SO3。SO2的来源一是工业，另一就是自燃，包括S和H2S的自燃、煤的自燃等。 H2S的人工来源量较小，只有自然界排放量的 2%左右。 进入大气后，一般认为H2S的归宿是被氧化为SO2。 SO2的危害：酸雨、呼吸道感染等,酸雨的分布,世界最严重的三大酸雨区是西北欧、北美和中国,1983年世界降水pH年均值分布,一、欧洲 北欧瑞典和挪威酸雨比较突出，在70年代，降水pH值已经低至4.04.5。英国则是欧洲SO2和NOx排放量最大的国家之一，酸雨也比较严重。根据有关的资料分析，欧洲SO2排放量分布与SO42-含量分布趋势十分相似，高值区出现在欧洲主要工业区，东自东德
