《大气污染控制工程 教学课件 ppt 作者 董志权大气污染控制工程课件1 2.1-2.2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气污染控制工程 教学课件 ppt 作者 董志权大气污染控制工程课件1 2.1-2.2（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大气污染控制工程,1,第2章 大气污染物的生成控制,2.1 能源与大气污染 2.2 烟尘的生成机理及其控制 2.3 燃烧过程含硫污染物的生成控制 2.4 燃烧过程含氮污染物的生成控制 2.5 燃烧计算 2.6 工业生产过程污染物的生成控制,大气污染控制工程,2,2.1 能源与大气污染,2.1.1 能源的分类 能源是能提供可利用能量的资源，可分为直接从自然界取得的一次能源和由一次能源转换得到的二次能源。一次能源还可分为可再生能源和不可再生能源。,大气污染控制工程,3,通常还把能源分为常规能源（煤、石油、天然气、水能、核能等）与新能源（太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能和氢能等）两大类。 能源
2、又可分为污染型能源（化石燃料）和清洁型能源（水力、电力、太阳能、风能和核能等）。,2.1 能源与大气污染,大气污染控制工程,4,1）能源结构决定大气污染的形成和特点 a. 能源结构中污染性能源（如煤、石油、天然气等）占主体大量消耗是大气污染形成的根本原因； b. 努力开发并尽可能采用清洁能源是减轻大气污染的根本方法。 2）能源的利用方式与利用效率对大气污染也有很大影响 改进能源的利用方式，提高能源的利用率是改善大气污染的另一根本方法。 如清洁煤技术（Clean Coal technology),2.1.2 能源利用与大气污染,2.1 能源与大气污染,大气污染控制工程,5,2003年全球的能源需
3、求量已达到140亿吨标准煤，其中石油占38%，煤炭占26%，天然气占24%, 核能占6%, 其它能源占6%，污染型能源占88%。据预测，到2010和2050年全世界煤炭和石油的总耗量仍将分别占世界总能耗的64%和52%。 我国是目前世界上最大的煤炭生产和消耗国，煤炭的生产和消耗均占世界总量的30%左右，同时，也是世界上极少数以煤炭为主要能源的国家之一。2005年我国一次能源生产总量约为12.3亿吨标准煤，其中煤炭占63.8%、石油18.8%、天然气6.0%、水电和核电11.4%。 我国煤炭燃烧产生的SO2、CO2、NOX及TSP排放量分别约占总排放量的90%、85%、60%和70%。,2.1
4、能源与大气污染,大气污染控制工程,6,燃料燃烧产生的大气污染物,黑烟（炭黑）,粉尘,氮氧化物,一氧化碳,碳氢化合物,铅化合物,二氧化硫,燃料不完全燃烧,含铅汽油,灰分,燃料硫,空气氮和燃料氮,大气污染物主要来自燃烧过程。,2.1 能源与大气污染,大气污染控制工程,7,2.1 能源与大气污染,2.1.3 能源利用过程中的污染控制,1）清洁能源的开发和利用,2）提高能源利用效率、节约能源,3）研究燃烧过程中污染物的生成机理，采取适当措施减少污染物的生成量。 4）净化烟气，降低排烟中已经生成的污染物排放量。,大气污染控制工程,8,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,2.2.1 燃料
5、的分类 煤 （1）煤的分类,褐煤：最低品位的煤，形成年代最短，水分含量高，热值较低；,烟煤：成焦性强，碳含量为 7590，含氧量低，适用于工业一般应用，在空气中比褐煤更能抵抗风化；,无烟煤：碳含量最高(93%)，煤化时间最长，着火困难，贮存时稳定，成焦性极差。,大气污染控制工程,9,（2）煤的工业分析 水分 水分包括外部水分（318K323K，8h）和内部水分（375K380K，2h），水分使热值降低，一般控制煤中水分在1013左右。 灰分 煤中不可燃矿物质的总称。我国煤炭的平均灰分为25。 挥发分 煤在与空气隔绝的条件下加热分解出的可燃气体物质。挥发分越高，就越容易燃着；但挥发分含量过高，容
6、易直接逸出，污染环境。 固定碳,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,10,（3）煤中硫的形态 有机硫（CxHySz） 黄铁矿硫（FeS2） 硫酸盐硫（MeSO4） 元素硫,可燃硫,灰分,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,单质硫,无机硫,可燃硫,在我国煤炭资源中，硫的平均质量分数为1.11,大气污染控制工程,11,（4）煤的成分表示方法 一般用质量百分数表示，通常有四种基准。 1）收到基（以下标“ar”表示 ） 包括水分与灰分的煤作为100的成分，即煤的实际应用成分。燃烧计算通常采用此方法。 2）空气干燥基（以下标“ad”表示） 指去除外在
7、水分的煤作为100的成分。通常是在实验室内作煤样分析时采用。,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,12,（3）干燥基（以下标“d”表示 ） 失去水分的煤作为100的成分。 因为排除了水分的影响，所以干燥基能准确反映出灰分的多少。 （4）干燥无灰基（以下标“daf”表示 ） 失去水分、去掉灰分的煤作为100的成分。常用以表示煤的挥发分的含量。,大气污染控制工程,13,石油 石油是液体燃料的主要来源。原油由链烷烃、环烷烃和芳香烃等碳氢化合物组成，主要含有C、H，少量的S、N和O，微量的钒、镍、铅、砷、氯等。 原油中的硫含量一般在0.1%0.7%，大部分硫以有机硫
8、的形式存在。在轻馏分中，硫以H2S、RSH、RSR、RSSR等形态存在。原油中的硫80%90%留于重馏分中，以复杂的环硫结构存在。重馏分与一定比例的轻油相配合而成为重油，原油中的硫大部分转入重油中。,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,14,3 天然气 组成一般为甲烷85%、乙烷10%、丙烷3%，含碳更高的碳氢化合物也可能存在于其中。 4 非常规燃料 城市固体废弃物、商业和工业固体废弃物、农产物及农村废物、水生植物和水生废物、污泥处理厂废物、天然存在的含碳和含碳氢的资源等。,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,15,2.2
9、.2 烟尘的生成机理及其控制 按烟尘的生成机理不同，可分为,气相析出型烟尘,剩余型烟尘,酸性尘,积炭,粉尘,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,16,根据气体燃料和空气混合状况的不同，可将气体燃料的燃烧过程分为：有焰燃烧（扩散燃烧）、无焰燃烧（预混燃烧）和半无焰燃烧三种过程。 有焰燃烧（扩散燃烧） ：可燃物与氧化物的混合时间远大于燃烧反应时间的燃烧，如可燃气与空气分别通入燃烧室，边混合边燃烧的情况属于此类。 无焰燃烧（预混燃烧）：可燃物与氧化物的混合时间远小于燃烧反应时间的燃烧，预先混合均匀的可燃混合气体的燃烧属于此类。,大气污染控制工程,17,脱氢 分解
10、聚合,气液固,相燃料,燃烧 释放,可燃性气体,缺氧,尘（炭黑）,气相析出型烟尘粒径很细（如重油燃烧产生的炭黑粒径在0.020.05m），比表面很大，每公斤可达数万平方米。收集下来的烟尘呈絮状，体积大，重量轻。,1.气相析出型烟尘,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,18,2. 液体燃料的燃烧和剩余型烟尘（也称石油焦或煤胞） 工业窑炉常用的液体燃料有重油和渣油。 燃料油的燃烧过程是一个复杂的物理化学过程。它包括燃料油的雾化、油雾粒子中可燃物的蒸发与扩散、可燃气体与空气的混合以及可燃气体的氧化燃烧等诸过程。此外还可能有油滴热解和裂化过程。,2.2 固定源燃烧过程
11、中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,19,焦炭（煤胞）,主要发生在未完全氧化之前，热反应速度大于与氧气的反应速度。粒径为10300微米。,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,20,3. 酸性尘 气相析出型烟尘和剩余型烟尘在烟气温度接近露点时，吸收烟气中的H2SO4，长大成为像雪片形状的烟尘。酸性尘由于颗粒较大，一般沉落在烟囱附近。 4. 积炭 油滴附着在燃烧器、燃烧器旋口、燃烧室炉墙上，受炉内高温气化而剩余下来的烟尘。其颗粒形状不定，但粒度较大。,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,21,5. 粉尘 固体燃料
12、燃烧产生粉尘，包括飞灰和黑烟。,飞灰：不可燃矿物质 黑烟：未完全燃烧的炭粒,大气污染控制工程,22,2. 影响烟尘生成量的因素 （1） 燃料种类的影响 a. 气体燃料： 氢气、甲醇、乙醇燃烧时不产生烟尘； 烯烃比烷烃易产生黑烟； 乙炔、芳香族、链状碳氢化合物易产生黑烟； 碳氢比越高，产生黑烟愈多； 碳原子数愈多，愈容易产生碳黑。 b. 液体燃料： 与残留碳含量有关，油质愈重，残留碳越多，烟尘越多。,对扩散燃烧而言,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,23,c. 固体燃料： 与燃料中灰分率有关，劣质煤灰份高，粉尘浓度就高。 易于燃烧又不易出现黑烟的燃料顺序为：
13、 无烟煤、焦炭、褐煤、低挥发分烟煤、高挥发分烟煤。,（2） 燃料粒度的影响 重油燃烧时，油滴的直径越大，残留性烟尘浓度急剧增大。 固体燃料粒度越大，燃烧可能越不充分，可能使黑烟增多。,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,24,（3） 氧气浓度和空气过剩系数的影响 空气过剩系数实际供给的空气量理论空气量 必须保证一定大小的空气过剩系数（1.21.3），使得有足够的氧气浓度供燃料燃烧充分。,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,图2-1 排尘浓度与剩余氧气体积分数的关系,大气污染控制工程,25,（4） 燃烧方式及其它因素的影响 a. 对气体燃料燃
14、烧而言，预混（无焰）燃烧生成烟尘量少，但扩散燃烧易于控制。故大多采用扩散燃烧。 b.对固体燃料而言，燃烧炉型、燃烧温度及煤质情况均有影响,自然引风锅炉的烟气流速较低，排尘浓度也较低。但自然引风只适用于小锅炉对于较大锅炉，自然引风会造成炉膛内氧量不足，致使炉温降低燃烧不完全热损失较大。对于机械引风锅炉，需合理地控制风量，防止引风带尘的浓度过高。,大气污染控制工程,26,炉排和炉膛的热负荷也将对排尘浓度产生影响。 炉排热负荷是每平方米炉排面积上每小时燃料燃烧所释放出来的热量。炉排热负荷增加，导致单位炉排面积上燃煤量增大，则流过炉排的气流速度也将成正比增加，灰分被气流夹带而飞逸的可能性就越大。 炉膛
15、热负荷是每立方米炉膛容积内每小时燃料燃烧所释放出的热量。炉膛必须保持足够的燃烧空间，以使燃烧逸出的可燃气体有充分的时间进行燃烧提高锅炉的消烟效果。 锅炉负荷增加，烟尘浓度增大,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,27,炉型不同，燃料中的灰分变为飞灰的份额不同。,各炉型下的烟尘颗粒粒径组成不同。如：手烧炉燃烧排放的烟尘中大于149微米的颗粒占51，而煤粉炉燃烧排放的烟尘中大于149微米的颗粒只占2。,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,28,3. 烟尘生成量的控制 在燃料一定时，促进燃料的完全燃烧是减少烟尘量的主要措施。保证
16、燃料完全燃烧的条件是适宜的过剩空气系数、良好的湍流混合（Turbulence）、足够的温度（Temperature）和停留时间（Time），即供氧充分下的“三T”条件。 1适宜的过量空气系数 燃烧时，如果空气供应不足，燃烧就不完全；相反，空气量过大，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。,2.2 固定源燃烧过程中大气污染物 的生成机理及控制,大气污染控制工程,29,2改善燃料与空气的混合 燃料和空气充分混合是有效燃烧的又一基本条件，混合不均匀就会产生大量的烟尘和不完全燃烧产物。混合程度取决于湍流度，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。,大气污染控制工程,30,3保证足够的温度 燃料只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度通常按固体燃料、液体燃料、气体燃料的顺序上升，如无烟煤
