大氣污染控制概論

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1、大氣污染控制概論1 11 1大氣污染和大氣污染物一大氣的組成及大氣污染1 .大氣（1）大氣的定義：下墊面（即地球表面）0m20003000km包含的氣體大氣的質(zhì)量：5.3X1015T（3）空氣：小區(qū)域的大氣2 .大氣的組成恒定組分：氮N2（78.09%）、氧。2（20.95%）、僦Ar、速Ne、氨He、氟Kr、氤Xe等組成比例90km以下基本保持不變（由于空氣的垂真運動、水平運動以及分子擴散）可變組分：CO2、。3、出0（0.02-6%）隨時間、地點、氣象條件等不同而變化（例如，CO2來源于燃料的燃燒、有機體的腐解以及動植物的呼吸等， 從總量上來講， 夏天冬天， 陸地海洋， 城市鄉(xiāng)村， 在大工

2、業(yè)城市CO2含量高達0.050.07%）不定組分：由自然因素和人為因素形成的氣態(tài)物質(zhì)和懸浮顆粒例如，NO2自然因素：雷雨時產(chǎn)生；人為因素：燃料的燃燒SO2自然因素：火山和溫泉的排出物；人為因素：燃料的燃燒關(guān)系：恒定組分+可變組分=純凈大氣純凈大氣H2O=干潔大氣3 .大氣污染（1）定義；大氣污染系指由于人類活動或自然過程引起某些物質(zhì)介入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此而危害了人體舒適，健康和福利或危害了環(huán)境。（2）形成過程：所謂人類活動不僅包括生產(chǎn)活動，而且也包括生活活動，如做飯、取暖、交通等。自然過程，包括火山活動、山林火災、海嘯、土壤和巖石的風化及大氣圈中空氣運動等。一般

3、說來，由于自然環(huán)境所具有的物理.化學和生物機能（即自然環(huán)境的自凈作用），會使自然過程造成的人氣污染，經(jīng)過一定時間后自動消除（即使生態(tài)平衡自動恢復）.所以可以說，大氣污染主要是人類活動造成的。二大氣污染源及污染物的種類1 .大氣污染源（1）燃料的燃燒：冬季取暖一煤煙型污染（2）工業(yè)生產(chǎn)過程：如冶金過程形成的煙（3）交通運輸：汽車廢氣、揚起的塵土（4）自然災害：火山噴發(fā)、流星燃燒產(chǎn)生宇宙灰塵。2 .大氣污染物（1）定義：大氣污染物系指由于人類活動或自然過程排入大氣的并對人或環(huán)境產(chǎn)生有害影響的那些物質(zhì)。（2）種類：按其存在狀態(tài)可概括為二大類：氣溶膠狀態(tài)污染物，氣體狀態(tài)污染物氣溶膠狀態(tài)污染物在大氣污染

4、中，氣溶膠系指固體粒子，液體粒子或它們在氣體介質(zhì)中的懸浮體。從大氣污染控制的角度，按照氣溶膠的來源和物理性質(zhì)，可將其分為如下幾種：a粉塵（dust）:粉塵系指懸浮于氣體介質(zhì)中的小固體粒子，能因重力作用發(fā)生沉降，但在某一段時間內(nèi)能保持懸浮狀態(tài).它通常是由于固體物質(zhì)的破碎、研磨、分緞、輸送等機械過程，或土壤，巖石的風化等自然過程形成的。粒子的形狀往往是不規(guī)則的。粒子的尺寸范圍，在氣體除塵技術(shù)中，一般為1200m左右.屬于粉塵類的大氣污染物的種類很多，如粘土粉小，石英粉塵、煤粉、水泥粉塵、各種金屬粉塵等.在大氣污染控制中，還根據(jù)大氣中的粉塵（或煙塵）顆粒的大小，將其分為飄塵、降塵和總懸浮微粒.飄塵：

5、飄塵指大氣中粒徑小于lOg的固體顆粒.它能較長期地在大氣中飄浮，有時也稱浮游粉塵.降塵：降塵指大氣中粒徑大于lOg的固體顆粒。在重力作用下它可在較短時間內(nèi)沉降到地面?？倯腋∥⒘＃═SP）：總懸浮微粒系指大氣中粒徑小于100m的所有固體顆粒.b煙（fume）：煙一般系指由冶金過程形成的固體粒子的氣溶膠。它是由熔融物質(zhì)揮發(fā)后生成的氣態(tài)物質(zhì)的冷凝物，在生成過程中總是伴有諸如氧化之類的化學反應。煙的粒子尺寸很小，一般為0.01-lg 左右。產(chǎn)生煙是一種較為普遍的現(xiàn)象，如有色金屬冶煉過程中產(chǎn)生的氧化鉛煙、氧化鋅煙，在核燃料后處理廠中的氧化鈣煙等。c飛灰（flyash）：飛灰系指隨燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣飛出的

6、分散得較細的灰分。d黑煙（smoke）：黑煙一般系指由燃料燃燒產(chǎn)生的能見氣溶膠.在某些情況下，粉塵、煙、飛灰、黑煙等小固體粒子氣溶膠的界限，很難明顯區(qū)分開，在各種文獻特別是工程中，使用得較混亂，根據(jù)我國的習慣，一般可將冶金過程或化學過程形成了固體粒子氣溶膠稱為煙塵；將燃料燃燒過程產(chǎn)生的飛灰和黑煙，在不需仔細區(qū)分時，也稱為煙塵.在其他情況，或泛指小固體粒子的氣溶膠時，則通稱粉塵。e霧（fog）：是氣體中液滴懸浮體的總稱.在氣象中指造成能見度小于lkm的小水滴懸浮體。在工程中，霧一般泛指小液體粒子懸浮體，它可能是由于液體蒸汽的凝結(jié)，液體的霧化及化學反應等過程形成的，如水霧、酸霧、堿霧、油霧等.氣體

7、狀態(tài)污染物氣體狀態(tài)污染物是以分子狀態(tài)存在的污染物，簡稱氣態(tài)污染物。氣態(tài)污染物的種類很多，大部分為無機氣體.常見的有五大類：以二氧化硫為主的含硫化合物，以氧化氮和二氧化氮為主的含氮化合物，碳氧化物、碳氫化合物及鹵素化合物等，如表1-2所示.對于氣態(tài)污染物，又可分為一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接從污染源排到大氣中的原始污染物質(zhì)；二次污染物是指由一次污染物與大氣中已有組分或幾種一次污染物之間經(jīng)過一系列化學或光化學反應而生成的與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物質(zhì)。在大氣污染中目前受到普遍重視的一次污染物主要有硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）,碳氧化物（CO,CO2）以及碳氫化物（HC）等

8、.受到普遍重視的二次污染物主要是硫酸煙霧（Sulfuroussmog）和光化學煙霧（Photochemicalsmog）。1 12 2大氣污染的綜合防治措施一大氣污染綜合防治的定義所謂大氣污染的綜合防治，實質(zhì)上就是對多種大氣污染控制技術(shù)方案的技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性、實施可能性和區(qū)域適應性等作最優(yōu)化選擇和評價，從而得出最優(yōu)的控制技術(shù)方案和工程措施，達到整個區(qū)域的大氣環(huán)境質(zhì)量控制目標。二大氣污染綜合防治的措施1.規(guī)劃措施：全面規(guī)劃、合理布局它的主要任務(wù)，一是解決區(qū)域的經(jīng)濟和社會發(fā)展和環(huán)境保護之間的矛盾；二是對已造成的環(huán)境污染和環(huán)境問題，提出改善和控制污染的最優(yōu)化方案。因此，做好城市和大工業(yè)區(qū)的環(huán)境

9、規(guī)劃設(shè)計工作，采取區(qū)域性綜合防治措施，是控制環(huán)境污染（包括大氣污染）的一個重要途徑?，F(xiàn)在我國及各工業(yè)國家都規(guī)定，在興建大中型工業(yè)企業(yè)時，要先作環(huán)境影響評價，提出環(huán)境質(zhì)量評價報告書，論證該地區(qū)是否建廠，應采取的環(huán)境保護措施，以及建廠后對未來環(huán)境可能造成的影響。2.管理措施：嚴格環(huán)境管理完整的環(huán)境管理體制是由環(huán)境立法、環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)和環(huán)境保護管理機構(gòu)三部分組成的。環(huán)境法是進行環(huán)境管理的依據(jù)，它以法律、法令、條例、規(guī)定、標準等形式構(gòu)成一個完整的體系。環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境管理的重要手段，沒有及時、準確和在主要環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)完善的監(jiān)測網(wǎng)，要進行有效的環(huán)境管理和監(jiān)督是不可能的。環(huán)境保護管理機構(gòu)是實施環(huán)境管理的領(lǐng)導者和

10、組織者。我國的環(huán)境管理體制正在逐步建立和完善。1979年公布了中華人民共和國環(huán)境保護法（試行），而后又相繼制定了海洋環(huán)境保護法（1982年）、水污染防治法（1984年）、森林保護法（1984年）、草原法（1985年）、大氣污染防治法（1987年）等法律，以及各種環(huán)境保護方面的條例、規(guī)定和標準。與此同時，從中央到地方以至各工業(yè)企業(yè)，也逐步建立了相應的環(huán)境保護管理機構(gòu)及環(huán)境監(jiān)測中心、站、點，為環(huán)境法的實施和嚴格環(huán)境管理提供了保證。3.技術(shù)措施(1)改革生產(chǎn)工藝，優(yōu)先采用無污染的工藝，是防治環(huán)境污染的根本途徑。(2)嚴格生產(chǎn)工藝操作，選配合適的原材料，有利于減輕污染或?qū)λa(chǎn)生的污染物進行處理。(3)

11、合理利用能源，改革能源構(gòu)成，改進燃燒設(shè)備和燃燒條件，是節(jié)約能源和控制大氣污染的重要途徑。(4)建立綜合性工業(yè)基地，開展綜合利用，使廢氣、廢水、廢渣資源化，減少污染物的總排放量。4.經(jīng)濟政策(1)保證必要的環(huán)境保護設(shè)施的投資。(2)對治理環(huán)境污染從經(jīng)濟上給予鼓勵，如低息長期貸款，對綜合利用產(chǎn)品實行利潤留成和減免稅政策。(3)貫徹“誰污染誰治理”的原則，并把排污收費的制度和行政、法律制裁措施具體化。一般分三種形式：排污收費，賠償損失和罰款，追究行政責任以致刑事責任。5.高煙囪擴散稀釋采用高煙囪擴散稀釋的方法，可以使大氣污染物向更高、更廣的范圍擴散，減輕局部地區(qū)大氣污染。因為，我們即使是采用最好的氣

12、體凈化裝置，其排氣中總會含有少量有害物質(zhì)，至少是其中惰性氣體含量高、小含氧氣，所以不能直接排到地面上。目前世界上很多國家都主要采用高煙囪擴散的方法防止SO2 2污染。但是，這種高煙囪擴散的方法，只能減輕局部地區(qū)大氣污染，排放污染物絕對量并沒有減少，而且煙囪越高造價越高(一般是煙囪的造價與其高度的平方成正比)，所以在實際工作中，還應根據(jù)各地區(qū)大氣污染情況，確定合適的煙囪高度(見第三章)，同時控制污染物的總排放量。6.綠化造林綠化造林，不僅能美化環(huán)境，調(diào)節(jié)空氣溫度、濕度及城市小氣候，保持水土，防風防沙，而且在凈化大氣、減低噪聲方面也有顯著作用。7.安裝廢氣凈化裝置在充分考慮環(huán)境規(guī)劃、合理布局、改革

13、燃料、原料及大氣和綠地的自凈能力的情況下，若污染物排放濃度(或排放量)或地面濃度仍達不到大氣環(huán)境標準時，則必須安裝廢氣凈化裝置。對污染源進行治理，安裝廢氣凈化裝置，是控制大氣環(huán)境質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是實行環(huán)境規(guī)劃等項綜合防治措施的前提。1-31-3大氣環(huán)境標準一大氣環(huán)境標準的作用執(zhí)行環(huán)境保護法規(guī)、實施大氣環(huán)境管理的科學依據(jù)和手段。二大氣環(huán)境標準的種類大氣環(huán)境標準按其用途可分為，有大氣環(huán)境質(zhì)量標準、大氣污染物排放標準、大氣污染控制技術(shù)標準及大氣污染警報標準等。按其適用范圍可分為，國家標準、地方標準和行業(yè)標準。1 .大氣環(huán)境質(zhì)量標準大氣環(huán)境質(zhì)量標準系以保障人體健康和一定的生態(tài)環(huán)境為目標而對各種污染物在大

14、氣環(huán)境中的容許含量所作的限制規(guī)定。它是進行大氣環(huán)境質(zhì)量管理及制訂大氣污染防治規(guī)劃和大氣污染物排放標準的依據(jù)，是環(huán)境管理部門的執(zhí)法依據(jù)。2 .大氣污染物排放標準大氣污染物排放標準系以實現(xiàn)大氣環(huán)境質(zhì)量標準為日標，而對從污染源排入大氣的污染物容許含量所作的限制規(guī)定。它是控制大氣污染物的排放量和進行凈化裝置設(shè)計的依據(jù)，同時也是環(huán)境管理部門的執(zhí)法依據(jù)。大氣污染物排放標準可分為國家標準、地方標準和行業(yè)標準。3.污染控制技術(shù)標準大氣污染控制技術(shù)標準是根據(jù)污染物排放標準引伸出來的，如燃料、原料使用標準，凈化裝置選用標準，排氣筒高度標準及衛(wèi)生防護帶標準等。它們都是為保證達到污染物排放標準而從某一方面作出的具體技

15、術(shù)規(guī)定，目的是使生產(chǎn)、設(shè)計和管理人員容易掌握和執(zhí)行。4 .警報標準大氣污染警報標準是為保護大氣環(huán)境不致惡化或根據(jù)大氣污染發(fā)展趨勢， 預防發(fā)生污染事故而規(guī)定的污染物含量的極限值。超過這一極限值時就發(fā)出警報，以便采取必要的措施。警報標準的制訂，主要建立在對人體健康的影響和生物承受限度的綜合研究基礎(chǔ)之上。【作業(yè)】課本P27習題第1、2、3、4題第二章燃燒與大氣污染2-1燃料及其燃燒的過程一燃料1.燃料的定義：燃料是指在燃燒過程中，能夠放出熱量，且在經(jīng)濟上可行的物質(zhì)。應用于固定燃燒裝置的主要燃料是煤，燃料油和天然氣等常規(guī)原料，以及統(tǒng)稱為非常規(guī)燃料的多種其他原料。2.燃料的分類:按獲得.方法分按物態(tài)分天

16、然燃料人工燃料固體燃料木柴、煤、油頁巖木炭、焦炭、煤粉等液體燃料石油汽油、煤油、柴油、重油氣體燃料天然氣高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、焦爐煤氣簡介:煤一一煤是最重要的固體燃料，它是一種復雜的物質(zhì)聚集體。煤的可燃成分主要是由碳，氫及少量的氧，氮和硫等一起構(gòu)成的有機聚合物。煤中的有機成分和無機成分的含量，因煤的種類和產(chǎn)地的不同而有很大差別.石油一一石油是液體燃料的主要來源。原油是天然存在的易流動的液體，比重在0.78至1.00之間。它是多種化合物的混合物，主要由鏈烷燒、環(huán)烷煌和芳香煌等碳氫化合物組成。這些化合物主要含碳和氫，還有少量的硫、氮和氧。天然氣一一天然氣是典型的氣體燃料，它的組成一般為甲烷85%、

17、乙烷10%、丙烷3%;含碳更高的碳氫化合物也可能存在于天然氣中。天然氣還含有碳氫化合物以外的其它組分，如H20、CO2、N2、He和H2s等。非常規(guī)燃料一一除了煤，石油和天然氣等常規(guī)燃料外，所有可燃性物質(zhì)都包括在非常規(guī)燃料之列.某些較低級的化石燃料，如泥炭、焦油砂、油頁巖，也作為非常規(guī)燃料對待。二影響燃料燃燒的主要因素2.燃燒過程及燃燒產(chǎn)物(1)燃燒的定義：燃燒是可燃混合物的快速氧化過程，并伴隨著能量(光和熱)的釋放，同時使燃燒的組成元素轉(zhuǎn)化成為相應的氧化物。(2)燃料燃燒的產(chǎn)物：完全燃燒：CO2、H2O不完全燃燒：CO2、“0、CO、黑煙及其他部分氧化產(chǎn)物如果燃料中含有S和N,則會生成SO2

18、和NO空氣中的部分N可能被氧化成NOx熱力型NOx2.燃料完全燃燒的條件(三T)1)空氣條件：提供適量的空氣；空氣量過大，會降低爐溫，增加熱損失，空氣量少，燃燒不充分2)溫度條件(Temperature):達到燃料的著火溫度2-42-4燃料的燃料的火溫度火溫度燃料燃料著火溫度著火溫度/K木炭木炭593-643無煙煤無煙煤713-773重油重油803-853發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐煤氣97370739737073氧氣氧氣853873甲烷甲烷92310233）時間條件（Time）:燃料在燃燒室中的停留時間。燃料在高溫區(qū)停留時間應超過燃料燃燒所需時間4）燃料與空氣的混合條件（Turbulence）:燃料與氧

19、充分混合；混合不充分，則導致不完全燃燒；混合程度取決于空氣的湍流度。通常把溫度、時間和湍流稱為燃燒過程的“三T”。三燃料燃燒的理論空氣量1 .理論空氣量（1）定義：單位量燃料按燃燒反應方程式完全燃燒所需要的空氣量稱為理論空氣量（2）表示：Va0,m3/kg（3）求解：可根據(jù)燃燒方程式計算求得。建立燃燒化學方化式時，通常假定：a）空氣僅是由氮和氧組成的，其體積比為VN2/VO2=79.1/20.9=3.78（摩爾比，體積比）；b）燃料中的固定態(tài)氧可用于燃燒；c）燃料中的硫主要被氧化為S02；d）燃料中含氮量較低，熱型NOX的生成量較小，在計算理論空氣量時可以忽略；e）燃料中氮主要被轉(zhuǎn)化成氮氣N2

20、；f）燃料的化學式設(shè)為CxHySzOw,其中下標x、v、z、w分別代表碳、氫、硫和氧的原子數(shù)。由此可得燃料與空氣中氧完全燃燒的化學反應方程式：CxHvSzOw（xyz-w）O23.76（x-z-）N2xCO2-H2OzS2Oy42422yw_3.76(x2z-)N2Q42燃料重量=12x+1.008y+32z+16w則理論空氣量Va0=(x+y/4+zw/2)X(3.78+1)X22.4/(12x+1.008y+32z+16w)m3/kg例如,煤47m3/kg,液體燃料10-11m3/kg例1已知重油的元素分析如下：C85.5%;H11.3%;O2.0%;N0.2%;S1.0%;試計算燃油1k

21、g所需要的理論空氣量。解：70ft重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧重（mol）C85571.2571.25H11356.528.25S100.310.31O200.625一N22一燃燒1kg重油所需要的氧氣量為：71.25+28.25+0.310.625=99.185(mol/kg)則理論空氣量Va0=(3.78+1)x99.185X22.4/1000=10.62(m3/kg)2.空氣過剩系數(shù)燃料完全燃燒時所需的實際空氣量取決于所需的理論空氣量和“三T”條件的保證程度。在理想的混合狀態(tài)下，理論量的空氣即可保證完全燃燒。但在實際的燃燒裝置中，為使燃料完全燃燒，就必須供給過量的空氣.一般把超過理論空

22、氣量多供給的空氣量稱為過?？諝饬浚褜嶋H空氣量Va與理論空氣量Va0之比定義為空氣過剩系數(shù)“，即Va通常a1,a值的大小決定于燃料種類、燃燒裝置型式及燃燒條件等因素。部分爐型的空氣過剩系數(shù)見課本P41表2-5。3 .空燃比AF（1）定義：單位質(zhì)量燃料燃燒所需要的理論空氣質(zhì)量（2）求解：由燃燒方程式直接求得例如，甲烷在理論空氣量下的完全燃燒CH4+2O2+7.52N2-CO2+2H2O+7.52N21002*28966空燃比AF=21=17.21*164.燃燒產(chǎn)生的污染物1）燃燒可能釋放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH、煙、飛灰、金屬及其氧化物、未燃燒或部分燃燒的燃料、N2等2）溫

23、度對燃燒產(chǎn)物的絕對量和相對量都有影響，P42圖2-43）燃料種類和燃燒方式對燃燒產(chǎn)物也有影響，P43表2-62 22 2煙氣體積及污染物排放量計算一煙氣體積計算1 .理論煙氣體積（1）定義：在理論空氣量下，燃料完全燃燒所生成的煙氣體積稱為理論煙氣體積，以Vfg0 0表示。（2）計算：Vfg0CO2V干煙氣V濕煙氣SO2N2VH2O燃料中H燃燒生成H2O燃料中H2OVa0帶入的H2O故Vfg=V干煙氣+VH2O2 . .煙氣體積和密度的校正裝置產(chǎn)生的煙氣的溫度和壓力總是高于標準狀態(tài)（273K、1atm）,在煙氣體積和密度計算中往往需要換算成為標準狀態(tài)。大多數(shù)煙氣可以視為理想氣體，所以在煙氣體積和

24、密度換算中可以應用理想氣體狀態(tài)方程。設(shè)觀測狀態(tài)：溫度TS、壓力PS、煙氣的體積為VS、密度為pS,標準狀態(tài)：溫度TN、壓力PN、煙氣的體積為VN,密度為PN,PSTN則標準狀態(tài)下的煙氣體積VN=VS*PNTS標準狀態(tài)下煙氣的密度PN=PS*PN N*TS SPSTN注意：美、日和全球監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)的標態(tài)為298K、1atm3 .過?？諝庑Ｕ蕴荚诳諝庵械耐耆紵秊槔鼵十O2+3.76N2C02+3.76N2煙氣中僅含有C02和N2,若空氣過量，則燃燒方程式變?yōu)镃+（1+a）O2+（1+a）3.76N2C02+a02+（1+a）3.76N2其中a是過?？諝庵小?的過剩摩爾數(shù)，則實際空氣量(1+a)(

25、O2+3.76N2)a=:：二二1:卜a理論仝氣室O23.76N2考慮過?？諝庑Ｕ螅瑢嶋H煙氣體積：Vfg=VfgVa0（：-1）二污染物排放量的計算例2P43例2-3,P47例2-4例3普通煤的元素分析如下：C65.7%;灰分18.1%;S1.7%;H3.2;水分9.0%;O2.3%。（含N量不計）試計算燃煤1kg所需要的理論空氣量和SO2在煙氣中的濃度（以體積分數(shù)計）.解：SO2：0.53molN2：3.78m(54.75+0.53+80.72)=236.48(mol)(54.750.5321236.48)22.43KIZl、7.00(mN/kg)10000.53字;0.0119(m3N/

26、kg)100000119CSO2=父106=1700（ppm）7.00例4煤的元素分析結(jié)果如下：S0.6%;H3.7%;C79.5%;N0.9%;O4.7%;灰分10.6%。在空氣過剩20%條件下完全燃燒。計算煙氣中SO2的濃度。解：1kg煤中：70ft重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧重（mol）C79566.2566.25S60.190.19H3718.59.25O471.47N90.320_.3.需氧氣量：Va=66.250.199.25-1.47=74.22(mol/kg)=7.95(m3/kg)理論煙氣量:Vfq0=66.250.1918.50.3274.223.78lg70ft重量（g）摩爾數(shù)（mol）需氧重（mol）C65754.7554.75S170.530.53H32168H2O9050O230.72理論空氣量Va(54.750.538-0.72)4.7622.4=6.70*/kg)1000理論煙氣量為：CO2：54.75molH2O:16+5=21molVfg0SO2的量為:=365.81(mol/kg)3=8.19(m/kg)Vfg=VfgVa0(：1)=8.197.95(1.2-1)=9.78(m3/kg)-0.1922.4CSO2=106父=435.17(ppm)9.781000