第二章大氣污染控制技術(shù)基礎(chǔ)

1、本章主要介紹大氣污染物的基本性質(zhì)、大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理。通過(guò)學(xué)習(xí)和掌握大氣污染物的基本性質(zhì)了解其來(lái)源和分類，熟悉和掌握各種燃料的種類及特性、燃料的燃燒條件對(duì)污染物產(chǎn)生的影響，了解清潔燃燒技術(shù)的基本知識(shí)。熟悉不同行業(yè)單位產(chǎn)生的大氣污染物情況2.1 大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物是指由于人類活動(dòng)或自然轉(zhuǎn)讓過(guò)程，排放到大氣中的對(duì)人或環(huán)境產(chǎn)生不利影響的物質(zhì)。自然過(guò)程產(chǎn)生的大氣污染物主要有：火山噴發(fā)排出的火山灰顆粒、二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)、煤礦和油田自然逸出的煤氣和天然氣、腐爛的動(dòng)植物排出的有害氣體等。在大氣污染中，顆粒污染物按照其來(lái)源和物理性質(zhì)，主要可以分為： 粉塵 煙

2、塵 揚(yáng)塵 油煙（簡(jiǎn)稱“三塵一煙”）。2.1 大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物的性質(zhì)粉塵系指懸浮于氣體介質(zhì)中的微小固體粒子，受重力作用能發(fā)生沉降，但在某一段時(shí)間內(nèi)也能保持懸浮狀態(tài)。 粉塵的來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面粉塵的來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面 固體物料的機(jī)械粉碎和研磨，例如選礦、耐火材料車(chē)間的礦石破碎過(guò)程和各種研磨加工過(guò)程； 粉狀物料的混合、篩分、包裝及運(yùn)輸，例如水泥、面粉等的生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程； 物質(zhì)的燃燒，例如煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙塵 物質(zhì)被加熱時(shí)產(chǎn)生的蒸汽在空氣中的氧化和凝結(jié)，例如礦石燒結(jié)、金屬冶煉等過(guò)程產(chǎn)生的鋅蒸汽，在空氣中冷卻時(shí)會(huì)凝結(jié)，氧化成氧化鋅固體顆粒。粉塵粒子的粒徑范圍一般為1200m左右。1.1.

3、粉塵的性質(zhì)粉塵的性質(zhì)2.1 大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物的性質(zhì)2.1 大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物的性質(zhì) 煙塵一般含硫、氮、碳的氧化物等有毒氣體和不完全燃燒的炭粒，而且還有許多稠環(huán)碳?xì)浠衔?，其中有的是?qiáng)致癌物質(zhì)，如苯并芘、苯并蒽等。 揚(yáng)塵又分為一次揚(yáng)塵和二次揚(yáng)塵：一次揚(yáng)塵是指在處理散狀物料時(shí)，由于誘導(dǎo)空氣的流動(dòng)，將粉塵從處理物料中帶出，污染局部地帶；二次揚(yáng)塵是指由于室內(nèi)空氣流、室內(nèi)通風(fēng)造成的流動(dòng)空氣及設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)生成的氣流，把沉落在設(shè)備、地坪、及建筑構(gòu)筑上的粉塵再次揚(yáng)起。2.1 大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物的性質(zhì) 有關(guān)部門(mén)從居民家庭收集的經(jīng)常煎炸食物的油煙樣品進(jìn)行分析，共測(cè)出220 多種化學(xué)物

4、質(zhì)，其中主要有:在烹調(diào)油煙中還發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性亞硝胺揮發(fā)性亞硝胺等已知突變致癌物。醛醛酮酮烴烴脂肪酸脂肪酸醇醇芳香族化合物芳香族化合物2.1 大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物的性質(zhì)表表21 大氣中主要?dú)鈶B(tài)污染物的來(lái)源、發(fā)生量、背景濃度和主要反應(yīng)大氣中主要?dú)鈶B(tài)污染物的來(lái)源、發(fā)生量、背景濃度和主要反應(yīng)2.1 大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物的性質(zhì)1.硫氧化物2.氮氧化物3.碳氧化物4.碳?xì)浠衔?. 酸霧6.光化學(xué)煙霧7.鹵化物8. 汽車(chē)尾氣1. 大氣中的主要污染物有哪些？大氣中的主要污染物有哪些？2. 大氣中的主要顆粒污染物有哪些？各有什么特性？大氣中的主要顆粒污染物有哪些？各有什么特性？3. 粉塵的主要性質(zhì)有哪

5、些？粉塵的主要性質(zhì)有哪些？4. 大氣中的主要?dú)鈶B(tài)污染物有哪些？各有什么危害？大氣中的主要?dú)鈶B(tài)污染物有哪些？各有什么危害？ 2.1 大氣污染物的性大氣污染物的性質(zhì)質(zhì)大氣中的污染物來(lái)源廣泛，主要來(lái)源于燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、交通運(yùn)輸過(guò)程和生活過(guò)程。 2.2 大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理 (1)固體燃料固體燃料煤炭的分類煤炭的分類 煤炭的組成煤炭的組成 (2)液體燃料液體燃料(3)氣體燃料氣體燃料 類別代號(hào)數(shù)碼特 征無(wú)煙煤WY010203變質(zhì)程度最深，含碳量高達(dá)90%98%，含硫量低，發(fā)熱量較高，燃燒后污染輕。光澤度強(qiáng)，硬度高，揮發(fā)分很少，燃燒時(shí)火焰短，貯存時(shí)不會(huì)自燃貧煤PM

6、11變質(zhì)程度深，作為動(dòng)力和民用燃料，它的性質(zhì)介于無(wú)煙煤和煙煤之間，揮發(fā)分較低的貧煤，在燃燒性能方面接近無(wú)煙煤貧瘦煤PS12介于貧煤和瘦煤之間瘦煤SM1314加熱時(shí)產(chǎn)生的膠質(zhì)體少且軟化溫度高，可用做煉焦配煤焦煤JM152425加熱時(shí)產(chǎn)生的膠質(zhì)體較多且熱穩(wěn)定性好，單煤煉焦可得到強(qiáng)度好、塊大、裂紋少的優(yōu)質(zhì)焦炭肥煤FM162636變質(zhì)程度中等，加熱時(shí)產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，軟化溫度低，固化溫度高。單獨(dú)煉焦時(shí)可以獲得熔融良好的焦塊，一般作煉焦配煤的主要成分氣肥煤QF46介于肥煤和氣煤之間氣煤QM34434445有較多的揮發(fā)分和焦油，膠質(zhì)體受熱易分解，可單獨(dú)煉焦，也可作為煉制冶金焦的配煤。是城市焦化煤氣廠的好原

7、料弱黏煤RN2232變質(zhì)程度較低，加熱時(shí)產(chǎn)生較少膠質(zhì)體，焦炭呈小塊且易碎，主要用作機(jī)車(chē)、電廠燃料及氣化原料不黏煤BN2131變質(zhì)程度較低且在成煤初期氧化程度較高，比熱量比一般煤要高，一般用作動(dòng)力或民用燃料長(zhǎng)焰煤CY4142是最年輕的煤，不含原生腐蝕酸，質(zhì)地松散。一般作動(dòng)力、氣化及民用燃料，也可作為低溫干餾煉油的原料褐煤HM5152多呈褐色，含有原生腐蝕酸，水分和灰分都較高，發(fā)熱量較低。在空氣中易風(fēng)化碎裂，多用作動(dòng)力和民用燃料，也可以用作化工原料制取磺化煤等表表2-2 中國(guó)煤炭分類簡(jiǎn)表中國(guó)煤炭分類簡(jiǎn)表注：1.在焦煤和肥煤之間又分為1/3焦煤，代號(hào)是1/3JM，數(shù)碼為35。2.氣煤和弱黏煤之間又分

8、為1/2中黏煤，代號(hào)是1/2ZN，數(shù)碼為23，332.2 大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理 燃燒及燃燒產(chǎn)物燃燒及燃燒產(chǎn)物 燃料完全燃燃料完全燃燒的條件燒的條件燃燒產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)生的主要污染物主要污染物空氣 燃燒溫度 時(shí)間 燃料與空氣的混合 硫氧化物的形成機(jī)制 氮氧化物的形成機(jī)制 顆粒污染物的形成機(jī)制 2.2 大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理 (1).洗選煤技術(shù)(2).煤炭的轉(zhuǎn)化(3).型煤固硫 燃燒設(shè)備燃燒設(shè)備是指為使燃料著火燃燒并將其化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來(lái)的設(shè)備。 (1)爐排爐手燒爐是層燃爐中最簡(jiǎn)單的一種。 機(jī)燃爐是采用機(jī)械爐排進(jìn)行燃燒的鍋爐。 a鏈條

9、爐 b. 往復(fù)爐 c.振動(dòng)爐排爐 d拋煤機(jī)爐排爐(2)煤粉爐(3)旋風(fēng)燃燒爐 (4)流化床鍋爐 化學(xué)工業(yè)廢氣污染按污染物性質(zhì)可分為三大類：第一類為含無(wú)機(jī)污染物的廢氣； 第二類為含有機(jī)污染物的廢氣；第三類為既含無(wú)機(jī)污染物又含有機(jī)污染物的廢氣 電力工業(yè)廢氣鋼鐵工業(yè)廢氣污染主要來(lái)源 ：原料、燃料的運(yùn)輸、裝卸及加工等過(guò)程產(chǎn)生大量的含塵廢氣 第二類為含有機(jī)污染物的廢氣；鋼鐵廠的各種窯爐再生產(chǎn)的過(guò)程中將產(chǎn)生大量的含塵及有害氣體的廢氣； 生產(chǎn)工藝過(guò)程化學(xué)反應(yīng)排放的廢氣，如冶煉、燒焦、化工產(chǎn)品和鋼材酸洗過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣。 建材工業(yè)廢氣主要分為以下三類：高溫氣體鍋爐煙氣常溫含塵煙氣 2.2 大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)

10、生機(jī)理大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理 交通污染一方面是交通工具，如汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)、船舶等，其本身在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生污染物，對(duì)大氣造成污染。另一方面交通工具運(yùn)行動(dòng)力需要大量的能源，今世界所生產(chǎn)的全部能源中，20以上用于交通運(yùn)輸，而且這些能源在較低的效率下運(yùn)作，污染相當(dāng)可觀。2.2 大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理大氣污染物的來(lái)源和產(chǎn)生機(jī)理2.1 大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物的性質(zhì) 車(chē)輛保有量高速增長(zhǎng)，城市道路負(fù)荷持續(xù)增加、許多重要道路車(chē)流已趨于飽和，發(fā)生交通擁堵的頻率和持續(xù)的時(shí)間明顯增加。 車(chē)輛運(yùn)行速度降低，加速、減速、怠速頻繁，運(yùn)行工況惡化。 許多機(jī)動(dòng)車(chē)往往在富燃料狀態(tài)下運(yùn)行。 城市非機(jī)動(dòng)車(chē)負(fù)荷大，影響了

11、機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行狀況。 公共交通的主導(dǎo)地位尚未完全確立，城市運(yùn)輸效率低下。2.1 大氣污染物的性質(zhì)大氣污染物的性質(zhì) 氮氧化物超標(biāo)現(xiàn)象嚴(yán)重 機(jī)動(dòng)車(chē)的尾氣排放直接導(dǎo)致了城市中各種污染物濃度的增加城市顆粒物污染不容忽視城市潛藏著發(fā)生光化學(xué)煙霧的危險(xiǎn) 2.1 污染物的性質(zhì)污染物的性質(zhì)油煙的形成可分為三個(gè)階段：油加熱到50100時(shí)，油面有輕微熱氣上升，所含低沸點(diǎn)分量和水分首先汽化。油的溫度上升到100270時(shí)，較高沸點(diǎn)的分量開(kāi)始汽化，油泡較密，形成肉眼見(jiàn)的油煙，主要是直徑約10-3cm以上的小油液滴組成的。油的溫度大于270后，高沸點(diǎn)的食用油分量開(kāi)始汽化，并形成大量“青煙”，主要是由直徑10-710-3cm不

12、為肉眼所見(jiàn)的微油滴所組成。此時(shí)，再往油中加入食品，食品中所含水分急劇汽化膨脹，其中部分冷凝成霧和油煙一起形成可見(jiàn)的油煙。1. 大氣污染物的主要來(lái)源有哪些？大氣污染物的主要來(lái)源有哪些？2. 常用的燃料都有哪些？常用的燃料都有哪些？3. 煤炭是如何分類的？簡(jiǎn)述煤炭的組成。煤炭是如何分類的？簡(jiǎn)述煤炭的組成。4. 燃料的完全燃燒和不完全燃燒的區(qū)別在哪里？燃料完全燃燒的條件是什么？燃料的完全燃燒和不完全燃燒的區(qū)別在哪里？燃料完全燃燒的條件是什么？5. 簡(jiǎn)述燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)制。簡(jiǎn)述燃燒過(guò)程中污染物的生成機(jī)制。6. 潔凈燃燒技術(shù)都包含了哪些技術(shù)？潔凈燃燒技術(shù)都包含了哪些技術(shù)？7. 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程會(huì)向大

13、氣中排放哪些污染物？舉例說(shuō)明幾個(gè)產(chǎn)生大氣污染物的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程會(huì)向大氣中排放哪些污染物？舉例說(shuō)明幾個(gè)產(chǎn)生大氣污染物的 過(guò)程。過(guò)程。8. 交通過(guò)程排放了哪些大氣污染物？由機(jī)動(dòng)車(chē)輛造成的污染有什么特點(diǎn)？交通過(guò)程排放了哪些大氣污染物？由機(jī)動(dòng)車(chē)輛造成的污染有什么特點(diǎn)？9. 生活油煙是如何形成的？生活油煙是如何形成的？2.1 污染物的性質(zhì)污染物的性質(zhì)2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)廢氣處理量是衡量廢氣治理設(shè)備處理能力的指標(biāo)，是指單位時(shí)間內(nèi)廢氣治理設(shè)備處理各種廢氣的體積流量，一般用廢氣治理設(shè)備的進(jìn)出口氣體流量的平均值來(lái)表示廢氣治理設(shè)備的氣體處理量。式中：Q1廢氣治理設(shè)備入口氣體在

14、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，m3/s或m3/h；Q2廢氣治理設(shè)備出口氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，m3/s或m3/h；Q廢氣治理設(shè)備處理氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，m3/s或m3/h；2)(21QQQ 2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo) 廢氣治理設(shè)備的總效率是指在同一時(shí)間內(nèi)廢氣治理設(shè)備捕集的粉塵質(zhì)量占進(jìn)入廢氣治理設(shè)備的粉塵質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，用表示根據(jù)凈化效率的定義，凈化效率表示式為：%100G13G（重量法） %100)121 (CC（濃度法） 2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo) 通過(guò)率是指在同一時(shí)間內(nèi)，穿過(guò)廢氣治理設(shè)備的粒子質(zhì)量與進(jìn)入的粒子質(zhì)量的比，一

15、般用P(%)表示。%100%10021GGp 當(dāng)兩臺(tái)廢氣治理設(shè)備串聯(lián)使用時(shí)，1和2 分別表示第一級(jí)和第二級(jí)廢氣治理設(shè)備的凈化效率，則除塵系統(tǒng)的總效率為2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo) 總效率表示廢氣治理設(shè)備的總體效果或平均效果，凈化裝置對(duì)不同粒徑的粉塵具有不同的作用效果，為反映這一特性，我們引入分級(jí)凈化效率的概念。分級(jí)效率di表示廢氣治理設(shè)備對(duì)不同粒徑粉塵或粒徑范圍粉塵的凈化效果。 %10033dididigGgG%10012122iiddiididCgQCgQCgQ055101020204040質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% 廢氣治理設(shè)備進(jìn)口2010152035 廢氣治理設(shè)備出口7

16、8147.40.602.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)粉塵的粒徑md/ 分級(jí)凈化效率表 2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)含塵氣體經(jīng)過(guò)廢氣治理設(shè)備后會(huì)產(chǎn)生壓力降，被稱為廢氣治理設(shè)備的壓力損失,單位是Pa。壓力損失的大小除了與設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)之外，主要與流速有關(guān)。兩者之間的關(guān)系為：式中： P廢氣治理設(shè)備的壓力損失，Pa； 凈化裝置的阻力系數(shù)； 氣體的密度，kg/ m3； ui裝置進(jìn)口氣體流速，m/s。 22iup2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo) 煙氣林格曼黑度（濃度）是評(píng)價(jià)排放煙塵濃度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。林格曼黑度就是

17、用視覺(jué)方法對(duì)煙氣黑度進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種方法。 常用的測(cè)定裝置有： 林格曼煙氣濃度圖 測(cè)煙望遠(yuǎn)鏡 光電測(cè)煙儀 2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)（1）林格曼煙塵濃度表的使用方法）林格曼煙塵濃度表的使用方法（2） 使用林格曼圖表時(shí)的注意事項(xiàng)使用林格曼圖表時(shí)的注意事項(xiàng) 不要面向太陽(yáng) 煙氣出口處的背景上不應(yīng)有高大的樹(shù)木和建筑物 觀察者位置應(yīng)與煙氣流向成直角 煙塵濃度表應(yīng)保持清潔，弄臟或褪色時(shí)，應(yīng)更換。 （3）林格曼黑度和煙塵濃度對(duì)比表2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)級(jí)數(shù)煙氣特點(diǎn)黑色小塊占總面積%煙塵量（g/m3）0全白001微黑20%0.252灰40%

18、0.703深灰60%1.204灰黑80%2.305全黑100%4.05.0（4）林格曼煙氣黑度圖法測(cè)定的實(shí) 際技能實(shí)訓(xùn)請(qǐng)參閱本教材第7章相關(guān)內(nèi)容。 2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)（1） 最高允許排放濃度 ：指處理設(shè)施后排氣筒中污染物任何1小時(shí)濃度平均值 不得超過(guò)的限值；或指無(wú)處理設(shè)施排氣筒中污染物任何1小時(shí)濃度平均值 不得超過(guò)的限值。一般用mg/m3表示。 （2）最高允許排放速率排放系數(shù)：指一定高度的排氣筒任何1小時(shí)排放污染物的質(zhì)量不得超過(guò)的限值。一般用mg/m3表示。 （3）排放速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)向大氣中排放污染物的量；Kg/h。1有一兩級(jí)除塵系統(tǒng)，第一級(jí)為旋風(fēng)除塵器，第二級(jí)為電除塵器，用于處理起始含塵濃度為15gm3。游離二氧化硅含量8以上的粉塵。已知旋風(fēng)除塵器的效率為80，若達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，選用的電除塵器的效率至少應(yīng)是多少?2.3 大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)大氣污染控制設(shè)備的性能指標(biāo)2.用旋風(fēng)除塵器處理鍋爐煙氣，測(cè)得除塵器進(jìn)口煙氣溫度450K，體積流量為10800m3/h，含塵濃9.0g/m3，靜壓強(qiáng)為450Pa（真空度）；除塵器出口氣體流量為12000m3/h，含塵濃度為500mg/m3。已知該除塵器的入口