1、 大气污染控制工程大气污染控制工程 电子教案电子教案目 录 第一章第一章 概论概论 第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染 第三章第三章 大气污染控制的基础知识大气污染控制的基础知识 第四章第四章 颗粒污染物的去除颗粒污染物的去除 第五章第五章 吸收法净化气态污染物吸收法净化气态污染物 第六章第六章 吸附法净化气态污染物吸附法净化气态污染物 第七章第七章 催化法净化气态污染物催化法净化气态污染物 第八章第八章 生物法净化气态污染物生物法净化气态污染物 第九章第九章 气态污染物的其它净化法气态污染物的其它净化法 第十章第十章 大气扩散与污染控制大气扩散与污染控制 第十一章第十一章 废气净化系
2、统废气净化系统 大气污染控制工程大气污染控制工程 第一章 概 论第一章 概 论本章学习内容：大气污染及其影响 大气污染综合防治策略 防治大气污染的法规及标准第一节 大气污染及其影响大气的结构及组成大气污染大气污染物及其来源大气污染的影响全球性大气污染 大气圈:地球表面到10001400 km (1)对流层 (2)平流层 (3)中间层 (4)暖层 (5)散逸层 一、大气的结构及组成1.1.大气圈及其结构大气圈及其结构大气圈层的结构 对流层对流层 大气最接近地面的一层，其平均厚度约为12 km。特点：空气对流（垂直对流、水平对流）空气质量约占大气层总质量的3/4云、雾、雨、雪和雷电等天气现象 都在
3、这一层发生 温度随高度增加而下降一、大气的结构及组成平流层平流层 对流层顶至5055km高度称为平流层。特点：*温度随高度增加而升高 *20km的臭氧层吸收紫外线中间层中间层 平流层顶至85km高度称为中间层。特点：*温度随高度增加而降低一、大气的结构及组成暖层暖层 中间层顶到800km高度为暖层（也称电离层）。特点：*温度随高度增加而升高散逸层散逸层 散逸层是大气圈的最外层，层顶不明确。一、大气的结构及组成 2.2.大气组成大气组成 干洁空气 大 气 水蒸气 悬浮微粒 干洁空气的组成几乎是不变的，它的主要成分是氮、氧和氩，三者共计约占空气总量的99.96(体积分数）以上，其它气体含量很少。一
4、、大气的结构及组成干洁空气的组成一、大气的结构及组成 成 分 体积分数/%成 分体积分数/10-6 氮(N2)78.0840.004 氖 (Ne)18 氧(O2)20.9460.002 氦 (He)5.2 氩(Ar)0.9340.001甲烷 (CH4)1.2二氧化碳(CO2)0.0330.001 氪 (Kr)0.5 氢 (H2)0.5 氙 (Xe)0.08二氧化氮(NO2)0.02臭氧(O3)0.010.041.1.大气污染的定义大气污染的定义 按照国际标准组织（ISO）的定义，“大气污染是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体的舒
5、适、健康和福利或危害了环境的现象”。二、大气污染2.2.大气污染的分类大气污染的分类 局地性污染 按影响范围分为 地区性污染 广域性污染 全球性污染 二、大气污染1.1.大气污染物大气污染物 气溶胶态污染物大气污染物按照存在状态分为 气态污染物 一次污染物大气污染物按照形成过程分为 二次污染物三、大气污染物及其来源 粉尘 烟 气溶胶态污染物 飞灰 黑烟 雾总悬浮微粒（TSP）、可吸入颗粒（PM10）、微细颗粒物（PM2.5）气溶胶态污染物气溶胶态污染物三、大气污染物及其来源微细颗粒物污染微细颗粒物污染 细颗粒物对人体健康和大气环境质量造成的危害要远比粗颗粒物大细颗粒物本身可能是有毒、有害物质细
6、颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体细颗粒物污染可导致能见度显著降低三、大气污染物及其来源不同粒径的颗粒物可到达呼吸系统的部位三、大气污染物及其来源微粒粒径m可到达位置与可能危害10可以滞留在呼吸道中510大部分会在呼吸道沉积，被分泌的黏液吸附，可以随痰排出10%2502h接触，头疼，血液中CO-Hb=40%5002h接触，剧烈心痛，眼花，虚脱300030min即死亡 光化学氧化剂光化学氧化剂 空气中的光化学氧化剂主要是臭氧和PAN。氧化剂（主要是PAN和PBN）会严重地刺激眼睛，当它和臭氧混合在一起时，还会刺激鼻腔、喉，引起胸腔收缩。人们接触时间过长也会损害中枢神经。有机化合物有机化合物
7、城市大气中有很多有机物是可疑的致变物和致癌物，包括卤代烃、芳香烃、氧化产物和含氮有机物等。四、大气污染的影响 大气污染物主要通过三条途径危害生物的生存和发育。首先是使生物中毒或死亡，其次是减缓生物的正常发育，最后是降低生物对病虫害的抵抗能力。四、大气污染的影响2.2.对生物的危害对生物的危害3.3.对器物和材料的损害对器物和材料的损害 平均二氧化硫浓度和不同暴露时间与低碳钢的腐蚀之间的关系（19631964年9月，在芝加哥的七个地点进行的实验）四、大气污染的影响来源：Air and Waste Management Association4.4.对大气能见度的影响对大气能见度的影响 对大气能见
8、度或清晰度有影响的污染物，一般应是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体，包括：总悬浮颗粒物（TSP）SO2和其它气态含硫化合物，在大气中以较大反应速率生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子NO和NO2，在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子光化学烟雾，反应生成亚微米的气溶胶粒子四、大气污染的影响能见度与自然景观能见度与自然景观美国大烟雾山国家公园（北卡罗莱纳州）照片 晴天雾天四、大气污染的影响来源：郝吉明等，大气污染控制工程电子教案，高等教育出版社五、全球性大气污染 1.1.温室效应温室效应 主要温室气体气体全球变暖贡献率/%CO257CFCs25CH412N2O6全球平均气温的变化大
9、气中二氧化碳含量的变化五、全球性大气污染来源：郝吉明等，大气污染控制工程电子教案，高等教育出版社全球变暖产生的影响五、全球性大气污染2.臭氧层破坏臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子：氧气分子可以吸收紫外线分解为两个氧原子：氧气分子和氧原子也可以合并生成臭氧分子，以便吸收更多的紫外线：32OOO2O2O23OOO五、全球性大气污染 上述反应过程吸收了99的来自于太阳的紫外线。氟氯烃（CFCs）很大程度上导致了平流层臭氧的减少。这两个反应都造成了臭氧的减少。322ClOClOOClOOClO五、全球性大气污染19791986年TOMS测得的总臭氧全球平均值注：Dobson单位是将0，
10、标准海平面压力下，10-5m厚的臭氧 定义为一个Dobson单位五、全球性大气污染来源：郝吉明等，大气污染控制工程电子教案，高等教育出版社19791986年总臭氧纬向平均值的趋势五、全球性大气污染来源：郝吉明等，大气污染控制工程电子教案，高等教育出版社危害：由于臭氧层的破坏，大量紫外线辐射将到达地面危害人类健康。根据科学家预测，如果平流层的臭氧总量减少1%，则到达地面的太阳紫外线辐射量将增加2%，皮肤癌的发病率增加2%5%，白内障患者将增加0.2%1.6%。紫外线辐射增大，也会对动植物产生影响，危及生态平衡。臭氧层破坏还会导致地球气候出现异常，由此带来灾害。五、全球性大气污染3.3.酸雨酸雨
11、五、全球性大气污染酸雨通常指pH低于5.6的降水，但现在泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的形式从空气转移到地面上。中国酸雨的分布变化：主要位于长江以南 20世纪80年代酸雨分布 20世纪90年代中期酸雨分布 五、全球性大气污染来源：郝吉明等，大气污染控制工程电子教案，高等教育出版社酸雨的危害水的低pH使得鱼的骨骼畸形生长，最终导致死亡引起树木的大量不正常死亡严重腐蚀建筑物五、全球性大气污染来源：郝吉明等，大气污染控制工程电子教案，高等教育出版社第二节 大气污染综合防治策略 大气污染综合防治的含义 大气污染综合防治的基本措施1.1.大气污染系统大气污染系统 污染源 污染物在大气中迁移、扩散 接受体一
12、、大气污染物综合防治的含义 排放源 源控制 大气 接受体 接受体 人类 动物 植物 材料反馈自动控制立法行为一、大气污染综合防治的含义2.2.大气污染控制系统大气污染控制系统一、大气污染综合防治的含义3.3.综合防治的含义综合防治的含义 大气污染防治具有区域性、整体性和综合性的特点。在制定大气污染防治对策时，要充分考虑地区的环境特征，从地区的生态系统出发，对影响大气质量的多种因素进行系统的综合分析，找出最佳的对策和方案。二、大气污染综合防治的基本措施 1.1.全面规划、合理布局、制定大气污染综合防治全面规划、合理布局、制定大气污染综合防治规划规划 在进行区域经济和社会发展规划时，合理布局城市与
13、工业功能区划，优化能源结构和交通运输发展，做好环境规划，才能有效地控制大气污染。2.2.严格环境管理严格环境管理 环境管理体制环境管理体制:环境立法、环境监测机构、环境法的执行机构 环境三项制度环境三项制度:总量控制制度、排污许可证制度、按排污总量收费的制度。二、大气污染综合防治的基本措施3.3.控制污染的技术措施控制污染的技术措施 实施清洁生产，减少或防止污染物的排放 改善能源结构，提高能源利用效率 建立综合性工业基地 利用大气的自净能力 发展植物净化 污染源的治理 二、大气污染综合防治的基本措施4.4.控制污染的经济政策控制污染的经济政策产业政策淘汰落后工艺 必要的环境保护投资 实行“污染
14、者和使用者支付原则”：建立市场（排污许可证制度等）税收手段（污染税、资源税等）收费制度（排污费等）财政手段（生态环境基金等）责任制度（赔偿损失和罚款等）治理污染、废物利用的产品给予经济上的鼓励与支持 二、大气污染综合防治的基本措施第三节 防治大气污染的法规及标准 大气污染防治法 环境空气质量控制标准 空气污染指数 一、大气污染防治法1987年9月5日由第六届全国人大常委会第22次会议通过，1988年6月1日起执行1995年8月29日，第八届全国人大常委会第15次会议对该法进行了修订2000年对该法再次修订一、大气污染防治法 大气污染防治的总则 大气污染防治的监督管理中华人民共和国中华人民共和国
15、 防治燃煤产生的大气污染 大气污染防治法大气污染防治法 防治机动车船排放污染 防治废气、尘和恶臭污染 法律责任 二、环境空气质量控制标准1.1.环境空气质量控制标准的种类和作用环境空气质量控制标准的种类和作用 （1）环境空气质量标准 （2）大气污染物排放标准 （3）大气污染控制技术标准 （4）大气污染警报标准 2.2.环境空气质量标准环境空气质量标准 环境空气质量标准（GB 3095-1996）。新标准将环境空气质量功能区分为三类：一类区：为自然保护区、风景名胜区和其它需 要特殊保护的地区。二类区：为城镇规划中确定的居住区、商业交 通居民混合区、文化区、一般工业区 和农村地区。三类区：为特定工
16、业区。二、环境空气质量控制标准各项污染物的浓度限值注：适用于城市地区；适用于牧业区和以牧业为主的半农半牧区，蚕桑区；适用于农业和林业区。污染物名称取值时间浓度限值浓度单位一级标准二级标准三级标准二氧化硫(SO2)年平均日平均1小时平均0.020.050.150.060.150.500.100.250.70mg/m3(标准状态)总悬浮颗粒物(TSP)年平均日平均0.080.120.200.300.300.50mg/m3(标准状态)可吸入颗粒物(PM10)年平均日平均0.040.050.100.150.150.25mg/m3(标准状态)二氧化氮(NO2)年平均日平均1小时平均0.040.080.1
17、20.080.120.240.080.120.24mg/m3(标准状态)一氧化碳(CO)日平均1小时平均4.0010.004.0010.006.0020.00mg/m3(标准状态)臭氧(O3)1小时平均0.160.200.20mg/m3(标准状态)铅(Pb)季平均年平均1.501.00g/m3(标准状态)苯并a芘(BaP)日平均0.01g/m3(标准状态)氟化物(F-)日平均1小时平均720g/m3(标准状态)月平均植物生长季平均1.81.23.02.0g/(dm2 d)二、环境空气质量控制标准 3.3.大气污染物排放标准大气污染物排放标准 大气污染物综合排放标准大气污染物综合排放标准（GB
18、162971996）,1996年4月12日经国家环保局批准，于1997年1月1日实施。GB 162971996规定了33种大气污染物的排放限值，同时规定了标准执行中的各种要求。二、环境空气质量控制标准 在我国现有的大气污染物排放标准体系中，按照综合性排放标准与行业标准不交叉执行的原则。锅炉执行锅炉大气污染物排放标准、工业炉窑执行工业炉窑大气污染物排放标准、火电厂执行火电厂大气污染物排放标准、炼焦炉执行炼焦炉大气污染物排放标准、水泥厂执行水泥厂大气污染物排放标准、恶臭物质执行恶臭污染物排放标准、餐饮业执行饮食业油烟排放标准（试行）、汽车和摩托车排放执行汽车大气污染物排放标准。二、环境空气质量控制
19、标准4.4.环境技术标准环境技术标准 大气环境基础标准环境技术标准 大气污染控制技术标准 环保产品质量标准 其它二、环境空气质量控制标准三、空气污染指数1.1.空气污染指数分级及浓度限值空气污染指数分级及浓度限值 空气污染指数（API）是根据空气环境质量标准和各项污染物的生态环境效应及其对人体健康的影响来确定污染指数的分级数值及相应的污染物浓度限制值。空气污染指数对应的污染物浓度限值 三、空气污染指数污染指数API污染物浓度/（mgm-3）SO2(日均值)NOx(日均值)PM10(日均值)CO(小时均值)O3(小时均值)500.0500.0800.05050.1201000.1500.1200
20、.150100.2002000.8000.2800.350600.4003001.6000.5650.420900.8004002.1000.7500.5001201.005002.6200.9400.6001501.200空气污染指数范围及相应的空气质量类别 三、空气污染指数污染指数API空气质量状况对健康的影响建议采取的措施050优 可正常活动。51100良 可正常活动。101200轻度污染 易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状。心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动。201300中度污染 心脏病和肺病患者症状出现显著加剧，运动耐受力下降，健康人群普遍出现症状。老年人和心
21、脏病、肺病患者应停留在室内，并减少体力活动。大于300重度污染 健康人运动耐受力下降，有明显强烈症状，提前出现某些疾病。老年人和病人应留在室内，并避免体力消耗，一般人群应避免户外活动。当第i种污染物浓度为 时，其分指数为 三、空气污染指数i,jii,j 1 各种污染物的污染分指数都计算出来后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API，同时该种污染物也是该地区的首要污染物。API50时，不报告首要污染物。2.2.空气污染指数的计算方法空气污染指数的计算方法,1,1,()()/()iii ji ji ji ji ji jIIII第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染 大气污染控制工程大气污染
22、控制工程本章学习内容：燃料 燃料的燃烧 燃烧过程中污染物排放量计算 燃烧过程中污染物的生成与控制 机动车污染与控制第二章第二章 燃烧与大气污染燃烧与大气污染 燃料的分类 燃料的成分 燃料的发热量第一节第一节 燃燃 料料 燃料是指能在空气中燃烧，其燃烧热可经济利用的物质。常规燃料：煤、石油和天然气等非常规燃料：其它可燃物质，如：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、可燃性工业和采矿废物、合成燃料等。燃料的分类：气体燃料、液体燃料和固体燃料。一、燃料的分类燃料的分类1.1.固体燃料固体燃料 固体燃料一般没有气体和液体燃料容易燃烧，也容易发生不完
23、全燃烧，产生的污染物量大。煤是最重要的固体燃料。煤是由很多个不同结构的微小的C、H、O、N、S的有机聚合物粒子和矿物杂质、水分等混合而结合成整体的混合物。基于沉积年代的分类法，可以把煤分为褐煤、烟煤和无烟煤三类。一、燃料的分类燃料的分类煤的种类和性质 煤的种类主要性质 褐煤 形成年代最短，呈黑色、褐色或泥土色，结构类似木材，挥发分较高且析出温度较低。干燥后无灰的褐煤中碳的含量为60%75%，氧含量为20%25。褐煤的水分和灰分含量都较高，燃烧热值较低，不能用于制焦炭，易于破裂。烟煤 形成历史较褐煤为长，呈黑色，外形有可见条纹，挥发分含量为20%45，碳含量为75%90。烟煤的成焦性较强，且含氧
24、量低，水分和灰分含量一般不高，适宜工业上的一般应用。无烟煤 煤化时间最长，具有明亮的黑色光泽，机械强度高。碳的含量一般高于93%，无机物含量低于10，因而着火困难，储存时稳定，不易自燃，成焦性极差。一、燃料的分类燃料的分类煤中硫的分类 煤中硫的分类 存在形态及主要性质 硫化铁硫 主要代表为黄铁矿硫，是煤中主要的含硫成分。黄铁矿比矸石和煤重得多；本身虽无磁性但在强磁场感应下能够转变为顺磁性物质；和煤炭相比有不同的微波效应，吸收微波能力较强，据此可采用不同的物理或化学方法，把黄铁矿从煤中脱除。有机硫原生有机硫 来源于形成煤的植物蛋白质的原生质，一般蛋白质含硫量为5，以各种不同形式的含硫杂环存在。有
25、机硫主要以噻吩、芳香基硫化物、环硫化物、脂肪族硫化物、二硫化物、硫醇等各种官能团形式存在，且与煤中有机质构成复杂的分子,不宜用一般重力分选的办法除去，需要采用化学方法进行脱硫。次生有机硫 是由一种松懈的键与煤中有机物构成的有机联系。在煤中分布不均匀，主要局限于黄铁矿包裹体的周围。硫酸盐硫 主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，以石膏（CaSO42H2O）为主，也有少量绿矾（FeSO47H2O），在煤中含量较少。一、燃料的分类燃料的分类 2.2.液体燃料液体燃料 液体燃料属于比较清洁的燃料，发热值高且大致一定，燃烧产生的污染物较少。天然液体燃料：石油（原油）人工液体燃料：石油加工后的产品、合成的液体
26、燃料以及煤经高压加氢所获得的液体燃料等。一、燃料的分类燃料的分类 液体燃料主要是石油类。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，这些化合物主要含碳和氢，也有少量的氧、氮、硫等元素，还含有微量金属，如镍、钒等，也可能受氯、砷和铅的污染。原油经蒸馏、裂解、改质、加氢、溶剂处理等工程组合精制的石油制品燃料有液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油。工业用量最多的是重油。一、燃料的分类燃料的分类 汽油：沸点30200，密度为720760kg/m3。用于火花点火发动机（汽车、航空发动机）。煤油：沸点180300，密度780820kg/m3,用于喷气发动机和民用。柴油：沸点25030
27、0，密度800850kg/m3。用于柴油发动机等内燃机。重油：原油加工的残留物，以重馏分为主，密度大，黏度大，含硫量高，热值低，燃烧性能差。一、燃料的分类燃料的分类 3.3.气体燃料气体燃料 气体燃料是防止大气污染最理想的燃料。气体燃料容易燃烧，燃烧效率高，产生的污染物量很少。气体燃料除天然气外，均是由其它液体燃料或固体燃料制成的。一、燃料的分类燃料的分类 天然气：天然气由油气地质构造地层采出，主要成分为甲烷（约85%）、乙烷（约10%）和丙烷（约3%），还有少量CO2、N2、O2、H2S和CO等。液化石油气（LPG）：液化石油气是石油精炼过程的副产品，含C1C4烃类，加压液化后储存和输送，减
28、压汽化后燃烧。一、燃料的分类燃料的分类 裂化石油气：裂化石油气是石油类裂解制得的气体。在城市燃气构成中，替代煤气占有较高的比例。煤气：煤干馏所得的气体总称煤气，主要成分是甲烷及氢，发热量高。高炉煤气：与使用焦炭时的发生炉煤气类似，高炉煤气中含较多粉尘，主要作为钢铁厂热设备的热源及动力使用。一、燃料的分类燃料的分类 燃料的成分分析 工业分析：主要针对煤进行，包括水分、灰分、挥发分、固定碳等。元素分析：燃料（尤其是煤）所含元素很多，通常主要测定碳、氢、硫、氮、氧等几种元素。二、燃料的成分燃料的成分煤的组成及分析方法 项目煤的组成 分析测定方法工业分析水分 外部水分称取一定量的13mm以下粒度的煤样
29、，置于干燥箱内，在318323K温度下干燥8h，取出冷却，干燥后所失去的水分质量占煤样原质量的百分数就是煤的外部水分。内部水分将失去外部水分的煤样继续在375 380K下干燥约2h，所失去的水分质量占试样原来质量的百分数即内部水分。灰 分煤中不可燃矿物物质的总称，其含量和组成因煤种及粗加工的不同而异。挥发分煤干馏时所释放出的气态可燃物质，将风干的煤样在1200K的炉中加热7min而测定。固定碳从煤中扣除水分、灰分和挥发分后剩下的部分就是固定碳。元素分析碳和氢碳和氢是通过燃烧后分析尾气中CO和H2O的生成量而测定的。氮催化剂作用下使煤中氮转变为氨，继而用碱吸收，最后用酸滴定。硫将样品放在氧化镁和
30、无水碳酸钠的混合物上加热，使硫化物转变为硫酸盐，再以重量法测定硫酸钡沉淀而测定。二、燃料的成分燃料的成分 燃料的发热量：单位燃料完全燃烧产生的热量，单位kJ/kg(固体、液体燃料)或kJ/m3(气体燃料)。高位发热量：包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热。低位发热量：指燃烧产物中水蒸气仍以气态存在时完全燃烧所释放的热量。由于一般燃烧设备的排烟温度高于水的露点温度，故可利用的热量是低位发热量。三三、燃料的发热量燃料的发热量 燃烧过程 燃烧的基本条件 燃料燃烧的空气量 燃烧产生的污染物第二节第二节 燃料的燃烧燃料的燃烧 燃烧是指可燃混合物起剧烈的化学反应而发热和发光的快速氧化过程，同时使燃料的组成
31、元素转化为相应的氧化物。多数化石燃料完全燃烧的产物是二氧化碳和水蒸气，然而，不完全燃烧过程将产生黑烟、一氧化碳和其它部分氧化产物等大气污染物。若燃料中含有硫和氮，则会生成SO2和NOx。一一、燃烧过程燃烧过程 1.1.温度温度 着火温度：在氧存在下可燃物质开始燃烧所必须达到的最低温度。固体燃料液体燃料气体燃料 温度不仅对燃烧速率起着重要的作用，同时也影响着燃烧过程中生成的燃烧产物的成分和数量。二、燃烧的基本条件燃烧的基本条件 2.2.空气空气 氧气是燃烧过程中必不可缺少的要素，燃烧过程中的氧通常是通过空气供给的。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，增加锅炉的排烟热损失
32、，并会使NOx的发生量增加。二、燃烧的基本条件燃烧的基本条件 3.3.时间时间 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。在所要求的燃烧反应速率下，停留时间将决定于燃烧室的大小和形状。反应速率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。二、燃烧的基本条件燃烧的基本条件4.4.空气和燃料混合空气和燃料混合 燃料与空气充分混合才能使燃料燃烧完全，且混合越快、燃烧越快。若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产生。空气和燃料混合的程度往往是决定燃烧完全、快慢以及产生黑烟、一氧化碳量的一个重要因素。需要采取混合措施，对进入的空
33、气加以搅动，使气流为湍流运动。二、燃烧的基本条件燃烧的基本条件 适当控制空气与燃料之比、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需的，通常把温度、时间和湍流度称为燃烧过程的“三T”。二、燃烧的基本条件燃烧的基本条件 1.1.理论空气量理论空气量 理论空气量是指单位燃料(气体燃料一般以1m3为基准，固体和液体燃料一般以1kg为基准)按燃烧反应计量方程式计算，完全燃烧所需的空气量。理论空气量是燃料完全燃烧时所需的最小空气量。三三、燃料燃烧的空气量燃料燃烧的空气量 建立燃烧化学方程式时，通常假定：（l）空气仅仅是由氮气和氧气组成，其体积比为79213.762；（2）参加反应
34、的元素为碳（C）、氢（H）、硫（S）、氧（O）；（3）燃料中的硫主要被氧化为SO2；（4）热力型NOx的生成量较小，燃料中含氮量也较低，在计算理论空气量时可以忽略；（5）计算时空气和烟气所含有的各种组成成分(包括水蒸气)，均按理想气体计算。三三、燃料燃烧的空气量燃料燃烧的空气量 燃料组成为 与空气中氧完全燃烧的化学反应式：三三、燃料燃烧的空气量燃料燃烧的空气量按照上式，可以得出理论空气量的计算式。wzyxOSHC222222N)24(762.3SOOH2CON)24(762.3O)24(OSHCwzyxzyxwzyxwzyxwzyx 对气体燃料，按化学组分（共n种）：m3/(m3干燃气)对固体
35、和液体燃料，按元素组成计算：m3/kg（燃料）三三、燃料燃烧的空气量燃料燃烧的空气量niiwzyxV10a)24(762.4yyyyawwwwV,O,H,S,C0333.3457.26329.3881.8 2.2.实际空气量实际空气量 0aaVV 炉膛出口处的空气过剩系数，空气过剩系数是燃料在锅炉中燃烧及锅炉运行中为非常重要的指标之一，它对大气污染也影响较大。一般取 为1.031.05。3.3.空燃比空燃比 空燃比（AF）定义为单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，它可以由燃烧方程式直接求得。三三、燃料燃烧的空气量燃料燃烧的空气量 燃烧烟气主要由悬浮的少量颗粒物、燃烧产物、未燃烧和部分燃烧的燃料、
36、氧化剂以及惰性气体（主要为N2）等组成。燃烧可能释放出的污染物有：一氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化合物等。它们的形成与燃料种类、燃烧条件、燃烧组织有关。四四、燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物 气体燃料：含硫量、含尘量低，相对而言是一种清洁的优质燃料。气体燃料不完全燃烧时，主要污染物:H2S、炭黑类物质。气体燃料中出现大气污染物由少到多的顺序是：天然气液化石油气发生炉煤气焦炉煤气高炉煤气。液体燃料：主要污染物是CO、NOx和HC。液体燃料产生炭黑由少到多的顺序是：柴油中油重油绿油煤焦油。四四、燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物 煤：主要大气污
37、染物有CO2、CO、NOx、SO2、炭黑和飞灰。炭黑是在不完全燃烧时，因热解而生成的炭粒以及生成由碳、氢、氧、硫等组成的有机化合物，其中有苯并（a）芘等致癌物质。煤炭燃烧还会带来汞、砷等微量重金属污染，氟、氯等卤素污染和低水平的放射性污染。四四、燃烧产生的污染物燃烧产生的污染物 烟气量计算 污染物排放量的计算第三节第三节 燃烧过程污染物排放量计算燃烧过程污染物排放量计算1.1.理论烟气量计算理论烟气量计算 理论烟气量是指供给理论空气量的情况下,燃料完全燃烧产生的烟气量。若不考虑氮的氧化，则理论烟气的组分是CO2、SO2、N2和水蒸气。前三种组分合称为干烟气，包括水蒸气在内的组分称为湿烟气。一、
38、烟气量计算理论干烟气量为：理论湿烟气量为：一、烟气量计算气体燃料的理论烟气量SHN0a10df2279.0VxViniiSHN0aa0ag110SO0N0OH0CO0f22222279.0)(2.12VVyxVVVVVininiiii固体和液体燃料理论干烟气量为：yyywVwwV,N0a,S,C0df799.079.0699.0866.1 理论湿烟气量为：yyyyywVwwVwwV,N0a,S,Wa0a,H,C0f799.079.0699.0)(24.1111.11866.1一一、烟气量计算 2.2.实际烟气量的计算实际烟气量的计算 因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气量应
39、为理论烟气量与过剩空气之和.0000ffaaa00fa0.21(1)0.79(1)0.0161(1)1.0161(1)VVVVVVV一一、烟气量计算 通过测定烟气中污染物的浓度，根据实际排烟量,很容易计算污染物的排放量。但在很多情况下，需根据同类燃烧设备的排污系数、燃料组成和燃烧状况，预测烟气量和污染物浓度。二二、污染物排放量的计算 例2-1 已知重油的元素分析结果为碳85.5%，氢11.3%，氧2.0%，氮0.2%，硫1.0%。若不考虑空气湿含量，试求 kg重油燃烧时：(1)理论空气量和理论烟气量；(2)干烟气中的浓度及CO2的最大浓度；(3)10%过剩空气量下燃烧时，所需的空气量、产生的烟
40、气量及过剩空气系数。二、污染物排放量的计算解:(1)理论空气量：燃料）（燃料）kg/m550.10/(kgm)02.0333.3113.0457.2601.0329.3855.0881.8(333.3457.26329.3881.83N3N,O,H,S,C0ayyyywwwwV二二、污染物排放量的计算理论烟气量可由式（2-7）得到：00fC,H,S,aN,3N3N1.86611.1110.6990.790.7991.866 0.85511.111 0.1130.699 0.010.79 10.5500.799 0.002)m/(kg11.194m/kgyyyyVwwwVw（燃料）（燃料）燃料）
41、燃料）kg/(12.249m/(kgm)113.0111.11194.11(3N3N0dfV(2)干烟气中SO2 的浓度及CO2的最大浓度 重油中碳与理论空气中的氧完全燃烧时，则烟气中的CO2浓度最大%07.0%10094.901.0669.02SO%1.16%10094.9855.0866.1max,CO2二二、污染物排放量的计算（3）10%过剩空气下燃烧:=1.1)/(kgm605.11/(kgm550.101.13N3N燃料燃料）aV33fNN11.1940.1 10.550 m/(kg12.249m/(kgV（）燃料）燃料）燃烧过程中硫氧化物的生成与控制 燃烧过程中氮氧化物的生成与控制
42、 燃烧过程中颗粒污染物的形成与控制 燃烧过程中其它污染物的形成与控制第四节第四节 燃烧过程中污染物的燃烧过程中污染物的 生成与控制生成与控制.燃烧过程中硫氧化物的生成机制燃烧过程中硫氧化物的生成机制 燃料中含有的硫通常是以元素硫、硫化物硫、有机硫和硫酸盐硫的形式存在，前三类为可燃性硫，硫酸盐硫不参与燃烧反应，多数存在于灰烬中，成为不可燃性硫。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制单体硫的燃烧：S+O2 SO2 SO2+1/2O2 SO3硫铁矿的燃烧：4FeS2+11O2Fe2O3+8 SO2 SO2+1/2O2 SO3硫醚等有机硫的燃烧：CH3CH2 S H2S+2H2+2C+C2H4 CH3C
43、H2 2H2S+3O2 2SO2+2H2O 一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制可燃性硫在燃烧时主要生成SO2，只有1%5%氧化成SO3。只有可燃性硫才会形成SO2（少量SO3）。因此，硫氧化物控制主要指SO2的控制。2.2.燃烧过程中硫氧化物生成的控制燃烧过程中硫氧化物生成的控制 燃料脱硫 煤炭转化 燃烧中固硫一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制燃料脱硫燃料脱硫煤炭脱硫：煤的燃前脱硫方法按基本原理可分为物理脱硫、化学脱硫和生物脱硫。物理法脱硫 基于煤中的硫与煤基体的物理化学性质（如密度、导电性、悬浮性）不同来脱除煤炭中无机硫的方法。该工艺简单，投资少，但只能脱除煤中的无机硫，不能脱除有机硫，
44、而且脱除率不高，当黄铁矿硫在煤中呈细分散状分布时，该法也不能脱除，尤其对低煤化程度的煤。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制 化学法脱硫 通过氧化剂把硫氧化，或者是把硫置换而达到脱硫的目的。该法是在高温、高压、氧化剂作用下进行，可脱除大部分有机硫，但能耗大、设备复杂，试剂对设备有一定的腐蚀作用，对煤的结构性能有一定的破坏，成本较高。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制 微生物脱硫 利用微生物能够选择性地氧化有机或无机硫的特点，以除去煤中的硫元素，从而达到脱硫目的。该法具有投资少、条件温和、能耗低、无污染，可将煤中硫转化为可溶性产品等优点，越来越受到人们的广泛关注，但目前还处于开发研究阶段。一一
45、、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制重油脱硫 重油中硫含量很高。原油中的8090%硫经精馏后留在重油中。重油中的硫是有机硫，其化学结构尚不清楚。现在工业上一般采用加氢脱硫，大致可分为直接法和间接法。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制 直接脱硫工艺 将常压精馏的残油引入装有催化剂的脱硫设备，在催化剂的作用下，碳硫键断裂，氢取而代之与硫生成H2S，使硫从残油中脱除。直接法脱硫率可达到75%以上。直接脱硫时，在加氢脱硫条件下，含在残油中的沥青高分子化合物和钒、镍的有机金属化合物会分别析出碳和金属，导致催化剂中毒。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制 间接脱硫法工艺 将常压残油先进行减压蒸馏，把沥青和金
46、属含量少的轻油和含量多的残油分开，只对轻油进行加压和加氢脱硫，再把这种脱硫油与减压残油合并，而得含硫为22.6%的最终产品。间接脱硫的催化剂与直接脱硫法相同，但它可避免直接脱硫的催化剂中毒问题。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制煤炭转化煤炭转化煤的气化 以煤炭为原料，采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分、不同热值的煤气。煤的液化 煤的液化是把固体的煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体产品（液态烃类燃料，如汽油、柴油等）。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制 燃烧中固硫燃烧中固硫 固硫原理 石灰石脱硫反应为：CaCO3 CaO+CO2 CaO
47、+SO2+0.5O2 CaSO4 若脱硫剂用白云石(CaCO3MgCO3)，除有上面两个反应外，还发生下列反应：MgCO3 MgO+CO2 MgO+SO2+0.5O2 MgSO4一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制影响脱硫效果的主要因素：固硫剂添加量、固硫剂粒度和停留时间等。以钙的化合物为脱硫剂，其脱硫剂用量一般用钙硫比来表示：的摩尔比与SCa一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制)/(32/%)/(1.40/%)molgSgmolgCag的质量分数（燃料消耗量（）的质量分数（脱硫剂消耗量（固硫剂的添加方式 掺入燃料：对层燃炉，将固硫剂掺入燃料是很简便的方法，但固硫率不高，当=23时，固硫率仅为
48、50%左右，如要达到90%的固硫率，则要大于5，显然成本高，灰渣量大。型煤固硫：在小型锅炉和民用炉灶燃用的型煤中加入固硫剂，可以减少SO2排放量50%以上，减少烟尘排放量60%，节煤10%15%。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制沸腾床燃烧室的结构原理图 向炉膛喷入固硫剂 大型动力燃煤锅炉常用煤粉炉。在煤粉中掺入一定数量的石灰石，在炉内燃烧过程中脱去燃料中的硫，所采用的燃烧炉有沸腾炉和循环流化床。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制 循环流化床结构示意图1密相床层；2水冷壁；3旋风除尘器；4对流式锅炉；5外部换热器 采用循环流化床工艺可使脱硫剂反应时间长并对锅炉负荷变化的适应性强。一一、燃烧
49、过程中硫氧化物的生成与控制脱硫率与Ca/S摩尔比的关系 当流化速度一定时，脱硫率随Ca/S增大而增大；当Ca/S一定时，随流化速度的降低，脱硫率上升。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制脱硫率和床层温度的关系 沸腾床温度以800850 为宜。LIFAC工艺流程示意图 对许多老电厂，简单的炉内喷钙脱硫往往不能满足SO2排放达标，因此炉内喷钙尾部烟道增湿脱硫技术(LIFAC)应运而生，增湿使烟气中的CaO和H2O反应生成Ca(OH)2，并与SO2反应，提高了钙的利用效率和脱硫效率。一一、燃烧过程中硫氧化物的生成与控制 1.1.燃烧过程燃烧过程NONOx生成的影响因素生成的影响因素 燃烧生成的NOx
50、分为以下三类：燃料型NOx：燃料中固定氮生成的 热力型NOx：由燃料在燃烧过程中送进炉膛 内空气中含有的氮形成 瞬时型NOx：由于含碳自由基的存在而形成 二二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制（1）燃料型NOx的生成 化石燃料的氮含量差别很大，石油平均含氮量为0.65%（质量分数），而大多数煤的含氮量为1%2%。一些研究表明，燃料中20%80%的氮转化为NOx。反应过程：大部分燃料氮首先在火焰中转化为HCN；然后转化为NH或NH2；NH和NH2能够与氧反应生成NO+H2O；或它们与NO反应生成N2和H2O。二二、燃烧过程中氮氧化物的生成与控制 （2）热力型NOx的生成泽利多维奇（Zeldovic
