第七章气体污染物控制技术new

第二篇大气污染控制工程第五章大气污染与空气质量管理第六章颗粒污染物控制技术第七章气态污染物控制技术第八章机动车污染控制技术第七章气态污染物控制技术第一节气态污染物净化原理第二节二氧化硫污染控制技术第三节氮氧化物污染控制技术第四节挥发性有机污染物控制技术第五节大气污染物稀释法控制技术第一节气态污染物净化原理吸收：利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同，或与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。特点：捕集效率高、设备简单、一次性投资低，广泛用于气态污染物处理；但也存在运行费用较高，运行维护较复杂，吸收剂富液需后续处理等缺点。物理吸收化学吸收专一性吸收效率高吸收速度快吸收类型一、吸收法（一）吸收平衡物理吸收时，常用亨利定律来描述气液相间的平衡。常压或低压下的稀溶液溶质在气相和液相中的分子状态相同pi*——i组分在气相中的平衡分压，Paxi

——i组分在液相中的摩尔分数Ei

——i组分的亨利系数，Paci

——i组分在液相中的浓度，kmol/m3Hi

——i组分的溶解度系数，kmol/(m3·Pa)（二）吸收速率方程双膜理论气膜界面液膜界面气液平衡（三）吸收设备要求：气液有效接触面积大，处理能力大，分离效果好，设备压损小，结构简单，操作稳定，投资和运行费用低。扩散控制化学反应速度较快气液相间传质较慢化学反应速度较慢气液相间传质较快增加相际接触面增加过程推动力降低吸收温度大液气比提供足够液相体积和反应空间动力学控制（三）吸收设备类型原理举例液膜表面吸收器液体依靠其流动性、湿润性在固体表面铺展开来，气体在固定的液膜表面吸收降膜吸收器填料吸收器机械液膜吸收器鼓泡吸收塔气泡表面吸收器气相以气泡形式分散于大量液相中进行吸收筛板塔其它板式塔液滴表面吸收器利用摩擦力和惯性力，以机械雾化、气流雾化等方式，使液体呈液滴分散于气相中进行吸收喷雾塔喷射吸收器机械喷洒吸收器（三）吸收设备筛板塔—气泡填料塔—液膜喷雾塔—液滴吸附：利用多孔固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，将气体混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上，从而分离气体混合物的过程。二、吸附净化特点：捕集效率高、能回收有用组分、设备简单、操作方便、易于自动控制，但吸收容量一般不高。尤其适于分离低浓度有害气体或处理排放标准要求严格的废气。吸附剂吸附质（一）吸附过程作用力反应温度吸附热选择性可逆性吸附层物理吸附范德华力低温小无可逆单/多分子层化学吸附化学键力较高温大有不可逆单分子层1、物理吸附与化学吸附2、吸附剂（1）比表面积大、吸附容量大、选择性好；（2）具有一定的粒度、较高的机械强度、化学/热稳定性；（3）来源广泛、价格低廉。3、吸附剂再生（1）加热解吸；（2）降压或真空解吸；（3）置换再生（二）吸附装置——固定床半连续吸附流程A1吸附循环A2解吸循环（二）吸附装置——流动床回转吸附床（二）吸附装置

——沸腾床流化床吸附装置1、塔板2、溢流堰3、加热器三、催化净化催化：使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的方法。特点：（1）无需使污染物与主气流分离，避免了它法可能产生的二次污染，又使操作过程简化；（2）对不同浓度的污染物均有较高的转化率，应用广泛；（3）催化剂价格较高，废气预热耗能。（一）催化作用与催化剂催化作用

——化学反应速率因加入某种物质而改变，而加入物质的数量和性质在反应终了时却不变的作用。催化剂正催化

——加快化学反应速率的催化作用。催化剂由主活性物质、载体和助催剂组成。1、提供大的比表面积，节约主活性物质，提高催化剂活性2、增大催化剂的机械强度、导热性及热稳定性，延长其寿命降低活化能（二）催化反应过程1、外扩散过程——反应物从气流主体扩散到催化剂外表面；2、内扩散过程——反应物进一步向催化剂的微孔内扩散；3、吸附过程——反应物在催化剂表面上被吸附；4、表面反应过程——反应物在催化剂表面发生化学反应；5、脱附过程——反应产物从催化剂表面上脱附下来；6、内扩散过程——反应产物从微孔内扩散到催化剂外表面；7、外扩散过程——反应产物从催化剂外表面扩散到主气流；热力学控制动力学控制（三）催化应用举例1、采用V2O5作为活性组分，以K2SO4作助催化剂，将高浓度SO2烟气中的SO2氧化为SO3，再吸收生成硫酸；2、用H2S作还原剂，在浸渍硅酸盐的活性炭存在下，可将SO2

催化氧化成元素硫；3、采用还原剂将硝酸尾气中的NOx还原成无害的N2；4、在贵金属催化剂或金属氧化物地作用下，利用汽车排气中的CO将NOx还原成N2，而CO被氧化为CO2；5、一些恶臭物质和含碳氢化合物的废气常采用催化燃烧法将其销毁；四、燃烧净化燃烧：通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收的物质的方法。特点：（1）工艺简单、操作方便、可回收含烃废气的热能；（2）广泛用于高浓度有机废气的处理；（3）废气中可燃组分含量低时，预热耗能，注意热能回收。（一）燃烧转化中的重要参数1、空燃比——空气与燃料的质量比2、爆炸极限浓度范围CmHn+(m+n/4)O2mCO2+(n/2)H2O+Q氧化？燃烧？爆炸（二）燃烧类型及装置特点燃烧种类直接燃烧热力燃烧催化燃烧燃烧温度预热至1100℃进行氧化反应预热至600～800℃进行氧化反应预热至200～400℃进行催化氧化反应燃烧状态在高温下滞留短时间生成明亮火焰在高温下停留一定时间，不生成火焰与催化剂接触，不生成火焰特点不需预热，能回收废气中的热能。只用于浓度高于爆炸下限的气体预热耗能较多，燃烧不完全时产生恶臭，可用于各种气体燃烧预热耗能较少，催化剂较贵，不能用于催化剂中毒的气体燃烧装置配焰燃烧炉离焰燃烧炉火炬燃烧器有热回收的催化燃烧过程直接燃烧催化燃烧热力燃烧一、燃烧前脱硫洗煤：物理、化学、生物煤炭转化：热解、气化、液化第二节二氧化硫污染控制技术二、燃烧中脱硫流化床：温度脱硫剂：石灰石、石灰、白云石三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）石灰石/石灰法洗涤三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）2.改进的石灰石/石灰湿法烟气脱硫双碱法用碱金属盐类或碱类水溶液吸收SO2，后用石灰或石灰石再生解决结垢问题和提高SO2的利用率三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）3.喷雾干燥法烟气脱硫三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）3.喷雾干燥法烟气脱硫三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）4.氧化镁脱硫三、燃烧后脱硫（烟气脱硫）5.氨法脱硫氨水做吸收剂氮氧化物NOxNOxNONO2热力型NOx燃料型NOx第三节氮氧化物污染控制技术瞬时型NOx（快速型NOx）一、低NOx燃烧器（LNB）空气分级的低NOx旋流燃烧器空气/燃料分级的低NOx燃烧器二、选择性催化还原脱硝（SCR）催化剂：贵金属还原反应——主反应200～400oC95％的NO还原剂：氨、尿素80％～90％的NOx脱除率三、选择性非催化还原脱硝（SNCR）还原剂：氨、尿素还原反应——主反应850~1100℃冷凝法吸收法吸附法燃烧法催化燃烧法第四节挥发性有机污染物控制技术一、影响污染物在大气中扩散的气象要素动力因子热力因子风湍流大气温度层结大气稳定度第五节大气污染物稀释法控制技术（一）、气象的动力因子1、风

气象上，空气的铅直运动称为升降气流；空气的水平运动称为风。风主要是由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。

风向——

风的来向。风速——

单位时间内空气在水平方向上运动的距离。

(单位：m/s)1、风——

风向方位表示法：(地面风)用8个方位或16方位表示角度表示法：(高空风)以正北为零点，角度顺时针增加[正北为360°(或0°)；正东90°;正南180°;正西270°]风向的16个方位及对应角度2、湍流风的阵性和摆动称为大气湍流大气污染物的扩散主要靠大气湍流的作用机械湍流热力湍流小尺寸湍流作用下的烟云扩散大尺寸湍流作用下的烟云扩散复合尺寸湍流作用下的烟云扩散3、局地风（1）海陆风陆地海洋较暖陆地海洋较冷（2）山谷风较冷较暖较冷较暖（3）城市热岛效应（二）气象的热力因子近地层大气温度随地表温度的升高而增高随地表温度的降低而降低大气绝热过程：大气中的某一空气块作垂直升降运动时与周围空气不发生热量交换。1、大气温度层结（1）干绝热递减率气温随高度的分布自下而上地被加热自下而上地被冷却?

（1）干绝热递减率

一质量恒定的空气块在大气中绝热上升时，因周围气压降低而膨胀，部分内能用于抵抗外界压力而做膨胀功，则其温度将下降；一质量恒定的空气块在大气中绝热下降时，因外界气压增大而被压缩，外界压力对气块做功并转化为内能，因而其温度将上升。i－空气块d－干空气干绝热递减率：干空气团或未饱和湿空气团绝热上升或下降单位高度（100m）时，温度降低或升高的数值。单位：K/100mγd约为0.98K/100m，可近似1℃/100m

（2）气温递减率气温随高度增高而降低，γ为正值气温随高度增高而增高，γ为负值温度层结（层结）——气温沿铅直高度的变化。气温垂直递减率

——单位高差（通常取100m）下气温变化的负值。

（3）大气温度层结的四种类型A、递减层结（正常分布层结）

气温随高度的增加而递减，γ>γd

B、中性层结

气温随高度的变化等于（或近似）γd

，γ=γdC、等温层结

气温随铅直高度增加是不变的，γ=0D、气温逆转（逆温）气温随高度的增加而增加，γ<0（3）大气温度层结的四种类型A、递减层结B、中性层结C、等温层结D、逆温zT0ABCD2、逆温辐射逆温下沉逆温湍流逆温锋面逆温

逆温（按成因分）逆温高度：逆温层的下限。逆温层厚度：逆温层的上、下限的高度差。逆温强度：逆温层上、下限的温度差。zT0Az0Bzzz000TTTTEDC接地逆温逆温厚度逆温强度逆温高度逆温厚度高处逆温层日落开始形成黎明强度最大日出开始消失

（1）辐射逆温（2）下沉逆温hh'HH'H>H'h>h'（3）湍流逆温DCErABzT0rd混合逆温层T1T3T2T4暖空气冷空气层结曲线锋面层（4）锋面逆温3、大气稳定度

一空气块受外力作用产生上升或下降运动。当外力去除后：

气块减速并有返回原来高度的趋势——稳定气块加速上升或下降——不稳定

既不上升也不下降，保持最后状态——中性垂直方向上大气的稳定程度，即是否容易发生对流大气稳定度是大气对污染源排放污染物的扩散能力的度量（1）大气稳定度的判别当γ-γd>0，气块加速运动，大气不稳定；当γ-γd<0，气块减速运动，大气稳定；当γ-γd=0，大气为中性。γ是大气环境中的气温递减率,是在太阳、地球的热量幅射和其他气象因素作用下形成的实际环境状况。

γd是一质量衡定的空气块在干绝热条件下垂直升降而导出的气温垂直递减率，是由气态方程给定的确定值。（2）大气稳定度与烟流扩散的关系波浪型：γ>0，γ>γd

大气不稳定，对流强烈，烟流沿主导风向上下左右翻滚，呈波浪型，污染物扩散良好；锥型：γ>0，γ≈γd

大气中性或稳定，烟流沿主导风向扩散，兼顾上下左右扩散，呈圆锥型，污染物扩散速度较波浪型慢；扇型：γ<0，γ<γd

大气逆温，烟流几乎无上下流动，而沿两侧扩散，呈扇型，烟流可能扩散很远或下沉形成严重污染；屋脊型：排放口上方γ>0，γ>γd，稳定状态排放口下方γ<0，γ<γd，不稳定状态烟流向上扩散，一般无严重污染；熏烟型：排放口上方γ<0，γ<γd

，不稳定状态排放口下方γ>0，γ>γd

，稳定状态烟流大量下沉，形成严重污染；波浪型ZT大气稳定度与烟流类型波浪型：γ>0，γ>γd

大气不稳定，对流强烈，烟流沿主导风向上下左右翻滚，呈波浪型，污染物扩散良好；锥型ZT大气稳定度与烟流类型锥型：γ>0，γ≈γd

大气中性或稳定，烟流沿主导风向扩散，兼顾上下左右扩散，呈圆锥型，污染物扩散速度较波浪型慢；ZT扇型大气稳定度与烟流类型扇型：γ<0，γ<γd

大气逆温，烟流几乎无上下流动，而沿两侧扩散，呈扇型，烟流可能扩散很远或下沉形成严重污染；ZT屋脊型大气稳定度与烟流类型屋脊型：排放口上方γ>0，γ>γd，不稳定状态排放口下方γ<0，γ<γd，稳定状态烟流向上扩散，一般无严重污染；ZT熏烟型大气稳定度与烟流类型熏烟型：排放口上方γ<0，γ<γd

，稳定状态排放口下方γ>0，γ>γd

，不稳定状态烟流大量下沉，形成严重污染；4、大气稳定度的分类

根据常规气象资料确定稳定度的级别。

A－强不稳定

B－不稳定

C－弱不稳定

D－中性

E－稳定

F－强稳定大气稳定度的确定方法

1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；

2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；

3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。日期太阳倾角经纬度太阳高度角云量太阳辐射等级风速大气稳定度等级式8-7表8-4表8-3表8-512343太阳倾角概略值大气稳定度的确定方法

1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；

2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；

3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。日期太阳倾角经纬度太阳高度角云量太阳辐射等级风速大气稳定度等级式8-7表8-4表8-3表8-51234——太阳高度角，（°）；——当地地理纬度，（°）；——当地地理经度，（°）；——进行观测的北京时间，（h）；——太阳倾角，（°）。太阳高度角大气稳定度的确定方法

1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；

2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；

3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。日期太阳倾角经纬度太阳高度角云量太阳辐射等级风速大气稳定度等级式8-7表8-4表8-3表8-51234太阳辐射等级大气稳定度的确定方法

1、根据中国国家标准中规定的公式计算太阳高度角；

2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；

3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。日期太阳倾角经纬度太阳高度角云量太阳辐射等级风速大气稳定度等级式8-7表8-4表8-3表8-51234大气稳定度的等级二、烟气抬升高度烟羽：烟气在水平方向的扩散烟羽抬升高度：烟羽轴线与烟囱口间的距离∆H有效烟囱高度：烟气所达到的高度HH=Hs+∆HHs：烟囱实体高度排放因素气象因素下垫面状况烟流喷速、烟气温度平均风速、湍流强度、环境空气温度、大气稳定度、逆温层地形、建筑物构型（一）烟气抬升过程喷出阶段：依靠烟流本身的初始动量向上喷射浮升阶段：由于烟流的热力作用（ρ烟<ρ空），促使烟流在浮力作用下上升瓦解阶段：上升一定高度后，烟流与空气充分混合，丧失浮力和动力作用随风飘动，气流波动很大变平阶段：大气湍流的作用下，烟流向上下左右扩散，烟羽越来越大（截面积）（二）烟气抬升高度的计算

中国国家标准中规定的公式：

1、当Qh≥500×4.18kJ/s或Ts－Ta≥35K时：

式中：QH－烟气热释放率，kJ/s；

Qv－实际排烟量，m3/s；－排气筒出口处平均风速,m/s；

Ts－烟气出口温度，K；

Ta－大气平均温度（5年平均值），K；

pa－大气压力，kPa；

n0－烟气热状况及地表系数，见表8－6；